资源描述
1Page 1主要内容系统动力学简介系统动力学简介Vensim软件简介软件简介系统动力学及系统动力学及Vensim建模基础建模基础简单系统与行为模式简单系统与行为模式系统动力学及系统动力学及Vensim函数介绍函数介绍Vensim高级建模与模拟技术高级建模与模拟技术(I)复杂系统及行为复杂系统及行为Vensim高级建模与模拟技术高级建模与模拟技术(II)建模互动交流建模互动交流主要内容系统动力学简介2Page 2(1)(1)系统动力学简介系统动力学简介 n系统动力学发展历史系统动力学发展历史n系统动力学主要应用领域系统动力学主要应用领域n系统动力学学科基础系统动力学学科基础n系统动力学建模基本过程系统动力学建模基本过程(2)(2)Vensim 软件简介软件简介n软件配置软件配置n基本功能基本功能n用户界面用户界面n模型库及辅助知识模型库及辅助知识(3)系统动力学及系统动力学及Vensim建模基础建模基础n因果链与反馈因果链与反馈n因果回路图构建因果回路图构建n流图构建流图构建(4)(4)系统动力学及系统动力学及Vensim建模基础建模基础n变量与方程构建变量与方程构建n基本模拟及分析基本模拟及分析n复合模拟（复合模拟（SyntheSim）例子例子:生产库存与销售系统生产库存与销售系统(5)(5)简单系统与行为简单系统与行为n一阶系统系统行为一阶系统系统行为n二阶系统系统及行为二阶系统系统及行为(6)系统动力学及系统动力学及Vensim函数介绍函数介绍 n函数类型函数类型n延迟函数延迟函数,平滑函数平滑函数,表函数表函数主要内容(1)系统动力学简介(4)系统动力学及Vensim建模基础3Page 3(7)(7)Vensim高级建模与模拟技术高级建模与模拟技术 n多视图技术多视图技术nVensim游戏游戏(Game)功能功能n使用分析工具定制模拟结果使用分析工具定制模拟结果n输入输出控制输入输出控制n外部数据的使用外部数据的使用n下标变量或数组变量的使用下标变量或数组变量的使用n使用案例：简单城市模型使用案例：简单城市模型(8)复杂系统及行为复杂系统及行为n复杂系统分析方法复杂系统分析方法n基模与共性结构基模与共性结构(9)(9)Vensim高级建模与模拟技术高级建模与模拟技术敏感性测试敏感性测试模型刻度与政策最优化模型刻度与政策最优化真实性检验真实性检验模型发布模型发布Vensim其他高级功能简介其他高级功能简介(10)建模互动交流建模互动交流牛鞭效应牛鞭效应主要内容(7)Vensim高级建模与模拟技术(9)Vensim高4Page 4系统动力学简介系统动力学简介n系统动力学发展历史系统动力学发展历史n系统动力学主要应用领域系统动力学主要应用领域n系统动力学基本观点系统动力学基本观点n系统动力学学科基础系统动力学学科基础n系统动力学建模基本过程系统动力学建模基本过程系统动力学简介系统动力学发展历史5Page 5系统动力学发展历史系统动力学发展历史MIT和福瑞斯特（Jay W.Forrester）n195060年代SD诞生工业动力学、城市动力学n197080年代发展成熟世界动力学、经济长波模型n1990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n杨通谊教授n王其藩教授n许庆瑞教授系统动力学发展历史MIT和福瑞斯特（Jay W.Forre6Page 6系统动力学应用领域n宏观经济n企业管理系统动力学应用领域7Page 7系统动力学的基本观点系统动力学的基本观点n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。n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。n系统的行为由其结构和功能所决定。n“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。系统动力学的基本观点8Page 8系统及其构成和结构系统及其构成和结构n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。n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。n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：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9Page 9系统及其构成和结构系统及其构成和结构系统及其构成和结构系统及其构成和结构系统及其构成和结构10Page 10系统动力学的两个重要原理系统动力学的两个重要原理n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）n综合原理分解的逆过程系统动力学的两个重要原理11Page 11系统动力学的特点nSD研究的对象主要是社会经济系统nSD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。n通过建立直观的模型，进行计算机模拟，而解决问题。通过建立直观的模型，进行计算机模拟，而解决问题。n事件事件 行为模式行为模式 系统结构：系统结构：系统结构决定行为行为模式，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。