系统动力学综述.docx

1、系统动力学综述系统动力学研究现状综述魏妍1（1.西安石油大学，工管1003-06 ）摘 要：这篇文章扼要的回顾了国内外系统动力学的研究和发展主要 历程，评述了系统动力学的由来和现今学术研究的状态。 最后指出了我国系统动力学今后的发展任务和方向以及需要完成什么具体工作。 关键词：系统动力学 现状研究水平1.引言系统动力学作为系统科学的一个分支，已在世界范围内为人们所 知晓，系统动力学从20世纪50年代产生到现在已经经历了 60多年 的历史了，在后期它已经发展成为了一门独立的新学科。 在系统动力学产生之初，它主要应用于工商企业管理，处理诸如生产与雇员情况 的变动，企业的供销，生产与库存等问题历经多

2、年的发展之后，应用 范围日益扩大，几乎遍及各类系统和各个领域。近年来 SD更是成为一种新的系统工程方法论和重要的模型方法。几十年来 ，每年都召开国际会议，都促进了系统动力学不断发展。本文对国内外系统动力学 的历史和现状进行了综述，并指出了未来的努力方向2.系统动力学简介2.1系统动力学由来系统动力学（简称SDsystem dynamics）的出现于1956年，创始人为美国麻省理工学院（MIT）的福瑞斯特J . W. Forrester）教授。系 统动力学是福瑞斯特教授于1958年最早提出的一种对社会经济问题 进行系统分析的方法论和定性与定量相结合的分析方法， 目的在于综合控制论，信息论和决策论

3、的成果，以计算机为工具分析研究信息反 馈系统的结构和行为。最初叫工业动态学。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的交叉综合学 科。从系统方法论来说：系统动力学是结构的方法、功能的方法和历 史的方法的统一。它基系统论，吸收了控制论、信息论的精髓，是一 门综合自然科学，社会科学的横向学科。2.2系统动力学的发展（1）SD出现于20世纪50年代后期，当时主要应用于工商企业管 理，处理诸如生产与雇员情况的波动，企业的产销，生产与库存，股 票与市场增长的不稳定性等问题，并创立“ In dustrial Dyn amics ”。此后在整个60年代，动力学思想与方法的应用范

4、围日益扩大， 其应用几乎遍及各类系统，深入到各个领域。在此期间出现了众多关于系统 动力学的作品。1958年, Forrester在哈佛商业评论上发表了奠基之作 ，1961年,Forrester出版了文献，被公认为系统动力学理论与方法 的经典论著。书中所讨论的原理在系统的分析、 决策和预测中具有普遍性和广泛的适用性。尔后，Forrester又从宏观层次上研究了的城市 兴衰问题，于1969年出版了文献（4）,Mass N J对城市动力学模型进 行了扩充。（2） 20世纪70年代以来SD经历了两次严峻的挑战并走向世界， 进入蓬勃发展时期，这一时期的标志性成果是系统动力学世界模型与 美国国家模型的研究

5、。从70 年代开始，Forrester, Dennis Meadows 先后建立 WORLD II与 WORLD III模型，与罗马俱乐部学派研究了世界增长问题，这一 研究引起了广泛关注与持续争论。主要成就有，WORLD II模型及以 此为基础的世界动力学8）, WORLD III模型及以此为基础的 增 长的极限9和趋向全球的平衡10 ;MeadowsDH、MeadowsD L和 Randers J在增长的极限的基础上，通过模型预测出1972年所提出 的许多问题已经恶化，于1992年出版了文献（。几乎在同一时期, Forester领导MIT小组，在美国企业与政府的资助下开展了国家模 型的研究，

6、建立了 4000多个的方程的美国国家模型。这些研究揭示 了美国与西方国家的经济长波的内在机制 ，美国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 ，其代表性的人物有Sterman J D, Saeed K,Forrester J W12-16）。这些研究使 SD 受到了世 界范围的关注，促进它在世界范围内的传播与发展，确立了在社会经 济问题研究中的学科地位。（3）近年来，SD已经成为一种新的系统工程方法论和重要的模 型方法，渗透到各个领域。目前，SD已经得到广泛应用与传播，其 应用范围从公司战略到糖尿病的动态，从美国和苏联之间冷战时的 军备竞赛到艾滋病病毒与人类免疫系统间的斗争 ，上

