第四章-系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法課件

第四章系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法系統(tǒng)仿真概述1系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)模型化原理2基本反饋回路的DYNAMO仿真分析3DYNAMO函數(shù)4Vensim_PLE仿真軟件5系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法1第四章系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法系統(tǒng)仿真概述1系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)

教學(xué)內(nèi)容1.系統(tǒng)仿真概述2.系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)模型化原理3.DYNAMO仿真分析教學(xué)要求1.熟悉系統(tǒng)仿真的相關(guān)概念2.掌握系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模的原理、方法及步驟3.熟練應(yīng)用Vensim進(jìn)行系統(tǒng)仿真教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)因果關(guān)系圖及流圖的繪制DYNAMO仿真系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法2022/11/233凡是利用計(jì)算機(jī)在模型上而不是在真實(shí)系統(tǒng)上進(jìn)行試驗(yàn)、運(yùn)行的研究方法都可認(rèn)為是仿真系統(tǒng)仿真是設(shè)計(jì)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模型，并利用它進(jìn)行試驗(yàn)以了解系統(tǒng)的行為或評(píng)估系統(tǒng)運(yùn)用的各種策略的過(guò)程系統(tǒng)仿真包括兩個(gè)過(guò)程：建立模型和對(duì)模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、運(yùn)行2022/11/223凡是利用計(jì)算機(jī)在模型上而不是在真實(shí)系統(tǒng)第一節(jié)系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)概述（一）概念及作用

1.基本概念所謂系統(tǒng)仿真，就是根據(jù)系統(tǒng)分析的目的，在分析系統(tǒng)各要素性質(zhì)及其相互關(guān)系的基礎(chǔ)上，建立能描述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或行為過(guò)程的、且具有一定邏輯關(guān)系或數(shù)量關(guān)系的仿真模型，據(jù)此進(jìn)行試驗(yàn)或定量分析，以獲得正確決策所需的各種信息。

第一節(jié)系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)概述（一）概念及作用實(shí)際系統(tǒng)計(jì)算機(jī)模型建模仿真實(shí)際系統(tǒng)計(jì)算機(jī)模型建模仿真2、系統(tǒng)仿真的實(shí)質(zhì)(1)它是一種對(duì)系統(tǒng)問(wèn)題求數(shù)值解的計(jì)算技術(shù)。尤其當(dāng)系統(tǒng)無(wú)法通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型求解時(shí)，仿真技術(shù)能有效地來(lái)處理。

(2)仿真是一種人為的試驗(yàn)手段。這是仿真的主要功能。

(3)仿真可以比較真實(shí)地描述系統(tǒng)的運(yùn)行、演變及其發(fā)展過(guò)程。(4)系統(tǒng)仿真主要是在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)的。2、系統(tǒng)仿真的實(shí)質(zhì)(1)它是一種對(duì)系統(tǒng)問(wèn)題求數(shù)值解的3、系統(tǒng)仿真的作用

(1)仿真的過(guò)程也是實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，而且還是系統(tǒng)地收集和積累信息的過(guò)程。(2)對(duì)一些難以建立物理模型和數(shù)學(xué)模型的對(duì)象系統(tǒng)，可通過(guò)仿真模型來(lái)順利地解決預(yù)測(cè)、分析和評(píng)價(jià)等系統(tǒng)問(wèn)題。(3)通過(guò)系統(tǒng)仿真，可以把一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)降階成若干子系統(tǒng)以便于分析。(4)通過(guò)系統(tǒng)仿真，能啟發(fā)新的思想或產(chǎn)生新的策略，還能暴露出原系統(tǒng)中隱藏著的一些問(wèn)題，以便及時(shí)解決。3、系統(tǒng)仿真的作用(1)仿真的過(guò)程也是實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，二、系統(tǒng)仿真方法

系統(tǒng)仿真的基本方法是建立系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型和量化分析模型，并將其轉(zhuǎn)換為適合在計(jì)算機(jī)上編程的仿真模型，然后對(duì)模型進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。

由于連續(xù)系統(tǒng)和離散(事件)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型有很大差別，所以系統(tǒng)仿真方法基本上分為兩大類(lèi)，即連續(xù)系統(tǒng)仿真方法和離散系統(tǒng)仿真方法。二、系統(tǒng)仿真方法系統(tǒng)仿真的基本方法是建立系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)91.連續(xù)系統(tǒng)仿真系統(tǒng)中狀態(tài)變量隨時(shí)間連續(xù)地變化的系統(tǒng)，其系統(tǒng)模型通常是由微分方程組成，當(dāng)系統(tǒng)比較復(fù)雜引入非線性因素后，微分方程很難求解，需要采用仿真方法求解基本思想：將用微分方程所描述的系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成能在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的模型，然后進(jìn)行編程、運(yùn)行或其他處理，以得到連續(xù)系統(tǒng)的仿真結(jié)果。方法：模擬仿真法、數(shù)字仿真法及混合仿真法。91.連續(xù)系統(tǒng)仿真系統(tǒng)中狀態(tài)變量隨時(shí)間連續(xù)地變化的系統(tǒng)，其系102.離散事件系統(tǒng)仿真狀態(tài)變量只在一些離散的時(shí)間點(diǎn)上發(fā)生變化，輸入變量為隨機(jī)變量，輸出也為隨機(jī)變量。該類(lèi)系統(tǒng)一般用一幅表示數(shù)量關(guān)系和邏輯關(guān)系的流程圖描述，分為三部分：“到達(dá)”模型（輸入）、“服務(wù)”模型（輸出）和“排隊(duì)”模型（系統(tǒng)活動(dòng)）102.離散事件系統(tǒng)仿真狀態(tài)變量只在一些離散的時(shí)間點(diǎn)上發(fā)生變2022/11/2311排隊(duì)系統(tǒng)是離散事件系統(tǒng)中一種典型系統(tǒng)，如售票系統(tǒng)、電信服務(wù)系統(tǒng)排隊(duì)系統(tǒng)描述2022/11/2211排隊(duì)系統(tǒng)是離散事件系統(tǒng)中一種典型系統(tǒng)在以上兩類(lèi)基本方法的基礎(chǔ)上，還有一些用于系統(tǒng)(特別是社會(huì)經(jīng)濟(jì)和管理系統(tǒng))仿真的特殊而有效的方法，如系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法、蒙特卡洛法等。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法通過(guò)建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型(流圖等)、利用DYNAMO仿真語(yǔ)言在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)，從而研究系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和行為之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。二、系統(tǒng)仿真方法在以上兩類(lèi)基本方法的基礎(chǔ)上，還有一些用于系統(tǒng)(特13仿真的一般步驟第一步：定義問(wèn)題第二步：制訂仿真模型，包括決定仿真目標(biāo)決定狀態(tài)變量選擇模型的時(shí)間移動(dòng)方法描述運(yùn)動(dòng)行為準(zhǔn)備過(guò)程發(fā)生器第三步：證實(shí)模型第四步：設(shè)計(jì)仿真試驗(yàn)第五步：模擬運(yùn)行第六步：根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，運(yùn)行仿真模型，并分析結(jié)果13仿真的一般步驟第一步：定義問(wèn)題14仿真語(yǔ)言編程的語(yǔ)言分為兩類(lèi)：仿真專(zhuān)用語(yǔ)言和通用語(yǔ)言仿真專(zhuān)用語(yǔ)言：GPSS、SIMSCRIPT等通用語(yǔ)言可以采用匯編語(yǔ)言或通用高級(jí)語(yǔ)言FORTRON、BASIC、C++、PASCAL14仿真語(yǔ)言編程的語(yǔ)言分為兩類(lèi)：仿真專(zhuān)用語(yǔ)言和通用語(yǔ)言15

