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1、1 系统动力学 主讲教师：李小林 Email: 图 祖 嗜 食 寥 战 皋 屡 央 筐 舟 鸥 灌 肇 沮 砂 剪 脊 珊 游 祝 拦 顿 蹲 挛 唬 纱 赚 玩 毗 忙 杨 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未 来 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未 来 u参考书目 2 1.王其藩. 系统动 力学. 上海财经 大学出版社, 2009. 2.贾仁安. 系统动 力学-反馈动态 性复杂分析, 高等教育出版社， 2002 3.约翰.D.斯特曼(John D. Sterman)著，朱岩等译 . 商务动态 分析方法 ：对复杂世界的系统思考与建模, 2008,北京：清华大学
2、出版社 4.Peter.M.Senge . The Fifth Discipline 5.钟永光, 贾晓 菁, 李旭. 系统动 力学. 科学出版社, 2009. 6.贾仁安，王翠霞，涂国平，邓群钊.规模养种生态能源工程反馈动 态复杂性分析M.科学出版社，2007 7.J.W.Forrester, Industrial Dynamics, Principles of Systems, Urban Dynamics, World Dynamics 8.增长的极限，德内拉.梅多斯，2006，机械工业出版社 祥 熬 酱 驼 增 淫 富 耻 穆 刁 劫 弄 硬 孽 汪 镑 缸 门 邱 垢 弯 翠 溅 蕴
3、 慎 矛 怔 帽 滚 腊 损 癣 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未 来 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未 来 u相关网站 3 (1)MIT系统动统动 力学小组组 http:/sdg.scripts.mit.edu/ (2)中国学习习型组织组织 (3)系统动统动 力学学会 http:/www.systemdynamics.org/ (4)系统动统动 力学讨论论坛讨论论坛 http:/www.systemdynamics.org/forum/ (5)Vensim网站 http:/ 赠 哇 秀 陛 刁 第 妙 物 害 鬼 矿 追 辰 夺 璃 契 荧 衅 技 戍
4、羽 抓 恤 饲 敦 榆 牵 趣 窒 畔 屏 甫 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未 来 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未 来 课程说明 o学时：24+8=32 o课程过程考核方式、考核次数： n出勤 n课堂/课后作业+上机作业 n小论文报告 n测验 o课程成绩构成： n出勤（10%） n作业(10%) n小论文 (10%) n测验（10%） n考试(60%) o课程结课考核方式：笔试（闭卷） 4 挤 堂 奥 狞 谰 照 峪 脸 如 硼 而 简 瞄 令 童 坑 声 椭 犊 快 谗 够 肠 盯 擦 禹 忻 幽 振 臃 遭 垢 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历
5、 史 与 未 来 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未 来 5 第1章 系统动力学的历史与未来 o 1.1什么是系统动力学 o 1.2国外系统动力学的历史 o 1.3国内系统动力学的发展 o 1.4系统动力学专用模拟语言与软件的发展 o 1.5系统动力学的未来 掌 狰 夫 奔 炬 细 挞 仙 壬 纹 鹤 坦 猜 删 怜 幽 她 踞 档 胁 假 搂 擒 锁 菜 任 灶 桌 诉 语 广 殉 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未 来 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未 来 1.1什么是系统动力学 6 o System dynamics is a metho
6、d for studying the world around us. Unlike other scientists, who study the world by breaking it up into smaller and smaller pieces, system dynamicists look at things as a whole. The central concept to system dynamics is understanding how all the objects in a system interact with one another. The obj
7、ects and people in a system interact through “feedback“ loops, where a change in one variable affects other variables over time, which in turn affects the original variable, and so on. The Beginning of System Dynamics. by Prof. Jay W. Forrester, 1989 哑 其 施 黄 蓉 赤 崔 嗜 蒜 哈 徘 买 啊 疤 烬 遮 喂 共 阐 糊 抖 永 途 梗 八
8、 队 埋 噬 这 剔 愁 槽 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未 来 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未 来 7 赏 择 劳 句 梁 呀 努 碘 锡 卖 星 鄂 请 鼓 冠 永 陡 斯 磕 纫 词 闯 奥 宇 脾 营 景 卸 饥 痕 裹 马 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未 来 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未 来 系统动力学(system dynamics, SD)是系统科 学理论与计算机仿真紧密结合、研究系统反馈结构与 行为的一门科学，是系统科学与管理科学的一个重要 分支。 p系统动力学认为：系统的行为与特性主要取决于其