7、至航天飞行器 下到锌工业的各种产业，以及从艾滋病到福利改革的各种问题等，都 有SD的研究与应用。其渗透领域，更是许多，包括宏观领域，项目 管理，学习型组织领域和物流与供应领域等。在宏观领域：Naill R F于1992年用SD分析了国家能源政策计 划18, Naill R F用SD分析了美国旨在减轻全球气候变暖的能源 政策所花费的成本。在项目管理领域：早在1980年Cooper K G就用SD模型来 分析、量化在一个大型军事造船工程成本超额的原因，这是SD在大 规模工程管理中最初的运用，同时也是最成功的应用之一。1970年, IngallsShipbuilding of Pascagoula赢

8、得了为美国海军建造一支拥有 30艘新驱逐舰舰队的大合同 ，加上1969年签订的 9艘LHA,In galls获得了世界上最大的两个造船项目，并开始展望销售前景和高 额利润。但是到了 70年代中期，In galls陷入了困境，成本超出计划5 亿美元以上。在海军多次拒绝弥补之后。In galls求助于SD来量化 因海军的设计更改而导致的损失 ，并向海军提起诉讼，要求取得5亿美元损失。1978年6月双方庭外和解，In galls得到4. 47亿美元。 传统的项目管理方法一般都假定项目能够按照项目开始时编制的 /最优0计划进行，而忽略了返工的影响，导致对时间和成本的低估。但 是由于与项目的独特性相关的

9、各种信息是随着项目的展开不断完备 的，因而在实际的项目运作中返工常常不可避免，其影响也是不可忽 视的。这种影响往往是非线性的，在传统的网络图中难以表达，并且超出了项目管理者脑力所能达到的理解范围。 系统动力学提供了一种自上而下的 从战略层面描述项目进展 估计项目时间、成本风险的方 法。这种方法把项目视为一个整体，而不是一系列任务的简单组合, 并能有效的描述项目中的返工等回路和任务间的非线性关系 ，有助于项目管理者理解项目过程对项目表现的影响 ，从宏观上对项目进行估计和把握。这方面的典型成果是文献。学习型组织领域：90年代初，MIT的Senge P M博士在Forrester 对企业设计理念的基

10、础上，出版了文献，并于1992年获得世界企业 学会的开拓者奖。在5第五项修炼6中，Senge从系统的、整体的角度， 运用系统动力学的方法、工具，对学习型组织的特点和构建方法作了 比较全面的论述。学习型组织的灵魂是系统思考，以系统思考为核心 和共同脑力模型、共同前景、团队学习、个人进取的五项修炼相互融 合贯通，成为建立学习型组织的基本方法。物流与供应链领域：Forrester在上世纪60年代对于生产、库存与 销售波动问题的研究，被认为是供应链研究的经典，即牛鞭效应。 1989年Sterman对啤酒分销游戏的结果进行了分析 ，为此获得1988年 Forrester奖。90年代起研究成果较多，相应的

11、研究机构有英 国Card iff大学的物流系统动力学小组、意大利 Palermo大学的CUSA-系统动力学小组等。供应链的高效取决于物流与信息流的协 调，系统动力学中的物质流、信息流的概念非常有利于描述供应链问 题，因此在供应链动态模拟分析与诊断，协调、优化与决策研究中是一种非常有效的方法。3.国内系统动力学现状（18）目前我国SD工作者和研究人员在区域和城市规划、企业研究、 产业研究、科技管理、生态环保、海洋经济和国家发展等应用研究领 域已取得巨大成绩，有多项研究成果获国家级和部委级奖项。在应用领域，特别是在可持续发展领域，宋世涛、魏一鸣和范英 给出了一个较全面的综述。徐南孙、贾仁安、伍福明

