系统工程(动力学)基模..共58页

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二、系统基模一览
（1）饮鸩止渴基模
（2）成长上限基模 （3）舍本逐末基模 （4）共同悲剧基模 （5）意外之敌基模
（6）反应迟缓基模
（7）恶性竞争基模 （8）目标侵蚀基模 （9）富者愈富基模 （10）成长与投资不足 基模
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三、关于系统基模的构成
1、何谓基模
是系统思考大师们在20世纪80年代创造出来的有助 于对常见行为归类的基本图形，用以描述事物运动变化 的机制。大多数基模之间相互存在联系。运用基模可以 使你弄清各种复杂社会现象的本质是什么，以及如何采 取正确的对策。
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三、关于系统基模的构成
2、正环与负环
二者是介绍、讲解基模的最重要、最基本的图形。 正环即“强化环路”。“滚雪球”即强化环路的形象表示。大多数时
候，强化环路会有多重限制。如：雪球越滚越大，但遇墙则止，遇 河即化，遇天热也不行。（表扬与表现的故事）
负环即“调节环路”。强调环路是一种平衡机制。是解决问题、保持 稳定、取得平衡的机制。是大自然中存在的机制，人类社会也不例 外。调节过程是朝着系统目标迈进的。（诊所看病人数变化的故事）
系统工程（动力学） 基模
一、系统思考的工具 — 十大基模
人类社会是一个系统，企业运作也是一个系统，各种因素相互联系,
彼此影响。有些影响的结果,往往经年累月才会显现。 人们置身各种系统的变化之中，倾向于关注系统的某一片断而非整
体，故有些问题得不到解决。但系统思考为我们提供了一套思考的框架， 它通过一系列实用的工具——系统基模，
时间而被人忽视。 结果，人们迷恋于“英雄”，而把责任转嫁“干预
者”。
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四、系统基模讲解
分析与评点：
症状：残疾人行动不便。 对策：由父母为之提供帮助。 结果：残疾人能力得不到提升，对父母依赖加强。 结局评点： 1、以促使他人去干预、解决问题始，以自己能力不能提升终。 2、貌似爱之，实则害之。

利率
+
+ 组织改善
组织绩效
（ -）
+
-
组织缺陷
3、举例
R1（利息1） L1
C1(利率)
R1(订货量)
库存量 I
（库存差额） D
主 要功能。
(3)仿真可以比较真实地描述系统的运行、演变 及其发展过程。
3、系统仿真的作用
(1)仿真的过程也是实验的过程，而且还是系统地收 集和积累信息的过程。尤其是对一些复杂的随机问 题，应用仿真技术是提供所需信息的唯一令人满意 的方法。
(2)对一些难以建立物理模型和数学模型的对象系统， 可通过仿真模型来顺利地解决预测、分析和评价等 系统问题。
4、工作程序
认识 问题
界定 系统
要素及其因 果关系分析
建立结 构模型
建立量 化分析
模型
仿真 分析
比较与 政策 评价 分析
初步分析
规范分析
综合分析
SD工作程序图
二、SD结构模型化原理
1、基本原理
决策
信息
行动
信息
(Rate)
速率变 量
流
（行动）
系统 状态
水准变量 (Level)
四个基本要素——状态、信息、决策、行动 两个基本变量——水准变量（L）、速率变量（R） 一个基本思想——反馈控制
d. 为降低系统的阶次，应尽可能减少回路中L变量的 个数。故在实际系统描述中，辅助（A）变量在数量上 一般是较多的。
3、举例
库存量
+ （-） -
每周订货 量
库存差额
期望
+
库存
速率变量
水准变量
辅助变量
周订

