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1、管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 1 张学民 系 统 动 力 学 (System Dynamics) 主讲： 张学民 (1) 教材及参考资料 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 3 张学民 教材 高级系统动力学，王其藩著，清华大学出版社， 1995年 9月 系统动力学，王其藩著，清华大学出版社， 1994年 10月 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 4 张学民 王其藩教授 (复旦大学 ) 王其藩教授 男 ,泉州市人。 1959年毕业于清华大学电机系。复旦 大学与同济大学教授、博士生导师，美国麻省理工学院 (MIT)系 统动力学（缩

2、称 SD） 研究中心终身成员，同济发展研究院院长。 兼任国际 SD学会中国分会主席，中国系统工程学会 SD专业委员会 主任委员，中国系统科学研究会副会长，上海美国 MIT同学会会 长；上海欧美同学会常务理事，上海泉州市侨乡开发协会理事 ; 国际 SD评论和系统辩证学学报副主编以及其他四种国内 外权威与核心学术刊物编委等职。 1981年赴美国 MIT斯隆管理学院进修、访问、讲学 2年余，获证书 ， 1983 年受聘为该校 SD硏究中心终身成员。回国后从事管理科 学理论与应用的科研和教学工作，推动 SD在国内外的发展。 联系方式：上海复旦大学管理学院， 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统

3、动 力 学 5 张学民 Forrester教授与王其藩在其 MIT办公室 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 6 张学民 王其藩教授与 Forrester、 Forrester妻子 Susan、 Forrester长子 Nathan Forrester 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 7 张学民 王其藩教授与 John D. Sterman及 Sterman的妻子 Cindy 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 8 张学民 王其藩教授与 Peter Senge 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 9 张学民 王

4、其藩与 Nathan Forrester， Peter Senge， David Anderson， John Morecroft 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 10 张学民 参考资料 贾仁安、丁荣华， 系统动力学 反馈动态性复杂分析 ， 2003 J.W.Forrester， 系统原理 ， 1986清华版译本 J.W.Forrester， 工业动力学 ， 1985科学版译本 俞金康， 系统动态学原理及其应用 ， 1993 谭惠民， 系统动力学 ， 1989 喻学恒， 系统工程理论与应用第一卷：系统动力学 ， 1983 苏懋康， 系统动力学原理及应用 ， 1988 都

5、兴富， 系统动力学原理及其应用 ， 1989 胡玉奎， 系统动力学 战略与策略实验室 ， 1988 张洪江、王礼先， 长江三峡花岗岩坡面土壤流失特性及其系统 动力学仿真 ， 1997 系统动力学在中国， 学习型组织研修中心， 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 11 张学民 第五项修炼 学习型组织的艺术与实务 美国 彼得 圣吉（ Peter.M.Senge )著，郭进 隆译，杨硕英校，上海三联书店出版 一本探讨个人及组织生命的书，在中国大陆掀 起了一股学习大潮，特别对企业家们产生过较 大影响。 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 12 张学民 彼得 .圣

6、吉在北大光华管理学院为 EMBA学员作专场主题演讲 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 13 张学民 系统思考：让你 “ 见树又见林 ” ！ Seeing the Forest for the Trees: A Managers Guide to Applying Systems Thinking， 英 Dennis Sherwood 著，邱昭良、 刘昕译，机械工业出版社， 2004. 4 弥补了第五项修炼与现实世界之间的距离， 展示了处理复杂问题的最佳理论：系统思考。 有助于加深对系统思考的理解，也为如何使用相 关的工具与方法绘制系统循环图，从而解决复杂 的问题提供了详细