因?yàn)樵S多仿真問(wèn)題都包含了隨機(jī)數(shù)應(yīng)用的緣故，所以蒙特卡羅法是系統(tǒng)仿真的基本方法。1、蒙特卡羅(Monte—carlo)法（產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的方法）

運(yùn)用一連串隨機(jī)數(shù)來(lái)表示一項(xiàng)隨機(jī)事件的概率分布，然后從任意抽取的隨機(jī)數(shù)中獲得服從隨機(jī)事件概率分布的隨機(jī)數(shù)值。(二)蒙特卡羅法簡(jiǎn)介15因?yàn)樵S多仿真問(wèn)題都包含了隨機(jī)數(shù)應(yīng)用的緣故162、蒙特卡羅法簡(jiǎn)介舉例：PERT網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃仿真問(wèn)題：第一步：每一工作有一工作時(shí)間的概率分布（a≤t≤b)第二步：產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，即給每一工作產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)的工作時(shí)間第三步：計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的工期及工作的時(shí)間參數(shù)第四步：返回第二步重新計(jì)算如果計(jì)算1000次便可判斷各工作可能的各種時(shí)間參數(shù)162、蒙特卡羅法簡(jiǎn)介舉例：PERT網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃仿真問(wèn)題：1、由來(lái)與發(fā)展

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)(SystemDynamics,簡(jiǎn)稱(chēng)SD)是美國(guó)麻省理工學(xué)院福雷斯特(J．W．Forrester)教授提出來(lái)的研究系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的一種計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)。本世紀(jì)50年代中期，研究作為工業(yè)系統(tǒng)的企業(yè)的各種活動(dòng)1959年工業(yè)動(dòng)力學(xué)（industrialdynamics）；1968年系統(tǒng)原理（PrinciplesofSystems)；1969年城市動(dòng)力學(xué)模型（UrbanDynamics）1971年羅馬俱樂(lè)部（TheclubofRome）研究報(bào)告即《增長(zhǎng)的極限》（TheLimitstotheGrowth）,世界動(dòng)力學(xué)模型（WorldDynamics）三、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的發(fā)展及特點(diǎn)1、由來(lái)與發(fā)展系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)(SystemDynamics,1972年正式定名系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)：“系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是研究信息反饋系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的計(jì)算機(jī)仿真方法。它有效地把信息反饋的控制原理與因果關(guān)系的邏輯分析結(jié)合起來(lái)，面對(duì)復(fù)雜實(shí)際問(wèn)題，從研究系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)入手，建立系統(tǒng)的仿真模型，并對(duì)模型實(shí)施各種不同的政策方案，通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真展示系統(tǒng)的宏觀行為，尋求解決問(wèn)題的正確途徑?！比?、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的發(fā)展及特點(diǎn)1972年正式定名系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)：“系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是研究信息反饋系統(tǒng)2、研究對(duì)象及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）研究對(duì)象——社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)（2）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

①抉擇性——具有決策環(huán)節(jié)（人、信息）②自律性——具有反饋環(huán)節(jié)③非線性——具有延遲環(huán)節(jié)（3）SD將社會(huì)系統(tǒng)當(dāng)作非線性（多重）信息反饋系統(tǒng)來(lái)研究三、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的發(fā)展及特點(diǎn)2、研究對(duì)象及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）研究對(duì)象——社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)三、系3、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的特點(diǎn)(1)多變量。這主要是由SD對(duì)象系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性和復(fù)雜性所決定的。SD模型有三種基本變量、五到六種變量。(2)定性分析與定量分析相結(jié)合。SD模型由結(jié)構(gòu)模型(流圖)和數(shù)學(xué)模型(DYNAMO方程)所組成。(3)以仿真實(shí)驗(yàn)為基本手段和以計(jì)算機(jī)為工具。SD作為一種計(jì)算機(jī)仿真分析方法，是實(shí)際系統(tǒng)的“實(shí)驗(yàn)室”，可在PD-plus、VENSIM、STELLA等軟件支持下來(lái)運(yùn)行。(4)可處理高階次、多回路、非線性的時(shí)變復(fù)雜系統(tǒng)問(wèn)題。3、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的特點(diǎn)(1)多變量。這主要是由SD對(duì)象系統(tǒng)認(rèn)識(shí)問(wèn)題界定系統(tǒng)要素及其因果關(guān)系分析建立結(jié)構(gòu)模型建立數(shù)學(xué)模型仿真分析比較與評(píng)價(jià)政策分析（流圖）（DYNAMO方程）

4、工作程序認(rèn)識(shí)界定要素及其因果關(guān)系分析建立結(jié)構(gòu)模型建立數(shù)學(xué)模型仿真比較第四章系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法系統(tǒng)仿真概述1系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)模型化原理2基本反饋回路的DYNAMO仿真分析3DYNAMO函數(shù)4Vensim_PLE仿真軟件5第四章系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法系統(tǒng)仿真概述1系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)1、基本原理

決策信息行動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)速率變量水準(zhǔn)變量信息

流（行動(dòng)）(決策函數(shù))(系統(tǒng)狀態(tài))第二節(jié)SD結(jié)構(gòu)模型化原理信息是決策的基礎(chǔ)，通過(guò)信息流形成反饋回路是構(gòu)造SD模型的重要環(huán)節(jié)。1、基本原理決策信息行動(dòng)系統(tǒng)速率變量水準(zhǔn)變量信息第四章_系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法課件第四章_系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法課件第四章_系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法課件四個(gè)基本要素——狀態(tài)或水準(zhǔn)、信息、決策或速率、

行動(dòng)或?qū)嵨锪鲀蓚€(gè)基本變量——水準(zhǔn)變量（L）、速率變量（R）一個(gè)基本思想——反饋控制四個(gè)基本要素——狀態(tài)或水準(zhǔn)、信息、決策或速率、2、因果關(guān)系圖和流圖

