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第6讲_系统动力学及Vensim建模 PPT

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系统动力学建模 PPT

系统动力学建模 PPT

因果关系图
因果图重要性
• 因果关系图在构思模型的初级阶段起着非 常重要的作用,它既可以在构模过程中初步 明确系统中诸变量间的因果关系，又可以 简化模型的表达，使人们能很快地了解系 统模型的结构假设，使实际系统抽象化和 概念化，非常便于交流和讨论。
流图法
• 流图法又叫结构图法,它采用一套独特的符 号体系来分别描述系统中不同类型的变量 以及各变量之间的相互作用关系。流图中 所采用的基本符号及涵义见图
国民经济流转模型方框问和交流
10
因果关系图法
• 在因果关系图中，各变量彼此之间的因果关系是 用因果链来连接的。因果链是一个带箭头的实线 (直线或弧线)，箭头方向表示因果关系的作用方 向，箭头旁标有“+”或“-”号，分别表示两种极性 的因果链。
• a．正向因果链 A→+B：表示原因A 的变化(增或 减)引起结果B 在同一方向上发生变化(增或减)。
系统分析
• 这一步骤首先要对所需研究的系统作深入、广泛 的调查研究，通过与用户及有关专家的共同讨论、 交换意见，确定系统目标，明确系统问题，收集 定性、定量两方面的有关资料和数据，了解和掌 握国内外在解决类似系统问题方面目前所处的水 平、状况及未来的发展动向，并对前人所做工作 的长处与不足作出恰如其份的分析。对其中合理 的思想和方法要注意借鉴、吸收，对其中不足之 处要探究其原因，提出改进的设想。
模型的基本模块
• 根据系统动力学关于系统基本结构的理论， 任何大规模的复杂系统都可以用多个系统 基本结构按照特定的方式联结而成。系统 的基本模块是典型基本结构的形式，也是 由系统的基本单元、单元的运动以及单元 的信息反馈三大部分组成。
• 了解和掌握系统基本模块的性能、特性和 作用，有助于分析和构造系统模型，尤其 是分析和构造大规模复杂系统的模型。

系统仿真及系统动力学方法PPT课件

系统仿真及系统动力学方法PPT课件

41
系统仿真及系统动力学方法
42
系统仿真及系统动力学方法
负反馈系统实例
对服务质量 的重视程度
-
+
（-）
有效的读
者意见
+
读者意见
偏见
43
系统仿真及系统动力学方法
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系统仿真及系统动力学方法
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系统仿真及系统动力学方法
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系统仿真及系统动力学方法
47
系统仿真及系统动力学方法
48
系统仿真及系统动力学方法
(4)可处理高阶次、多回路、非线性的时变复杂系统 问题。
20
系统仿真及系统动力学方法
4、工作程序
认识 界定 要素及其因 问题 系统 果关系分析
建立结 建立数 仿真 比较与 政策 构模型 学模型 分析 评价 分析
（流图）（DYNAMO方程）
www.themegallery.
21
Company Logo
+
期望 库存
速率变量
水准变量
53
辅助变量
系统仿真及系统动力学方法
周订
目标库
货量
存量
R
D
库存 差
I
实际库 存量
– 库存系统动力学流程图
54
系统仿真及系统动力学方法
+
利息
(元/年)
(+)
银行 货币
16
系统仿真及系统动力学方法
三、系统动力学的发展及特点
1、由来与发展
▪系统动力学(System Dynamics,简称SD)是美国麻 省理工学院福雷斯特(J．W．Forrester)教授提出来 的研究系统动态行为的一种计算机仿真技术。

系统动力学模型构建与Vensim软件应用教程

系统动力学模型构建与Vensim软件应用教程

系统动力学模型构建与Vensim 软件应用教程第一部分系统动力学与Vensim 软件一、系统动力学概述系统动力学(SystemDynamics)是一门分析研究信息反馈系统的学科，也是一门认识系统问题和解决系统问题交叉的综合性的新学科。