7、的指南，并展示了通过计算机 仿真模拟可以获得的神奇力量。 通过对本书的研读，你将得到更好、更稳健、更 睿智的决策能力！ 系统动力学的产生与早期发展回顾 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 15 张学民 产生背景 第二次世界大战以后，随着工业化的进程，某些国 家的社会问题日趋严重，例如城市人口剧增、失业、 环境污染、资源枯竭。这些问题范围广泛，关系复杂 ，因素众多，具有如下三个特点： 各问题之间有密切的关联，而且往往存在矛盾的关 系，例如经济增长与环境保护等。 许多问题如投资效果、环境污染、信息传递等有较 长的延迟，因此处理问题必须从动态而不是静态的 角度出发。 许多问题中既

8、存在如经济量那样的定量的东西，又 存在如价值观念等偏于定性的东西。这就给问题的 处理带来很大的困难。 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 16 张学民 背景 (cont.) 新的问题迫切需要有新的方 法来处理；另一方面，在技术上 由于电子计算机技术的突破使得 新的方法有了产生的可能。于是 系统动力学便应运而生。 J.W.Forrester教授自 50年代中期开创系统动 力学以来，在一系列社会经济系统问题的研究中 取得了令人瞩目的创造性成果。 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 17 张学民 J.W.Forrester Forrester, who inv

9、ented random-access magnetic-core memory during the first wave of modern digital computers, also pioneered the field of system dynamics - analysis of the behavior of systems. He pursues three main interests based on system dynamics: the System Dynamics National Model, which generates the major obser

10、ved modes of economic behavior; a new management education based on the inherent, dynamic complexity of all the related parts of a corporation and brings them into a unified system; system dynamics as a methodology for giving cohesion, meaning, and motivation to pre-college education. Germeshausen P

11、rofessor Emeritus of Management Senior Lecturer University of Nebraska, BS 39, Electrical Engineering MIT, MS 45, Electrical Engineering 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 18 张学民 J.W.Forrester等在系统动力学方面的主要成果 1958年发表著名论文工业动力学 决策的一个重要突破口 ，首次介绍工业动力学的概念与方法。 1961年出版工业动力学 (Industrial Dynamics)一书，该 书代表了系统动力学的早期成果。

12、 1968年出版系统原理 (Principles of Systems)一书，论 述了系统动力学的基本原理和方法。 1969年出版城市动力学 (Urban Dynamics)， 研究波士顿市 的各种问题。 1971年进一步把研究对象扩大到世界范围，出版世界动力学 (World Dynamics)一书，提出了 “ 世界模型 II”。 1972年他的学生梅多斯教授等出版了增长的极限 (The Limits to Growth)一书，提出了更为细致的 “ 世界模型 III” 。 这个由罗马俱乐部主持的世界模型的研究报告已被翻译成 34 种语言，在世界上发行了 600多万册。 两个世界模型在国际上引起

13、强烈的反响。 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 19 张学民 J.W.Forrester等在系统动力学方面的主要成果 (cont.) 继世界模型之后，福雷斯特教授 等又开始了历时 10年以上的美国 “ 国 家模型 ” (System Dynamics National Model)的研究。该模型在 宏观经济学和微观经济学之间架起桥 梁，成功地研究了通货膨胀和失业等 等社会经济问题，并第一次从理论上 阐明了西方经济学家长期争论不休的 经济长波产生的机制。 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 20 张学民 发展历史 系统动力学的发展过程大致可分为四个阶段：

14、 1、稳态动力学 (1956 1961) 由于 SD这种方法早期研究对象是以企业为中心的 工业系统，初名也就叫工业动力学。这一阶段明确了 结构的概念，即从反馈环或系统子结构的角度来认识 系统，主要研究的是平衡条件的变动对稳态的影响， 而不是增长或衰减等瞬态过程。在这一 “ 企业工程 ” 时代， SD主要致力于公司的政策修订。该阶段以工 业动力学一书的出版而告结束。 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 21 张学民 发展历史 (cont.) 系统动力学的发展过程大致可分为四个阶段： 2、增长的动力学和一般系统理论 (1962 1966) 在这一阶段中，系统概念在社会科学中得以