n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。系统动力学的特点12Page 12系统动力学的学科基础系统动力学的学科基础n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。系统动力学的学科基础13Page 13系统动力学建模框架和结构系统动力学建模框架和结构策略的执行对一个系统的认识问题的定义策略分析计算机模拟系统的概念化模型的建立 系统动力学建模框架和结构策略的执行对一个系统的认识问题的定义14Page 14系统动力学解决问题的一般过程系统动力学解决问题的一般过程 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。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。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系统动力学解决问题的一般过程提出参考行为提出假设模型得到15Page 15系统动力学建模流程系统动力学建模流程任务调研任务调研问题定义问题定义划定界限划定界限反馈结构分析反馈结构分析变量定义变量定义建立方程建立方程模型模拟模型模拟模型评估模型评估政策分析与模型使用政策分析与模型使用建立模型建立模型系统分析系统分析结构分析结构分析修改模型修改模型系统动力学建模流程任务调研问题定义划定界限反馈结构分析变量定16Page 16n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：S代表整个系统；Si代表子系统，系统动力学数学描述系统动力学数学描述系统动力学数学描述17Page 17系统动力学数学描述系统动力学数学描述数学描述如下：式中：L状态变量向量；R速率变量向量；A辅助变量向量；L纯速率变量向量；P转移矩阵；W关系矩阵。系统动力学数学描述18Page 18系统动力学的系统(System)观点基础n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n系统有一定的输入：U=(u1,u2,.,um)：控制量n系统是通过相互作用而发展变化的：X=f(X,U,t)n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：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：系统动力学的模型，相当于这组微分方程组：X=f(X,U,t)系统动力学的系统(System)观点基础系统可以用一组随时19Page 19系统动力学数学基础系统动力学数学基础n数学在系统模拟中的作用数学工具选择的指导思想（以模拟为主、演绎为辅）模型的精度与控制（社会复杂系统应用中建模与成本控制）n线性微分方程解的相关理论与建模的内在关系解的存在性与结构（模型的数值解、点与面的关系、局部与整体）解的稳定性（收敛、均衡、临界点）Robust 鲁棒（乐百氏）与模型的稳定性（强壮性）系统动力学数学基础20Page 20系统动力学基模分析举例系统动力学基模分析举例n经济长波模型方程系统动力学基模分析举例21Page 21系统动力学基模分析举例系统动力学基模分析举例n经济长波模型分析（均衡实验）系统动力学基模分析举例22Page 22Vensim 软件简介nVensim的历史的历史nVensim软件的版本软件的版本nVensim软件的功能软件的功能nVensim软件的界面软件的界面nVensim软件知识与资源软件知识与资源Vensim 软件简介23Page 23Vensim 软件的历史软件的历史 Vensim 软件的历史软件的历史nVentana Systems,Inc.成立于1985年，Harvard,MassachusettsnVensim软件开发于1988年n1993年为一个稳定版本nVensim 1.62 发布于1995n发布于1997nVensim 4发布于1999n，发布于2000nVensim 5发布于2002.n发布于2004 n发布于2005 n发布于2006n发布于2008Vensim 软件的历史Vensim 软件的历史24Page 24Vensim 软件的历史软件的历史 Vensim 专利技术专利技术nCausal Tracing nSubscripting nOptimization nVenapp Flight Simulators(Learning Environments)nResource Allocation algorithm(ALLOC P)nReality Check主要开发者：主要开发者：Bob EberleinnPh.D in MIT n前国际系统动力学学会主席n2007国际系统动力学大会主席Vensim 软件的历史Vensim 专利技术25Page 25Vensim 软件功能软件功能 Vensim PLEn个人学习版。具有一般建模模拟功能，多视窗,原因追踪,复合模拟等功能。n对教育机构免费。Vensim PLE Plusn除具有PLE Plus 功能外,具有 Monte Carlo 灵敏度测试,输入输出控制等.Vensim Professionaln除具有PLE Plus 功能外,具有真实性测试，灵敏度测试，模型优化，方程文本编辑，下标变量等高级功能 Vensim DSSn具有模拟飞行器开发，宏定义及外部函数引用，通过DLL与其他程序交互。