（1）因果關(guān)系圖

因果箭→因果鏈→因果（反饋）回路利息(元/年)銀行貨幣利率++(+)2、因果關(guān)系圖和流圖（1）因果關(guān)系圖利息銀行利率++(+)第四章_系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法課件第四章_系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法課件正關(guān)系若滿足下列條件之一：①A加到B中；②A是B的乘積因子；③A變到A±△A，有B變到B±△B，即A、B的變化方向相同。則稱(chēng)A到B具有正因果關(guān)系，簡(jiǎn)稱(chēng)正關(guān)系，用“＋”號(hào)標(biāo)在因果鏈上。正關(guān)系若滿足下列條件之一：人口出生率人口總數(shù)＋人口出生率人口總數(shù)＋負(fù)關(guān)系若滿足下列條件之一：①A從B中減去；②1/A是B的乘積因子；③A變到A±△A，有B變到B＋△B，即A、B的變化方向相反。則稱(chēng)A到B具有負(fù)因果關(guān)系，簡(jiǎn)稱(chēng)負(fù)關(guān)系，用“－”號(hào)標(biāo)在因果鏈上。負(fù)關(guān)系若滿足下列條件之一：人口死亡率人口總數(shù)－人口死亡率人口總數(shù)－第四章_系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法課件第四章_系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法課件反饋從控制論的觀點(diǎn)看，任何一個(gè)具有使自身內(nèi)部保持穩(wěn)定的系統(tǒng)，都具有某種反饋機(jī)制。反饋（Feedback）:構(gòu)成系統(tǒng)的某一成分的輸出與輸入之間的關(guān)系，或者說(shuō)是輸出變成了決定系統(tǒng)未來(lái)功能的輸入。反饋從控制論的觀點(diǎn)看，任何一個(gè)具有使自身內(nèi)部保持穩(wěn)定的系統(tǒng)，生物群落的穩(wěn)定性例1：例2：例3：天敵－害蟲(chóng)種群系統(tǒng)天敵數(shù)量（輸入）害蟲(chóng)數(shù)量（輸出）害蟲(chóng)－環(huán)境系統(tǒng)初春氣溫（輸入）害蟲(chóng)數(shù)量（輸出）害蟲(chóng)－作物系統(tǒng)害蟲(chóng)數(shù)量（輸入）作物長(zhǎng)勢(shì)（輸出）反饋環(huán)反饋環(huán)反饋環(huán)生物群落的穩(wěn)定性例1：例2：例3：天敵－害蟲(chóng)種群系統(tǒng)天敵數(shù)量第四章_系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法課件第四章_系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法課件第四章_系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法課件第四章_系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法課件對(duì)服務(wù)質(zhì)量的重視程度有效的讀者意見(jiàn)讀者意見(jiàn)++-（-）偏見(jiàn)負(fù)反饋系統(tǒng)實(shí)例對(duì)服務(wù)質(zhì)量的重視程度有效的讀者意見(jiàn)讀者意見(jiàn)++-（-）偏見(jiàn)負(fù)第四章_系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法課件第四章_系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法課件第四章_系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法課件第四章_系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法課件第四章_系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法課件⑤參數(shù)（量）（常量）（初值）⑥源與洞⑦信息的取出

L1。A1。。⑤參數(shù)（量）（常量）（初值）⑥源與洞⑦信息的第四章_系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法課件

3.流圖繪制程序和方法

①明確問(wèn)題及其構(gòu)成要素；②繪制要素間相互作用關(guān)系的因果關(guān)系圖。注意一定要形成回路；③確定變量類(lèi)型（L變量、R變量和A變量）。將要素轉(zhuǎn)化為變量，是建模的關(guān)鍵一步。④

繪制SD流圖。在繪制流圖時(shí)，應(yīng)特別注意形成正確的回路和用好信息連接線，并注意不要把不同的實(shí)物流直連在一起.3.流圖繪制程序和方法a.水準(zhǔn)（L）變量是積累變量，可定義在任何時(shí)間點(diǎn)；而速率（R)變量只在一個(gè)時(shí)段才有意義。

b.決策者最為關(guān)注和需要輸出的要素一般被處理成L變量。

c.在反饋控制回路中，兩個(gè)L變量或兩個(gè)R變量不能直接相連。

d.為降低系統(tǒng)的階次，應(yīng)盡可能減少回路中L變量的個(gè)數(shù)。故在實(shí)際系統(tǒng)描述中，輔助（A）變量在數(shù)量上一般是較多的。a.水準(zhǔn)（L）變量是積累變量，可定義在任何時(shí)間點(diǎn)

庫(kù)存量每周訂貨量庫(kù)存差額++-（-）期望庫(kù)存庫(kù)存量水準(zhǔn)變量每周訂貨量速率變量庫(kù)存差額輔助變量3、舉例庫(kù)存量每周訂貨量庫(kù)存差額++-（-）期望庫(kù)存量水準(zhǔn)變量每周庫(kù)存系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)流程圖ID目標(biāo)庫(kù)存量實(shí)際庫(kù)存量庫(kù)存差周訂貨量R庫(kù)存系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)流程圖ID目標(biāo)庫(kù)存量實(shí)際庫(kù)存量庫(kù)存差周訂貨量R利息(元/年)銀行貨幣利率++(+)利息銀行利率++(+)出生人口人口總量死亡人口（平均）出生率（平均）死亡率（-）-++（+）出生人口死亡（平均）出生率（平均）死亡率（-）-++（+）組織績(jī)效組織改善組織缺陷（-）-++組織績(jī)效組織改善組織缺陷（-）-++3、舉例

L1R1（利息1）C1(利率)IR1(訂貨量)庫(kù)存量DY(期望庫(kù)存)（庫(kù)存差額）PR1R2(出生人口)(人口總量)(死亡人口)C1（出生率）C2（死亡率）組織改善組織績(jī)效組織缺陷。

3、舉例L1R1（利息1）C1(利率)IR1(訂貨量)例：現(xiàn)分析某經(jīng)營(yíng)單一商品的零售店的訂貨策略問(wèn)題，要求繪制系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)流程圖。分析：由于零售店向顧客銷(xiāo)售商品，使零售店的庫(kù)存量不斷減少，為了補(bǔ)充庫(kù)存，店方要向生產(chǎn)廠家提出訂貨。接受訂貨的廠家計(jì)劃生產(chǎn)該種商品以滿足訂貨要求。這時(shí)零售店的庫(kù)存量又相應(yīng)增加。系統(tǒng)的邊界可以定為由零售店和工廠兩部分組成。1.確定系統(tǒng)邊界例：現(xiàn)分析某經(jīng)營(yíng)單一商品的零售店的訂貨策略問(wèn)題，要求繪制系統(tǒng)工廠訂貨供應(yīng)系統(tǒng)邊界顧客購(gòu)貨銷(xiāo)售外生變量或擾動(dòng)變量零售店工廠訂貨供應(yīng)系統(tǒng)邊界顧客購(gòu)貨銷(xiāo)售外生變量零售店2.系統(tǒng)的組成要素零售店零售店的銷(xiāo)售量；庫(kù)存量；訂貨量工廠工廠未供訂貨量；生產(chǎn)量；生產(chǎn)能力；計(jì)劃產(chǎn)量3.因果關(guān)系分析2.系統(tǒng)的組成要素零售店零售店的銷(xiāo)售量；庫(kù)存量；訂貨量工廠工零售店銷(xiāo)售零售店訂貨零售店庫(kù)存工廠未供訂貨計(jì)劃產(chǎn)量工廠生產(chǎn)能力工廠生產(chǎn)－＋－＋＋＋＋－＋商店工廠零售店零售店零售店工廠未計(jì)劃工廠生工廠－＋－＋＋＋＋－＋商店第四章_系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法課件第四章_系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法課件

3.流圖繪制程序和方法

①明確問(wèn)題及其構(gòu)成要素；②繪制要素間相互作用關(guān)系的因果關(guān)系圖。注意一定要形成回路；③確定變量類(lèi)型（L變量、R變量和A變量）。將要素轉(zhuǎn)化為變量，是建模的關(guān)鍵一步。在此，應(yīng)考慮以下幾個(gè)具體原則：3.流圖繪制程序和方法

a.水準(zhǔn)（L）變量是積累變量，可定義在任何時(shí)間點(diǎn)；而速率（R)變量只在一個(gè)時(shí)段才有意義。

b.決策者最為關(guān)注和需要輸出的要素一般被處理成L變量。

c.在反饋控制回路中，兩個(gè)L變量或兩個(gè)R變量不能直接相連。

d.為降低系統(tǒng)的階次，應(yīng)盡可能減少回路中L變量的個(gè)數(shù)。故在實(shí)際系統(tǒng)描述中，輔助（A）變量在數(shù)量上一般是較多的。④繪制SD流圖。