15、巩固 ，有关系统原理的教材及实验手段得到普及。 SD模型 发展到非线性占重要地位的实际系统。新产品开发、 公司经营及经济活动等增长过程中的正反馈机制得以 阐明。同时， SD的应用范围已不仅仅是企业政策的制 定，而且扩充到工程、医学、管理、心理学、经济等 领域。对如此广泛领域的系统， SD都是以一种统一的 观点去把握系统结构的，因此 SD是作为一般系统理论 而得以发展的。 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 22 张学民 发展历史 (cont.) 系统动力学的发展过程大致可分为四个阶段： 3、理论与应用的桥梁 (1967-1975) 这一阶段为 SD的进一步发展奠定了基础，迈

16、开了 由理论走向实际应用的重要步伐。一些重要的专著， 如福雷斯特教授的城市动力学、世界动力学 、梅多斯教授等的增长的极限等相继问世。 由于这个方法的研究领域已远远超出工业系统的 范围， 1972年遂改称 系统动力学 。对于反馈过程， SD 并不拘泥于数学上复杂的反馈理论，而作出了简明的 实用解释。 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 23 张学民 发展历史 (cont.) 系统动力学的发展过程大致可分为四个阶段： 4、 渐趋成熟 (1976- ) 由福雷斯特教授等主持研究的美国国家模型（耗资 600万美 元，方程数 4000）代表了系统动力学的最新成果，它标志着系统 动力学

17、在理论及应用方面进入了一个更为成熟的阶段。 目前系统动力学正加强与控制理论、系统科学、突变理论、 耗散结构与分叉、结构稳定性分析、灵敏度分析、统计分析、参 数估计、最优化技术应用、类属结构研究、专家系统等方面的联 系。美、英、法、联邦德国、日本等国纷纷采用系统动力学方法 来研究各自的社会经济问题，涉及到经济、能源、交通、环境、 生态、生物、医学、工业、城市等广泛的领域。 系统动力学基本理论 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 25 张学民 什么是系统动力学？ 系统动力学 (System Dynamics)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

18、题交叉的综合性的新学科。 它是系统科学和管理科学中的一个分支，也是一门沟 通自然科学和社会科学等领域的横向学科。 从系统方法论来说，系统动力学的方法是结构方法、 功能方法和历史方法的统一。 系统动力学认为，系统的行为模式与特性主要地取决 于其内部的动态结构与反馈机制。 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 26 张学民 系统与反馈 系统：相互作用诸单元的复合体 反馈：系统内同一单元或同一子块其输出与输入间的 关系 对整个系统而言， “ 反馈 ” 则指系统输出与来自外部环境 的输入的关系。 反馈可以从单元或子块或系统的输出直接联至其相应的输 入，也可以经由媒介 其他单元、子块、

19、甚至其他系统 实现。 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 27 张学民 反馈系统 所谓反馈系统就是包含有反馈环节与其作用的系统。 它要受系统本身的历史行为的影响，把历史行为的后 果回授给系统本身，以影响未来的行为。 库存控制系统是一个反馈系统。 发货使库存量减少，当库存低于期望水平以下一定数值后，库存管理 人员即按预定的方针向生产部门订货，货物经一定延迟到达，然后使 库存量逐渐回升。 反映库存当前水平的信息经过订货与生产部门的传递最终又以来自生 产部门的货物的形式返回库存。 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 28 张学民 库存信息反馈调节过程 库存订货

20、系统是一个简单的反馈系统。从图中可知它形成闭合的回 路 (或称环 )，称之为 反馈回路 (或环 )。反馈回路就是由一系列的因 果与相互作用链组成的闭合回路或者说是由信息与动作构成的闭合 路径。 库存订货控制系统 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 29 张学民 回路、闭环系统、开环系统 反馈系统就是相互联结与作用的一组回路。 反馈系统就是闭环系统 。 单回路的系统是简单系统；具有三个回路以上的系统 是复杂系统。 反馈系统俯拾皆是，生物的、环境的、生态的、工业 的、农业的、经济的和社会的系统都是反馈系统。 开环系统是相对于闭环系统 (即反馈系统 )而言的，因 其内部未形成闭合