Vensim Model Readern供无Vensim及高版本的人者阅读，运行和分析模型。n但是不能修改模型。免费MoleculesVenappsVensim 软件功能Vensim PLE26Page 26Vensim软件的界面软件的界面标题栏：Titel Bar菜单栏:Menu工具栏:Tools Bar nMain ToolsnSimulation ToolsnAnalysis ToolsnSketch Tools 状态栏:Status Bar 流图区Vensim软件的界面标题栏：Titel Bar27Page 27Vensim软件的界面软件的界面工具栏工具栏 n主工具主工具 Main ToolsMain Toolsn绘图工具绘图工具 Sketch ToolsSketch ToolsnLock:Lock:图形锁定Move/SizeMove/Size:移动nVariable:Variable:创建变量nBox VariableBox Variable:用创建状态变量nArrowArrow:创建箭头。nRate:Rate:建立速率变量nMerge:Merge:合并变量nDeleteDelete:删除模型的结构,变量及注释。nModel VariableModel Variable:在图形中加进已存在模型变量和引起变量原因。nShadow Variable:Shadow Variable:在图形中加进已存在模型变量作为影子变量nInput Output ObjectInput Output Object:在图形中增加输入滑动器和输出曲线图及图表。Sketch Comment:Sketch Comment:对图表增加注释和图片。nUnhide Wand:Unhide Wand:在图表中显示被隐藏的变量nHide Wand:Hide Wand:在图表中隐藏某变量nEquations:Equations:使用方程编辑器创建模型方程nReference Model:Reference Model:绘制与编辑参考模型Vensim软件的界面工具栏 28Page 28Vensim软件的界面软件的界面工具栏 n模拟工具 Simulation ToolsControl:模拟控制Set up a simulation:建立模拟Run Name:数据集名称 Choose Runname:选择数据集名称Simulate:模拟SyntheSim:符合模拟Game:游戏Sensitivity:灵敏度测试Optimize:优化Reality Check:真实性检验Build Windows:切换到建模窗口Output Windows:切换到输出窗口Control Panel:控制窗口Subscrip:下标变量n分析工具 Analysis Tools静态分析数据集分析Vensim软件的界面工具栏 29Page 29Vensim软件的界面软件的界面工具栏工具栏 n分析工具 Analysis Tools结构分析工具结构分析工具原因树使用树回路图文档数据分析工具数据分析工具原因带状图曲线图灵敏性曲线图条线图表格运行比较统计表其他工具其他工具单元检查方程式编辑器Venapp编辑器文本编辑器Vensim软件的界面工具栏 30Page 30系统动力学及系统动力学及Vensim 软件的资源软件的资源 Vensim 软件相关软件相关软件中附带手册：在线手册及软件中附带手册：在线手册及PDFs 文件文件Vensim User GuideVensim Modeling GuideVensim Reference ManualVensim DSS Reference Supplement 软件中附带有关模型软件中附带有关模型VesimmodelsguideVesimmodelsmguideVesimmodelssample Vensim 网站：网站：系统动力学及Vensim 软件的资源Vensim 软件相关31Page 31系统动力学及系统动力学及Vensim建模基础建模基础系统动力学建模阶段划分系统框图因果回路图构建因果链与反馈分析模型流图构建方程建立模型模拟复合模拟系统动力学及Vensim建模基础32Page 32系统动力学建模的阶段划分系统动力学建模的阶段划分n建模流程可分为三个阶段初期（系统分析、结构分析）中期（初步建立模型）后期（完成模型调试）任务调研任务调研问题定义问题定义划定界限划定界限反馈结构分析反馈结构分析变量定义变量定义建立方程建立方程模型模拟模型模拟模型评估模型评估政策分析与模型使用政策分析与模型使用建立模型建立模型系统分析系统分析结构分析结构分析修改模型修改模型系统动力学建模的阶段划分建模流程可分为三个阶段任务调研问题33Page 33建模初期的几个重要环节建模初期的几个重要环节n建模初期有四个重要环节：系统框图因果回路图构建因果链与反馈分析模型流图构建建模初期的几个重要环节34Page 34系统框图（分解的结果）系统框图（分解的结果）n建模的系统结构性构建（系统分析的结果）交通运输子块交通运输子块生产资料生产资料生产子块生产子块能源子块能源子块资本积累子块资本积累子块污染子块污染子块国民收入与国民收入与分配子块分配子块消费资料消费资料生产子块生产子块农业生产农业生产能力子块能力子块非农业生产非农业生产能力子块能力子块科技子块科技子块人口子块人口子块教育子块教育子块全全国国社社会会经经济济模模型型框框图图 系统框图（分解的结果）交通运输子块生产资料能源子块资本积累子35Page 35因果链与反馈因果链与反馈因果链与反馈（微观层面的分析）n因果链与反馈分析的时机因果与相互关系回路图往往用于以下两个方面：（1）构思模型的初始阶段；（2）非技术性地、直观地描述模型结构，便于与建模的相关人员交流讨论。