9、内部结构。 p反馈：影响Y，反过来Y通过一系列的因果链来影 响X； p非线性、高阶次、多重反馈的复杂时变系统往往表 现出反直观、千姿百态的动态性。 8 鞠 祷 硫 计 岿 夏 见 臃 匀 卸 碗 注 峦 漳 袋 画 旨 幸 岗 库 涛 倘 救 悦 耽 添 斗 匙 默 邀 曾 浩 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未 来 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未 来 引例：城市住宅价格系统 9 蛇 愧 德 凹 爆 母 舱 桑 谱 公 和 租 父 蔼 仙 想 缚 箱 磅 龟 浊 希 皖 柠 秒 览 税 蛋 诉 恤 谨 馁 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未
10、来 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未 来 1.2国外系统动力学的历史 10 o 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。 戒 辩 哮 稗 舅 搭
11、塌 芭 亭 叁 笆 触 囤 甭 沉 璃 詹 恕 乡 氛 乡 椎 笨 面 嗜 稻 夹 酋 叁 潜 愚 啤 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未 来 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未 来 11 oo System Dynamics System Dynamics was created during the mid-1950s by Professor Jay W.Forrester of the Massachusetts Institute of Technology. System dynamics / simulation Jay W. Forrester
12、(1918-) 唉 有 湖 叁 薛 负 买 嘴 导 诉 脯 稳 汝 筷 盯 尸 伏 羹 聋 绵 挟 赂 唤 羚 租 辟 尊 絮 煌 酝 阮 杨 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未 来 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未 来 12 1.1958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。 2.1961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。 3.1968年出版系统原理(Principles of Systems)一书，论述了系统 动力学的基本原理和方法。 4.1
13、969年出版城市动力学(Urban Dynamics)，研究波士顿市的各 种问题 。 5.1971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”。 nForrester等在系统动力学方面的主要成果 卡 澄 省 腊 小 咬 市 醇 捷 仙 爪 导 方 他 猖 猖 架 业 果 楚 襟 宵 辨 闺 劫 蝶 逼 牙 针 悸 际 搭 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未 来 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未 来 13 20世纪70年代，世界工业生产呈指数增长,而金融与经济 却处在周期性衰退,通货膨胀；人口迅速
14、增长，城市人口发展 失控，就业困难；非再生自然资源消耗呈指数增长,资源日渐 枯竭,生态环境恶化。 罗马俱乐部探索产生这些问题的原因，寻求未来世界与 人类摆脱困境的出路。由于这些问题涉及社会、经济和技术 等因素，而且这些因素之间呈现错综复杂的关系，鉴于当时 一些常用的理论方法、工具难以解决，他们求助于SD. 世界模型背景 振 危 述 材 齐 椽 槐 故 馋 人 耀 主 弦 簧 叔 唆 嘻 背 状 凳 盆 栏 绘 辩 乞 记 休 诸 语 弓 奢 填 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未 来 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未 来 14 p 1972年他的学生梅多斯教授
15、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。 p 1972年Forrester领导 MIT小组，在政府与企业的资助下花费10 年的时间 完成国家模型的研究，该模型揭示了美国与西方国 家的经济长 波的内在机制，成功解释了美国70年代以来的通 货膨胀、失业率和实际 利率同时增长的经济问题 。(经济长经济长 波通常是指经济发 展过程中存在的持续时间为 50年左右的周 期波动 ) nForrester等在系统
16、动力学方面的主要成果 吹 娇 单 嘛 伪 元 算 嗓 靡 译 篮 箔 状 化 住 恤 沧 掸 冷 刃 劳 奢 舔 床 赋 湿 西 里 党 进 徒 诣 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未 来 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未 来 15 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”(System Dynamics National Model)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。 美国国家模型 美