21、的反馈环，像是被断开的环，故称 为开环系统。 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 30 张学民 库存 订货系统是一个闭环的反馈系统 系统中的库存缺货信息的收集与向生产部门提出 订货的要求均由管理人员承担，假设系统中无管 理人员或管理人员失职，则系统中失去反馈环节 与反馈作用，处于无人管理状态，也就成为开环 系统了。库存量就不可能保持在合理的水平。 库存订货控制系统 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 31 张学民 正反馈、负反馈、正反馈回路、负反馈回路、正反馈系统、负反馈系统 正反馈 的特点是，能产生自身运动的加强过程，在此 过程中运动或动作所引起的后果

22、将回授，使原来的趋 势得到加强。 负反馈 的特点是，能自动寻求给定的目标，未达到 ( 或者未趋近 )目标时将不断作出响应。 具有正反馈特性的回路称为 正反馈回路 ，具有负反馈 特点的回路则称为 负反馈回路 (或称寻的回路 )。 分别以上述两种回路起主导作用的系统则称之为 正反 馈系统与负反馈系统 (或称寻的系统 )。 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 32 张学民 正反馈回路的特点 正反馈回路的特点是，发生于其回路中任何一处的初始偏离与动作循回 路一周将获得增大与加强。 正反馈回路可具有诸如非稳定的、非平衡的、增长的和自增强的多种特 性。 在实际系统中，就系统产生的后果而

23、言，正反馈回路可导致良性循环与 恶性循环两类。 正反馈回路举例 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 33 张学民 负反馈回路的特点 负反馈回路的特点是，它力图缩小系统状态相对于目标状态 ( 或某平衡状态 )的偏离。 负反馈回路亦可称为稳定回路，平衡回路或自校正回路。 负反馈回路举例 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 34 张学民 系统动力学是分析复杂系统甚至特大系统的强有力工具 事实证明，由若干回路组成的反馈系统，即使诸单独 回路所隐含的动态特性均简单明了，但是其整体特性 的分析却往往使直观形象解释与分析方法束手无策。 反馈结构复杂的实际系统与问题，其

24、随时间变化的特 性与其内部结构的关系的分析不得不求助于定量模型 和计算机模拟技术。 系统动力学的理论、构模原理与方法就是在人们面临 上述困境，寻觅出路的时候，于 50年代应运而生的， 它为复杂系统甚至特大系统提供了分析研究并寻找解 决问题的对策的强有力工具。 * 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 35 张学民 系统动力学中常用的图形表示法 回路的概念最简单的表示方法是图形。 系统动力学中常用三种图形表示法 系统结构框图 (structure diagram) 因果关系图 (causal relationship diagram) 流图 (stock and flow di

25、agram) 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 36 张学民 系统结构框图 用方块或圆圈简明地代表系统的主要子块并描述它们之间物质与信息流的 关系。 全国社会经济模型框图 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 37 张学民 因果关系图 因果关系图有时候也被称为影响图 (influence map)、 向图、因果环图 (causal loop diagram)，普遍地用于构思模型的初始阶段 图中的因果链可标明其影响作用的性质是正的还是负的 粗略地说，正号表明，箭头指向的变量将随箭头源发的变量的增加而增加，减少而减 少，而负号则表示变量间取与此相反的关系。