n因果链与反馈分析较之于“头脑风暴”更系统、具体和专业n因果链与反馈分析较之于“SWOT”方法更具连续性（有利于数学建模）因果链与反馈因果链与反馈（微观层面的分析）36Page 36因果回路图构建（分析的基本技巧）因果回路图构建（分析的基本技巧）n因果链与反馈分析需要注意的几点反馈结构应形成闭合回路，下图的结构是开环回路。因果回路图构建（分析的基本技巧）37Page 37因果回路图构建（分析的基本技巧）因果回路图构建（分析的基本技巧）n因果链与反馈分析需要注意的几点在因果与相互关系图中采用名词或名词的短语，不用动词。变量之间的影响与作用以带箭头的因果链表示。左图是错误的，右图才是正确的；因果回路图构建（分析的基本技巧）38Page 38因果回路图分析（分析的基本技巧）因果回路图分析（分析的基本技巧）n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。因果回路图分析（分析的基本技巧）39Page 39因果回路图分析因果回路图分析因果回路图分析（分析的基本技巧）n确定回路极性的一般原则（1）若反馈回路包含偶数个负的因果链，则其极性为正；（2）若反馈回路包含奇数个负的因果链，则其极性为负。因果回路图分析因果回路图分析（分析的基本技巧）40Page 40流图构建（模型的实质性）流图构建（模型的实质性）n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。流图构建（模型的实质性）41Page 41流图构建流图构建流图构建例流图构建流图构建例42Page 42变量与方程建立变量与方程建立变量n状态变量Level或积分量n速率变量是单位时间变化量n辅助变量是单位时间变化量变量与方程建立变量43Page 43应用例举（应用例举（库存与劳动力模型库存与劳动力模型）n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）n模型结构的构思系统的界限（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）n反馈结构流图与建立模型的方程式应用例举（库存与劳动力模型）确定问题 44Page 44应用例举（应用例举（库存与劳动力模型库存与劳动力模型）n系统的界限（库存、劳动力）库存劳动力销售生产能力应用例举（库存与劳动力模型）45Page 45应用例举应用例举库存与劳动力模型n系统的反馈结构应用例举库存与劳动力模型46Page 46应用例举应用例举库存与劳动力模型应用例举库存与劳动力模型47Page 47复合模拟（复合模拟（SyntheSim）复合模拟（SyntheSim）n应用例举（库存与劳动力模型）复合模拟（SyntheSim）复合模拟（SyntheSim）48Page 48库存与劳动力模型方程库存与劳动力模型方程01FINAL TIME =100Units:MonthThe final time for the simulation.07 劳动劳动力力=INTEG(纯纯雇用率雇用率,目目标劳动标劳动力力)Units:Person02INITIAL TIME =0Units:MonthThe initial time for the simulation08劳动劳动力力调调整整时间时间=3Units:Month03SAVEPER =TIME STEPUnits:MonthThe frequency with which output is stored09 库库存存=INTEG(产产品生品生产产率率-产产品品销销售率售率,300)Units:Widget04TIME STEP =1Units:MonthThe time step for the simulation10库库存周期存周期=3Units:Month05 产产品生品生产产率率=劳动劳动力力*生生产产能力能力Units:Widget/Month11 库库存存调节调节=(目目标库标库存量存量-库库存存)/库库存存调节时间调节时间Units:Widget/Month06产产品品销销售率售率=100+STEP(50,20)Units:Widget/Month12库库存存调节时间调节时间=2Units:Month库存与劳动力模型方程01 FINAL TIME =10049Page 49系统动力学及系统动力学及Vensim函数函数nSD的主要函数类型的主要函数类型nVensim函数与运算符函数与运算符nVensim函数类型函数类型n延迟与平滑函数延迟与平滑函数n测试函数测试函数n表函数表函数n部分数学函数部分数学函数系统动力学及Vensim函数50Page 50SD的主要函数类型的主要函数类型函数是构造系统动力学方程的基础系统动力学的主要函数n简单函数 Simple functions函数值仅取决于当前的输入变量值数学函数逻辑函数:If then elsen模型测试函数阶跃函数,斜坡函数等n延迟与平滑函数物质延迟信息平滑n表函数SD的主要函数类型函数是构造系统动力学方程的基础51Page 51Vensim公式编辑器中函数类型公式编辑器中函数类型n一般函数 Common functions经常使用的函数。