系统动力学认为,系统的行为模式与特性主要地取决于其内部的动态结构与反馈机制。

系统:相互作用诸单元的复合体，例如:社会、经济、生态系统。

反馈:系统内同一单元或同一子块其输出与输入间的关系。

对整个系统而言，"反馈"则指系统输出与来自外部环境的输入的关系。

反馈可以从单元或子块或系统的输出直接联至其相应的输入，也可以经由媒介其他单元、子块、甚至其他系统实现。

所谓反馈系统就是包含有反馈环节与其作用的系统。

它要受系统本身的历史行为的影响，把历史行为的后果回授给系统本身，以影响未来的行为。

例如：库存控制系统是一个反馈系统，如图：发货使库存量减少，当库存低于期望水平以下一定数值后，库存管理人员即按预定的方针向。

生产部门订货，货物经一定延迟到达，然后使库存量逐渐回升。

反映库存当前水平的信息经过订货与生产部门的传递最终又以来自生产部门的货物的形式返回库存。

正反馈的特点是，能产生自身运动的加强过程，在此过程中运动或动作所引起的后果将回授，使原来的趋势得到加强；负反馈的特点是，能自动寻求给定的目标，未达到(或者未趋近)目标时将不断作出响应；具有正反馈特性的回路称为正反馈回路，具有负反馈特点的回路则称为负反馈回路(或称寻的回路)；分别以上述两种回路起主导作用的系统则称之为正反馈系统与负反馈系统(或称寻的系统)。

回路的概念最简单的表示方法是图形，系统动力学中常用三种图形表示法：系统结构框图(structurediagram)因果关系图(causalrelationshipdiagram)流图(stockandflowdiagram)系统动力学解决问题大体可分为五步：第一步要用系统动力学的理论、原理和方法对研究对象进行系统分析。

系统动力学ppt课件

系统动力学ppt课件
水平方程（L）、速率方程（R）、辅助方程（A）、常量方 程（C）、初值方程（N）。
⑴水平方程：水平方程描述系统动力学模型中的存量（状态 变量，LEVEL）变化的方程。
积分方程表述：
以上积分方程表示状态变量在t 时刻的值等于状态变量初 始值加上在[0,t可]编这辑课段件 时间净流量变化对时间的积累。 24
在系统动力学中用差分方程表述：
可编辑课件
25
⑵速率方程
速率方程是表示在时间间隔 DT 内流量是如何变 化的或者是政策调控存量的决策规则。
在社会经济问题的决策中，决策者在内心都有一 个对被研究系统的状态的心理预期，即在决策者 心里什么情况下被研究系统是最好的，把心理预 期和系统的现实情况作比较，就会出现状态偏差 。
（一）系统动力学的理论基础
控制论
决策论
系统 分析
仿真
反馈控制、 自动调节、 时间滞后和 噪声干扰等。 尤其是反馈 控制理论
根据信息和 评价准则， 用数量方法 寻找或选取 最优决策方 案，是运筹 学的一个分
从系统的观 点出发，采 用各种分析 工具和方法 对问题进行 研究。
仿真模型的建 立，模型中变 量、参数和常 数的处理，仿 真时间，仿真 时钟的推进， 仿真计算结果 的存储和输出
通过上述过程完成了对系统结构的仿真，接下来就要寻 找较优的系统结构。
可编辑课件
9
2.系统动力学的原理
寻找较优的系统结构被称作为政策分析或优化，包括 参数优化、结构优化、边界优化。
参数优化就是通过改变其中几个比较敏感参数来改变系统 结构来寻找较优的系统行为。
结构优化是指主要增加或减少模型中的水平变量、速率变 量来改变系统结构来获得较优的系统行为。
所以，引入辅助方程，将复杂的方程分解简化，由系 列方程替代一个复杂的方程，使用起来清晰明确。