在繪制流圖時(shí)，應(yīng)特別注意形成正確的回路和用好信息連接線，并注意不要把不同的實(shí)物流直連在一起.a.水準(zhǔn)（L）變量是積累變量，可定義在任何時(shí)間點(diǎn)；為研究新住宅對(duì)家俱銷(xiāo)售的影響，考慮分房和家俱銷(xiāo)售兩個(gè)子系統(tǒng)。在分房子系統(tǒng)中，分房數(shù)量（）的增加使分到新房的戶數(shù)（）增加，進(jìn)而使未分房戶數(shù)（）減少。其中未分房戶數(shù)還受到需住房總戶數(shù)（）的影響；分房數(shù)量與未分房戶數(shù)成比例，比例分配系數(shù)記為分房系數(shù)（）。在家俱銷(xiāo)售子系統(tǒng)中，未買(mǎi)家俱新房戶數(shù)（）的增加使家俱銷(xiāo)售量（）成比例增加，比例系數(shù)記為銷(xiāo)售系數(shù)（）；銷(xiāo)售量的增加又使得已買(mǎi)家俱戶數(shù)（）增加。假定在一定時(shí)期內(nèi)，XQS/FEX/XSX保持不變。CompanyLogo為研究新住宅對(duì)家俱銷(xiāo)售的影響，考慮分房和家俱銷(xiāo)售兩個(gè)子系統(tǒng)。WFSXFS（分到新房戶數(shù)）YMS（已買(mǎi)家俱新房戶數(shù)）WMSFFL(分房數(shù)量)XSL(家俱數(shù)量)（未分到新房戶數(shù)）（未買(mǎi)家俱戶數(shù)）

XWFSXFSYMSWMSFFL(分房數(shù)量)XSL(家俱數(shù)量)XFSYMSWFSWMS

XFSYMSWFSWMS3、舉例

L1R1（利息1）C1(利率)IR1(訂貨量)庫(kù)存量DY(期望庫(kù)存)（庫(kù)存差額）PR1R2(出生人口)(人口總量)(死亡人口)C1（出生率）C2（死亡率）組織改善組織績(jī)效組織缺陷。

3、舉例L1R1（利息1）C1(利率)IR1(訂貨量)SD結(jié)構(gòu)模型建模舉例—商店庫(kù)存模型訂貨商店工廠銷(xiāo)售產(chǎn)品商店庫(kù)存問(wèn)題的對(duì)象系統(tǒng)界定SD結(jié)構(gòu)模型建模舉例—商店庫(kù)存模型訂貨商店工廠銷(xiāo)售產(chǎn)品商店庫(kù)商店訂貨工廠生產(chǎn)商店銷(xiāo)售商店庫(kù)存工廠未供訂貨生產(chǎn)能力預(yù)定產(chǎn)量R1R2A1A2L1―L2R3―+―(―)+++++(―)商店庫(kù)存問(wèn)題的因果關(guān)系圖及變量類(lèi)型商店訂貨工廠生產(chǎn)商店銷(xiāo)售商店庫(kù)存工廠未供訂貨生產(chǎn)能力預(yù)定產(chǎn)量D1D3L1L2S2A1S1A2D23YR1R3R2D1:期望的完成未供訂貨時(shí)間D2:調(diào)整生產(chǎn)時(shí)間D3:商店訂貨平滑化時(shí)間S1:平均銷(xiāo)售量S2:庫(kù)存差額Y:期望庫(kù)存商店庫(kù)存問(wèn)題的流(程)圖D1D3L1L2S2A1S1A2D23YR1R3R2D1:期第四章系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法系統(tǒng)仿真概述1系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)模型化原理2基本反饋回路的DYNAMO仿真分析3DYNAMO函數(shù)4Vensim_PLE仿真軟件5第四章系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法系統(tǒng)仿真概述1系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)第三節(jié)基本反饋回路的DYNAMO仿真分析（一）DYNAMO簡(jiǎn)介

DYNAmicMOdel的縮寫(xiě)。它將實(shí)際問(wèn)題構(gòu)造成具有反饋結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)模型，并通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真得到該系統(tǒng)隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)行為。

DYNAMO模型由兩種語(yǔ)句組成：方程式語(yǔ)句（直接用于仿真計(jì)算），命令語(yǔ)句（用于控制仿真過(guò)程、輸入輸出）

第三節(jié)基本反饋回路的DYNAMO仿真分析（一）DYNAMO變量的時(shí)間標(biāo)注DTDT．JK．KL前一時(shí)刻現(xiàn)在時(shí)刻下一時(shí)刻JKL變量的時(shí)間標(biāo)注DTDT．JK．KL前一時(shí)刻現(xiàn)在時(shí)刻下一時(shí)刻J（二）DYNAMO方程狀態(tài)（水準(zhǔn)）方程決策（速率）方程輔助方程初值方程常數(shù)方程（二）DYNAMO方程狀態(tài)（水準(zhǔn)）方程（1）狀態(tài)（水準(zhǔn)）方程表述了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型中狀態(tài)積累的過(guò)程

LLEVEL

·K＝LEVEL

·J﹢DT（RIN

·

JKROUT

·JK）用L方程式定義的流位變量必須用初值方程式給定初值例：LPOP

·K＝POP

·J﹢DT（BIRTH

·

JKDEATH

·JK）

NPOP＝10000（1）狀態(tài)（水準(zhǔn)）方程表述了系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型中狀態(tài)積累的過(guò)程（2）決策（速率）方程決策方程（R方程）描述系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)中狀態(tài)變化速率的方程。基本形式可表示為：

RRATE

·KL＝f（狀態(tài)變量，輔助變量，常量）

速率R的值在K時(shí)刻進(jìn)行計(jì)算，而在自K至L的時(shí)間間隔內(nèi)（在DT內(nèi)），假定保持不變（2）決策（速率）方程決策方程（R方程）

輔助說(shuō)明速率變量或簡(jiǎn)化決策函數(shù)的方程。

基本形式可表示為：

AAUX·K=g(A·K,L·K,R·JK,C,…)

時(shí)間標(biāo)注總是K

可由當(dāng)前時(shí)刻的其他變量求出（3）輔助方程（A方程）

輔助說(shuō)明速率變量或簡(jiǎn)化決策函數(shù)的方程。

基本形式可表示為：（4）初值方程（N方程）為參數(shù)或變量設(shè)定初始值，一般形式：

N變量名稱(chēng)＝{表達(dá)式，變量名，數(shù)值}

僅在仿真過(guò)程中第一步運(yùn)算時(shí)使用；左右兩邊的變量都不加時(shí)間標(biāo)注；由N方程式定義的變量不能直接在重復(fù)運(yùn)行中使用。（4）初值方程（N方程）為參數(shù)或變量設(shè)定初始值，一般形式：（5）常數(shù)方程（C方程）

給參數(shù)賦值，可以在重復(fù)運(yùn)行中使用

C變量名＝常數(shù)DYNAMO中變量名的字符數(shù)不超過(guò)6個(gè)，而且第一個(gè)字符必須是字母。除“*”及“RUN”語(yǔ)句以外，其他語(yǔ)句可以任意安排順序。DYNAMO語(yǔ)言運(yùn)行時(shí)有一個(gè)嚴(yán)格的仿真順序。（5）常數(shù)方程（C方程）給參數(shù)賦值，可以在重復(fù)運(yùn)行中使用D例：一階正反饋回路

