[正版图书]系统动力学 第二版第2版 钟永光/贾晓菁/钱颖 科学出版社 可作为管理科学物流管理与工程类下各专业本科生和研

第二版前言

DY版前言

DY篇 系统动力学理论篇

第1章 系统动力学的历史与未来

1．1 什么是系统动力学

1．2 国外系统动力学的历史

1．3 国内系统动力学的发展

1．4 系统动力学专用模拟语言与软件的发展

1．5 系统动力学的未来

思考题

第2章 系统的模型化

2．1 系统的概念

2．2 模型的概念

2．3 模型与系统的关系

2．4 模型的实用性

2．5 模型构成的要素

2．6 模型的边界与种类

2．7 模型的局限性

思考题

第3章 系统动力学建模过程

3．1 建模的目的：解决那些让客户整晚睡不着觉的问题，将组织经理变为设计者

3．2 建模者与客户

3．3 建模过程的步骤

3．4 建模是反复的过程

3．5 建模过程概要

3．6 运用系统动力学的原则

3．7 小结

思考题

第4章 动态系统的行为模式与结构

4．1 动态行为的基本模式与结构

4．2 基本模式的相互作用与结构

4．3 其他行为模式与结构

4．4 小结

思考题

第5章 因果回路图

5．1 因果图中的记号

5．2 绘制因果回路图的原则（斯特曼，2008）

5．3 应用建议：从访谈信息中形成因果图（斯特曼，2008）

5．4 Vensim软件简介

5．5 如何使用Vensim软件绘制因果回路图

思考题

第6章 存量流量图

6．1 存量和流量

6．2 存量流量图的组成要素

6．3 绘制存量流量图

6．4 如何使用Vensim绘制存量流量图

思考题

第7章 简单系统的动态：一阶系统和二阶系统

7．1 一阶正反馈系统

7．2 一阶负反馈系统

7．3 多反馈的一阶系统

7．4 二阶系统

思考题

第8章 典型结构的动态1：延迟

8．1 延迟的定义

8．2 物质延迟的结构和行为

8．3 信息延迟的结构和行为

8．4 对可变的延迟时间的反应

8．5 估计延迟的长度及其分布

思考题

第9章 典型结构的动态2：路径依赖与正反馈

9．1 路径依赖的概念

9．2 路径依赖的一个简单模型：Polya过程

9．3 经济管理活动中的路径依赖

思考题

第10章 典型结构的动态3：老化链与协流

10．1 老化链

10．2 协流：为存量的属性建模

10．3 小结

思考题

第11章 典型结构的动态4：系统基模

11．1 系统基模的概念

11．2 常见的系统基模

11．3 顶点赋权反馈因果关系图分析法

思考题

第12章 流率基本入树建模法和反馈环计算法

12．1 系统动力学流率基本人树建模法

12．2 枝向量行列式反馈环计算法

12．3 枝向量矩阵反馈环计算法

12．4 复杂系统极小基模分析

思考题

第13章 模型测试

13．1 模型测试概述

13．2 模型测试

思考题

第二篇 系统动力学应用篇

第14章 新产品的销售过程建模

14．1 新产品销售过程案例背景

14．2 销售过程的因果回路图

14．3 销售过程的存量流量图

14．4 模型测试

14．5 政策设计

思考题

第15章 管理可再生能源游戏

15．1 游戏规则

15．2 游戏分析

思考题

参考文献

附录国际系统动力学学会Jay Wright Forrester奖得主及作品

DY篇 系统动力学理论篇 

第1章 系统动力学的历史与未来 

1.1 什么是系统动力学 

系统动力学（systemdynamics，SD）是系统科学理论与计算机仿真紧密结合、研究系统反馈结构与行为的一门科学，是系统科学与管理科学的一个重要分支。 

系统动力学认为，系统的行为模式与特性主要取决于其内部的结构。反馈是指X 影响Y，反过来Y 通过一系列的因果链来影响X ；我们不能通过孤立分析X 与Y 或Y 与X的联系来分析系统的行为，只有把整个系统作为一个反馈系统才能得出正确的结论。 