17、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。 荆 爆 普 设 悦 窥 扇 拉 倡 贞 句 淡 督 源 酷 为 若 会 小 容 启 菲 盘 稿 铣 衍 晶 枯 增 蘸 扇 径 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未 来 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未 来 16 第一阶阶段： SD的诞诞生20世纪纪50-60年代 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，初名也就叫工业动业动 力学(工业动态业动态 学)。这 阶段主要是以福雷斯特教授在哈佛商业评论发 表的 工业
18、动力学作为奠基之作，之后他又讲述了系统动 力学的方法论和原理，系统产生动态行为的基本原理 。 n系统动力学发展过程大致可分三个阶段 然 界 典 缉 慕 柑 佩 倾 吵 莱 椰 驮 密 硝 怖 隘 披 懈 邓 千 益 郸 银 床 挤 飞 庄 就 抨 貉 杖 卑 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未 来 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未 来 17 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Forrester教授 的城市动力学、世界动力学，Meadows教授等的 增长的极限等相继问世; 这一阶段SD的研究领域已远远超
19、出工业系统的范围, 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，强调实用性; 这一阶段以世界模型和美国国家模型最为著名 第二阶阶段：发发展成熟 -20世纪纪70-80年代 沪 罩 粤 禽 嚷 将 邹 陶 馁 穷 蹲 睹 强 塘 阀 邓 厅 想 滓 狐 视 休 压 灭 炽 袄 汛 般 又 字 煞 抡 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未 来 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未 来 18 SD在世界范围内得到广泛的传播，其应用范围更广泛; 目前SD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
20、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。 第三阶阶段：SD广泛应应用与传传播-20世纪纪90年代至今 阁 竣 增 弃 节 钝 窝 爬 羊 何 察 尚 支 尤 寝 饺 彻 聋 彝 毡 单 壮 迸 漳 陛 舞 贮 们 辊 诧 爱 踞 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未 来 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未 来 19 20世纪70年代末系统动力学引入我国，其中杨通谊，王其 藩，许庆
21、瑞，陶在朴，胡玉奎等专家学者是先驱和积极倡导者 。二十多年来，系统动力学研究和应用在我国取得飞跃发展。 我国成立中国系统动力学学会，国际系统动力学学会中国分会 ，主持了多次国际系统动力学大会和有关会议。 目前我国SD学者和研究人员在区域和城市规划、企业管 理、产业研究、科技管理、生态环保、海洋经济等应用研究领 域都取得了巨大的成绩。 1.3国内系统动力学的发展 烘 判 持 旅 摘 健 星 伦 笛 盔 幼 芦 微 帖 廓 丁 思 战 咽 煌 菲 羊 上 秋 镣 滔 紊 厢 皇 通 倚 诸 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未 来 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未
22、来 20 1.4系统动力学专用模拟语言与软件的发展 o 20世纪50年代系统动力学发展初期，用于计算机模 拟的编译系统 n SIMPLE (simulation of industrial management problems with lots of equation) n DYNAMO (dynamics model) n STELLA，iThink，Vensim，Powersim等。 o 20世纪90年代后，图形化应用软件 n STELL/iThink/Vensim/Powersim/Anylogic等 。 绽 揭 炉 外 滚 蜗 巫 潞 荔 涅 窟 狗 酶 扒 坛 冗 痢 战 锭 炯
23、 汀 厚 私 浙 痔 数 注 粱 敞 倍 道 祝 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未 来 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未 来 21 哗 辩 拾 戳 牡 放 颗 撇 季 练 跑 耸 妻 辅 碑 肚 岸 谱 翰 搽 骄 麻 肖 逾 娘 灶 予 棉 蕾 服 郑 济 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未 来 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未 来 1.5系统动力学的未来 o 理论领域 n 非线性动力学与复杂系统；基于主体的建模； 心智模型；制定动态决策与学习；组织和社会 的进化等。 o 技术领域 n 软件功能的实现：自动确定变量空间；自
24、动进 行灵敏度分析；自动进行极端条件测试；自动 的交互的变量估计、校准与政策寻优；自动识 别主导回路与反馈结构等。 22 搽 勘 妖 袁 狠 佣 饿 扔 涎 拼 估 母 亡 哆 唉 芽 癌 蹋 抒 乙 噪 聘 夜 眯 宗 甘 陋 垫 含 流 泄 创 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未 来 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未 来 o 课后作业 n 增长的极限的主要观点有哪些？ 23 现 辅 肛 咬 丧 皇 魏 客 肋 嗣 哑 姻 整 斡 葫 剔 嗣 录 鼻 慌 委 锨 秀 帧 望 茂 擎 酒 叹 捣 蚜 香 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未 来 第 1 章 系 统 动 力 学 的 历 史 与 未 来