默认的设置在公式编辑器中n简单函数 Simple functions函数值仅取决于当前的输入变量值例如：数学函数，逻辑函数等n动态函数 Dynamic functions 函数值仅取决于当前及以前的输入变量值例如积分函数，平滑函数，延迟函数n真实性检验函数 Reality Check functions用于实现真实性检验方程的建立n表函数 Lookup functionsn离散/延迟函数 Discrete/Delay functions 对于离散因素追踪以及队列处理等的函数n数据函数 Data Only functions从向量中获得相关的值.n矩阵函数 Array从向量中获得相关的值.n用户自定义函数 User Defined 使用外部动态链接库 DLL.n宏 Macros使用宏定义:MACRO:definitions.nAll:所有内部函数与外部函数Vensim公式编辑器中函数类型52Page 52Vensim函数与运算符函数与运算符 Vensim的函数与运算符在公式编辑器中n运算符算术:+,-,*,/逻辑:=,:AND:,.函数查找n所有函数列表Reference Manual 中n在Vensim中搜索Vensim函数与运算符Vensim的函数与运算符在公式编辑53Page 53数学函数数学函数nABS(X)=|X|，对X取绝对值；nEXP(X)=ex，指数函数，；nINTEGER(X)，对X取整；nLN(X)=logeX，以e为底的对数函数；nMODULO(X,Y)=X n*Y，其中n*Y X (n+1)*Y，n为非零整数；nSIN(X)=SinX，变量X的正弦函数，X须以弧度表示；nSQRT(X)，非负值变量X的开方；n.数学函数54Page 54逻辑函数逻辑函数nMAX(A,B)取A,B中较大者；nMIN(A,B)取A,B中较小者 nIF ELSE THEN(cond,ontrue,onfalse)为条件函数当条件cond为真的时候，返回ontrue值，反之则返回onfalse值。条件cond通常为一个表达式，ontrue或onfalse亦可为表达式。逻辑运算符号:AND:,:OR:,:NOT:逻辑函数55Page 55延迟函数延迟函数延迟函数n物质延迟变量R,经过时间T的延迟.甲方物品R,经过T天,完全交给了客户客户拿到物品拉倒M,经历了T天的发货延迟.n函数:M=delayI(R,T)n数学表述dM/dt=(R-M)/T n用SD方程表示S=INTEG(M-R,0)M=S/TT=4R=STEP(10,0)R为Step函数R为Pules函数延迟函数延迟函数R为Step函数R为Pules函数56Page 56平滑函数平滑函数平滑函数n信息延迟在决策时,人们往往是将较长时间段的变量值平均,然后据此决策,这就是平滑物品数量R,一直在波动,取其T时间段的平滑值M,作为决策依据n函数:M=Smooth(R,T)n数学表述dM/dt=(R-M)/T n用SD方程表示M=INTEG(S,0)S=(R-M)/TR=10*PULSE(5,5)T=4平滑函数平滑函数57Page 57测试函数测试函数测试函数用于测试系统的响影特征简单函数n阶跃函数(The Step Function)STEP(Height,Step time)n斜坡函数(The Ramp Function)RAMP(Slope,Start time,End time)TEST=RAMP(20,2,25)n脉冲函数(The Pulse Function)PULSE(start,width)PULSE TRAIN(start,width,tbetween,end)n正弦函数(The SIN Function)Sin(Time*K)*An正态分布函数(The Random Normal Function)RANDOM NORMAL(min,max,mean,stdev,seed)测试函数测试函数用于测试系统的响影特征简单函数58Page 58表函数表函数表函数用于建立不能用解析方式表达的变量关系nVensim中表函数的数学描述形式是：TF=Lookup Name(Xmin，Xmax)-(Ymin，Ymax)，(X1，Y1)，(X2，Y2)，(Xn，Yn)n建立表函数的注意事项确定表函数中自变量和因变量；明确变量的取值变化范围，通常通过历史数据和预测数据来确定；考虑曲线的形状和斜率，在什么范围内曲线是平缓的，什么范围内曲线坡度高，要符合自变量和因变量之间影响关系，其中正斜率表示正反馈，负斜率表示负反馈；选取合适的曲线端点、拐点等，例如因变量是一个0，1区间上的影响因子，则因变量等于0或1的点显然是要标出的；作出图形，通常用X轴表示自变量，Y轴表示因变量。表函数曲线并不是一个光滑的曲线，它也是通过离散化来实现的。最好归一化 表函数表函数用于建立不能用解析方式表达的变量关系59Page 59简单系统与行为模式简单系统与行为模式一阶系统的行为模式一阶系统的行为模式二阶系统的行为模式二阶系统的行为模式简单系统与行为模式60Page 60简单系统与行为简单系统与行为一阶系统系统行为一阶系统的数学描述正反馈;负反馈;S增长;一阶系统与振荡简单系统与行为一阶系统系统行为61Page 61简单系统与行为简单系统与行为一阶系统系统n一阶系统的数学描述 X=f (X)f (X)=a1x+a11x2+简单系统与行为一阶系统系统 X=f (X)f62Page 62简单系统与行为简单系统与行为一阶系统系统n系统动力学对一阶系统的认识系统动力学认为一阶反馈回路是构成系统的基本结构。