人口數(shù)(+)P+PR

PR

PC1（人口年自然增長(zhǎng)率0.02）。。LP?K=P?J+DT*PR?JKNP=100RPR?KL=C1*P?KCC1=0.02

PPR0100211022.042104.042.0808┆┆┆p1000一階正反饋（簡(jiǎn)單人口問(wèn)題）系統(tǒng)輸出特性曲線年人口增加+例：一階正反饋回路人口數(shù)(+)P+一階負(fù)反饋回路

庫(kù)存量庫(kù)存差額訂貨量+(—)R1DI—+期望庫(kù)存Y1000

Z（訂貨調(diào)整時(shí)間，5）I

R1D

Y（6000）。。。。LI?K=I?J+DT*R1?JKNI=1000RR1?KL=D?K/ZAD?K=Y-I?KCZ=5CY=6000

IDR10100050001000120004000800228003200640┆┆┆┆It60000

一階負(fù)反饋（簡(jiǎn)單庫(kù)存控制）系統(tǒng)輸出特性曲線1000一階負(fù)反饋回路庫(kù)存量庫(kù)存訂貨量+(—)R1DI—+期望庫(kù)存庫(kù)存量入庫(kù)量途中存貨量訂貨量庫(kù)存差額I—（—）—+（—）GR2+R1+Z（5）Y（6000）IG100001000R1R2DW（10）。。。。。。4、簡(jiǎn)單庫(kù)存控制系統(tǒng)的擴(kuò)展（1）庫(kù)存量入庫(kù)量途中存貨量訂貨量庫(kù)存I—（—）—+（—）GR2+LG?K=G?J+DT*(R1?KL-R2?JK)LI?K=I?J+DT?R2?JKRR1?KL=D/ZRR2?JK=G?K/WAD=Y-I?KCY=6000CW=10,Z=5CI=1000CG=1000060001000t二階負(fù)反饋系統(tǒng)輸出特性曲線I4、簡(jiǎn)單庫(kù)存控制系統(tǒng)的擴(kuò)展（2）LG?K=G?J+DT*(R1?KL-R2?JK)600第四章系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法系統(tǒng)仿真概述1系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)模型化原理2基本反饋回路的DYNAMO仿真分析3DYNAMO函數(shù)4Vensim_PLE仿真軟件5第四章系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法系統(tǒng)仿真概述1系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)ThankYou!ThankYou!第四章系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法系統(tǒng)仿真概述1系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)模型化原理2基本反饋回路的DYNAMO仿真分析3DYNAMO函數(shù)4Vensim_PLE仿真軟件5系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法89第四章系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法系統(tǒng)仿真概述1系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)

教學(xué)內(nèi)容1.系統(tǒng)仿真概述2.系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)模型化原理3.DYNAMO仿真分析教學(xué)要求1.熟悉系統(tǒng)仿真的相關(guān)概念2.掌握系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模的原理、方法及步驟3.熟練應(yīng)用Vensim進(jìn)行系統(tǒng)仿真教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)因果關(guān)系圖及流圖的繪制DYNAMO仿真系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法教學(xué)內(nèi)容教學(xué)要求教學(xué)重點(diǎn)及難點(diǎn)系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法2022/11/2391凡是利用計(jì)算機(jī)在模型上而不是在真實(shí)系統(tǒng)上進(jìn)行試驗(yàn)、運(yùn)行的研究方法都可認(rèn)為是仿真系統(tǒng)仿真是設(shè)計(jì)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)模型，并利用它進(jìn)行試驗(yàn)以了解系統(tǒng)的行為或評(píng)估系統(tǒng)運(yùn)用的各種策略的過(guò)程系統(tǒng)仿真包括兩個(gè)過(guò)程：建立模型和對(duì)模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、運(yùn)行2022/11/223凡是利用計(jì)算機(jī)在模型上而不是在真實(shí)系統(tǒng)第一節(jié)系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)概述（一）概念及作用

1.基本概念所謂系統(tǒng)仿真，就是根據(jù)系統(tǒng)分析的目的，在分析系統(tǒng)各要素性質(zhì)及其相互關(guān)系的基礎(chǔ)上，建立能描述系統(tǒng)結(jié)構(gòu)或行為過(guò)程的、且具有一定邏輯關(guān)系或數(shù)量關(guān)系的仿真模型，據(jù)此進(jìn)行試驗(yàn)或定量分析，以獲得正確決策所需的各種信息。

第一節(jié)系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)概述（一）概念及作用實(shí)際系統(tǒng)計(jì)算機(jī)模型建模仿真實(shí)際系統(tǒng)計(jì)算機(jī)模型建模仿真2、系統(tǒng)仿真的實(shí)質(zhì)(1)它是一種對(duì)系統(tǒng)問(wèn)題求數(shù)值解的計(jì)算技術(shù)。尤其當(dāng)系統(tǒng)無(wú)法通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型求解時(shí)，仿真技術(shù)能有效地來(lái)處理。

(2)仿真是一種人為的試驗(yàn)手段。這是仿真的主要功能。

(3)仿真可以比較真實(shí)地描述系統(tǒng)的運(yùn)行、演變及其發(fā)展過(guò)程。(4)系統(tǒng)仿真主要是在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)的。2、系統(tǒng)仿真的實(shí)質(zhì)(1)它是一種對(duì)系統(tǒng)問(wèn)題求數(shù)值解的3、系統(tǒng)仿真的作用

(1)仿真的過(guò)程也是實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，而且還是系統(tǒng)地收集和積累信息的過(guò)程。(2)對(duì)一些難以建立物理模型和數(shù)學(xué)模型的對(duì)象系統(tǒng)，可通過(guò)仿真模型來(lái)順利地解決預(yù)測(cè)、分析和評(píng)價(jià)等系統(tǒng)問(wèn)題。(3)通過(guò)系統(tǒng)仿真，可以把一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)降階成若干子系統(tǒng)以便于分析。(4)通過(guò)系統(tǒng)仿真，能啟發(fā)新的思想或產(chǎn)生新的策略，還能暴露出原系統(tǒng)中隱藏著的一些問(wèn)題，以便及時(shí)解決。3、系統(tǒng)仿真的作用(1)仿真的過(guò)程也是實(shí)驗(yàn)的過(guò)程，二、系統(tǒng)仿真方法

系統(tǒng)仿真的基本方法是建立系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)模型和量化分析模型，并將其轉(zhuǎn)換為適合在計(jì)算機(jī)上編程的仿真模型，然后對(duì)模型進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。