国际标准与规范推广
推广国际通用的系统工程标准和规范，提高项目的国际化水平和互操作性。
THANKS.
系统工基程础理论及方 法
目录
• 系统工程概述 • 系统工程基础理论 • 系统工程方法与技术 • 系统工程实践应用 • 系统工程前沿研究 • 系统工程未来发展趋势
系统工程概述
01
系统工程定义与发展
系统工程的定义
系统工程是一种综合性的工程技术，它运用系统科学的原理和方法，对复杂系 统进行规划、设计、实施和运行，以实现系统的最优性能和总体效益。
运筹学的基本原理
包括最优化原理、对偶原理、灵敏度分析等，这些原理为优化问题的建模和求解提供了基本思路 和方法。
运筹学的应用领域
运筹学在物流、生产管理、金融工程等领域有着广泛的应用，为实现资源的优化配置和决策的科 学化提供了有力支持。
系统工程方法与技术
03
系统分析方法
01
02
03
结构化分析方法
通过自顶向下逐层分解的 方式，将复杂系统划分为 简单的组成部分，便于理 解和分析。
系统工程未来发展趋
06
势
跨学科融合与创新发展
学科交叉融合
系统工程将更多地与计算机科学、数 学、物理学、经济学等学科进行交叉 融合，形成新的理论和方法体系。
创新驱动发展
通过引入创新理念和方法，如设计思 维、敏捷开发等，推动系统工程的创 新发展，提高解决复杂问题的能力。
智能化、自动化、可视化趋势
01
物联网感知技术
通过传感器、RFID等技术对物理世界进行感知和数据采集，为系统工程提供实时、准确 的数据输入。
物联网通信技术
利用无线通信技术实现物联网设备间的信息交互和数据传输，支持系统工程中的远程监控 和控制。

猪粪尿量V3(粪 尿:6560, N:26.3,P:14.6, K:50.1) (t/a)
年出栏10000头顶点赋权图模型
三、顶点赋权反馈因果关系图分析法
基于顶点赋权图分析法的管理对策
对策1：增加投入，扩充用户，充分利用沼气能源，消除沼气污染。 对策2：实行沼液与灌溉用水分流净化工程，从根本上解决水稻青苗 减产的问题。
问题1：沼气存储、供气设施缺乏，农户对沼气能源价值及其直接排放的 污染 认识不足，使得大部分沼气直接排放，对大气污染。 问题2：沼液与灌溉用水混合排灌造成水稻苗发青、稻谷减产。 问题3：由于承载的沼肥的农田不足和长达7个月的冬闲季节沼肥浪费引 起污染
三、顶点赋权反馈因果关系图分析法
建立因果关系图
+
3 舍本逐末反馈回路 实例:
－ 人员绩 效问题 延迟 + 内部人员的能力 －
－
－
－
＋ 引进人才
+
对引进人 才解决问 题的期望 值 ＋
管理方针：
将注意力集中在根本解。但如果问题急迫，由于根本解的效果受时间 滞延影响，在进行根本解的过程中，可暂时使用症状解来换取时间
二、常见的系统基模
4 恶性竞争（两败俱伤）基模
猪 头 数V1: 3000头/a +
1
沼液与清 水混合灌溉 水稻减产率 2.V10:45.5% +
产沼气量 + 冬闲沼肥浪费 V4:4.3(万m3/a) 规模养殖利 值V13(N:4.375,P:2.43, 润V2:23.25万 + + K:13.125)t/a + 元/a 沼肥养分含 猪粪尿量V3(粪 量 V7(N: 7.5, P: + 尿:1968, N:7.9,P:4.38, 4.18, K:22.5 )t/a K:15) (t/a)

服务品质投资不足的案例
饥寒起盗心，拉帮结派
凌弱小
拳打脚踢，手抓牙咬
是可忍孰不可忍！
问题五：恶性竞争（两败俱伤）基模 基模的结构
不论组织或个人，往往都认为要保有自己的福祉 ，必须建立在胜过对手的基础上。 但这样会产生一个对立情势升高的恶性竞争；只 要有一方领先，另一方就会感受到更大的威胁， 导致它更加积极行动，重建自己的优势，一段时 间之后，这又对另一方产生威胁，升高它行动的 积极程度……。 通常每一方都视自己积极的行为是为了防卫他方 侵略的措施；但是每一方的防卫行动，造成逐渐 提升到远超过任何一方都不想要的程度。
正反馈环 负反馈环 延迟
问题二：舍本逐末

基模结构
使用一项头痛医头的治标方 式来处理问题，在短期内产 生看起来正面而立即的效果。 但如果这种暂时消除症状的 方式使用愈多，治本措施的 使用也相对的愈来愈少。一 段时间之后，使用“根本解” 的能力可能萎缩，而导致对 “症状解”更大的依赖。
管理方针
问题的本质：时间滞延 耐心和渐进地调整； 改造系统，使其反应迅速。
耐心是美！
富者愈富基模 （马太效应）