26、因果图 期望水位 水位差 决定添水 斟水速率 杯中水位 + + - + + 投资能力 铁路数 使用铁路的吸引力 铁路拥挤程度 建设新铁路的迫切性 建设中铁路数 - + + + + + + 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 38 张学民 确定回路极性的方法 为了确定回路的特性，即回路的极性，可沿着反馈 回路绕行一周，看一看回路中全部因果链的累积效 应如何。回路极性可为正或负。 确定回路极性的方法 若反馈回路包含偶数个负的因果链，则其极性为正； 若反馈回路包含奇数个负的因果链，则其极性为负。 因此，反馈回路的极性取决于回路中因果链符号的 乘积。 正反馈回路的作用是使回路中变量

27、的偏离增强，而 负反馈回路则力图控制回路的变量趋于稳定。 负反馈作用并不坏，而正反馈作用并不一定都是好 的。 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 39 张学民 因果图应用指南 把因果图中的变量设想为能升降、增减与上下的量。暂不必担 心是否能以现有的单位和量纲去度量。 在因果关系图中采用名词或名词短语，不用动词。变量之间的影响与 作用以带箭头的因果链表示。 把变量增减的涵义弄确切 用因果链去代表 “ 然后 ” 的语气 尽可能确定变量的量纲，必要时可自己创造一些。例如某些心 理学方面的变量，不得不采用诸如精神上的 “ 压力 ” 单位。确 定量纲有助于突出因果图中的文字叙述的涵义

28、。 尽可能定义变量本身为正值，不把诸如 “ 衰减 ” 、 “ 衰退 ” 、 “ 降低 ” 一类定义为变量。由于 “ 衰退 ” 的增长或 “ 降低 ” 的 上升的说法将令人费解，而且当检验因果链的极性与确定回路 的极性时，将使人目眩。 如果某因果链需加以扩充，以便于更详尽地反映反馈结构的机 制，则毫不犹豫地将其扩充为一组因果链。 反馈结构应形成闭合问路。 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 40 张学民 因果图应用指南 减少交货延迟 库存增加 订货减少 增加交货延迟 库存减少 订货增加 错误的因果环画法： 令人费解 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 41

29、 张学民 因果图应用指南 未闭合的回路 吸毒者犯罪频度 吸毒导致犯罪 吸毒者 毒品价格 维持吸毒所需费用 + - + + + 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 42 张学民 Peter Senge 基模 第五项修炼 学习型组织的艺术与实务 成长的上限基模 成长与投资不足基模 舍本逐末基模 恶性竞争（两败俱伤）基模 富者愈富基模 共同悲剧基模 饮鸩止渴基模 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 43 张学民 成长的上限基模 成长的上限基模 左边部分是促进成长的正反馈环 右边部分是抑制成长的负反馈环 刻画了各种组织运行的基本结构 管 理 科 学 与 工 程

30、学 科 系 统 动 力 学 44 张学民 成长与投资不足基模 成长与投资不足基模 上半部分为成长上限基模 下半部分为投资不足负反馈环 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 45 张学民 舍本逐末基模 舍本逐末基模 只注重症状解，不注重根本解 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 46 张学民 恶性竞争（两败俱伤）基模 恶性竞争（两败俱伤）基模 只把注意力放在对方的威胁上 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 47 张学民 富者愈富基模 富者愈富基模 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 48 张学民 共同悲剧基模 共同悲剧

31、基模 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 49 张学民 饮鸩止渴基模 饮鸩止渴基模 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 50 张学民 正负反馈环作用下的物种模型 (因果图 ) “ 物种总数 ” 与 “ 出生速度 ” 构成正反馈环，同时， “ 物种总数 ” 与 “ 死亡速度 ” 构成负反馈环。或者说，物种总数这个状态变量同时受 “ 出生速度 ” 所在的正环和 “ 死亡速度 ” 所在的负环控制。 当 “ 出生速度 ” 所在的正反馈环的自我强化作用高于 “ 死亡速度 ” 所在的负反馈环 的自我调节作用时，物种总数将呈现出无限增长的趋势。 同理，当 “ 死亡速度