由于連續(xù)系統(tǒng)和離散(事件)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型有很大差別，所以系統(tǒng)仿真方法基本上分為兩大類(lèi)，即連續(xù)系統(tǒng)仿真方法和離散系統(tǒng)仿真方法。二、系統(tǒng)仿真方法系統(tǒng)仿真的基本方法是建立系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)971.連續(xù)系統(tǒng)仿真系統(tǒng)中狀態(tài)變量隨時(shí)間連續(xù)地變化的系統(tǒng)，其系統(tǒng)模型通常是由微分方程組成，當(dāng)系統(tǒng)比較復(fù)雜引入非線性因素后，微分方程很難求解，需要采用仿真方法求解基本思想：將用微分方程所描述的系統(tǒng)轉(zhuǎn)變成能在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的模型，然后進(jìn)行編程、運(yùn)行或其他處理，以得到連續(xù)系統(tǒng)的仿真結(jié)果。方法：模擬仿真法、數(shù)字仿真法及混合仿真法。91.連續(xù)系統(tǒng)仿真系統(tǒng)中狀態(tài)變量隨時(shí)間連續(xù)地變化的系統(tǒng)，其系982.離散事件系統(tǒng)仿真狀態(tài)變量只在一些離散的時(shí)間點(diǎn)上發(fā)生變化，輸入變量為隨機(jī)變量，輸出也為隨機(jī)變量。該類(lèi)系統(tǒng)一般用一幅表示數(shù)量關(guān)系和邏輯關(guān)系的流程圖描述，分為三部分：“到達(dá)”模型（輸入）、“服務(wù)”模型（輸出）和“排隊(duì)”模型（系統(tǒng)活動(dòng)）102.離散事件系統(tǒng)仿真狀態(tài)變量只在一些離散的時(shí)間點(diǎn)上發(fā)生變2022/11/2399排隊(duì)系統(tǒng)是離散事件系統(tǒng)中一種典型系統(tǒng)，如售票系統(tǒng)、電信服務(wù)系統(tǒng)排隊(duì)系統(tǒng)描述2022/11/2211排隊(duì)系統(tǒng)是離散事件系統(tǒng)中一種典型系統(tǒng)在以上兩類(lèi)基本方法的基礎(chǔ)上，還有一些用于系統(tǒng)(特別是社會(huì)經(jīng)濟(jì)和管理系統(tǒng))仿真的特殊而有效的方法，如系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法、蒙特卡洛法等。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法通過(guò)建立系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型(流圖等)、利用DYNAMO仿真語(yǔ)言在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)系統(tǒng)的仿真實(shí)驗(yàn)，從而研究系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能和行為之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。二、系統(tǒng)仿真方法在以上兩類(lèi)基本方法的基礎(chǔ)上，還有一些用于系統(tǒng)(特101仿真的一般步驟第一步：定義問(wèn)題第二步：制訂仿真模型，包括決定仿真目標(biāo)決定狀態(tài)變量選擇模型的時(shí)間移動(dòng)方法描述運(yùn)動(dòng)行為準(zhǔn)備過(guò)程發(fā)生器第三步：證實(shí)模型第四步：設(shè)計(jì)仿真試驗(yàn)第五步：模擬運(yùn)行第六步：根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，運(yùn)行仿真模型，并分析結(jié)果13仿真的一般步驟第一步：定義問(wèn)題102仿真語(yǔ)言編程的語(yǔ)言分為兩類(lèi)：仿真專(zhuān)用語(yǔ)言和通用語(yǔ)言仿真專(zhuān)用語(yǔ)言：GPSS、SIMSCRIPT等通用語(yǔ)言可以采用匯編語(yǔ)言或通用高級(jí)語(yǔ)言FORTRON、BASIC、C++、PASCAL14仿真語(yǔ)言編程的語(yǔ)言分為兩類(lèi)：仿真專(zhuān)用語(yǔ)言和通用語(yǔ)言103

因?yàn)樵S多仿真問(wèn)題都包含了隨機(jī)數(shù)應(yīng)用的緣故，所以蒙特卡羅法是系統(tǒng)仿真的基本方法。1、蒙特卡羅(Monte—carlo)法（產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的方法）

運(yùn)用一連串隨機(jī)數(shù)來(lái)表示一項(xiàng)隨機(jī)事件的概率分布，然后從任意抽取的隨機(jī)數(shù)中獲得服從隨機(jī)事件概率分布的隨機(jī)數(shù)值。(二)蒙特卡羅法簡(jiǎn)介15因?yàn)樵S多仿真問(wèn)題都包含了隨機(jī)數(shù)應(yīng)用的緣故1042、蒙特卡羅法簡(jiǎn)介舉例：PERT網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃仿真問(wèn)題：第一步：每一工作有一工作時(shí)間的概率分布（a≤t≤b)第二步：產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，即給每一工作產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)的工作時(shí)間第三步：計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的工期及工作的時(shí)間參數(shù)第四步：返回第二步重新計(jì)算如果計(jì)算1000次便可判斷各工作可能的各種時(shí)間參數(shù)162、蒙特卡羅法簡(jiǎn)介舉例：PERT網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃仿真問(wèn)題：1、由來(lái)與發(fā)展

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)(SystemDynamics,簡(jiǎn)稱(chēng)SD)是美國(guó)麻省理工學(xué)院福雷斯特(J．W．Forrester)教授提出來(lái)的研究系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的一種計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)。本世紀(jì)50年代中期，研究作為工業(yè)系統(tǒng)的企業(yè)的各種活動(dòng)1959年工業(yè)動(dòng)力學(xué)（industrialdynamics）；1968年系統(tǒng)原理（PrinciplesofSystems)；1969年城市動(dòng)力學(xué)模型（UrbanDynamics）1971年羅馬俱樂(lè)部（TheclubofRome）研究報(bào)告即《增長(zhǎng)的極限》（TheLimitstotheGrowth）,世界動(dòng)力學(xué)模型（WorldDynamics）三、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的發(fā)展及特點(diǎn)1、由來(lái)與發(fā)展系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)(SystemDynamics,1972年正式定名系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)：“系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是研究信息反饋系統(tǒng)動(dòng)態(tài)行為的計(jì)算機(jī)仿真方法。它有效地把信息反饋的控制原理與因果關(guān)系的邏輯分析結(jié)合起來(lái)，面對(duì)復(fù)雜實(shí)際問(wèn)題，從研究系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)入手，建立系統(tǒng)的仿真模型，并對(duì)模型實(shí)施各種不同的政策方案，通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真展示系統(tǒng)的宏觀行為，尋求解決問(wèn)題的正確途徑。”三、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的發(fā)展及特點(diǎn)1972年正式定名系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)：“系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是研究信息反饋系統(tǒng)2、研究對(duì)象及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）研究對(duì)象——社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)（2）結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

①抉擇性——具有決策環(huán)節(jié)（人、信息）②自律性——具有反饋環(huán)節(jié)③非線性——具有延遲環(huán)節(jié)（3）SD將社會(huì)系統(tǒng)當(dāng)作非線性（多重）信息反饋系統(tǒng)來(lái)研究三、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的發(fā)展及特點(diǎn)2、研究對(duì)象及其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)（1）研究對(duì)象——社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)三、系3、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的特點(diǎn)(1)多變量。這主要是由SD對(duì)象系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性和復(fù)雜性所決定的。SD模型有三種基本變量、五到六種變量。(2)定性分析與定量分析相結(jié)合。SD模型由結(jié)構(gòu)模型(流圖)和數(shù)學(xué)模型(DYNAMO方程)所組成。(3)以仿真實(shí)驗(yàn)為基本手段和以計(jì)算機(jī)為工具。SD作為一種計(jì)算機(jī)仿真分析方法，是實(shí)際系統(tǒng)的“實(shí)驗(yàn)室”，可在PD-plus、VENSIM、STELLA等軟件支持下來(lái)運(yùn)行。(4)可處理高階次、多回路、非線性的時(shí)變復(fù)雜系統(tǒng)問(wèn)題。3、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的特點(diǎn)(1)多變量。這主要是由SD對(duì)象系統(tǒng)認(rèn)識(shí)問(wèn)題界定系統(tǒng)要素及其因果關(guān)系分析建立結(jié)構(gòu)模型建立數(shù)學(xué)模型仿真分析比較與評(píng)價(jià)政策分析（流圖）（DYNAMO方程）