一个复杂系统则是由这些相互作用的反馈回路组成的。一阶系统的基本结构系统的基本结构之一 系统的基本结构之二 简单系统与行为一阶系统系统系统的基本结构之一 系统的基本结构63Page 63简单系统与行为简单系统与行为一阶系统系统行为n正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，使原来的趋势得到加强。所谓正反馈系统就是正反馈起主导作用的系统。简单系统与行为一阶系统系统行为64Page 64简单系统与行为简单系统与行为一阶系统系统行为n负反馈系统负反馈的特点是，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。所谓负反馈系统就是负反馈起主导作用的系统(或称寻的系统)。简单系统与行为一阶系统系统行为65Page 65简单系统与行为简单系统与行为一阶系统系统行为nS增长S型增长是典型的一种系统行为，它包含了指数与渐近两种增长过程。Sigmoid of growth model是社会事物发展中常见的增长和扩散现象简单系统与行为一阶系统系统行为66Page 66简单系统与行为简单系统与行为一阶系统系统行为nS增长理论应用举例Hype Cycle for IT Services（Source:Gartner,Hype Cycle for IT Services,2003）简单系统与行为一阶系统系统行为67Page 67简单系统与行为简单系统与行为一阶系统系统行为n一阶系统与振荡简单系统与行为一阶系统系统行为68Page 68简单系统与行为简单系统与行为二阶系统系统及行为n二阶系统的数学描述系统向量形式的状态方程如；式中：R为欧式空间。二阶定常自由系统为例当m=2，r=0时，其向量方程可表示为：式中：A为转移矩阵。简单系统与行为二阶系统系统及行为69Page 69简单系统与行为简单系统与行为二阶系统系统及行为n常系数二阶系统的行为模式简单系统与行为二阶系统系统及行为70Page 70简单系统与行为简单系统与行为典型的二阶系统举例n应用例举（库存与劳动力模型）简单系统与行为典型的二阶系统 举例71Page 71简单系统与行为简单系统与行为典型的二阶系统举例n应用例举（库存与劳动力模型）简单系统与行为典型的二阶系统 举例72Page 72Vensim高级建模与模拟技术高级建模与模拟技术(I)多视窗技术多视窗技术复合模拟复合模拟定制模拟输出结果定制模拟输出结果输入输出控制输入输出控制Vensim游戏游戏(Game)功能功能外部数据的使用外部数据的使用下标变量的使用下标变量的使用Vensim高级建模与模拟技术(I)多视窗技术73Page 73多视窗技术多视窗技术n多视窗目标将不同的子系统放在不同视窗减少复杂性n连接多视窗的方法影子变量的使用多视窗技术多视窗目标74Page 74复合模拟复合模拟n一般复合模拟n设置滑动条范围n使用表函数进行复合模拟复合模拟一般复合模拟75Page 75定制模拟输出结果定制模拟输出结果n基本数据分析工具带状图原因图条状图:Bar Chart统计输出运行比较n自定义图形：Control Paneln自定义表格定制模拟输出结果基本数据分析工具76Page 76输入输出控制输入输出控制 Input Output工具n输出控制图形n输入控制 滑动条输入输出控制Input Output工具 77Page 77Vensim游戏(Game)功能nGame Game 游戏游戏游戏是互动参与模拟过程的一种方式。它是飞行模拟器的实例,用户可以实时参与和影响的每步模拟的决策。n房地产模型房地产模型Vensim游戏(Game)功能Game 游戏78Page 78外部数据的使用外部数据的使用n数据变量 Data variablen数据函数 Data functionn使用数据驱动模型 从电子数据表中获得数据 n用数据变量引入数据n由文本文件引入数据nImporting Spreadsheet Data外部数据的使用数据变量 Data variable79Page 79下标变量的使用下标变量的使用n下标变量：数组变量n下表变量的建立与控制下表变量的建立矢量函数n高级下标变量变量的建立VMIN函数 下标变量的使用下标变量：数组变量80Page 80复杂系统及行为模式复杂系统及行为模式n复杂系统的概念n复杂系统的行为特征n复杂系统的分析方法n复杂系统基模复杂系统及行为模式复杂系统的概念81Page 81复杂系统及行为模式复杂系统及行为模式复杂系统的基本概念n什么是复杂系统系统动力学定义复杂系统为高阶次、多回路和非线性的反馈结构n复杂系统的主要特点高阶数多回路非线性复杂系统及行为模式复杂系统的基本概念82Page 82复杂系统及行为复杂系统及行为复杂系统的行为特征n反直观性；n对系统内多数参数的变化不敏感；n对改变政策的顽强抵制性；n含有可施加影响的“压力点”，即政策的杠杆作用点，而且它们的出现往往出乎人们意料之外；n削弱内部的活力以补偿或中和外部施加的校正作用；n长期与短期运行、整体与局部之间对同一政策的响应往往不同；n有向更恶劣的景况演变的倾向。