32、 ” 所在的负反馈环自我调节作用强于 “ 出生速度 ” 所在的正环 自我强化作用时，在一定生存条件下系统将趋于 “ 平衡 ” ，物种的总数将趋于稳定 值。 由这样一个简单的模型展开，就可以形成很复杂的生态模型，从而研究其中的 “ 政策 ” 和 “ 策略 ” 。例如，研究某个自 然保护区各物种生态平衡策略，消灭害虫 、杂草，保护禾苗的策略，控制传染病蔓 延的策略等，都可以从这种基本概念出发 ，而形成具体系统的模型。 死亡速度 出生速度 物种总数 - + + + 正负反馈环作用下的物种模型 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 51 张学民 产品销售模型 (因果图，复杂系统 )

33、产品销售模型 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 52 张学民 产品销售模型 (cont.) 环 I的组成要素为推销员总数 推销 员不足额 推销员调入速度。其功能 主要是推销员总数的自调节作用； 环 II的组成要素是争取到的订货量 未处理的订货单 供货实际延迟 用户感到的供货延迟 供货声誉。这 个环是控制实际订货量的负反馈环，是 服务质量的描述，是实际的市场需求， 是本模型的重要一环。 环 III的构成要素是供货速度 订 单处理速度 未处理订单。其功能是 控制订货速度，提高企业内部的运营效 率。 环 IV是正反馈环，它的组成元素有销售 额 推销花费预算 可调入推销员 总数

34、推销员不足额 推销员调入 速度 总推销员数 争取到的订货 单。此环说明推销员增加的机理。 产品销售模型 图中共有三个负反馈环和一个正反馈环，在三个负环中，有各自的组成。 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 53 张学民 产品销售模型 (cont.) 产品刚刚投放市场时，只要增加推销员数， 就可增加订单数。 由于销售产生了利润使得公司可以进一步开 拓产品销路以获得更多的利润，因此公司的 推销员数急剧地增加。 影响销售量的因素还有环 II所描述的供货声 誉。当销售速度低于该公司的生产速度时， 一般地说服务态度，即销售声誉是很好的， 此时，环 IV所描述的正反馈作用是主要的。 当

35、销售速度逐渐接近于或者超过公司的生产 能力时，环 II就开始发生作用，抑制订单的 增加，从而限制公司的推销员数目的增加， 就是说，由于环 II的作用，当争取到的订单 增加时，会使得未处理的订单增加而增加供 货的延迟，一旦用户感到这种延迟已经无可 容忍，就要削减或取消对公司的订货，而转 向其他公司。即是，由于用户感到供货延迟 增加后，供货声誉就下降了，从而使争取到 的订单数减少。这时，公司的销售能力也就 达到了饱和状态。若再增加推销员数，对公 司的销售量已无很大影响。 产品销售模型 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 54 张学民 产品销售模型 (cont.) 当环 II的自

36、我调节作用小于环 IV的 自我强化作用时，公司就呈现出增 长的现象。 而当环 II的自我调节作用强于环 IV 的自我强化作用时，产品的销售则 呈现出饱和状态。 由于环 II和环 IV的交互作用，以及 环 I和环 III的调节作用，将使得公 司的销售量会产生复杂的波动或振 荡，但是一般地说，若不出现大的 失误，总会逐渐趋于公司的生产能 力的。 管理者必须有清醒的头脑，把握各 反馈环作用的强度及时机，才能切 实地维持公司的稳定增长，不致因 为盲目扩充而影响公司的长远发展 能力。 产品销售模型 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 55 张学民 流图 流图仿效阀门与浴缸的关系把速率

37、与状态变量描述如图所示。 SOURCE 源 SINK 漏 LEV 状态 IN 输入率 OUT 输出率 流图及其基本表达形式 水平变量 (level)或称状态变量表示积累环节 。 “ 水平 ” 的涵义系源自流体在容器中积存的液面高度，如水位。 速率 (rate)又称变化率，随着时间的推移，使水平变量的值增加或减少。 系统动力学认为反馈系统中包含连续的、类似流体流动与积累的过程。 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 56 张学民 劳动力的两状态流图 劳动力队伍一般可分成两部分，一部分为已具有劳动 技能的正式工人；另一部分为尚在培训的工人，培训 需要一定时问，如半年或一年，称为培