4、工作程序認(rèn)識(shí)界定要素及其因果關(guān)系分析建立結(jié)構(gòu)模型建立數(shù)學(xué)模型仿真比較第四章系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法系統(tǒng)仿真概述1系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)模型化原理2基本反饋回路的DYNAMO仿真分析3DYNAMO函數(shù)4Vensim_PLE仿真軟件5第四章系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法系統(tǒng)仿真概述1系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)1、基本原理

決策信息行動(dòng)系統(tǒng)狀態(tài)速率變量水準(zhǔn)變量信息

流（行動(dòng)）(決策函數(shù))(系統(tǒng)狀態(tài))第二節(jié)SD結(jié)構(gòu)模型化原理信息是決策的基礎(chǔ)，通過(guò)信息流形成反饋回路是構(gòu)造SD模型的重要環(huán)節(jié)。1、基本原理決策信息行動(dòng)系統(tǒng)速率變量水準(zhǔn)變量信息第四章_系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法課件第四章_系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法課件第四章_系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法課件四個(gè)基本要素——狀態(tài)或水準(zhǔn)、信息、決策或速率、

行動(dòng)或?qū)嵨锪鲀蓚€(gè)基本變量——水準(zhǔn)變量（L）、速率變量（R）一個(gè)基本思想——反饋控制四個(gè)基本要素——狀態(tài)或水準(zhǔn)、信息、決策或速率、2、因果關(guān)系圖和流圖

（1）因果關(guān)系圖

因果箭→因果鏈→因果（反饋）回路利息(元/年)銀行貨幣利率++(+)2、因果關(guān)系圖和流圖（1）因果關(guān)系圖利息銀行利率++(+)第四章_系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法課件第四章_系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法課件正關(guān)系若滿足下列條件之一：①A加到B中；②A是B的乘積因子；③A變到A±△A，有B變到B±△B，即A、B的變化方向相同。則稱(chēng)A到B具有正因果關(guān)系，簡(jiǎn)稱(chēng)正關(guān)系，用“＋”號(hào)標(biāo)在因果鏈上。正關(guān)系若滿足下列條件之一：人口出生率人口總數(shù)＋人口出生率人口總數(shù)＋負(fù)關(guān)系若滿足下列條件之一：①A從B中減去；②1/A是B的乘積因子；③A變到A±△A，有B變到B＋△B，即A、B的變化方向相反。則稱(chēng)A到B具有負(fù)因果關(guān)系，簡(jiǎn)稱(chēng)負(fù)關(guān)系，用“－”號(hào)標(biāo)在因果鏈上。負(fù)關(guān)系若滿足下列條件之一：人口死亡率人口總數(shù)－人口死亡率人口總數(shù)－第四章_系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法課件第四章_系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法課件反饋從控制論的觀點(diǎn)看，任何一個(gè)具有使自身內(nèi)部保持穩(wěn)定的系統(tǒng)，都具有某種反饋機(jī)制。反饋（Feedback）:構(gòu)成系統(tǒng)的某一成分的輸出與輸入之間的關(guān)系，或者說(shuō)是輸出變成了決定系統(tǒng)未來(lái)功能的輸入。反饋從控制論的觀點(diǎn)看，任何一個(gè)具有使自身內(nèi)部保持穩(wěn)定的系統(tǒng)，生物群落的穩(wěn)定性例1：例2：例3：天敵－害蟲(chóng)種群系統(tǒng)天敵數(shù)量（輸入）害蟲(chóng)數(shù)量（輸出）害蟲(chóng)－環(huán)境系統(tǒng)初春氣溫（輸入）害蟲(chóng)數(shù)量（輸出）害蟲(chóng)－作物系統(tǒng)害蟲(chóng)數(shù)量（輸入）作物長(zhǎng)勢(shì)（輸出）反饋環(huán)反饋環(huán)反饋環(huán)生物群落的穩(wěn)定性例1：例2：例3：天敵－害蟲(chóng)種群系統(tǒng)天敵數(shù)量第四章_系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法課件第四章_系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法課件第四章_系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法課件第四章_系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法課件對(duì)服務(wù)質(zhì)量的重視程度有效的讀者意見(jiàn)讀者意見(jiàn)++-（-）偏見(jiàn)負(fù)反饋系統(tǒng)實(shí)例對(duì)服務(wù)質(zhì)量的重視程度有效的讀者意見(jiàn)讀者意見(jiàn)++-（-）偏見(jiàn)負(fù)第四章_系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法課件第四章_系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法課件第四章_系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法課件第四章_系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法課件第四章_系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法課件⑤參數(shù)（量）（常量）（初值）⑥源與洞⑦信息的取出

L1。A1。。⑤參數(shù)（量）（常量）（初值）⑥源與洞⑦信息的第四章_系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法課件

3.流圖繪制程序和方法

①明確問(wèn)題及其構(gòu)成要素；②繪制要素間相互作用關(guān)系的因果關(guān)系圖。注意一定要形成回路；③確定變量類(lèi)型（L變量、R變量和A變量）。將要素轉(zhuǎn)化為變量，是建模的關(guān)鍵一步。④

繪制SD流圖。在繪制流圖時(shí)，應(yīng)特別注意形成正確的回路和用好信息連接線，并注意不要把不同的實(shí)物流直連在一起.3.流圖繪制程序和方法a.水準(zhǔn)（L）變量是積累變量，可定義在任何時(shí)間點(diǎn)；而速率（R)變量只在一個(gè)時(shí)段才有意義。

b.決策者最為關(guān)注和需要輸出的要素一般被處理成L變量。

c.在反饋控制回路中，兩個(gè)L變量或兩個(gè)R變量不能直接相連。

d.為降低系統(tǒng)的階次，應(yīng)盡可能減少回路中L變量的個(gè)數(shù)。故在實(shí)際系統(tǒng)描述中，輔助（A）變量在數(shù)量上一般是較多的。a.水準(zhǔn)（L）變量是積累變量，可定義在任何時(shí)間點(diǎn)

庫(kù)存量每周訂貨量庫(kù)存差額++-（-）期望庫(kù)存庫(kù)存量水準(zhǔn)變量每周訂貨量速率變量庫(kù)存差額輔助變量3、舉例庫(kù)存量每周訂貨量庫(kù)存差額++-（-）期望庫(kù)存量水準(zhǔn)變量每周庫(kù)存系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)流程圖ID目標(biāo)庫(kù)存量實(shí)際庫(kù)存量庫(kù)存差周訂貨量R庫(kù)存系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)流程圖ID目標(biāo)庫(kù)存量實(shí)際庫(kù)存量庫(kù)存差周訂貨量R利息(元/年)銀行貨幣利率++(+)利息銀行利率++(+)出生人口人口總量死亡人口（平均）出生率（平均）死亡率（-）-++（+）出生人口死亡（平均）出生率（平均）死亡率（-）-++（+）組織績(jī)效組織改善組織缺陷（-）-++組織績(jī)效組織改善組織缺陷（-）-++3、舉例

L1R1（利息1）C1(利率)IR1(訂貨量)庫(kù)存量DY(期望庫(kù)存)（庫(kù)存差額）PR1R2(出生人口)(人口總量)(死亡人口)C1（出生率）C2（死亡率）組織改善組織績(jī)效組織缺陷。