vensim案例分析精品PPT课件精选全文完整版

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1.系统动力学发展历程
❖ J.W.Forrester等教授在系统动力学的主要成果： ❖ 1958年发表著名论文《工业动力学——决策的一个重要突
破口》，首次介绍工业动力学的概念与方法。 ❖ 1961年出版《工业动力学》(Industrial Dynamics)一书，
该书代表了系统动力学的早期成果。 ❖ 1968年出版《系统原理》(Principles of Systems)一书，
2.系统动力学的原理
系统动力学是一门分析研究信息反馈系统的学科。它 是系统科学中的一个分支，是跨越自然科学和社会科学的 横向学科。
系统动力学基于系统论，吸收控制论、信息论的精髓， 是一门认识系统问题和解决系统问题交叉、综合性的新学 科。
从系统方法论来说，系统动力学的方法是结构方法、 功能方法和历史方法的统一。
论述了系统动力学的基本原理和方法。 ❖ 1969年出版《城市动力学》(Urban Dynamics)，研究波
士顿市的各种问题。 ❖ 1971年进一步把研究对象扩大到世界范围，出版《世界动
力学》(World Dynamics)一书，提出了“世界模型II”。
1.系统动力学发展历程
1972年他的学生梅多斯教授等出版了《增长的极限》 (The Limits to Growth)一书，提出了更为细致的“世界模 型III”。这个由罗马俱乐部主持的世界模型的研究报告已被 翻译成34种语言，在世界上发行了600多万册。两个世界 模型在国际上引起强烈的反响。
LOGO
系统动力学
System Dynamics
2009.10.31
Contents
1
系统动力学发展历程
2Leabharlann 系统动力学的原理3系统动力学基本概念

系统动力学模型构建与Vensim软件应用教程

系统动力学模型构建与Vensim软件应用教程

系统动力学模型构建与Vensim软件应用教程
教师简介
王普，博士，讲师，北京理工大学管理科学与工程专业博士，高校教师。

课程介绍
《系统动力学模型构建与Vensim软件应用课程》主要介绍了系统动力学模型的构建过程以及借助Vensim软件实现模型的求解过程。

通过本课程的学习，一方面可以掌握系统动力学模型的基本原理和建模实现。

另一方面，可以掌握Vensim软件对系统动力学模型进行求解的操作步骤和方法。

本课程适合初学者听，听完后，可以掌握基本的系统动力学模型构建与Vensim软件操作方法与结果解读。

本教程为高清视频，画面清晰生动，身临其境。

同步教程，举一反三，效果翻倍。

可登陆中国科学软件网或科学软件学习网免费试看。

课程大纲
本视频课程分为8讲，共11个视频，时长为522分。

读书会第14期系统动力学理论概述与Vensim软件课题应用.ppt


• 假设的实证 ✓回归分析——具备针对性 ✓结构方程——具备整体性
RIPAM
3 Vensim软件的课题应用
3.5 课题应用——测试
• 比较参考模式 ✓ 劳动力需用曲线、项目工人变动曲线（经验性总结）
• 测试灵敏度 ✓ 状态和速率对各种关键变量（如成长时间）的灵敏度
• 分析鲁棒性 ✓ 极端条件下系统模型的行为结果是否符合现实？ ✓ 如成长时间为零、招工间隔时间过长等极端条件
1 系统动力学的理论概述
1.3 系统动力学的表达工具
• 存量流量图的绘图原则 ✓ 状态变量必须附有流入或流出的变量 ✓ 只有速率变量才能改变状态变量 ✓ 状态变量—信息取出线；速率变量—信息流入线 ✓ 辅助变量只能有信息流线经过 ✓ 常量只能有信息取出线经过
RIPAM
1 系统动力学的理论概述
1.4 系统的行为模式与结构
第二章： 流动行为 机制的实 证分析
第三章： 流动行为 机制的系 统分析
第四章： 对策分析 与评估
RIPAM
3 Vensim软件的课题应用
3.2 课题应用——明确问题和边界
• 选择问题：研究问题是什么？ ✓ 产业工人的流动行为，体现为项目流动状态和流动速率
• 关键变量：必须考虑的概念是什么？ ✓ 项目上产业工人的数量变化、新老工人的比例 ✓ 人均劳动效能（质量指标）、人均劳动成本
Area
RIPAM
3 Vensim软件的课题应用
3.1 建模过程概述
• 明确问题，确定系统的边界 ✓ 选择问题、关键变量、时限
• 提出动态假说 ✓ 现有理论解释、反馈假设、绘制因果图
• 写方程 ✓ 明确决策规则、确定初始值、验证动态假设
• 测试 ✓ 比较参考模式、测试灵敏度、分析鲁棒性