38、训延迟。 离退率 培训速度 雇佣率 工作人员 培训人员 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 57 张学民 流图中的反馈回路 流图中的反馈回路 就系统整体来说，反 馈回路事实上就是联 系决策、行动、系统 水平变量 (系统的状 态 )以及信息再回到 决策点的整个闭合回 路。 从图中可以看到，决 策控制行动，行动影 响系统状况，系统状 态的新信息又将决策 修改，如此不断进行 。所以，系统的动态 现象是由反馈回路的 决策过程所形成的。 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 58 张学民 反馈回路也是管理系统的基本结构要素 反馈回路也是管理系统的基本结构要素。较复杂

39、的 管理系统是由较多的反馈回路所组成的，只要能掌握 系统的反馈回路，自然能了解复杂管理系统的动态行 为特性。 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 59 张学民 水平变量、速率变量 水平变量的数值大小是表示某 一系统变量在某一特定时刻的 状况。 速率变量表示某个水平变量变 化的快慢。 水平变量可以说是系统过去累 积的结果，它是流入率与流出 率的净差额。 例如，水槽中的水量就是一个 水平变量，水的多少主要由水 的流入速率与流出速率的快慢 决定，或者说，水平变量的大 小就是系统内各种行动或活动 结果的累积。 水平变量本身不可能自我产生 瞬间变化，它必须由速率变量 的作用才能由某一

40、个数值状态 改变另一数值状态。 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 60 张学民 水平变量、速率变量 水平变量本身虽不能自我产生变化，但由于它的存在，才使我 们能在不同的时间间隔感觉到系统的连续性，有了水平变量的 概念，才能建立系统连续性的概念。 如果没有水槽中水量 (水平变量 )的概念，就没法感受到或了解到水槽 水量的动态变化是一种连续性的过程。 在一个复杂的管理系统中，若要清楚的辨认什么是水平变量时 ，可以运用系统连续性的概念，先假设系统为完全静止 ， 然后 分析在静止状况下系统中有哪些仍然能够被观察到的物质，这 些在静止状态下代表着系统的延续而存在着的物质就是动态模

41、型中的水平变量。 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 61 张学民 水平变量、速率变量的区分方法 由于速率变量是一个行动变量，因此，当行动停止下来，速率 变量的作用也就终止或消失，而水平变量是过去所有行动结果 的积累，即使系统现在没有活动，水平变量仍然继续存在而且 能被观察得到。所以，我们可以使一个系统的所有的活动完全 停止，在静止状态下仍然存在并且能观察到的量就是水平变量 ，否则就不是水平变量。 确定了水平变量后，再分析影响或改变水平变量的因素或动力 是什么 ?这些因素和动力就是速率变量。 一棵树可以停止生长，但代表这颗树木过去成长过程中积累的树木高 度仍然存在可见。 在

42、一个工厂中，所有的活动可以暂时停止，而代表这家工厂的职工数 、半成品数、成品数、机器设备数以及现金等水平变量都仍然存在， 而且是可以度量的。 在一个管理系统中，有些水平变量不一定是物质的，例如职工的积极 性、公司的信誉、产品的质量等都不容易度量，但是它们都是存在的 水平变量。 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 62 张学民 系统动力学关于内因与外因的辩证关系 系统动力学著名的 “ 内生 ” 观点：系统行为的性质主要取决于 系统内部的结构，也就是系统内部反馈结构与机制。 这是系统 动力学基本理论中的核心思想。 系统的内部结构是指系统内部各反馈回路和结构及它们相互作用的关系

