系统动力学

系统动力学(SystemDynamics)主讲：张学民(1)教材及参考资料教材高级系统动力学，王其藩著，清华大学出版社，1995年9月系统动力学，王其藩著，清华大学出版社，1994年10月王其藩教授(复旦大学)•王其藩教授男,泉州市人。1959年毕业于清华大学电机系。复旦大学与同济大学教授、博士生导师，美国麻省理工学院(MIT)系统动力学（缩称SD）研究中心终身成员，同济发展研究院院长。兼任国际SD学会中国分会主席，中国系统工程学会SD专业委员会主任委员，中国系统科学研究会副会长，上海美国MIT同学会会长；上海欧美同学会常务理事，上海泉州市侨乡开发协会理事;《国际SD评论》和《系统辩证学学报》副主编以及其他四种国内外权威与核心学术刊物编委等职。•1981年赴美国MIT斯隆管理学院进修、访问、讲学2年余，获证书，1983年受聘为该校SD硏究中心终身成员。回国后从事管理科学理论与应用的科研和教学工作，推动SD在国内外的发展。•联系方式：上海复旦大学管理学院，[e-mail]教授与王其藩在其MIT办公室王其藩教授与Forrester、Forrester妻子Susan、Forrester长子NathanForrester王其藩教授与JohnD.Sterman及Sterman的妻子Cindy王其藩教授与PeterSenge王其藩与NathanForrester，PeterSenge，DavidAnderson，JohnMorecroft参考资料•贾仁安、丁荣华，系统动力学——反馈动态性复杂分析，2003•J.W.Forrester，系统原理，1986清华版译本•J.W.Forrester，工业动力学，1985科学版译本•俞金康，系统动态学原理及其应用，1993•谭惠民，系统动力学，1989•喻学恒，系统工程理论与应用第一卷：系统动力学，1983•苏懋康，系统动力学原理及应用，1988•都兴富，系统动力学原理及其应用，1989•胡玉奎，系统动力学——战略与策略实验室，1988•张洪江、王礼先，长江三峡花岗岩坡面土壤流失特性及其系统动力学仿真，1997•系统动力学在中国，•学习型组织研修中心，《第五项修炼——学习型组织的艺术与实务》•[美国]彼得·圣吉（Peter.M.Senge)著，郭进隆译，杨硕英校，上海三联书店出版•一本探讨个人及组织生命的书，在中国大陆掀起了一股学习大潮，特别对企业家们产生过较大影响。彼得.圣吉在北大光华管理学院为EMBA学员作专场主题演讲《系统思考》：让你“见树又见林”！•SeeingtheForestfortheTrees:AManager‘sGuidetoApplyingSystemsThinking，[英]DennisSherwood著，邱昭良、刘昕译，机械工业出版社，2004.4•弥补了《第五项修炼》与现实世界之间的距离，展示了处理复杂问题的最佳理论：系统思考。•有助于加深对系统思考的理解，也为如何使用相关的工具与方法绘制系统循环图，从而解决复杂的问题提供了详细的指南，并展示了通过计算机仿真模拟可以获得的神奇力量。•通过对本书的研读，你将得到更好、更稳健、更睿智的决策能力！系统动力学的产生与早期发展回顾产生背景第二次世界大战以后，随着工业化的进程，某些国家的社会问题日趋严重，例如城市人口剧增、失业、环境污染、资源枯竭。这些问题范围广泛，关系复杂，因素众多，具有如下三个特点：–各问题之间有密切的关联，而且往往存在矛盾的关系，例如经济增长与环境保护等。–许多问题如投资效果、环境污染、信息传递等有较长的延迟，因此处理问题必须从动态而不是静态的角度出发。–许多问题中既存在如经济量那样的定量的东西，又存在如价值观念等偏于定性的东西。这就给问题的处理带来很大的困难。背景(cont.)新的问题迫切需要有新的方法来处理；另一方面，在技术上由于电子计算机技术的突破使得新的方法有了产生的可能。于是系统动力学便应运而生。J.W.Forrester教授自50年代中期开创系统动力学以来，在一系列社会经济系统问题的研究中取得了令人瞩目的创造性成果。J.W.ForresterForrester,whoinventedrandom-accessmagnetic-corememoryduringthefirstwaveofmoderndigitalcomputers,alsopioneeredthefieldofsystemdynamics--analysisofthebehaviorofsystems.Hepursuesthreemaininterestsbasedonsystemdynamics:①theSystemDynamicsNationalModel,whichgeneratesthemajorobservedmodesofeconomicbehavior;②anewmanagementeducationbasedontheinherent,dynamiccomplexityofalltherelatedpartsofacorporationandbringsthemintoaunifiedsystem;③systemdynamicsasamethodologyforgivingcohesion,meaning,andmotivationtopre-collegeeducation.GermeshausenProfessorEmeritusofManagementSeniorLecturerUniversityofNebraska,BS'39,ElectricalEngineeringMIT,MS'45,ElectricalEngineeringJ.W.Forrester等在系统动力学方面的主要成果•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》(IndustrialDynamics)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》(PrinciplesofSystems)一书，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》(UrbanDynamics)，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》(WorldDynamics)一书，提出了“世界模型II”。