由于非线性因素的作用，高阶次复杂时变系统往往表现出反直观的、千姿百态的动态特性。系统动力学模型可作为实际系统，特别是社会、经济、生态复杂大系统的“实验室”。系统动力学研究处理复杂系统问题的方法是定性与定量结合、系统综合推理的方法，其建模过程就是一个学习、调查、研究的过程。模型的主要功用在于向人们提供一个进行学习与政策分析的工具，并使决策群体或整个组织逐步成为学习型组织。 

1.2 国外系统动力学的历史 

国际系统动力学的创立与发展经过了以下几个重要阶段。 

1.2.1 DY阶段：20世纪50～60年代系统动力学的诞生 

系统动力学的出现始于1956年，其创始人为美国麻省理工学院的福瑞斯特（JayW.Forrester）教授①。初期系统动力学主要应用于工业企业管理，处理诸如生产与雇员情况的波动、市场股票与市场增长的不稳定性等问题。1958年Forrester在《哈佛商业评论》上发表了奠基之作（Forrester，1958），1961年出版的《工业动力学》（Forrester，1961）是系统动力学理论与方法的经典论著，此学科早期的称呼――“工业动力学”即因此而得名。1968年Forrester又出版了《系统原理》（Forrester，1968），重点讲述了在系统中产生动态行为的基本原理以及系统结构和动态行为的概念。《系统原理》一书中所讨论的原理在系统的分析、决策和预测中具有普遍性和广泛的适用性。尔后，Forrester又从宏观层次研究了城市的兴衰问题，并于1969 年出版了《城市动力学》（Forrester，1969）；N.J.Mass对城市动力学模型进行了扩充，于1974年出版了《对<城市动力学>阐释?9?9DY卷》（Mass，1974）；W. W.Schroeder等对城市动力学模型进行了更深入的扩展与研究，于1975年出版了《对<城市动力学>阐释?9?9第二卷》（Schroeder，1975）；L.E.Alfeld等用简明易懂的文字，以城市模型为例讲授建模方法，于1976年出版了《城市动力学导论》（Alfeld，Graham，1976）。尔后，系统动力学的应用范围日益扩大，几乎遍及各类系统，深入到各种领域。显然此学科的应用已远远C越“工业动力学”的范畴，所以改称为“系统动力学”。 

1.2.2 第二阶段：20世纪70～80年代的发展成熟 

这一时期的标志性成果是系统动力学SJ模型与美国国家模型的研究①。 

20世纪70年代初，拥有来自26个国家75名科学家的罗马俱乐部②（theClubofRome）困惑于SJ面临人口增长与资源日益枯竭的前景。鉴于当时一些惯用的工具难以胜任对此复杂问题的研究，于是他们寄希望于系统动力学的方法。在1970年6、7月间，经过一个多月的酝酿和召开学习讨论会，俱乐部的成员对Forrester教授提出的SJ模型的雏形（WORLD Ⅱ）颇感兴趣并受到鼓舞。于是罗马俱乐部决定提供财政支持，在麻省理工学院成立一个由Forrester教授的学生梅多斯（DennisMeadows）教授为首的国际研究小组，承担SJ模型的研究任务。Forrester、DennisMeadows先后建立WORLDⅡ与WORLD Ⅲ模型，这一研究引起了广泛关注与持续争论。主要成就有：WORLD Ⅱ模型及以此为基础的《SJ动力学》（Forrester，1973b）；WORLD Ⅲ模型及以此为基础的《增长的极限》（MeadowsD Hetal.，1972）和《趋向Q球的平衡》（MeadowsDLetal.，1974）。 

《增长的极限》③被西方一些报纸称为“70年代的爆炸性杰作”，它从人口、工业、污染、粮食生产和资源消耗等重要的Q球性因素出发，建立了Q球分析模型。他们得出结论：“如果让SJ人口、工业化、污染、粮食生产和资源消耗方面现在的趋势继续下去，这个行星上的增长极限将在今后一百年中发生。Z可能的结果将是人口和工业生产力双方有相当突然和不可控制的衰退。”④《增长的极限》的结论是“悲观主义”的，似乎给人们描绘了一幅“SJ末日”式的图景，然而它的内容既包含着警告，也包含着希望。该书尖锐地提出了关系到Q球人类“生死存亡”问题的紧迫性，同时也给出了一个非常乐观的希望：“2. 改变这种增长趋势和建立稳定的生态和经济的条件，以支撑遥远未来是可能的。 

