系统工程-第四章PPT推荐.ppt

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（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。

（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。

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。

1956年，佛瑞斯特以他在自动控制中学到的信息反馈原理研究通用电气公司的存货问题时有了惊人的发现，从此致力于研究企业内部各种信息与决策所形成的互动结构，究竟是如何影响各项活动的，并回过头来影响决策本身的起伏变化的形态。

佛瑞斯特既不做预测，也不单看趋势，而是深入地思考复杂变化背后的本质整体动态运作的基本机制。

（三）系统动力学的发展及特点,1、由来与发展,SystemsDynamics,SD/J.W.Forrester（MIT）IndustridlDynamics（ID）,1959PrinciplesofSystems,1968UrbanDynamics（UD）,1969WorldDynamics（WD）,1971SD,1972美彼得圣吉（PeterMSenge）著，第五项修炼学习型组织的艺术与实务，上海三联书店，1998。

作者简介：

1970年从斯坦福大学获工学学士后进入MIT攻读管理硕士学位，在此期间被Forrester教授的SD整体动态搭配的管理新理念所吸引。

1978年获得博士学位后，一直和MIT的工作伙伴及企业界人士一道，孜孜不倦地致力于将SD与组织学习、创造原理、认知科学等融合，发展出一种人类梦寐以求的组织蓝图学习型组织。

等级权力控制是以等级为基础，以权力为特征，对上级负责的垂直型单向线性系统。

它强调“制度+控制”，使人“更勤奋地工作”，达到提高企业生产效率、增加利润的目的。

权力控制型企业管理在工业经济时代前期发挥了有效作用，它对生产、工作的行和有效指挥具有积极意义,彼得?

圣吉是学习型组织理论的奠基人。

作为佛瑞斯特的学生，他一直致力于研究以系统动力学为基础的更理想的组织。

1970年在斯坦福大学获航空及太空工程学士学位后，彼得?

圣吉进入麻省理工大学斯隆管理学院攻读博士学位，师从佛瑞斯特，研究系统动力学与组织学习、创造理论、认识科学等融合，发展出一种全新的组织概念。

他用了近十年的时间对数千家企业进行研究和案例分析，于1990年完成其代表作第五项修练学习型组织的艺术与实务,层次扁平化、组织信息化、结构开放化，逐渐由从属关系转向为工作伙伴关系，不断学习，不断重新调整结构关系,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,3、工作程序,（流图）（DYNAMOY方程）,二、SD结构模型化原理,1、基本原理,信息,流（行动）,（Rate）,（Level）,四个基本要素状态、信息、决策、行动两个基本变量水准变量（L）、速率变量（R）一个基本思想反馈控制,2、因果关系图和流图,

（1）因果关系图（因果反馈回路）因果箭因果链因果（反馈）回路,利率,+,+,（+）,期望库存,+,+,-,（-）,（平均）出生率,（平均）死亡率,（-）,-,+,+,（+）,（-）,-,+,+,

（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,（）,。

参数（量）,（常量）,（初值）,源与洞,信息的取出,L1,。

A1,。

。

（3）流图绘制程序和方法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：

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。

在绘制流图时，应特别注意形成正确的回路和用好信息连接线，并注意不要把不同的实物流直连在一起（参见下例）。

FFL（分房数量）,XSL（家俱数量）,（未分到新房户数）,（未买家俱户数）,错误,正确,3、举例,三、基本反馈回路的DYNAMO仿真分析,1、基本DYNAMO方程DYNAmicMOdel,水准方程（L方程）LL1K=L1J+DT*（RIJK-ROJK）速率方程（R方程）RR1KL=f（L1K,A1K,）辅助方程（A方程）AA1K=g（L1K,A2K,R1JK,）赋初值方程（N方程）NL1=数值或L1=L10L10=数值常量方程（C方程）CC1=数值,2、一阶正反馈回路,。