系统动力学模型教学课件

实现。
THANKS
感
系统动力学模型在可持续发展领域的应用
总结词
随着可持续发展理念的深入人心，系统动力 学模型将在可持续发展领域发挥更大的作用， 为解决环境、经济和社会问题提供有力支持。
详细描述
系统动力学模型可以用于研究可持续发展中 的复杂问题，如气候变化、资源利用和人口 发展等。通过模拟不同政策或措施对可持续 发展的影响，系统动力学模型可以为政策制 定者提供决策支持，促进可持续发展目标的
02
系力学模型的基本念
系统元素
变量
状态变量
速率变量
辅助变量
系统中随时间变化的因 素，可以是状态变量、 速率变量或辅助变量。
描述系统状态变化的变 量，其值在特定时刻确定。
描述状态变量变化速率 的变量，即状态变量的
导数。
用于描述系统内部机制 或相互作用的变量。
系统结构
01
02
03
04
反馈回路
描述系统内部各元素之间相互 作用的路径，是系统行为产生
04
系力学模型的分析法
仿真分析
总结词
仿真分析是系统动力学模型的核心分析方法，通过构建模型 并模拟系统行为，帮助理解系统的动态特性和行为模式。
详细描述
仿真分析基于系统动力学模型，通过设定不同的参数和初始 条件，模拟系统在不同情况下的行为表现。通过比较模拟结 果和实际数据，可以对系统的未来行为进行预测，并评估不 同政策或策略对系统的影响。
系统动力学模型的应用领域
总结词
系统动力学模型在多个领域都有广泛的应用，如企业 管理、城市规划、生态保护等。
详细描述
在企业管理领域，系统动力学模型可以用于研究企业的 战略规划、市场营销、生产管理等各个方面，帮助企业 优化资源配置，提高管理效率。在城市规划领域，系统 动力学模型可以用于研究城市的人口、经济、环境等各 个方面的动态行为和发展趋势，为城市规划提供科学依 据。在生态保护领域，系统动力学模型可以用于研究生 态系统的结构和功能，预测生态系统的发展趋势和变化 规律，为生态保护提供技术支持。

系统动力学及Vensim建模与模拟技术


R1 实际库存 发货 满足顾客订货时间 结存订单 发货2
顾客订货速率
20
变量与方程建立
Page 21
变量
状态变量
Level或积分量 是单位时间变化量 是单位时间变化量
速率变量
辅助变量
21
应用例举（库存与劳动力模型）
Page 22
确定问题
问题的定义 参考模式 构模目的与使用模型的用户持点（关注两者的变化关系） 系统的界限 （库存、劳动力） 系统的反馈结构 （以库存和劳动力为主的因果反馈回路分析）
Vensim软件的界面
Page 9
标题栏：Titel Bar 菜单栏: Menu 工具栏 :Tools Bar
Main Tools Simulation Tools Analysis Tools Sketch Tools
状态栏 :Status Bar 流图区
9
Vensim软件的界面
订货增加
库存减少
订货 -
减少交 货延迟
库存增加
16
因果回路图分析（分析的基本技巧）
Page 17
因果链极性
因果链A→+ B：连接A与B的因果链取正号，
– （1）若增加A使B也增加，或 – （2）若A的变化使B在同一方向上发生变化。

