系统工程6系统仿真及SD方法.ppt

系统工程,第六讲 系统仿真及,SD,方法,经济管理学院工业工程系,系统仿真概述,系统动力学结构模型化原理,基本反馈回路的,DYNAMO,仿真分析,系统仿真及,SD,方法,6.1,系统仿真,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。,一、概念及作用,1.基本概念,2、系统仿真的实质,6.1,系统仿真,(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。,6.1,系统仿真,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。,(3)通过系统仿真，可以把一个复杂系统降阶成若干子系统以便于分析。,(4)通过系统仿真，能启发新的思想或产生新的策略，还能暴露出原系统中隐藏着的一些问题，以便及时解决。,6.1,系统仿真,6.1,系统仿真,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。,6.1,系统仿真,在以上两类基本方法的基础上，还有一些用于系统(特别是社会经济和管理系统)仿真的特殊而有效的方法，如系统动力学方法、蒙特卡洛法等。,系统动力学方法通过建立系统动力学模型(流图等)、利用,DYNAMO,仿真语言在计算机上实现对真实系统的仿真实验，从而研究系统结构、功能和行为之间的动态关系。,6.2,系统动力学原理,1、由来与发展,Systems Dynamics,SD/J.W.,Forrester(MIT,),Industridl,Dynamics(ID),1959,Principles of Systems,1968,Urban Dynamics(UD),1969,World Dynamics(WD),1971,SD,1972,6.2,系统动力学原理,2、研究对象及其结构特点,（,1）研究对象社会系统,（2）结构特点,抉择性具有决策环节（人、信息）,自律性具有反馈环节,非线性具有延迟环节,（3）,SD,将社会系统当作,非线性,(,多重,),信息反馈系统,来研究,6.2,系统动力学原理,认识,问题,界定,系统,要素及其因果关系分析,建立结构模型,建立数学模型,仿真,分析,比较与评价,政策,分析,（,流图）（,DYNAMOY,方程）,3、工作程序,6.2,系统动力学原理,4,、系统动力学模型,（,1,）常用要素,流,速率,水平变量,源与汇,参数,（2）流图符号,流,实物流,信息流,速率变量,水准变量,L1,辅助变量,A1,。,R1,R1,(,),。,6.2,系统动力学原理,明确问题及其构成要素；,绘制要素间相互作用关系的因果关系图。注意一定要形成回路；,确定变量类型（,L,变量、,R,变量和,A,变量将要素转化为变量，是建模的关键一步,。,在此，应考虑以下几个具体原则：,（3）流图绘制程序和方法,6.2,系统动力学原理,a.,水准（,L）,变量是积累变量，可定义在任何时点；而速率（,R),变量只在一个时段才有意义。,b.,决策者最为关注和需要输出的要素一般被处理成,L,变量。,c.,在反馈控制回路中，两个,L,变量或两个,R,变量不能直接相连。,d.,为降低系统的阶次，应尽可能减少回路中,L,变量的个数。故在实际系统描述中，辅助（,A）,变量在数量上一般是较多的。,绘制,SD,流图。,6.2,系统动力学原理,5,、举例,L1,R1（,利息1）,C1(,利率),I,R1(,订货量),库存量,D,Y(,期望库存),（库存差额）,P,R1,R2,(出生人口),(人口总量),(死亡人口),C1（,出生率）,C2（,死亡率）,组织改善,组织绩 效,组织,缺陷,。,6.2,系统动力学原理,1、基本,DYNAMO,方程,(,DYNAmic,Model),水准方程（,L,方程）,L L1K=L1J+DT*(RIJK-ROJK),速率方程（,R,方程）,R R1KL=f(L1K,A1K,),辅助方程（,A,方程）,A A1K=g(L1K,A2K,R1JK,),赋初值方程（,N,方程）,N L1=,数值 或,L1=L10,L10=,数值,常量方程,（,C,方程）,C C1=,数值,6.3,基本反馈回路的,DYNAMO,仿真分析,2、一阶正反馈回路,年人口,增 加,人 口,数,（+）,P,+,PR,PR,P,C1（,人口年自然增长率0.02）,。,。,L P,K=P,J+DT*PRJK,N P=100,R PR,KL=C1*RK,C C1=0.02,P,PR,0,100,2,1,102,2.04,2,104.04,2.0808,p,100,0,一阶正反馈（简单,人口问题）系统输,出特性曲线,6.3,基本反馈回路的,DYNAMO,仿真分析,3、一级负反馈回路,库存量,库存,差额,订货量,+,(),R1,D,I,+,期望库存,Y,1000,Z,（,订货调整时间，5）,I,R1,D,Y（6000）,。,。,。,。,L I,K=IJ+DT*R1JK,N I=1000,R R1,KL=DK/Z,A D,K=Y-IK,C Z=5,C Y=6000,I,D,R1,0,1000,5000,1000,1,2000,4000,800,2,2800,3200,640,I,t,1000,0,一阶负反馈（简单,库存控制）系统输,出特性曲线,4、,简单库存控制系统的扩展,库存量,入库量,途中存货量,订货量,库存,差额,I,（）,+,（）,G,R2,+,R1,+,Z（5）,Y（6000）,I,G,10000,1000,R1,R2,D,W（10）,。,。,。,。,。,。,L G,K=GJ+DT*(R1KL-R2JK),L I,K=IJ+DTR2JK,R R1,KL=D/Z,A D=Y-I,K,C Y=6000,C W=10,Z=5,C I=1000,C G=10000,6000,1000,t,二阶负反馈系统输出特性曲线,I,交（到）货 率,库存量,测试,函数,正常销售,（发货）率,。,销售（发货）率,T3,MAX,T2,库存,差额,期望,库存,SMOOTH,平均销售（发货）率,订货率,Step,Ramp,Pulse,Sin,Noise,DELAY,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,。,