LPK=PJ+DT*PRJKNP=100RPRKL=C1*RKCC1=0.02,3、一级负反馈回路,。

LIK=IJ+DT*R1JKNI=1000RR1KL=DK/ZADK=Y-IKCZ=5CY=6000,4、简单库存控制系统的扩展,。

LGK=GJ+DT*（R1KL-R2JK）LIK=IJ+DTR2JKRR1KL=D/ZAD=Y-IKCY=6000CW=10,Z=5CI=1000CG=10000,DELAY,。

应用研究实例,甘肃省两西地区扶贫开发移民对策的系统动力学仿真研究,甘肃省两西地区扶贫开发移民对策的系统动力学仿真研究甘肃省两西地区指甘肃的河西地区和定西地区为代表的中部干旱地区，这两个地区连同宁夏的西海固地区共成为“三西”地区，是我国集中连片的最贫困地区之一。

从1983年起，在国家“三西”专项资金的支持下，甘肃省开始了两西地区扶贫开发建设，其中一项重要的建设内容就是将中部贫困地区的部分人口移往具有良好发展前景的河西走廊地区和中部引黄灌区，以缓解中部人口压力，恢复当地生态平衡，集中人力、物力、财力建设河西地区和中部黄灌区的开发。

这样的移民有别于以往任何形式的移民，称作“扶贫开发移民”。

这种扶贫开发移民的动力机制，主要来自三个方面。

其中，第一方面是来自于中部地区贫困地区由于人口、贫困及生态环境问题所产生的推力；

第二方面是来自于河西走廊灌区和中部引黄灌区良好的生产生活条件所产生的拉力；

第三方面是国家和地方政府的政策引导与支持。

系统界限模型仿真的时间界限定为19932008年，空间边界为甘肃中部地区和河西地区。

中部地区包括定西、临洮、通渭、陇西、永靖、东乡、静宁、庄浪、华池、环县、秦安、永登、榆中、皋兰、靖远、会宁、景泰、白银区、平川区、古浪县等20个县（区）。

河西地区包括张掖地区、酒泉地区、金昌市、嘉峪关市及部分国营农场。

系统界限内还包括水利建设资金的投入，开发的难易程度（用土地开发成本表示），开发规模（用新增有效灌溉面积表示），国家政策优惠程度（用人均水地划分指标、新增灌溉面积分配给移民的比例表示），移民规模（用迁移人数表示）。

（2）系统的反馈结构因果关系图。

图1甘肃省两西地区移民系统的反馈回路图,从图中可以看出，河西地区移民系统中存在一个正反馈环，中部地区移民系统则存在一个反馈环。

这表明，河西地区是今后移民的主战场，是国家投资建设的重点。

本模型的系统结构流图如图2所示。

图13.2.2甘肃两西地区移民系统的流图,（3）DYNAMO模型这里采用PDPlus软件提供的数组描述方式，用下标M与W分别代表中部地区与河西地区。

模型主要方程式如下：

LXZGM.K（A）=XZGM.J（A）+DT*XGZL.JK（A）新增有效灌溉面积RXGZL.KL（A）=DTZL.KL（A）/KFC（A）有效灌溉面积增长速率RDTZL.KL（A）=DELAY3（TZLKL（A）.DEL（A）实际投资速率LDTZ.K（A）=DTZ.J（A）+DT*（DTZL.JK（A）实际投资率,RTZL.KL（A）=STZ.K（A）投资速率AGXZGM.K=SUM（XZGM.K）新增有效灌溉总面积AGDTZ.K=SUM（DTZ.K）实际总投资LPQY.KL（A）=XGZL.KL（A）*YMGMB.K（A）/AVRD.K（A）迁移速率RQYL.KL（A）=XGZL.KL（A）*YMGM.K（A）/AVRD.K（A）迁移速率AGPQY.K=SUM（PQY.K）总迁移人口,（4）模型的模拟调试、评价及对策分析模型真实性、可靠性及有效性检验在综合分析甘肃省两西地区移民前十年统计资料的基础上，本着合理选择参数的原则，对两个地区的移民活动进行了仿真模拟，通过反复调试与合理修改，输出结果与历史数据基本吻合，变化规律一致，表明本模型与真实系统具有较好的对应性，能够满足研究目的，是可靠而有效的。

