Vensim使用说明书.docx

1、Vensim使用说明书第1章 概述1.1.系统动力学简介 1956年，Jay W.Forrester 放弃了其在电机控制领域的研究，转而将反馈控制的基本原则用于社会经济学系统。1961年，他在MIT工业管理学院研究公司管理问题，出版了其专著Industrial Dynomics, 这标志着这一学科的创立。 在过去的40年中，系统动力学有了长足的发展。系统动力学的理论、思想方法和工具，对于分析社会经济中许多复杂动态问题非常有效。另一方面，系统动力学的分析方法、建模方法、模拟方法和模拟工具比较规范，易于学习和应用。 1、事件行为结构 在日常生活中，我们往往是从事件开始认识事物的。例如股市暴涨暴跌，

2、流行病发生，战争爆发等等。事件一般是在固定的时间点上出现的。我们要正确的认识事件，须要联系相关事件，并从它们的发展过程中去观察。也即，要考察事件所在的行为模式。行为模式是系统的外在表现，可表现为一系列的相关事件随事件的演变过程，是多个关联事件表现出的过去现在和未来。例如，我们看到的经济的缓慢增长，利率的变化，失业率的波动等。行为摸式是由系统的内部结构决定的。结构是产生行为模式的物质的、能量的、信息的内在关系。系统的结构决定其行为模式，而事件是行为模式的重要片段。 利用系统动力学分析问题，要由事件出发，分析系统的结构与行为模式的关系，以采取成功的政策和策略，调整系统结构，干预和控制系统，改善系统

3、的行为模式，大大避免坏的事件的发生。 2、系统动力学处理问题的过程提出问题：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。1.2 Vensim PLE 软件的特点 Vensim PLE

4、 全名为 Ventana Simulation Enviroment Personal Learning Edition. 即Ventana 系统动力学模拟环境个人学习版。 1.利用图示化编程建立模型。在Vensim中，“编程”实际上并不存在，只有建模的概念。只要在模型建立窗口画出流图，再通过Equations输入方程和参数，就可以直接进行模拟了。如果用户需要查看有关方程和参数，可使用Mode Document工具条。另外，Vensim提供两种模型文件保存方式，一种是二进制文件，后缀为.vmf；另一种是文本文件，后缀为.mdf，这种文件可以用于模型的建立和修改，但这并不是Vensim推荐的方法

5、。 2. 运行于Windows下，数据共享性强，提供丰富的输出信息和灵活的输出方式。由于采用了多种分析方法，因此Vensim的输出信息是非常丰富的。其输出兼容性较强。一般的模拟结果，除了即时显示外，还提供保存文件和copy到剪切板。例如建立好的模型可以copy到剪贴板，再由剪贴板转到MS Word的编辑文件中。 3.对模型的多种分析方法 Vensim提供对于模型的结构分析和数据集分析。其中结构分析包括原因树分析(逐层列举作用于指定变量的变量)、结果树分析(逐层列举该变量对于其它变量的作用)和反馈列表。 模型运行后，可进行数据集分析。对指定变量，可以给出它随时间的变化图，列出数据表；可以给出原因

6、图分析，列出所有作用于该变量的其它变量随时间变化的比较图；可以给出结果图分析，列出该变量与所有它作用的变量随时间变化的比较图；同时可以将多次运行的结果进行比较。作为最终结果的图形分析和输出，可使用Graph，它不但可以列举多个变量随时间的变化图，而且可以列举变量之间的关系图。 4.真实性检验 对于我们所研究的系统，对于模型中的一些重要变量，依据常识和一些基本原则，我们可以预先提出对其正确性的基本要求。这些假设是真实性约束。将这些约束加到建好的模型中，专门模拟现有模型在运行时对于这些约束的遵守情况或违反情况，就可以判断模型的合理性与真实性，从而调整结构或参数。真实性检验是Ventana公司的专利

7、方法，是一种非常有效的建模工具。1.3 使用Vensim软件处理问题的一般过程1.4 Vensim PLE 的使用说明 Vensim PLE3.0c可使用于Window3.X，Windows 95, Windows NT操作系统下。硬件要求386以上PC机，2.0M内存，1.6M磁盘空间(安装时需6M硬盘空间)。对于Machintosh机型，也可使用。第2章 Vensim的菜单和主窗口 Vensim的用户界面是标准的Windows应用程序界面。除支持菜单和加速键外，还提供多个工具条。这使得用户操作非常方便。2.1 Vensim PLE的主菜单 Vensim PLE提供以下菜单。对于菜单的驱动，