12、对王禾丘能源生 态旧系统的主要矛盾进行分析，阐述针对旧系统主要矛盾设计的新 的系统工程，确定其主导结构及主导结构的流率基本入树序列的过 程、方法及结果。涂国平、贾仁安等基于反馈结构分析理论 ，分析吉 安市以沼气为纽带的大型沼气工程综合开发利用和以家庭为单位的 3种典型的沼气生态农业模式的运行结构及其效益。洪佩军、陈思根 和张列平应用 SD对企业过程改进的困境进行分析，指出企业过程 改进的成败根源所在和避免过程改进进入困境的基本原则。 王晓昌承担国家自然科学基金重点项目西部干旱缺水地区水资源再生利用研 究，运用SD原理，进行水资源再生利用系统相关动态变量分析，建 立动态反馈模拟模型，通过系统动力

13、学分析预测系统动态趋势。在理论领域，反映了我国系统动力学研究的主要研究成果。从系 统基本的因果关系出发，利用图论的相关理论和方法，根据基本要素 的因果关系研究整个系统的结构、构建系统流 图，是SD建模方法研究的重要内容。应用图论分析方法给出了系统 动力学流图的极大出树及反馈回路一种确定方法 ，建立了系统动力学的流率基本入树建模法，枝向量行列式、矩阵反馈环计算法，得到 了另一种系统动力学规范化建模方法，这有利于系统动力学规范化 建模与反馈分析。文献提出利用遗传算法来研究系统结构的变化 ，即利用遗传算法构造出一些初始解，模型将不断适应环境的变化，按照 /优胜劣汰，适者生存的原则，老模型不断向新模型

14、传递信息，新模型 在生物进化过程中不断发育而成，实现组织结构的进化。4我国系统动力学今后发展任务4.1今后发展任务系统动力学的理论与应用研究工作已在国内取得了引人瞩目的 成绩，已有成绩应成为我们实现新的进取目标的起点。 基干国内系统动力学发展的现状和我国的国情，指导我国系统动力学未来发展的总 方针应该是在继续普及的同时注意提高在继续向国外学习的同时开 辟独创与创新的道路。形成具有中国特色的系统动力学学派， 争取在 较短的期间内跨进世界的最前列。(19)1.应用研究工作我们应该根据我国的具体国情开展应用研究工 作。工业化的时代将让位于未来的全面信息时代处于新的时代背景 对我国的社会经济作历史的分

15、析总结与未来发展的总体研究与规划 是十分必要的。系统动力学是研究解决这一类问题的有力工具， 它还可以在许多应用领域中发挥作用 。(1 )关于我国社会、经济的历史、现状和未来的研究从总体上研究我国全局性，长远性，综合性和战略性的理论与实践问题 ，并拟定对策与解决方案。社会战略：人口、就业、家庭、生活水平、住房和教育等的相互关系。经济战略：第一、二、三产业，资源，生态，人口和消费等的 相互关系。(3 )系统动力学普遍应用于企业的经营管理与决策。(4)系统动力学在其他领域，诸如生物、医学和工程方面的广泛应 用。2理论研究工作任务在理论研究方面有许多领域有待于人们去探索与开拓。(1)系统动力学的基本理

16、论与方法。系统动力学的哲学思想与方法论。系统的结构与功能、行为的关系。诸如系统振荡的内在机制 非线性系统的非稳定、分岔和混沌问题，涨落、随机因素对系统的影 响，噪声对模型运行的影响以及复杂系统主回路的判别等。系统的建 模与检验。模型的简化，阶数与降价的问题。通用结构的基本单元与 通用单元，子系统与结构标准化、通用化的拼究，模型参数估计问题。 既简便又有效的新模型检验方法的探索。(2 )动态模拟语言功能 的改进与扩展。汉字化的探索。模型管理信息系统的研制(3 )探索以系统动力学为基础，借幼模拟技术并汲取优化理论、数量 经济及其她方法的髓，形成一种解决非线性复杂系统(特别是社会经 济系统)问题更加有效的理论与方法的可能性。3培养一支素质好的理论与应用研究队伍为了在国内