仿真结果在仿真过程中，确定了投资速率、水地开发成本、人均水地指标、新增有效灌溉面积分配给移民的比例作为方案变动的基础，它们的变动基于下列因素：

A）全国扶贫任务很重，国家财力紧张，今后甘肃省两西地区的建设投资不打算再增加。

B）今后将从甘肃省两西地区移民费用中抽出一部分投入甘肃陇南山区的移民工作中。

C）考虑物价上涨因素，土地开发成本将有所上升,D）根据有关资料，随着灌溉技术的不断进步，灌溉定额到2000年以后可能减小一半。

E）国务院规定从1992年1月1日起划分给移民的水浇地面积不得超过0.1hm2/人，这是因为安置移民的要求是帮助解决温饱，不是达到小康。

F）如果考虑科技进步因素，如灌溉定额下降，水资源开发利用程度增强，则新增有效灌溉面积还会增加。

通过仿真运算制定了6种移民方案。

方案比较保守，在1992年的基础上只将水地开发成本指标提高，结果表明，2000年能超额完成原定后八年30万人的迁移任务，将多迁移16万人。

其中，中部地区多迁移入14万人，河西地区多迁入2万人。

2008年移民总数将达到116万人。

方案表明，在方案的基础上，若把新增有效灌溉面积分配给移民的比例分别降低为中部地区50%和河西地区40%时，仍能顺利完成移民任务，2000年还可以多迁入2.3万人，2008年移民总数达到90万人。

方案表明，在前两项方案的基础上，将人均水地指标和新增有效灌溉面积分配给移民的比例都稍作提高，仍能保证30万移民任务的实现，2000年移民达64万人，2008年移民达93万人，其中中部地区58.5万人，河西地区34.6万人。

方案与方案表明，当投资递减时，在人均水地指标取不同值的情况下要保证2000年移民任务的完成，新增有效灌溉面积分配给移民的比例所取的上限与下限值。

在方案中，这一比例分别取值中部地区50%与河西地区40%，2000年移民达到61.1万人，2008年达到80.8万人；

在方案中，这一比例均取值70%，2000年移民达到62.6万人，2008年达到83.3万人。

方案考虑了科技进步因素，将水地开发成本降低，结果表明在人均水地指标和新增有效灌溉面积分配给移民的比例两个数值都较低的情况下，仍能保证到2000年再迁30万人任务的完成，2008年总迁移人数至少可达91万人。

当然，16年间两西地区发展变化必然很大，而方案中变动因素很少，故笔者认为其结果偏高，仅作为决策者的参考。

上述方案共同的特点是均选择了一些极端点来仿真，对于人均水地指标与新增有效灌溉面积分配给移民的比例这两个参数的选择就体现了这种特点。

基于全面地进行仿真还比较困难，这样做能够简化问题，只提供答案的上下限，便于决策人更灵活地选择行动方案。

（5）结论与政策建议从仿真结果看，甘肃两西地区移民的速度主要取决于投资速率，开发成本，人均水地指标，这三个要素为敏感要素。

建议在不影响移民基本任务完成的前提下，适当提高人均水地指标。

模型中将甘肃省两西地区人口自然增长做为外生变量处理，并不等于可以忽视这个问题。

两西地区必须严格实行计划生育，尤其要做好迁出区的计划生育工作，防止出现移民1人，非移民超过1人的现象，使移民成果付之东流。

甘肃省两西地区要实行对水、土、电资源的有偿使用，以节约资源，提高投入效益，中央与地方应该把移民的眼前利益与长远利益结合起来，使移民区的经济发展逐步走上自我积累和良性循环的轨道。

积极实施科学利用水方案，提高水资源利用率，采用灌水新技术，大幅度降低灌溉定额，相对增加水资源可利用量。