8、除了逐级打开外，还可以用相应的加速键。File 文件管理：提供建立新模型(New Modle)，打开模型(Open Modle)，保存模型(Save, Save as)，打印模型(Print , Print Options)等。模型打开和建立后，检查可通过Check完成。View 观察：对于模型的流图进行总体观察。提供按任意比例缩放。Model 模型检验：包括Reality Check 即真实性检验，Time Bounds时间控制设置。其中Time Bounds是用于调控Simulate 和Reality Check的时间参数的。Windows 窗口：包括Control panel控制面板（即

9、Variable Selection分析变量选择，Time Axis时间轴设置，Scalling纵坐标调整，Datasets数据集选择， Graph自定义作图等），以及Pop Forward实现由其它窗口转换到模型建立窗口，Error History是出错记录，Selection History是选择记录。Help帮助：在该菜单下有Manual子菜单，它是Ventana 公司提供的使用手册，比较详细。另外一个是About Modles子菜单，它提供了Vensim对模型的基本概括，如变量数目，状态量数目等。并提供对模型设置加密口令。第3章 模型的建立 模型建立是在模型建立窗口，通过图示化的方式建

10、立模型，或对已建立的模型进行修改。主要过程是画出流图，然后输入参数和方程。3.1 开始 在主菜单File下，选择New Modle 或Open Modle，就可以开始一个新模型的建立或者已建模型的修改工作。在选择New Modle情况下，会出现如下窗口。它是用来对于模型初始化的。可以选择起始时间，结束时间，时间单位，时间步长(Time Step)和数据记录步长SAVEPER。 3.2 画图工具条其功能依次为：Pointing 指针：用于选中、移动和改变变量和图符。有三种选择方式。按下左键并拖动会看到一个虚线方框，松开左键则方框内所有变量和图符被选中，选中后可以用鼠标拖动之；可直接左键用点按变量

11、或图符选中之，按下左键可以拖动，另外若选中图符操作柄(一个小圆圈)，可对图符进行伸缩放大；对变量用左键连续点按两次会将它选为工作台变量。Variable 变量：用于定义非状态变量的变量，如辅助变量和常量。Box Variable 方框变量：用于创建状态变量。注意，Vensim 一般约定，状态变量第一个字母大写，常量和表格量字母全大写，其余变量字母全小写。但用户也可以有自己的约定。Arrow 箭头：用于创建表示因果关系的箭头，可以是直的或弯曲的。注意，创建时，先选中箭头，在因变量上按下左键，然后松开，移动鼠标到空白处点按左键，松开后移动到果变量再点按左键。在中间电按位置会有一个操作柄。Rates

12、速率变量：用于创建速率变量。它有四部分构成，两个箭头，一个开关，两朵表示源和漏的云，和变量本身。可通过选择移动开关，移动和改变图符形状。速率变量一般至少有一端指向一个状态变量，在创建时可是其一端直接指到状态变量上。Shadow Variable：有时模型很大，若一个变量已在一个子块中定义，在另一子块中，只要用Shandow Variable 再声明一次即可。Comment 注释：用于为流图增加注释，使容易看懂。Vensim的注释方法很丰富，可以是文字，图符等。它在模型流图中无实质性作用。Delete 删除：用于删除相关内容。Equations建立方程： 用于方程建立，即建立等式，赋值，定义单位

13、等。3.3 对于图符和字体的调整 Vensim提供图符和字体的丰富多彩的表示方式。对于已有的图符和字体，有两种方法实现调整。一种是用指针选中图符和变量(注意，图符要选其操作柄)，然后再点按底部工具条。一种是直接用鼠标右键点按图符操作柄或变量，就会出现相应的对话框。(1)利用工具条对图符和字符作调整：图示工具条功能依次如下：1.字体选择：可用来对于当前变量或注释选择任何windows所提供的字体。也可选择汉字。2.字体的大小。3.b：字体的加粗。4.i：字体倾斜。5.u：字体加下划线。6.s：字体加中串线。7.设置字体颜色。8.设置变量边框颜色。9.变量边框形状选择。10.文本的位置选择。11.

14、设置箭头的颜色。12.箭头的形状选择。13.设置箭头的极性。一般用“，”，也可选择用“S，N”。14.将加亮的字符移到下面。 熟练使用这些工具条可以使模型外观非常漂亮。但这些工具对于模型本身无实质影响。(2) 利用对话框操作对图符和字符作调整： 如上所述，用鼠标右键单击要操作的图符操作柄，则会出现相应的对话框。这些对话框主要有箭头选择对话框，开关选择对话框，注释对话框，变量选择对话框。其中注释对话框和变量设置对话框我们在后面讨论。箭头选择对话框：图示可以选择极性(可以选择字体)，箭头可以隐藏，可以无头，可以选择颜色及线的形状和宽度。这是对于因果关系箭头和速率量箭头操作的。开关选择对话框：对于速