复杂系统及行为复杂系统的行为特征83Page 83复杂系统及行为复杂系统及行为复杂系统的分析方法n复杂系统动态结构、功能分析n主导结构分析n主辅回路耦合分析法n系统基型n共性结构复杂系统及行为复杂系统的分析方法84Page 84复杂系统及行为复杂系统及行为复杂系统的分析方法n复杂系统动态结构、功能分析核心核心中间层系系统统外外层层边边界界环环境境能流能流 资资金流金流物流物流人流人流纵纵向关系向关系横向关系横向关系信息流信息流复杂系统及行为复杂系统的分析方法核心中系统外层边界环境能流 85Page 85复杂系统及行为复杂系统及行为复杂系统的分析方法n主导结构分析分析主导结构的关键两点：描述系统的行为特性（动态变化图、特征根值和频率响应）判别主导结构（计算边际贡献率、简化模型能保持特征行为的子结构）复杂系统及行为复杂系统的分析方法86Page 86复杂系统及行为复杂系统及行为复杂系统的分析方法n主辅回路耦合分析法将复杂系统中众多回路按其作用大小和极性划分为主要回路和辅助回路、正反馈回路和负反馈回路，并将它们按系统子结构的特点加以耦合，成为若干基本类型。是一种定性分析法，在对客观系统的深入分析中结合定量分析的综合分析方法。n主辅反馈回路的基本类型主要负反馈回路（主负回路，含2个以上状态变量）辅助负反馈回路（辅负回路，仅含有1个状态变量的负反馈）主要正反馈回路（主正回路，含2个以上状态变量）辅助正反馈回路（辅正回路，仅含有1个状态变量的正反馈）复杂系统及行为复杂系统的分析方法87Page 87复杂系统及行为复杂系统及行为复杂系统的分析方法n系统基型是指那些具有比较基本的功能和共性结构，它们的结构和行为模式在多类系统中普遍、重复地存在和出现。是人们面向问题的解决模式，在经济管理方面的问题中人们已总结出15种类型的基型，如：增长受挫、治标伤本、江河日下、饮鸩止渴、比翼齐飞、赢家更赢（输家更输）、利己损公和人无远虑必有近忧。复杂系统及行为复杂系统的分析方法88Page 88复杂系统及行为复杂系统及行为复杂系统的分析方法n举例分析增长受挫结构描述（基本反馈结构）辅辅正回路正回路辅负辅负回路回路或或主主负负回路回路双方相互双方相互信任程度信任程度辅辅正正回路回路生生产产的灵活性的灵活性与降低成本与降低成本主主负负回路回路时时滞滞供供应应商之商之风险风险供供应应商成商成为为唯一唯一货货源源对对制造商制造商的威的威胁胁制造厂要求制造厂要求多多货货源愿望源愿望及时供应系统的基本结构及时供应系统的基本结构复杂系统及行为复杂系统的分析方法辅正回路辅负回路辅正回路生产89Page 89复杂系统及行为复杂系统及行为复杂系统的分析方法n共性结构是一类动态反馈结构，能描述某种相应的特定功能、行为模式，且在众多或若干不同系统、领域中具有一定的或较广泛的类推性。n共性结构的划分原则提取总是针对某种功能和范围内的可类推性复杂程度是根据阶数、反馈回路数和规模的大小划分为：系统基型、子共性结构和共性结构。复杂系统及行为复杂系统的分析方法90Page 90复杂系统及行为复杂系统及行为复杂系统的基模n举例长波模型基模复杂系统及行为复杂系统的基模91Page 91复杂系统及行为复杂系统及行为复杂系统的基模n举例长波模型基模均衡点分析复杂系统及行为复杂系统的基模92Page 92复杂系统及行为复杂系统及行为复杂系统的基模n举例长波模型基模均衡点分析k=0.999 复杂系统及行为复杂系统的基模93Page 93复杂系统及行为复杂系统及行为复杂系统的基模n举例长波模型基模均衡点分析k=1.001 复杂系统及行为复杂系统的基模94Page 94复杂系统及行为复杂系统及行为复杂系统的基模n举例长波模型基模均衡点分析k=0.99 复杂系统及行为复杂系统的基模95Page 95复杂系统及行为复杂系统及行为复杂系统的基模n举例长波模型基模均衡点分析k=k=1.01 复杂系统及行为复杂系统的基模96Page 96Vensim高级建模与模拟技术高级建模与模拟技术(II)灵敏度测试灵敏度测试模型与政策优化模型与政策优化真实性检验真实性检验模型发布模型发布其他高级技术其他高级技术Vensim高级建模与模拟技术(II)97Page 97灵敏度测试n灵敏度测试的概念灵敏度测试的概念蒙特卡洛模拟蒙特卡洛模拟:灵敏性测试自灵敏性测试自动化动化抽样方式：随机统一分布，抽样方式：随机统一分布，随机正态分布随机正态分布 n灵敏度测试建立灵敏度测试建立n灵敏度测试输出灵敏度测试输出时间序列图表 直方图直方图灵敏度测试灵敏度测试的概念98Page 98模型与政策优化模型与政策优化模型优化的概念模型刻度n数据比较n设置Payoff(权衡值）n设置优化参量n计算信度范围n选择性的-修改模型政策优化n设置Payoff n设置优化参数模型与政策优化模型优化的概念99Page 99真实性检验真实性检验 Reality Check真实性检验的概念n根据系统基本情况，提出模型应该遵守的一些基本假定；它们是模型正确的必要条件，构成了对于模型正确性的一系列约束。n真实性检验就是在模型建立后，通过标准的约束描述语言，具体地描述这些约束，并通过运行模型，自动的检验系统的行为模式是否违反这些约束。若违反，说明模型尚不完善，则要调整模型的结构和参数，直到符合这些约束条件。n真实性检验的描述部分完全独立于模型本身，不会改变模型结构和行为模式。真实性检验 Reality Check真实性检验的概念100Page 100真实性检验真实性检验 Reality Check真实性检验的方程n变量：判断性语句而非名词no workers no production,rain means floodingn测试输入Test Inputs定义试验的名字，用于约束语句的条件部分name:TEST INPUT:variable=expr变量是一般的辅助变量，来自模型。等式不能用动态函数。