第二章 系统动力学的基本理论

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1、第二章第二章 系统动力学的基本理论系统动力学的基本理论1 系统系统 系统的系统的概念：一个由相互区别、相互作用概念：一个由相互区别、相互作用的各个部分有机地联结一起，为同一目的而完成的各个部分有机地联结一起，为同一目的而完成某种功能的集合体。某种功能的集合体。 系统包含物质、信息和运动三部分。系统包含物质、信息和运动三部分。 SD所研究的范围可大可小，其种类可分为：所研究的范围可大可小，其种类可分为： 天然的或人工的，社会的或工程的，经济的或政天然的或人工的，社会的或工程的，经济的或政治的，心理学的、医学的或生态的等。治的，心理学的、医学的或生态的等。 在我们周围系统比比皆是：电气的、机械在我

2、们周围系统比比皆是：电气的、机械的、热力学的、生物学的、社会的、经济的等等：的、热力学的、生物学的、社会的、经济的等等：（1）天体运行系统：宇宙空间问题；）天体运行系统：宇宙空间问题；（2）世界或国家的社会、经济、生态系统：资源、）世界或国家的社会、经济、生态系统：资源、能源、人口、粮食、资产与工业化以及污染问题；能源、人口、粮食、资产与工业化以及污染问题；（3）城镇系统：企业建设、人口、就业、交通、）城镇系统：企业建设、人口、就业、交通、住房与社会福利；住房与社会福利；（4）企业经营管理系统：销售产品、维持库存、）企业经营管理系统：销售产品、维持库存、雇用与辞退工人；雇用与辞退工人；（5）航

3、天飞行器、飞机、船舶、汽车系统：有驾）航天飞行器、飞机、船舶、汽车系统：有驾驶员的机械、电子、液压设备；驶员的机械、电子、液压设备；（6）房屋的供暖空调系统；）房屋的供暖空调系统；（7）供氧生理系统：动物的心脏、肺、血液循环）供氧生理系统：动物的心脏、肺、血液循环2 反馈反馈 反馈反馈，是指系统输出与来自外部环境的输入的，是指系统输出与来自外部环境的输入的关系，亦即信息的传输与回授。关系，亦即信息的传输与回授。 反馈可以分为反馈可以分为正反馈正反馈和和负反馈负反馈两种。两种。 如果事件如果事件A（原因）引起事件（原因）引起事件B（结果），（结果），AB简简便形成因果关系（便形成因果关系（因果链

4、因果链）。）。 若若A增加引起增加引起B增加，称增加，称AB构成构成正因果关系（正正因果关系（正因果链）因果链）；若；若A增加引起增加引起B减少，则成减少，则成负因果关系负因果关系（负因果链）（负因果链）。 因果链极性的判断原则：因果链极性的判断原则：（1）正因果链：）正因果链：AB 若若A增加使增加使B也增加，或若也增加，或若A减少使减少使B也减少；也减少；若若A的变化使的变化使B在同一方向上发生变化；在同一方向上发生变化；（2）负因果链：）负因果链：AB 若若A的增加使的增加使B减少，或减少，或A的减少使的减少使B增加；增加；若若A的变化使的变化使B在相反方向上发生变化。在相反方向上发生变

5、化。 正反馈的特点：正反馈的特点： 能产生自身运动的加强过程，在此过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将回授，使程中运动或动作所引起的后果将回授，使原来的趋势得到加强；原来的趋势得到加强； 负反馈的特点：负反馈的特点： 能自动寻求给定的目标，未达到（或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。者未趋近）目标时将不断作出响应。3 反馈回路反馈回路 反馈回路反馈回路，就是由一系列的因果与相互作用链，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组成的闭合回路或者说是由信息与动作构成的闭合回路。合回路。 正反馈回路正反馈回路，是

6、具有正反馈特性的回路。，是具有正反馈特性的回路。 负反馈回路负反馈回路，是具有负反馈特性的回路（或，是具有负反馈特性的回路（或称寻的回路、稳定回路、平衡回路、自校正回称寻的回路、稳定回路、平衡回路、自校正回路）。路）。（a）工资）工资物价系统物价系统 (b) 人口系统人口系统图图1.1 正反馈回路（系统）正反馈回路（系统）工资工资要求物价物价所受压力+出生人口总人口+ （a）恒温系统）恒温系统 (b) 库存库存订货控制系统订货控制系统 图图1.2 负反馈回路（系统）负反馈回路（系统）室温冷却器加热器温度继电器期望室温库存发货货物到达生产订货期望库存+-+-+ 反馈回路极性的判断原则：反馈回路极

7、性的判断原则： 沿着反馈回路绕行一周，看回路中全部因果沿着反馈回路绕行一周，看回路中全部因果链的积累效应，积累效应为正，则为正反馈回路，链的积累效应，积累效应为正，则为正反馈回路，积累效应为负，则为负反馈回路。积累效应为负，则为负反馈回路。（1）若反馈回路包含偶数个负的因果链，则其极）若反馈回路包含偶数个负的因果链，则其极性为正；性为正；（2）若反馈回路包含奇数个负的因果链，则其极）若反馈回路包含奇数个负的因果链，则其极性为负。性为负。 因此，反馈回路的极性取决于回路中因果链因此，反馈回路的极性取决于回路中因果链符号的乘积。符号的乘积。 正反馈回路的特点：正反馈回路的特点： 发生于回路中任何一

8、处的初始偏离与动作循发生于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。回路一周将获得增大与加强。 正反馈回路具有非稳定、非平衡、增长和自正反馈回路具有非稳定、非平衡、增长和自增强等特性。增强等特性。 正反馈回路可导致良性循环和恶性循环。正反馈回路可导致良性循环和恶性循环。 负反馈回路的特点：负反馈回路的特点： 它力图缩小系统状态相对于目标状态（或某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。平衡状态）的偏离。 负反馈回路可导致系统趋于某一目标。负反馈回路可导致系统趋于某一目标。反馈回路的举例紧张忧虑+望而生畏望而生畏 劳累睡眠+- 有劳有逸 速度技巧+ 孰能生巧孰能生

9、巧 困难学习+-知难而进知难而进 练钢琴的次数弹奏技巧自我欣赏的次数+自得其乐自得其乐甜食进量我的体重考虑我的体重+- 饮食有度饮食有度 总结： 正、负反馈回路（系统）的优劣要根正、负反馈回路（系统）的优劣要根据具体的回路（系统）而定，不能一概而据具体的回路（系统）而定，不能一概而论。论。4 反馈系统反馈系统 反馈系统反馈系统就是相互联结与作用的一组回路。就是相互联结与作用的一组回路。或者说反馈系统就是闭环系统。或者说反馈系统就是闭环系统。 单回路的系统是单回路的系统是简单系统简单系统。 具有三个回路以上的系统是具有三个回路以上的系统是复杂系统复杂系统。 正反馈系统正反馈系统，是正反馈起主导作

10、用的系统。，是正反馈起主导作用的系统。 负反馈系统负反馈系统，负反馈起主动作用的系统。，负反馈起主动作用的系统。（寻的系统）（寻的系统） 图1.3 复杂系统（简单的武器装备竞赛系统）EconomicCapacity 1TotalArmament 1armamentspending 1armamentobsolescence 1non armamentspending 1investmentspending 1growth incapacity1targetarmament 1time to correctarmament 1fractionarmamentcapacityused 1indic