15、率量的开关操作。用来调整速率变量相对于图符的位置，图符的颜色等。3.4 对流图加注释 通过选择建立模型工具条可打开如下注释对话框。注释可以是文字的或图形的。文字的注释可以选择字体、大小、颜色、加粗等。图形的注释可以选择点位图或者是可以是Windows的图元文件(均可由剪贴板获得)。可以对注释加边框，选择边框形状等。3.5 方程和参数的输入 方程的左边一定是某一变量，而Vensim是围绕这一变量来建立方程和输入参数的。在画图工具条中，有一个Equations项，当模型各种变量的关系建立完成以后，点击该项即可对任何一个变量进行建立等式和赋值等工作。点击任何一个变量后，会先出现对话框。主要内容包括：

16、方程编辑：可选择变量、函数、数字和运算符构成方程。Variables输入变量：若流图正确，此变量的因变量均包含于此，并构成输入变量。在方程编辑中只要从此选择即可，不需要再写入变量了。Functions 函数：此处列举了Vensim提供的所有函数，可选择进入方程编辑。Type： 确定变量类型，如表函数等。Units 单位：方程右边必须有正确的单位。若是一个无量纲量，可不加或输入dmnl。Comment 注释：可对于方程进行注释，以增加可读性。Erros 错误信息：在方程书写中，会随时提示书写是否正确。3.6 查找表的建立 表函数是SD一个重要特征。它用于建立两个变量之间的非线性关系。特别是软变量

17、之间的关系。例如员工士气对工作效率的影响程度。一般，两个变量先归一化，或者先规整化，再根据经验给出大致的关系图来。这样设计的变量是无量纲量。当在Type中选择Lookup项时，会有As Graph选项，选择此选项，就会出现对话框。该对话框用于图形化定义一个查找表。包括自变量和函数值列举，自变量和函数的最大值等。用鼠标左键在图形框中点按，会自动构成图形。3.7 对于Limits 模型重新设计以后的流图我们对于Vensim PLE的modles子目录中的模型Limits进行重新编辑，得到以下。模型文件为：limitn.vmf。 第4章 模型建立后的静态分析 模型建立后，在运行前和运行后均可以进行静

18、态分析。这主要的是一种结构分析。Vensim是通过分析工具条操作的。其中，原因树分析、结果树分析和反馈回路分析是对于具体的变量进行的，因此首先要选择变量到工作台。而模型文档列举和量纲检查是对于整个模型的分析。4.1 将分析变量选人工作台 变量选入有两种方法，一是选择模型建立工具条的指针Pointing，然后连续两次点按要选择的变量，就会在主窗口标题栏看到被选中的变量。另一种方法是，选择Control panel下的变量选择(Variable)，则会出现一个对话框，列出了模型的所有的变量，且可以分类显示，选择要分析的变量即可。4.2原因树分析 对于给定变量，列举作用于其上的变量；然后对于这些变量

19、，再列举作用于其上的变量；依次类推，逐级反向追溯，直到出现给定变量本身的一级为止。这时，就得到了给定变量的一个原因树，最末一级的所有变量(除变量本身)，实际上是该子系统的边界。是这些变量的外部作用决定了给定变量的。图示是对于变量Rabbit Populationd的原因树分析图。可以锁定窗口，打印该图，也可以拷贝到剪贴板或以图元文件(wmf)保存。 4.3结果树分析 对于给定变量，列举其作用的变量；然后对于这些变量，再列举其作用的变量；依次类推，逐级正向追溯，直到出现给定变量的一级为止。给定变量的结果树也构成了一个子系统，其最末一级的所有变量(除给定变量本身)，构成子系统边界，表示指定变量对于

20、整个系统的最终作用。图示是变量Rabbit Populationd的结果树分析图。 4.4模型文档 Vensim没有“程序”，用户可以看到的是方程列举的文档。该文档详细列举了所有等式、参数、表函数，以及用户注释及Vensim提供的用途分析。这一文档和模型流图构成了Veansim基本的模型文档。(01) AREA OF GRASSLAND = 20000 Units: square yards Uses: (03)carrying capacity - (02) AVERAGE RABBIT LIFE = 2 Units: Year Uses: (13)rabbit deaths - (03)

21、carrying capacity = AREA OF GRASSLAND / GRASS REQUIRED PER RABBIT Units: Rabbit (01)AREA OF GRASSLAND - (07)GRASS REQUIRED PER RABBIT - Uses: (12)rabbit crowding - (04) effect of crowding on deaths = EFFECT OF CROWDING ON DEATHS LOOKUP(rabbit crowding) Units: Dmnl (12)rabbit crowding - (05)EFFECT OF

22、 CROWDING ON DEATHS LOOKUP - Uses: (13)rabbit deaths - (05) EFFECT OF CROWDING ON DEATHS LOOKUP (0,0)- (10,10),(0,0.5),(1,1),(1.5,2),(2,5),(2.5,10) ) Units: Dmnl Uses: (04)effect of crowding on deaths - (06) FINAL TIME = 10 Units: Year The final time for the simulation.(07) GRASS REQUIRED PER RABBIT

