系統(tǒng)動力學(xué)的歷史與未來.ppt

1 系統(tǒng)動力學(xué) 主講教師 李小林Email xlli 參考書目 2 王其藩 系統(tǒng)動力學(xué) 上海財經(jīng)大學(xué)出版社 2009 賈仁安 系統(tǒng)動力學(xué) 反饋動態(tài)性復(fù)雜分析 高等教育出版社 2002約翰 D 斯特曼 JohnD Sterman 著 朱巖等譯 商務(wù)動態(tài)分析方法 對復(fù)雜世界的系統(tǒng)思考與建模 2008 北京 清華大學(xué)出版社Peter M Senge TheFifthDiscipline鐘永光 賈曉菁 李旭 系統(tǒng)動力學(xué) 科學(xué)出版社 2009 賈仁安 王翠霞 涂國平 鄧群釗 規(guī)模養(yǎng)種生態(tài)能源工程反饋動態(tài)復(fù)雜性分析 M 科學(xué)出版社 2007J W Forrester IndustrialDynamics PrinciplesofSystems UrbanDynamics WorldDynamics增長的極限 德內(nèi)拉 梅多斯 2006 機(jī)械工業(yè)出版社 相關(guān)網(wǎng)站 3 1 MIT系統(tǒng)動力學(xué)小組http sdg scripts mit edu 2 中國學(xué)習(xí)型組織 3 系統(tǒng)動力學(xué)學(xué)會http www systemdynamics org 4 系統(tǒng)動力學(xué)討論論壇http www systemdynamics org forum 5 Vensim網(wǎng)站 課程說明 學(xué)時 24 8 32課程過程考核方式 考核次數(shù) 出勤課堂 課后作業(yè) 上機(jī)作業(yè)小論文報告測驗課程成績構(gòu)成 出勤 10 作業(yè) 10 小論文 10 測驗 10 考試 60 課程結(jié)課考核方式 筆試 閉卷 4 5 第1章系統(tǒng)動力學(xué)的歷史與未來 1 1什么是系統(tǒng)動力學(xué)1 2國外系統(tǒng)動力學(xué)的歷史1 3國內(nèi)系統(tǒng)動力學(xué)的發(fā)展1 4系統(tǒng)動力學(xué)專用模擬語言與軟件的發(fā)展1 5系統(tǒng)動力學(xué)的未來 1 1什么是系統(tǒng)動力學(xué) 6 Systemdynamicsisamethodforstudyingtheworldaroundus Unlikeotherscientists whostudytheworldbybreakingitupintosmallerandsmallerpieces systemdynamicistslookatthingsasawhole Thecentralconcepttosystemdynamicsisunderstandinghowalltheobjectsinasysteminteractwithoneanother Theobjectsandpeopleinasysteminteractthrough feedback loops whereachangeinonevariableaffectsothervariablesovertime whichinturnaffectstheoriginalvariable andsoon TheBeginningofSystemDynamics byProf JayW Forrester 1989 7 系統(tǒng)動力學(xué) systemdynamics SD 是系統(tǒng)科學(xué)理論與計算機(jī)仿真緊密結(jié)合 研究系統(tǒng)反饋結(jié)構(gòu)與行為的一門科學(xué) 是系統(tǒng)科學(xué)與管理科學(xué)的一個重要分支 系統(tǒng)動力學(xué)認(rèn)為 系統(tǒng)的行為與特性主要取決于其內(nèi)部結(jié)構(gòu) 反饋 影響Y 反過來Y通過一系列的因果鏈來影響X 非線性 高階次 多重反饋的復(fù)雜時變系統(tǒng)往往表現(xiàn)出反直觀 