基模结构
两个使用同一资源或某种支持的活动 同时展开，起初表现业绩相近，但为 取得有限的资源或支持而竞争。渐渐 地其中一方因业绩较好，便占有较高 的优势去争取更多的资源或支持；于 是表现越来越好，又有越来越多的资 源和支持。而其它方则陷入资源和支 持越来越少局面，表现越来越差地没 落下去。
与“舍本逐末”类似 短期的解决方案
问题四：饮鸩止渴基模

基模的结构
饮鸩止渴基模
短期对策会导致问题的恶化 汽车折扣销售
问题五：恶性竞争（两败俱伤）基模 基模的结构

② 速率变量
R1
③ 水准变量
L1
④ 辅助变量
() 。
。
A1
⑤ 参数（量） ⑥ 源与汇 ⑦ 信息的取出
（常量） L。1
④ 辅助变量
。 A1
（初值） 。
（3）流图--流图举例
R1（利息1） L1
C1(利率)
R1(订货量) 库存量 I
（库存差额） D
Y(期望库存)
(出生人口) (人口总量) (死亡人口)
(1) K和KL的含义是什么?
(2) RM是什么变量?
(3) MHM、P、RM的量纲是什么?
(4) P的实际意义是什么?
9、已知如下的部分DYNAMO方程：
MT·K=MT·J+DT*(MH·JK-MCT·JK)，
MCT·KL=MT·K/TT·K，
非线性
1. 原因与结果非线性 2. 时空分离性—滞后 3. 随机性
2、系统动力学
2.3、建模流程
明确目的
认识系统的结构、预测系统行为、 设计最佳参数、合理进行决策
确定系统边界
封闭的社会系统
因果关系分析
系统结构
建立SD模型
流程图、方程式
仿真实验
结果分析
模型修正
三、SD结构模型化原理
1 因果关系
因果箭 A
招聘成功
+ 论资排辈导致
发展受阻的压力
年轻人才渴望 明星位置的压力
+
-
+
明星位置空缺数量
+ 明星位置总数
现在明星数量
4、讨论
毕业在即，同学们都在积极的寻找中意的单位 ，由于背负着上学期间的贷款，大家都希望能把自 己卖个好价钱。

• 第一讲：系统工程概述 • 第二讲：系统工程理论与方法论 • (课堂讨论1) • 第三讲：系统模型与模型化 • 第四讲：系统仿真及系统动力学方法 • （课堂练习1）
2020/6/25
系统工程理论、方法与应用
8
引言: What/When
• 第五讲：系统评价方法 • 第六讲：决策分析方法 • （课堂练习 2） • 第七、八、九讲：系统工程应用案例
2020/6/25
系统工程理论、方法与应用
9
成绩评定
• 上课时间为4－19周， • 其中第11周期中考试，第20周期末考
试
• 选修考查
– 平时成绩 30％ – 期中考试 20% – 期末考试 50％
2020/6/25
系统工程理论、方法与应用
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引言
• Who/Where?
Who —— 学生为主体，教师为主导。
Where —— 将课堂内外的学习结合起来！
2020/6/25
系统工程理论、方法与应用
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引言: How
• How? 建议
注重系统思考； 坚持问题导向； 采用系统化方法；
教学要求
上课及考核
2020/6/25
系统工程理论、方法与应用
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教材：
《系统工程》（第4版）
汪应洛 主编
机械工业出版社 2008年4月
2020/6/25
系统工程理论、方法与应用
13
参考资料
• 《系统工程理论、方法与应用》（第二版）汪应洛 主编， 高等教育出版社， 2005年7月
• 《系统科学与工程研究》（第二版）许国志 主编，上海科 技教育出版社， 2000年
• 系统工程概论．杨家本主编．武汉：武汉理工大学出版社， 2002年1月