Q球均衡状态可以这样来设计，使地球上每个人的基本物质需要得到满足，并且每个人都有实现他的个人潜力的平等机会。3. 如果SJ人民决心追求第二种结果，而不是DY种结果，他们为达到这种结果而开始工作越快，他们成功的可能性就越大。”①几乎在同一时期，从1972年开始，Forester领导的麻省理工学院系统动力学小组，先后在数十家企业公司、本国和外国的政府部门的财政资助下，几乎倾其Q组力量之半，历时11年，约耗资600万美元，完成了一个方程数达4000个的Q国系统动力学模型。该模型把美国的社会经济问题作为一个整体加以研究，解开了一些在经济方面长期存在的、令经济学家们困惑不解的疑团，如20世纪70年代以来通货膨胀、失业率和实际利率同时增长等问题。这些研究揭示了美国与西方国家的经济长波的内在机制，美国70年代以来的通货膨胀、失业率和实际利率同时增长等问题，其代表性的人物有Sterman（1985，1986，1989）、Saeed（1986）、Forrester（1989）。 

在此期间，SD 在项目管理领域的应用也有了新的发展。1980年K. G.Cooper用SD模型来分析、量化在一个大型的军事造船工程中成本C额的原因，这是SD 在大规模工程管理中Z初的运用，同时也是运用得Z成功的一个（Cooper，1980）。1970年，IngallsShipbuildingofPascagoula赢得了美国海军的一份大合同――为它们建造一支拥有30艘新驱逐舰的舰队。加上1969年签订的9艘LHA（直升机登陆攻击舰），Ingalls发现自己境况可喜，获得了SJ上ZD的两个造船项目，并开始展望多年的大量销售和高额利润。然而到了20世纪70年代中期，Ingalls陷入困境，成本C出计划5亿美元以上。在海军多次拒绝弥补Ingalls的这些成本之后，Ingalls向海军提起诉讼，要求取得预期发生的5亿美元损失。Z终Ingalls求助于SD来量化因海军的设计更改而导致的损失，1978年6月双方庭外和解，Ingalls得到4.47亿美元。 

这些研究使SD受到了SJ范围的关注，促进了它在SJ范围内的传播与发展，确立了其在社会经济问题研究中的学科地位。 

1.2.3 第三阶段：20世纪90年代到目前，系统动力学的广泛应用与传播 

在这一阶段，SD在SJ范围内得到广泛的传播，其应用范围更广泛，并且获得了新的发展。“从公司的战略研究到艾滋病病毒与人类免疫系统间的斗争。SD 也被用于各种产业――上至航天飞行器，下到锌工业，以及从艾滋病到福利改革的各种问题”（Sterman，2000）。 

1. 在宏观领域 

《增长的极限》一书发表20年之后，原著作者D. H.Meadows、D. L.Meadows和J.Randers于1992 年出版了《C越极限：正视Q球性崩溃，展望一个可持续的未来》（MeadowsD Hetal.，1992）。该书对1972年在《增长的极限》中的研究进行了20年来的更新。研究者们研究了1970～1990年的Q球发展，并利用这些数据对《增长的极限》和WORLD Ⅲ模型进行了更新。书中重复了原来的观点，在1992年他们得出结论认为，20年来的历史发展总体上仍然支持了D.H.Meadows等在20年前所得出的结论。但该书1992年版也提出了一个重要的新发现：人类已经C出了地球承载能力的极限。这一事实和结论是如此重要，因此其研究者选择将它反映到该书的书名中。为了进一步阐明研究者们一贯坚持的一些基本观点，并再次澄清人们对《增长的极限》一书的一些误解（这些误解主要包括：DY，《增长的极限》是不是对未来的预测? 或者说，《增长的极限》是不是预言人类社会B然走向“崩溃”? 第二，增长的极限是不是仅仅基于一些资源趋于枯竭的现实可能? 一些相信技术力量的乐观派认为技术力量将使增长的极限不复存在，这是他们对极限是否存在质疑Z多的地方；第三，作者们是否在鼓吹“零增长”? 零增长是人们对《增长的极限》的主旨Z通俗的解读），D. H.Meadows①、J.Randers和D. 

