系统工程第10讲系统动力学仿真讲解.ppt

一.系统仿真及系统动力学概述 （一）概念及作用 1.基本概念 所谓系统仿真，就是根据系统分析的目的，在分析系统各要素性质及其相互关系的基础上，建立能描述系统结构或行为过程的、且具有一定逻辑关系或数量关系的仿真模型，据此进行试验或定量分析，以获得正确决策所需的各种信息。 2、系统仿真的实质 (1)它是一种对系统问题求数值解的计算技术。 尤其当系统无法通过建立数学模型求解时， 仿真技术能有效地来处理。 (2)仿真是一种人为的试验手段。它和现实系统 实验的差别在于，仿真实验不是依据实际环 境，而是作为实际系统映象的系统模型以及 相应的“人造”环境下进行的。这是仿真的主 要功能。 (3)仿真可以比较真实地描述系统的运行、演变 及其发展过程。 3、系统仿真的作用  (1)仿真的过程也是实验的过程，而且还是系统地收集和积累信息的过程。尤其是对一些复杂的随机问题，应用仿真技术是提供所需信息的唯一令人满意的方法。 (2)对一些难以建立物理模型和数学模型的对象系统，可通过仿真模型来顺利地解决预测、分析和评价等系统问题。 （二）系统仿真方法 系统仿真的基本方法是建立系统的结构模型和量化分析模型，并将其转换为适合在计算机上编程的仿真模型，然后对模型进行仿真实验。 由于连续系统和离散(事件)系统的数学模型有很大差别，所以系统仿真方法基本上分为两大类，即连续系统仿真方法和离散系统仿真方法。 1、背景 20世纪70年代以来，SD经历的两次严峻挑战 第一次挑战(70年代中前期)：70年代初，来自26个国家的75名科学家的罗马俱乐部困惑于世界面临人口增长与资源日渐枯竭的前景。鉴于当时一些惯用的工具难以胜任对此复杂问题的研究，于是寄希望于刚刚兴起的系统动力学方法。主要标志是两个世界模型(WORLDⅡ，Ⅲ ）： (WORLDⅡ— “World Dynamics,1971,Forester”; WORLD Ⅲ -- “ The Limits to Growth,D. Meadows,1972”,和“Toward Global Equilibrium D.Meadows,1974” 走向全球平衡) 。这些成果引起了一场令人瞩目、旷日持久的论战。系统动力学正是在这一番论战中，加速壮大成熟起来。 罗马俱乐部：国际性的未来学研究团体。1968年4月在意大利经济学家A.佩切伊和英国科学家A.金倡议下，于罗马成立。宗旨是研究未来的科学技术革命对人类发展的影响，阐明人类面临的主要困难以引起政策制订者和舆论注意。?会员限300名。现有100多名国际上著名的学者和社会活动家为个人会员。每年召开一次大会?，并经常召开国际性学术会议?。出版了《增长的极限》（即《米都斯报告》）、《重建国际秩序》、《走出浪费的时代》、《人类的目的》、《学无止境》、《第三世界：世界的四分之三》、《关于财富和福利的对话》、《走向未来的道路图》等著作。 The Limits to Growth 简介：地球是人类目前唯一赖以身存的星球，但是，人类的发展却总是给滋养哺育他的大地带来无尽的折磨和无法修复的毁坏。全球气候变暖、海平面上升、人口的暴涨、土地沙漠化……种种迹象表明，人类正在为自己的所作所为付出代价。增长的极限曾经是遥远的未来，但今天它们已经广泛存在。崩溃的概念曾经被认为是不可思议的，但今天它已经进入公众的谈论话题……　　 The Limits to Growth 　　本书可以说是第一次向人们展示了在一个有限的星球上无止境地追求增长所带来的后果。这本震惊了世界并畅销全球的书，在今天，带着30年来新增的数据，再次就人类对气候、水质、鱼类、森林和其他濒危资源的破坏敲晌了警钟。 第二次挑战(70年代初到80年代中)：Forrester 教授在多方资助之下开始研究美国全国模型，解开了一些在经济方面长期存在、令经济学家困惑不解的疑团。 诸如，70年代以来的通货膨胀、失业率和实际利率同时增长等问题。其最有价值的研究成果还在于揭示了美国与西方国家经济长波(Long Wave)形成的内在奥秘。由于在全国模型与长波理论研究方面取得成就，使系统动力学这一门学科在理论和应用研究两方面都取得了飞跃性进展。从此，系统动力学进入了蓬勃发展时期。 1972年正式定名系统动力学：“ 系统动力学是研究信息反馈系统动态行为的计算机仿真方法。它有效地把信息反馈的控制原理与因果关系的逻辑分析结合起来，面对复杂实际问题，从研究系统的内部结构入手，建立系统的