•1972年他的学生梅多斯教授等出版了《增长的极限》(TheLimitstoGrowth)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。J.W.Forrester等在系统动力学方面的主要成果(cont.)继世界模型之后，福雷斯特教授等又开始了历时10年以上的美国“国家模型”(SystemDynamicsNationalModel)的研究。该模型在宏观经济学和微观经济学之间架起桥梁，成功地研究了通货膨胀和失业等等社会经济问题，并第一次从理论上阐明了西方经济学家长期争论不休的经济长波产生的机制。发展历史系统动力学的发展过程大致可分为四个阶段：1、稳态动力学(1956－1961)由于SD这种方法早期研究对象是以企业为中心的工业系统，初名也就叫工业动力学。这一阶段明确了结构的概念，即从反馈环或系统子结构的角度来认识系统，主要研究的是平衡条件的变动对稳态的影响，而不是增长或衰减等瞬态过程。在这一“企业工程”时代，SD主要致力于公司的政策修订。该阶段以《工业动力学》一书的出版而告结束。发展历史(cont.)系统动力学的发展过程大致可分为四个阶段：2、增长的动力学和一般系统理论(1962－1966)在这一阶段中，系统概念在社会科学中得以巩固，有关系统原理的教材及实验手段得到普及。SD模型发展到非线性占重要地位的实际系统。新产品开发、公司经营及经济活动等增长过程中的正反馈机制得以阐明。同时，SD的应用范围已不仅仅是企业政策的制定，而且扩充到工程、医学、管理、心理学、经济等领域。对如此广泛领域的系统，SD都是以一种统一的观点去把握系统结构的，因此SD是作为一般系统理论而得以发展的。发展历史(cont.)系统动力学的发展过程大致可分为四个阶段：3、理论与应用的桥梁(1967-1975)这一阶段为SD的进一步发展奠定了基础，迈开了由理论走向实际应用的重要步伐。一些重要的专著，如福雷斯特教授的《城市动力学》、《世界动力学》、梅多斯教授等的《增长的极限》等相继问世。由于这个方法的研究领域已远远超出工业系统的范围，1972年遂改称系统动力学。对于反馈过程，SD并不拘泥于数学上复杂的反馈理论，而作出了简明的实用解释。发展历史(cont.)系统动力学的发展过程大致可分为四个阶段：4、渐趋成熟(1976-)由福雷斯特教授等主持研究的美国国家模型（耗资600万美元，方程数4000）代表了系统动力学的最新成果，它标志着系统动力学在理论及应用方面进入了一个更为成熟的阶段。目前系统动力学正加强与控制理论、系统科学、突变理论、耗散结构与分叉、结构稳定性分析、灵敏度分析、统计分析、参数估计、最优化技术应用、类属结构研究、专家系统等方面的联系。美、英、法、联邦德国、日本等国纷纷采用系统动力学方法来研究各自的社会经济问题，涉及到经济、能源、交通、环境、生态、生物、医学、工业、城市等广泛的领域。系统动力学基本理论什么是系统动力学？•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。•它是系统科学和管理科学中的一个分支，也是一门沟通自然科学和社会科学等领域的横向学科。•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。•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。系统与反馈•系统：相互作用诸单元的复合体•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。反馈系统•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。•库存控制系统是一个反馈系统。–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。库存信息反馈调节过程库存订货系统是一个简单的反馈系统。从图中可知它形成闭合的回路(或称环)，称之为反馈回路(或环)。反馈回路就是由一系列的因果与相互作用链组成的闭合回路或者说是由信息与动作构成的闭合路径。库存订货控制系统回路、闭环系统、开环系统•反馈系统就是相互联结与作用的一组回路。•反馈系统就是闭环系统。•单回路的系统是简单系统；具有三个回路以上的系统是复杂系统。•反馈系统俯拾皆是，生物的、环境的、生态的、工业的、农业的、经济的和社会的系统都是反馈系统。•开环系统是相对于闭环系统(即反馈系统)而言的，因其内部未形成闭合的反馈环，像是被断开的环，故称为开环系统。库存–––订货系统是一个闭环的反馈系统•系统中的库存缺货信息的收集与向生产部门提出订货的要求均由管理人员承担，假设系统中无管理人员或管理人员失职，则系统中失去反馈环节与反馈作用，处于无人管理状态，也就成为开环系统了。库存量就不可能保持在合理的水平。库存订货控制系统正反馈、负反馈、正反馈回路、负反馈回路、正反馈系统、负反馈系统•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