L.Meadows于2004年出版了TheLimitstoGrowth：The30-YearUpdate，该书正如英文书名的副标题所表述的那样，是对第1版问世30年后所作的更新。其主要结论和核心思想和1992年版一样，没有对第1版作出重大补充或发展。该书的出版意义在于：DY，再次澄清了人们对《增长的极限》一书的一些误解。第二，进行了数据更新，大部分统计数据截至2000年左右。利用这些新数据作者向我们描述了当今SJ的实际状态，并给我们提供了距离极限还有多远或者已经C出极限多远的直观认识。第三，对WORLDⅢ系统动力学模型本身作了一些改进。 

需要特别说明的是，其实《增长的极限》并不是在预测SJ的未来，这正如作者D. 

H.Meadows、J.Randers和D.L.Meadows在TheLimitstoGrowth：The30-YearUpdate前言中所述的那样：“我们写这本书的目的，不是要预测21世纪实际上将会发生什么，我们也不是在预测一个什么样的未来将会发生。我们只是给出了一些不同的模拟场景：在纸面上21世纪可能会演变出的10种不同画面。我们这么做的目的是为了鼓励你学习、反思并作出自己的选择。我们也不相信目前所能得到的这些数据和理论能让我们对SJ将在未来的一个世纪中会发生什么作出准确的预测。但是，我们确信已有的这些知识能让我们剔除一些不切实际的未来场景。现有的事实已经使许多人对未来持续增长的模糊预期破灭――这些只是一相情愿的愿望，很有吸引力但却是错误的，可遇而不可求。如果我们的分析能让国际社会的公民们重新思考，并使他们对将在他们的未来生活中扮演重要角色的地球物质极限有更多的了解和尊重，那么这种分析就是有益的。”②R.F.Naill于1992年用SD分析了国家能源政策计划（Naill，1992），R.F.Naill等用SD分析了美国旨在减轻Q球气候变暖的能源政策所花费的成本（Naill，1992）。 

2. 在项目管理领域 

传统的项目管理方法假定项目能够按照项目开始时编制的“ZY”计划进行，而忽略了返工的影响，导致对时间和成本的低估。但是由于项目的独特性，与之相关的各种信息是随着项目的展开不断完备的，因而在实际的项目运作中返工常常不可避免，其影响也是不可忽视的。这种影响往往是非线性的，在传统的网络图中难以表达，并且C出了项目管理者脑力所能达到的理解范围（Alexandre，1996）。系统动力学提供了一种自上而下的，从战略层面描述项目进展?1?7估计项目时间、成本风险的方法。这种方法将项目视为一个整体，而不是一系列任务的简单组合，并能有效地描述项目中的返工等回路和任务间的非线性关系，有助于项目管理者理解项目过程对项目表现的影响，从宏观上对项目进行估计和把握。这方面的典型成果是T. K.Abdel-Hamid等于1991年出版的《软件项目动力学：一种综合方法》（Abdel-Hanrid，Madnick，1991），为此获得1994年的JayWrightForrester奖。 

3. 学习型组织领域 

20世纪90年代初，麻省理工学院的P.M.Senge博士在Forrester对企业设计理念的基础上，出版了《第五项修炼――学习型组织的艺术和实务》（Senge，1990）。由于Senge的贡献，他于1992年获得SJ企业学会的开拓者奖。从《第五项修炼》中我们可以看到，Senge从系统的、整体的角度，运用系统动力学的方法、工具，对学习型组织的特点和构建方法作了比较QM的论述。学习型组织的灵魂是系统思考，以系统思考为核心和共同脑力模型、共同前景、团队学习、个人进取的五项修炼相互融会贯通，成为建立学习型组织的基本方法（Senge，1994）。 