3、舉例L1R1（利息1）C1(利率)IR1(訂貨量)例：現(xiàn)分析某經(jīng)營(yíng)單一商品的零售店的訂貨策略問(wèn)題，要求繪制系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)流程圖。分析：由于零售店向顧客銷(xiāo)售商品，使零售店的庫(kù)存量不斷減少，為了補(bǔ)充庫(kù)存，店方要向生產(chǎn)廠家提出訂貨。接受訂貨的廠家計(jì)劃生產(chǎn)該種商品以滿足訂貨要求。這時(shí)零售店的庫(kù)存量又相應(yīng)增加。系統(tǒng)的邊界可以定為由零售店和工廠兩部分組成。1.確定系統(tǒng)邊界例：現(xiàn)分析某經(jīng)營(yíng)單一商品的零售店的訂貨策略問(wèn)題，要求繪制系統(tǒng)工廠訂貨供應(yīng)系統(tǒng)邊界顧客購(gòu)貨銷(xiāo)售外生變量或擾動(dòng)變量零售店工廠訂貨供應(yīng)系統(tǒng)邊界顧客購(gòu)貨銷(xiāo)售外生變量零售店2.系統(tǒng)的組成要素零售店零售店的銷(xiāo)售量；庫(kù)存量；訂貨量工廠工廠未供訂貨量；生產(chǎn)量；生產(chǎn)能力；計(jì)劃產(chǎn)量3.因果關(guān)系分析2.系統(tǒng)的組成要素零售店零售店的銷(xiāo)售量；庫(kù)存量；訂貨量工廠工零售店銷(xiāo)售零售店訂貨零售店庫(kù)存工廠未供訂貨計(jì)劃產(chǎn)量工廠生產(chǎn)能力工廠生產(chǎn)－＋－＋＋＋＋－＋商店工廠零售店零售店零售店工廠未計(jì)劃工廠生工廠－＋－＋＋＋＋－＋商店第四章_系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法課件第四章_系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法課件

3.流圖繪制程序和方法

①明確問(wèn)題及其構(gòu)成要素；②繪制要素間相互作用關(guān)系的因果關(guān)系圖。注意一定要形成回路；③確定變量類(lèi)型（L變量、R變量和A變量）。將要素轉(zhuǎn)化為變量，是建模的關(guān)鍵一步。在此，應(yīng)考慮以下幾個(gè)具體原則：3.流圖繪制程序和方法

a.水準(zhǔn)（L）變量是積累變量，可定義在任何時(shí)間點(diǎn)；而速率（R)變量只在一個(gè)時(shí)段才有意義。

b.決策者最為關(guān)注和需要輸出的要素一般被處理成L變量。

c.在反饋控制回路中，兩個(gè)L變量或兩個(gè)R變量不能直接相連。

d.為降低系統(tǒng)的階次，應(yīng)盡可能減少回路中L變量的個(gè)數(shù)。故在實(shí)際系統(tǒng)描述中，輔助（A）變量在數(shù)量上一般是較多的。④繪制SD流圖。

在繪制流圖時(shí)，應(yīng)特別注意形成正確的回路和用好信息連接線，并注意不要把不同的實(shí)物流直連在一起.a.水準(zhǔn)（L）變量是積累變量，可定義在任何時(shí)間點(diǎn)；為研究新住宅對(duì)家俱銷(xiāo)售的影響，考慮分房和家俱銷(xiāo)售兩個(gè)子系統(tǒng)。在分房子系統(tǒng)中，分房數(shù)量（）的增加使分到新房的戶數(shù)（）增加，進(jìn)而使未分房戶數(shù)（）減少。其中未分房戶數(shù)還受到需住房總戶數(shù)（）的影響；分房數(shù)量與未分房戶數(shù)成比例，比例分配系數(shù)記為分房系數(shù)（）。在家俱銷(xiāo)售子系統(tǒng)中，未買(mǎi)家俱新房戶數(shù)（）的增加使家俱銷(xiāo)售量（）成比例增加，比例系數(shù)記為銷(xiāo)售系數(shù)（）；銷(xiāo)售量的增加又使得已買(mǎi)家俱戶數(shù)（）增加。假定在一定時(shí)期內(nèi)，XQS/FEX/XSX保持不變。CompanyLogo為研究新住宅對(duì)家俱銷(xiāo)售的影響，考慮分房和家俱銷(xiāo)售兩個(gè)子系統(tǒng)。WFSXFS（分到新房戶數(shù)）YMS（已買(mǎi)家俱新房戶數(shù)）WMSFFL(分房數(shù)量)XSL(家俱數(shù)量)（未分到新房戶數(shù)）（未買(mǎi)家俱戶數(shù)）

XWFSXFSYMSWMSFFL(分房數(shù)量)XSL(家俱數(shù)量)XFSYMSWFSWMS

XFSYMSWFSWMS3、舉例

L1R1（利息1）C1(利率)IR1(訂貨量)庫(kù)存量DY(期望庫(kù)存)（庫(kù)存差額）PR1R2(出生人口)(人口總量)(死亡人口)C1（出生率）C2（死亡率）組織改善組織績(jī)效組織缺陷。

3、舉例L1R1（利息1）C1(利率)IR1(訂貨量)SD結(jié)構(gòu)模型建模舉例—商店庫(kù)存模型訂貨商店工廠銷(xiāo)售產(chǎn)品商店庫(kù)存問(wèn)題的對(duì)象系統(tǒng)界定SD結(jié)構(gòu)模型建模舉例—商店庫(kù)存模型訂貨商店工廠銷(xiāo)售產(chǎn)品商店庫(kù)商店訂貨工廠生產(chǎn)商店銷(xiāo)售商店庫(kù)存工廠未供訂貨生產(chǎn)能力預(yù)定產(chǎn)量R1R2A1A2L1―L2R3―+―(―)+++++(―)商店庫(kù)存問(wèn)題的因果關(guān)系圖及變量類(lèi)型商店訂貨工廠生產(chǎn)商店銷(xiāo)售商店庫(kù)存工廠未供訂貨生產(chǎn)能力預(yù)定產(chǎn)量D1D3L1L2S2A1S1A2D23YR1R3R2D1:期望的完成未供訂貨時(shí)間D2:調(diào)整生產(chǎn)時(shí)間D3:商店訂貨平滑化時(shí)間S1:平均銷(xiāo)售量S2:庫(kù)存差額Y:期望庫(kù)存商店庫(kù)存問(wèn)題的流(程)圖D1D3L1L2S2A1S1A2D23YR1R3R2D1:期第四章系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法系統(tǒng)仿真概述1系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)模型化原理2基本反饋回路的DYNAMO仿真分析3DYNAMO函數(shù)4Vensim_PLE仿真軟件5第四章系統(tǒng)仿真及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法系統(tǒng)仿真概述1系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)結(jié)構(gòu)第三節(jié)基本反饋回路的DYNAMO仿真分析（一）DYNAMO簡(jiǎn)介

DYNAmicMOdel的縮寫(xiě)。它將實(shí)際問(wèn)題構(gòu)造成具有反饋結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)模型，并通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真得到該系統(tǒng)隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)行為。

DYNAMO模型由兩種語(yǔ)句組成：方程式語(yǔ)句（直接用于仿真計(jì)算），命令語(yǔ)句（用于控制仿真過(guò)程、輸入輸出）

第三節(jié)基本反饋回路的DYNAMO仿真分析（一）DYNAMO變量的時(shí)間標(biāo)注DTDT．JK．KL前一時(shí)刻現(xiàn)在時(shí)刻下一時(shí)刻JKL變量的時(shí)間標(biāo)注DTDT．JK．KL前一時(shí)刻現(xiàn)在時(shí)刻下