43、与性质。尽管系统的行为丰富多彩，系统在外部涨落的作用下可能发生 干变万化的反应，然而系统行为的发生与发展都主要地根植于系统内部 。复杂系统，例如一国的国民经济，尽管有时候要受外部事件 (比如国际 金融危机 )的严重影响，但其行为特性仍主要地取决于其内部组成部分之 间的相互作用和所采取的政策。 系统内部微观结构与其宏观行为的关系问题，创始人 Forrester 对此作了精辟的阐述： “ 系统之宏观行为源自其微观结构 ” ， 这已成为数十年来系统动力学界的经典。 系统动力学强调内因与外因的辩证关系。内因是系统存在、变 化、发展的依据，外因是系统存在、变化、发展的客观条件。 在一定条件下，外部的干扰

44、起着重要作用，但归根到底，外因 也只有通过系统的内因才能起作用。而系统的演化方向则由内 、外因通过内部反馈机制共同决定的。 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 63 张学民 系统动力学的主导动态结构作用原理 在系统内部的诸反馈回路中，在其发展、运动的各阶段，总是 存在一个或一个以上的主要回路 (或称主导回路 )，这些主导回 路的性质及它们相互间的作用 (包括竞争与协作 )，主要地决定 了系统行为的性质及其变化与发展，这就是 主导动态结构作用 原理 (相当于协同学中的支配原理 )。 主导回路存在于系统运动、变化、发展和由旧系统结构过渡到 新结构的全部过程之中。它们代表了在一定

45、时空条件下系统的 主导结构。 强调主导部分的作用并不排斥其他非主导部分在系统中的作用 。系统的主导部分只能在与其他部分的相互作用中形成和存在 。系统的行为的性质与模式 (相当于协同学中的相 )是由主导结 构与非主导结构共同作用的结果。 由于系统内某些非线性变量、敏感变量的变化以及干扰与涨落 的影响， 主导结构是动态变化的 ，其具体内容在系统整体结构 新旧更迭的前后是不同的，而且即使在同一系统结构中，在一 定的时空条件下，主导与非主导部分也可能相互转化。 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 64 张学民 主要变量和敏感变量与子结构 在系统中总是存在一部分相对重要的变量，它们对

46、系 统的结构与行为的性质、特征的作用与影响比较大， 而且总是被包含于主回路之中。 系统动力学认为，系统中往往存在一些灵敏变量 (或 参数 )与子结构，它们对干扰与涨落的反应十分敏感 和强烈，一旦系统处于临界状态，涨落对这些灵敏变 量 (或称涨落点 )的作用可能导致新旧结构的更迭。若 这类灵敏变量处于主回路中或两种极性的回路的联结 处，由于灵敏变量 (往往是非线性的 )本身的微小变化 或由于涨落的作用，将使主回路转移，或改变主回路 极性，甚至导致整个系统的结构与行为产生巨大的变 化或质的变化。 管 理 科 学 与 工 程 学 科 系 统 动 力 学 65 张学民 系统的历时性与系统的进化规律 系

47、统在内外动力和环境条件的共同驱动和作用下，使其结构、 参数和功能、行为及其发展方向都随时间的推移而变化。在系 统运动的全过程的始末，其主导回路与反馈极性都在不断变动 ，主导回路与非主导回路在相互转化，环境条件也不断在变动 ；因此，一般而言、系统的发展过程将包含若干在时间上先后 关联具有质的差异的阶段。当系统中量的变化超过一定值时， 则可能发生质变和新旧结构、新旧质的更迭，旧的结构与系统 瓦解消失，而新的结构与系统诞生。这是一个由量变到质变的 过程，由低级系统向高级系统发展、进化的过程。这就是系统 的历时性与系统的进化规律。 SD研究的重点包括在同一类系统结构下的运行机制、结构变化 与其动态行为的关系和系统从旧结构、旧质向新结构、新质变 化的过程、机制以及可能产生的各种行为模式。