4. 物流与供应链领域 

Forrester早在20世纪60年代对于生产、库存与销售波动问题的研究被认为是供应链研究的经典，即牛鞭效应。1987年Sterman对啤酒分销游戏的反馈回路、非线性、时间延迟、管理行为绩效等进行了分析（Sterman，1989b），为此获得1988年的Jay WrightForrester奖。90年代起研究成果较多（Disneyetal.，2003；Marquezetal.，2004），相应的研究机构有英国Cardiff大学的物流系统动力学小组、意大利Palermo大学的CUSA-系统动力学小组等。供应链的GX取决于物流与信息流的协调，系统动力学中物质流、信息流的概念非常有利于描述供应链问题，因此在供应链动态模拟分析与诊断、协调、优化与决策研究中是一种非常有效的方法。 

5. 公司战略领域 

早在1980年，LyneisM.James就出版了教材《公司战略计划与政策设计：系统动力学的视角》（James，1980）。2002年伦敦商学院的副教授KimD.Warren出版了教材《竞争战略动力学》（Warren，2002），为此获得了2005年度的JayWrightForrester奖。2007年J.Morecroft出版了《企业战略动态学》（Morecroft，2007）。2008年KimD.Warren出版了MBA 教材《战略管理动力学》（Warren，2008）。 

1.3 国内系统动力学的发展 

20世纪70年代末，系统动力学引入中国，杨通谊先生、王其藩教授、许庆瑞教授和陶在朴（2005）、胡玉奎等专家学者是先驱和积极倡导者。系统动力学在中国的20多年时间里，取得了飞跃发展，在20世纪80年代即已广泛传播，SD研究者Z多时有2000多人。早在1986年我国就成立了国内系统动力学学会筹委会，1990年正式成立了国际系统动力学学会中国分会，1993年正式成立了中国系统工程学会系统动力学专业委员会。 

Q国SD工作者和研究人员在区域和城市规划、企业研究、产业研究、科技管理、生态环保、海洋经济和国家发展等应用研究领域中取得巨大成绩，有多项研究成果获GJJ和部委级奖项。 

在应用领域，特别是在可持续发展领域，宋世涛、魏一鸣和范英（2004）给出了一个较QM的综述。徐南孙、贾仁安和伍福明（1998）对王禾丘能源生态旧系统的主要矛盾进行分析，阐述针对旧系统主要矛盾设计的新的系统工程，确定其主导结构及主导结构的流率基本入树序列的过程、方法及结果。涂国平等（2003）基于反馈结构分析理论，分析吉安市以沼气为纽带的大型沼气工程综合开发利用和以家庭为单位的三种典型的沼气生态农业模式的运行结构及其效益。贾仁安等（2007）对规模养种生态能源系统工程进行了反馈动态复杂性分析。洪佩军、陈思根和张列平（1999）应用SD 对企业过程改进的困境进行分析，指出企业过程改进的成败根源所在和避免过程改进进入困境的基本原则。 

王晓昌承担国家自然科学基金重点项目――西部干旱缺水地区水资源再生利用研究，运用SD原理进行水资源再生利用系统相关动态变量分析，建立动态反馈模拟模型，通过系统动力学分析预测系统动态趋势。 

在理论领域，文献（王其藩，1994，1995；贾仁安和丁荣华，2002）反映了我国系统动力学研究的主要研究成果。贾仁安和丁荣华（2002）从系统基本的因果关系出发，利用图论的相关理论和方法，根据基本要素的因果关系研究整个系统的结构、构建系统存量流量图，是SD建模方法研究的重要内容。应用图论分析方法给出了系统动力学存量流量图的极大出树及反馈回路一种确定方法，建立了系统动力学的流率基本入树建模法，枝向量行列式、矩阵反馈环计算法，得到了另一种系统动力学规范化建模方法，这有利于系统动力学规范化建模与反馈分析。胡玉奎等（1997）、程进等（2002）提出利用遗传算法来研究系统结构的变化，即利用遗传算法构造出一些初始解。模型将不断适应环境的变化，按照“优胜劣汰，适者生存”的原则，老模型不断向新模型传递信息，新模型在生物进化过程中不断发育而成，实现组织结构的进化。 

1.4 系统动力学专用模拟语言与软件的发展 

20世纪50年代系统动力学发展的初期，其用于计算模拟的编译系统是SIMPLE。 

SIMPLE是“simulationofindustrialmanagementproblemswithlotsofequation”的缩头