n动态测试输入实现在模拟一段时间后，强制改变一个变量值函数RC，例如：RC COMPARE,RC DECAY,RC GROW,RC RAMP and RC STEPTI Production to zero:TEST INPUT:production=RC RAMP(production,0,2,10)RC RAMP(variable,Value,Duration,Start time)真实性检验 Reality Check真实性检验的方程101Page 101真实性检验真实性检验 Reality Check真实性检验的方程n结果中的动态测试结果中的动态测试在Test Input中使用：RC CHECK，一般在结果中也使用RC CHECK实例：no capital no production:THE CONDITION:Capital=0:IMPLIES:production=0在模型运行时，Vensim会强制使条件等式为真，如果结果也是真，则通过真实性检验，否则报真实性检验失败。模拟真实性检验n主动约束检验n被动约束检验建立真实性检验方程运行模拟真实性检验真实性检验 Reality Check真实性检验的方程102Page 102模型发布模型发布模型注释和导航链接模型彻底检验发布程序包 Vensim Model Reader 模型发布模型注释和导航链接 103Page 103Vensim其他高级功能其他高级功能 Venapp开发外部函数接口Vensim其他高级功能Venapp开发104Page 104建模互动交流建模互动交流牛鞭效应建模与分析建模互动交流105Page 105建模互动交流建模互动交流牛鞭效应 宝洁公司（P&G）在研究“尿不湿”的市场需求时发现，该产品的零售数量相当稳定，波动性不大，但在考察分销中心的订货情况时却吃惊地发现其订单的变动程度比零售数量的波动大得多，而分销中心是将批发商的订货需求量汇总后进行订货的。通过进一步研究后发现，零售商往往根据对历史和现实销售情况的预测，确定一个较客观的订货量，但为了能应付客户需求增加的变化，他们通常会将预测订货量进行一定的放大后向批发商订货，而批发商也出于同样的考虑，会在其订货量的基础上再进行一定的放大后向分销中心订货就这样，虽然顾客需求量并没有大的波动，但经过零售商、批发商和分销中心的订货放大后，订货量便一级一级地被放大了。供应链的信息流从末端（最终客户）向源端（原始生产商）传递时，需求信息的波动会越来越大，这种信息扭曲的放大作用在图形上很像一条甩起来的牛鞭，因此被形象地称为牛鞭效应（Bullwhip Effect）。建模互动交流牛鞭效应106Page 106建模互动交流建模互动交流牛鞭效应建模n问题的结构工厂分销商批发商零售商客户建模互动交流牛鞭效应建模工厂分销商批发商零售商客户107Page 107建模互动交流建模互动交流牛鞭效应建模nVMI即供货商管理库存（Vendor Management Inventory）nVMI是由供应商来为客户管理库存，为他们制定库存策略和补货计划，根据客户的销售信息和库存水平为客户进行补货的一种库存管理策略和管理模式，它是供应链上成员间达成紧密义务伙伴关系后的一种结果，既是一种有效的供应链管理优化方法，也是供应链上企业联盟的一种库存管理策略。建模互动交流牛鞭效应建模108Page 108建模互动交流建模互动交流牛鞭效应建模n反馈模式分析生产商分销商基于预测的定单货物送达批发商零售商实时零售客户需求信息按需求发货分销商批发商实时批发客户需求信息按需求发货建模互动交流牛鞭效应建模基于预测的定单货物送达实时零售客户需109Page 109建模互动交流建模互动交流牛鞭效应建模n因果反馈分析建模互动交流牛鞭效应建模110Page 110牛鞭效应建模模型流图牛鞭效应建模模型流图111Page 111牛鞭效应建模牛鞭效应建模主要方程主要方程I I三个三阶物流延迟：n工厂发货速率=DELAY3(分销商定单,销售延迟)n分销商发货速率=DELAY3(批发商定单,销售延迟)n批发商发货率=DELAY3(零售商定单,销售延迟)三个一阶信息延迟：n分销商销售预测=SMOOTH(分销商发货速率,平均销售时间)n批发商销售预测=SMOOTH(批发商发货率,平均销售时间)n零售商销售预测=SMOOTH(零售商销售率,平均销售时间)牛鞭效应建模主要方程I三个三阶物流延迟：112Page 112牛鞭效应建模牛鞭效应建模主要方程主要方程IIII定单方程（考虑管理策略控制）n分销商定单=F THEN ELSE(VMI控制=0,(分销商销售预测+(分销商期望库存-分销商库存)/库存调节时间),(零售商销售率+(零售商期望库存*3-零售商库存-批发商库存-分销商库存)/库存调节时间)n批发商定单=IF THEN ELSE(VMI控制=0,(批发商销售预测+(批发商期望库存-批发商库存)/库存调节时间),(零售商销售率+(零售商期望库存*2-零售商库存-批发商库存)/库存调节时间)n零售商定单=IF THEN ELSE(VMI控制=0,(零售商销售预测+(零售商期望库存-零售商库存)/库存调节时间),(零售商销售率+(零售商期望库存*零售商库存)/库存调节时间)牛鞭效应建模主要方程II定单方程（考虑管理策略控制）113Page 113牛鞭效应建模牛鞭效应建模结果分析结果分析牛鞭效应建模结果分析114Page 114牛鞭效应建模牛鞭效应建模结果分析结果分析牛鞭效应建模结果分析
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