因果链A→- B：连接A与B的因果链取负号，
– （1）若A的增加使B减少，或 – （2）若A的变化使B在相反方向上发生变化。
水位差 + 决定添水
18
流图构建（模型的实质性）
Page 19
系统动力学认为反馈系统中包含连续的，类似流体流动与积累过程。 速率或称变化率，随着时间的推移，使状态变量的值增或减。

系统仿真模型系统动力学资料PPT文档101页

71、既然我已经踏上这条道路，那么，任何东西都不应妨碍我沿着这条路走下去。——康德 72、家庭成为快乐的种子在外也不致成为障碍物但在旅行之际却是夜间的伴侣。——西塞罗 73、坚持意志伟大的事业需要始终不渝的精神。——伏尔泰 74、路漫漫其修道远，吾将上下而求索。——屈原 75、内外相应，言行相称。——韩非
系统仿真模型系统动力学资料
36、如果我们国家的法律中只有某种 神灵， 而不是 殚精竭 虑将神 灵揉进 宪法， 总体上 来说， 法律就 会更好 。—— 马克·吐 温 37、纲纪废弃之日，便是暴政兴起之 时。— —威·皮 物特
38、若是没有公众舆论的支持，法律 是丝毫 没有力 量的。 ——菲 力普斯 39、一个判例造出另一个判例，它们 迅速累 聚，进 而变成 法律。 ——朱 尼厄斯
40、人类法律，事物有规律，这是不 容就是财富 ❖ 丰富你的人生
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系统动力学的系统观点基础
系统可以用一组随时间变化的状态变量X=(x1,x2,..n)描述：系统的相空间 系统有一定的输入： U=(u1, u2, ..,um)： 控制量 系统是通过相互作用而发展变化的：X’=f(X,U,t)
X`(x1`,x2`,...,xn`)
X(x1,x2,..,xn)
U(u1,u2,...,um)
系统动力学建模框架和结构
策略的执行 策略分析
计算机模拟
对一个系统 的认识
模型的建立
问题的定义 系统的概念化
系统动力学解决问题的一般过程
提出 问题
参考行为 模式分析
提出假设 建立模型
模型 模拟
得到 结论
▪ 提出问题：明确建立模型的目的。即要明确要研究和解决什么问题。
▪ 参考行为模式分析：分析系统的事件，及实际存在的行为模式，提出设 想和期望的系统行为模式。作为改善和调整系统结构的目标。
Vensim 软件的历史
Vensim 软件的历史
(4)简单系统与行为 一阶系统系统行为 二阶系统系统及行为
(1) 系统动力学简介
系统动力学发展历史 系统动力学主要应用领域 系统动力学基本观点 系统动力学学科基础 系统动力学建模基本过程
系统动力学发展历史
MIT和福瑞斯特（Jay W. Forrester）
1950~60年代SD诞生
工业动力学、城市动力学
第6讲_系统动力学及Vensim建模
主要内容
(1)系统动力学简介 系统动力学发展历史 系统动力学主要应用领域 系统动力学学科基础 系统动力学建模基本过程
(2)Vensim 软件简介 软件配置 基本功能 用户界面 模型库及辅助知识
(3)系统动力学及Vensim建模基础 因果链与反馈 因果回路图构建 流图构建
系统由多个子系统组成，最小的子系统是一阶反馈回路，它包含：一个状态 量，速率量，及辅助变量，是一个多元一阶微分方程 系统的未来发展取决于其结构及初始条件: U, f(X,U,t)) 系统动力学的模型，相当于这组微分方程组： X’=f(X,U,t)
(2)Vensim 软件简介
Vensim的历史 Vensim软件的版本 Vensim软件的功能 Vensim软件的界面 Vensim软件知识与资源
综合原理
分解的逆过程
系统动力学的特点