千姿百態(tài)的動態(tài)性 8 引例 城市住宅價格系統(tǒng) 9 1 2國外系統(tǒng)動力學(xué)的歷史 10 產(chǎn)生背景 第二次世界大戰(zhàn)以后 隨著工業(yè)化的進(jìn)程 某些國家的社會問題日趨嚴(yán)重 例如城市人口劇增 失業(yè) 環(huán)境污染 資源枯竭 這些問題范圍廣泛 關(guān)系復(fù)雜 因素眾多 具有如下三個特點 各問題之間有密切的關(guān)聯(lián) 而且往往存在矛盾的關(guān)系 例如經(jīng)濟(jì)增長與環(huán)境保護(hù)等 許多問題如投資效果 環(huán)境污染 信息傳遞等有較長的延遲 因此處理問題必須從動態(tài)而不是靜態(tài)的角度出發(fā) 許多問題中既存在如經(jīng)濟(jì)量那樣的定量的東西 又存在如價值觀念等偏于定性的東西 這就給問題的處理帶來很大的困難 11 SystemDynamicswascreatedduringthemid 1950sbyProfessorJayW ForresteroftheMassachusettsInstituteofTechnology 12 1958年發(fā)表著名論文 工業(yè)動力學(xué) 決策的一個重要突破口 首次介紹工業(yè)動力學(xué)的概念與方法 1961年出版 工業(yè)動力學(xué) IndustrialDynamics 一書 該書代表了系統(tǒng)動力學(xué)的早期成果 1968年出版 系統(tǒng)原理 PrinciplesofSystems 一書 論述了系統(tǒng)動力學(xué)的基本原理和方法 1969年出版 城市動力學(xué) UrbanDynamics 研究波士頓市的各種問題 1971年進(jìn)一步把研究對象擴(kuò)大到世界范圍 出版 世界動力學(xué) WorldDynamics 一書 提出了 世界模型II Forrester等在系統(tǒng)動力學(xué)方面的主要成果 13 20世紀(jì)70年代 世界工業(yè)生產(chǎn)呈指數(shù)增長 而金融與經(jīng)濟(jì)卻處在周期性衰退 通貨膨脹 人口迅速增長 城市人口發(fā)展失控 就業(yè)困難 非再生自然資源消耗呈指數(shù)增長 資源日漸枯竭 生態(tài)環(huán)境惡化 羅馬俱樂部探索產(chǎn)生這些問題的原因 尋求未來世界與人類擺脫困境的出路 由于這些問題涉及社會 經(jīng)濟(jì)和技術(shù)等因素 而且這些因素之間呈現(xiàn)錯綜復(fù)雜的關(guān)系 鑒于當(dāng)時一些常用的理論方法 工具難以解決 他們求助于SD 世界模型背景 14 1972年他的學(xué)生梅多斯教授等出版了 增長的極限 TheLimitstoGrowth 一書 提出了更為細(xì)致的 世界模型III 這個由羅馬俱樂部主持的世界模型的研究報告已被翻譯成34種語言 在世界上發(fā)行了600多萬冊 兩個世界模型在國際上引起強(qiáng)烈的反響 1972年Forrester領(lǐng)導(dǎo)MIT小組 在政府與企業(yè)的資助下花費10年的時間完成國家模型的研究 該模型揭示了美國與西方國家的經(jīng)濟(jì)長波的內(nèi)在機(jī)制 成功解釋了美國70年代以來的通貨膨脹 失業(yè)率和實際利率同時增長的經(jīng)濟(jì)問題 經(jīng)濟(jì)長波通常是指經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中存在的持續(xù)時間為50年左右的周期波動 Forrester等在系統(tǒng)動力學(xué)方面的主要成果 15 繼世界模型之后 福雷斯特教授等又開始了歷時10年以上的美國 國家模型 SystemDynamicsNationalModel 的研究 該模型在宏觀經(jīng)濟(jì)學(xué)和微觀經(jīng)濟(jì)學(xué)之間架起橋梁 成功地研究了通貨膨脹和失業(yè)等等社會經(jīng)濟(jì)問題 并第一次從理論上闡明了西方經(jīng)濟(jì)學(xué)家長期爭論不休的經(jīng)濟(jì)長波產(chǎn)生的機(jī)制 