精选课件ppt
25
控制论提炼出的基本概念，诸如目的、行为、通信、 信息、输人、输出、反馈、控制以及在这些概念基础上的 控制论系统模型，即输入一输出反馈控制模型，具有广泛 的普遍意义，并且紧密联系着基础理论和应用技术两头。
精选课件ppt
8
控制的含义
广义地说，世间各种事件的因果关系都是控制，包括 领导、指挥、支配、经营、管理、创作、设计、组建、制 造、操纵、制裁、教育、调节、补偿、决策、优化，等等。 狭义地说，控制仅指有控制的系统中施控者选择一定手段 作用于受控者的主动行为过程。
子系统2
精选课件ppt
子系统n
13
大系统的控制
（3）分解一协调控制——分级递阶控制
系统控制器
单元控制器
单元控制器
现场控制器
现场控制器
现场控制器
现场控制器
被控对象或过程
精选课件ppt
14
大系统的控制
（3）分解一协调控制——分层控制
慢扰动
自组织层
较慢扰动
自适应层
较快扰动 优化控制层
快扰动
直接控制层
第四层 第三层 第二层 测量显示 第一层
（1）信息论运用科学抽象和类比方法，将信息、信 号、情报等不同领域的具体概念进行类比，抽象出了信息概 念和信息论模型；
（2）针对信息的随机性特点，运用了统计数学（概 率论与随机过程）解决了信息量问题，并扩展了信息概念， 充实了语义信息、有效信息、主观信息、模糊信息等方面内 容。
精选课件ppt
24
结束
精选课件ppt
4
系统的观点-1
贝塔朗菲将系统定义为“相互作用的诸要素的 复合体”。这个定义强调了系统的整体性和联系 性，是系统科学的基本观点。

55、 为 中 华 之 崛起而 读书。 ——周 恩来

谢谢！
51、 天 下 之 事 常成 于困约 ，而败 于奢靡 。——陆 游 52、 生 命 不 等 于是呼 吸，生 命是活 动。——卢 梭
53、 伟 大 的 事 业，需 要决心 ，能力 ，组织 和责任 感。 ——易 卜 生 54、 唯 书 籍 不 朽。——乔 特
系统工程(动力学)基模..
1、纪律是管理关系的形式。——阿法 纳西耶 夫 2、改革如果不讲纪律，就难以成功。
3、道德行为训练，不是通过语言影响 ，而是 让儿童 练习良 好道德 行为， 克服懒 惰、轻 率、不 守纪律 、颓废 等不良 行为。 4、学校没有纪律便如磨房里没有水。 ——夸 美纽斯
5、教导儿童服从真理、服从集体，养 成儿童 自觉的 纪律性 ，这是 儿童道 德教育 最重要 的部分 。—— 陈鹤琴

第四节————
系统动力学方法及其应用
制作小组：
陈陆波
石柯
王兆进
一、系统动力学发展概述
背景：
系统动力学（System Dynamics，SD）作为最早和最有代表性 的系统工程方法，自1961年由J.W.弗雷斯特（Forrester）教授提出以 来，已经历了半个世纪的发展 期间，从研究企业库存控制、雇员管 理等问题的工业动力学（ID）开始，经 历研究城市综合发展的城市动力学（UD ）和研究全球未来发展趋势的世界动力 学（WD）等，最终形成了系统动力学。

四、系统动力学分析问题的步骤
问题的识别
确定系统边界
因果关系图
政策分析
仿真实现
系统流图
系统动力学过程图
发展领域：
物流与供应链管理、可持续发展战略 及其管理、学习型组织等组织变革研究方面。
费雷斯特教授
一、系统动力学发展概述
如何解决？
应用系统动力学解决问题
定 性 分 析
作为先导
相辅相成
螺旋上升
定 量 分 析
作为支持
解决问题的前提和必要条件（关键）
——构建科学、合理的系统动力学模型
一、系统动力学发展概述
建模过程中应注意的问题：
首先应明确建模目的与任务，针对所要解决的主要问题， 正确找出关键要素及其关系，并做好模型的简化工
其次，在系统动力学模型初步构建完成之后，还要检测模 型构建是否科学、合理，能否反映所研究系统的特性。 再次，在实际应用中，还要努力做好系统动力学模型的优 化工作。
如何优化？ I. II. 对模型结构模式、参数的逐步合理选取及结构良化。 通过反复比较及系统评价，寻求满意的仿真结果及其对应的 较好方案（满意解）。