SD研究的对象主要是社会经济系统 SD分析与解决问题的方法不是建立一组微分方程去求解
，而是：
分析系统的结构：划分子系统 分析变量之间的相互作用：因果关系 区分速率变量，状态变量，辅助变量，研究反馈关系。
通过建立直观的模型，进行计算机模拟，从而解决问题。 事件—行为模式—系统结构：系统结构决定行为行为模式
▪ 提出假设建立模型：由行为模式，提出系统的结构假设。由假设出发， 设计系统的因果关系图，流图，并列出方程，定义参数。从而将一系列 的系统动力学假设，表示成了清晰的数学关系集合。
▪ 模型模拟：调整参数，运行模型，产生行为模式。建立好的模型是一个 实验室，可以由试验参数和结构的变化理解结构与系统行为模式的关系 。
系统建模中对问题的分解（结构建构） 系统分析中的共性结构分析 复杂模型的基模研究
系统及其构成和结构
系统及其构成和结构
大家学习辛苦了，还是要坚持
继续保持安静
系统动力学的两个重要原理
分解原理
目标、边界、框架和结构 确定分析维度和视角（自然科学与社会科学的区分） 由粗到细（至上而下）逐步分解（结构演进）
系统及其构成和结构
系统：一个由相互区别、相互作用的各部分有机地联结一 起，为同一目的而完成某种功能的集合体。
系统动力学是认识系统问题和解决系统问题的有效工具之 一。
系统的结构：所谓结构是指单元的秩序。它包含两层意思 ，首先是指组成系统的各单元，其次是指诸单元间的作用 与关系。系统的结构标志着系统构成的特征。例：
构入手建模，构造系统的基本结构，进而模拟与分析系统的 动态行为。 系统的行为由其结构和功能所决定。 “反馈”就是信息的传输与回授。顾名思义，反馈的重点应 在于”回授’’即“反”字上。
反馈的概念是普遍存在的。比如，空调设备是人们所熟知的，为了维 持室内的温度，需要由热敏器件组成的温度继电器与冷却(或加热)系 统联合运行。由前者担负室内温度的检测，并与给定的期望室温加以 比较，然后把信息馈送至控制器，使冷却(或加热)器的作用在最大与 关停之间进行调节，从而实现控制室温的目的。其中温度继电器就是 反馈器件，上述的信息馈送过程就是信息反馈作用。
，行为模式决定具体事件，因此解决问题的根本出发点是 系统结构分析。 系统动力学能解决微分方程组方法难以解决的复杂非线性 系统问题。
系统动力学的学科基础
系统动力学的学科基础可划分为三个层次： 方法论。系统动力学的方法论是系统方法论，其基本原 则是将所研究对象置于系统的形式中加以考察。系统方 法论目前还不很完善，系统动力学自身的发展也将会丰 富、充实系统方法论。 技术科学和基础理论。主要有反馈理论、控制理论、控 制论、信息沦、非线性系统理论，大系统理论和正在发 展中的系统学。 应用技术——第三层次。为了使系统动力学的理论与方 法能真正用于分析研究实际系统，使系统动力学模型成 为实际系统的“实验室”，必须借助计算机模拟技术。
系统动力学建模流程
任务调研 问题定义 划定界限
系统分析
反馈结构分析 变量定义

结构分析
建立方程
建立模型
模型模拟
模型评估
政策分析与模型使用
修改模型
系统动力学数学描述
根据分解原理
系统S划分成若干个(p个)相互关联的子系统(子结构)St 。
式中：
SSiS1p
i1,2, ,p
S——代表整个系统； Si——代表子系统，
1970~80年代发展成熟
世界动力学、经济长波模型
1990~广泛应用与传播
第五项修炼——学习型组织
中国的系统动力学发展
杨通谊教授 王其藩教授 许庆瑞教授
系统动力学应用领域
宏观经济 企业管理
系统动力学的基本观点
系统动力学是一门基于系统论，吸取反馈理论与信息论等，并 借助计算机模拟技术的交叉学科。 系统动力学能定性与定量地分析研究系统，从系统的微观结