23、 = 10 Units: square yards/Rabbit Uses: (03)carrying capacity - (08) INITIAL RABBIT POPULATION = 100 Units: Rabbit Uses: (14)Rabbit Population - (09) INITIAL TIME = 0 Units: Year The initial time for the simulation. Uses: (00)Time - Internally defined simulation time.(10) RABBIT BIRTH RATE = 1.1 Unit

24、s: 1/Year Uses: (11)rabbit births - (11) rabbit births = Rabbit Population * RABBIT BIRTH RATE Units: Rabbit/Year (14)Rabbit Population - (10)RABBIT BIRTH RATE - Uses: (14)Rabbit Population - (12) rabbit crowding = Rabbit Population/carrying capacity Units: Dmnl (14)Rabbit Population - (03)carrying

25、capacity - Uses: (04)effect of crowding on deaths - (13) rabbit deaths = (Rabbit Population / AVERAGE RABBIT LIFE) * effect of crowding on deaths Units: Rabbit/Year (14)Rabbit Population - (02)AVERAGE RABBIT LIFE - (04)effect of crowding on deaths - Uses: (14)Rabbit Population - (14) Rabbit Populati

26、on = INTEG(rabbit births-rabbit deaths,INITIAL RABBIT POPULATION) Units: Rabbit (08)INITIAL RABBIT POPULATION - (11)rabbit births - (13)rabbit deaths - Uses: (11)rabbit births - (12)rabbit crowding - (13)rabbit deaths - (15) SAVEPER = TIME STEP Units: Year The frequency with which output is stored.

27、(16)TIME STEP - The time step for the simulation.(16) TIME STEP = 0.125 Units: Year The time step for the simulation. Uses: (15)SAVEPER - The frequency with which output is stored.4.5反馈回路分析 对于给定变量，列举包含该变量的所有的反馈回路。注意，尽管在建立模型时标明了每个箭头的极性，但Vensim并不提供反馈性质分析。图示是包含变量Rabbit Populationd的反馈回路。 第5章 模型模拟及数据集分析

28、建立好了模型，就可以进行模拟和数据集分析。Vensim的数据集分析是对于模拟的结果数据文件.vdf进行比较分析。可以对于一次运行结果分析，也可以对于多次运行结果(即多个 .vdf文件)比较分析。同结构分析一样，数据集分析一般也是对于具体的变量进行的，须先选择要分析的变量。5.1模型模拟 选择主菜单下面的SET选项，会出现下面对话框。它允许用户修改有关参数，表函数，设定保存运行结果的文件名等。在对于同一模型反复调整参数，比较运行结果时很重要。注意，这里对于参数和表函数的修改不会保存到模型文件中去。 另外可以利用主菜Model中的Time Bounds，对于运行起始时间，步长进行重新设定。模型运行

29、后会产生供数据集分析用的文件.vdf。若是多次调整参数运行同一模型，并生成不同数据文件，则图形和表格显示是多次运行结果的比较。 例如，在不同的参数条件下，运行Limits模型，得到数据文件：Current.vdf，Current1.vdf，Current2.vdf。下面对于变量 Rabbit Population 进行分析。首先，在鼠标选择Pointing情况下，连续两次点按变量Rabbit Population。可以看到，该变量被选入工作台标题栏。5.2 数据集分析的工具条Run Compare运行比较：在多次运行同一模型，只是改变其参数时，显示和列举各次运行的参数比较。在此例中，按下该工具

30、条，则出现下面对话框。将其Export到剪贴板，最后得到参数比较的文本。它详细记录了三次运行模型参数的调整情况。由于这些变化，使模型表现出不同的行为模式来。 Comparing C:VENSIMMODELSCURRENT2 and C:VENSIMMODELSCURRENT1*Constant differences between C:VENSIMMODELSCURRENT2 and C:VENSIMMODELSCURRENT1*AVERAGE RABBIT LIFE - has changed in value 2 C:VENSIMMODELSCURRENT2 3 C:VENSIMMODE

31、LSCURRENT1-GRASS REQUIRED PER RABBIT - has changed in value 10 C:VENSIMMODELSCURRENT2 12 C:VENSIMMODELSCURRENT1-*Lookup differences between C:VENSIMMODELSCURRENT2 and C:VENSIMMODELSCURRENT1*EFFECT OF CROWDING ON DEATHS LOOKUP - has changed in value C:VENSIMMODELSCURRENT2 C:VENSIMMODELSCURRENT1 X | Y X | Y 0 | 0.5 0 | 0.5 1 | 1 1 | 1 1.778 | 1