因果箭 A
＋
－
B
A
B
A
B
因果链
B
D
＋
＋＋
A
C
B
D
－
－＋
A
C
反馈回路
系统的 性质 行为
订货 速度
＋
＋
－
库存 差额
库存
－
量
因果关系图和流图 （1） 10
因果关系图和流图 （2）
库存量 +
-
订货量
（ -）
库存差额
期望
库存
+
11
因果关系图和流图 （3）
+ +
出生 人口
（+）
- 人口
总量
（）
死亡 人口
+ （平均）出生率
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非线性
1. 原因与结果非线性 2. 时空分离性—滞后 3. 随机性
2、系统动力学
2.3、建模流程
明确目的
认识系统的结构、预测系统行为、 设计最佳参数、合理进行决策
确定系统边界
封闭的社会系统
因果关系分析
系统结构
建立SD模型
流程图、方程式
仿真实验
结果分析
模型修正
9
三、SD结构模型化原理
1 因果关系
(出生人口) (人口总量) (死亡人口)
R1
R2
P
C1（出生率）
C2（死亡率）
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组织改善
。 组织 缺陷
组织 绩效
3 系统动力学原理
决策
信息
行动
信息
(Rate) 源
速率变 量
反馈回路
流 （行动）

一般系统论
1969年，比利时著名学者I.普利高津提出了“耗散结构（Dissipative Structure）理论”，认为一个开放的系统在远离平衡态的情况下，通过不断地与外界交换能量、物质和信息，当发生某些特殊事物耦合，达到一定的阈值时，就会突然出现以新的方式组织起来，产生新的质变，从原来混沌无序的混乱状态，转变为在时空上或功能上的稳定的有序状态。
系统工程
系统工程(Systems Engineering)是系统科学的一个分支，实际是系统科学的实际应用。 系统工程是以大型复杂系统为研究对象，应用定量分析和定性分析相结合的方法以及计算机等技术工具，对系统的构成要素、组织结构、信息交换、反馈控制等功能进行分析、设计、制造和服务，从而实现系统整体目标的最优化。它既是一个技术过程又是一个管理过程。
航天英雄---杨立伟 航天事业----庞大的系统工程 需要几代人、多少年的努力 千千万万的幕后英雄
发展趋势
STEP 03
STEP 01
STEPห้องสมุดไป่ตู้02
系统工程作为一门交叉学科，日益向多种学科渗透和交叉发展。
系统工程作为一门软科学，日益受到人们的重视。
系统工程的应用领域日益广泛，推动了系统工程理论和方法不断深化发展。
20世纪中总体发展情况
40年代是现代系统工程的起点； 50年代，系统工程方法全面形成； 60年代之后，系统工程方法取得突破； 70年代之后，系统工程应用范围不断扩大，由工程系统工程发展到复杂系统工程，特别是复杂巨系统工程； 70年代中后期，软系统思想出现，并创造出一些面向更复杂系统的方法。
阿波罗登月计划
农业系统工程
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1969；比利时统计物理学家I.普利高津 研究远离平衡态的开放系统从无序到有 序的演化规律的一种理论
五、协同学(synergetics)
70年代初，联邦德国理论物理学家 H.哈肯 研究协同系统从无序到有序的演化规律的 新兴综合性学科
第三节
系统工程理论
六、超循环理论(hypercycle theory)
关联方式
空间结构：系统组分在空间的排列配置方式； 时间结构：系统组分关联方式随时间的变化特征。
第一节 系统工程的基本概念
三、层次
对于系统 S A, R ，设 H R, a1 , a2 , A ，若 a1 与 a2 之间有关系 r H ，则 记作 a1 H a 2 。如果存在 A1 A ，使对 a1 j A1 ，有 a1 H a1 j ，则称在 H 意义下，
第一节 系统工程的基本概念
图文图表模型
符号模型 模型 实物模型 数学数字模型
实物结构模型
功能模拟的性
系统的基本概念
一、系统的特性
集合整体性 层级性或阶层性
联系性
适应性
第二节
系统的基本概念
二、系统的结构
条件－过程－结果 环境－管理－生产 领导－生产－辅助服务
三、系统的类型
1971，德国生物物理学家 M.艾根 研究分子自组织的一种理论
七、突变论(catastrophe theory)
60年代末，法国数学家 R.托姆 研究不连续现象的一个新兴数学分支， 也是一般形态学的一种理论，能为自然界中 形态的发生和演化提供数学模型
第三节
系统工程理论
八、复杂系统理论
以非线性自组织理论为核心的系统理论 （欧洲学派） 以圣菲研究所（SFI）为代表的理论框架， 其代表性理论是1994年霍兰提出的CAS（复 杂适应系统）理论（美国学派） 以开放的复杂巨系统理论为核心的理论体 系（中国学派）