美國國家模型 美國國家模型 耗資600萬美元 方程數(shù)4000 代表了系統(tǒng)動力學(xué)的最新成果 它標(biāo)志著系統(tǒng)動力學(xué)在理論及應(yīng)用方面進(jìn)入了一個更為成熟的階段 16 第一階段 SD的誕生 20世紀(jì)50 60年代由于SD這種方法早期研究對象是以企業(yè)為中心的工業(yè)系統(tǒng) 初名也就叫工業(yè)動力學(xué) 工業(yè)動態(tài)學(xué) 這階段主要是以福雷斯特教授在哈佛商業(yè)評論發(fā)表的 工業(yè)動力學(xué) 作為奠基之作 之后他又講述了系統(tǒng)動力學(xué)的方法論和原理 系統(tǒng)產(chǎn)生動態(tài)行為的基本原理 系統(tǒng)動力學(xué)發(fā)展過程大致可分三個階段 17 這一階段為SD的進(jìn)一步發(fā)展奠定了基礎(chǔ) 邁開了由理論走向?qū)嶋H應(yīng)用的重要步伐 一些重要的專著 如Forrester教授的 城市動力學(xué) 世界動力學(xué) Meadows教授等的 增長的極限 等相繼問世 這一階段SD的研究領(lǐng)域已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出工業(yè)系統(tǒng)的范圍 對于反饋過程 SD并不拘泥于數(shù)學(xué)上復(fù)雜的反饋理論 而作出了簡明的實用解釋 強(qiáng)調(diào)實用性 這一階段以世界模型和美國國家模型最為著名 第二階段 發(fā)展成熟 20世紀(jì)70 80年代 18 SD在世界范圍內(nèi)得到廣泛的傳播 其應(yīng)用范圍更廣泛 目前SD正加強(qiáng)與控制理論 系統(tǒng)科學(xué) 突變理論 耗散結(jié)構(gòu)與分叉 結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析 靈敏度分析 統(tǒng)計分析 參數(shù)估計 最優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用 類屬結(jié)構(gòu)研究 專家系統(tǒng)等方面的聯(lián)系 美 英 法 聯(lián)邦德國 日本等國紛紛采用系統(tǒng)動力學(xué)方法來研究各自的社會經(jīng)濟(jì)問題 涉及到經(jīng)濟(jì) 能源 交通 環(huán)境 生態(tài) 生物 醫(yī)學(xué) 工業(yè) 城市等廣泛的領(lǐng)域 第三階段 SD廣泛應(yīng)用與傳播 20世紀(jì)90年代至今 19 20世紀(jì)70年代末系統(tǒng)動力學(xué)引入我國 其中楊通誼 王其藩 許慶瑞 陶在樸 胡玉奎等專家學(xué)者是先驅(qū)和積極倡導(dǎo)者 二十多年來 系統(tǒng)動力學(xué)研究和應(yīng)用在我國取得飛躍發(fā)展 我國成立中國系統(tǒng)動力學(xué)學(xué)會 國際系統(tǒng)動力學(xué)學(xué)會中國分會 主持了多次國際系統(tǒng)動力學(xué)大會和有關(guān)會議 目前我國SD學(xué)者和研究人員在區(qū)域和城市規(guī)劃 企業(yè)管理 產(chǎn)業(yè)研究 科技管理 生態(tài)環(huán)保 海洋經(jīng)濟(jì)等應(yīng)用研究領(lǐng)域都取得了巨大的成績 1 3國內(nèi)系統(tǒng)動力學(xué)的發(fā)展 20 1 4系統(tǒng)動力學(xué)專用模擬語言與軟件的發(fā)展 20世紀(jì)50年代系統(tǒng)動力學(xué)發(fā)展初期 用于計算機(jī)模擬的編譯系統(tǒng)SIMPLE simulationofindustrialmanagementproblemswithlotsofequation DYNAMO dynamicsmodel STELLA iThink Vensim Powersim等 20世紀(jì)90年代后 圖形化應(yīng)用軟件STELL iT