系统动力学

系统动力学方法

系统动力学法（system dynamics，简称SD法）是一种连续型仿真模型，它具有下面的性质：①动态性：它强调系统是在不断发展变化着的，SD方法就是在系统的动态变化中，跟踪和模拟系统的发展和变化趋势的；②反馈性：它强调系统内部的各种因素的相互依赖关系，在系统内部存在着多种反馈环，相互影响，相互制约；③整体性：它的基本出发点是强调“整体大于部分之和”，对于一个复杂的大系统，任何个别部分和个别因素的研究只能得到片面认识。一、系统动力学与地下水资源管理在水文地质学研究中，特别是进行水资源管理时，往往要强调系统性和整体性，如强调整个流域或盆地的水资源利用最优化，而不是局部的优化。水资源管理工作也具有反馈性。任何一个水资源管理方案都可能带来两方面的效应，那就是正效应和负效应。正效应包括满足各方面的供水需求，带来工农业生产的发展和繁荣等；负效应则可能是地下水位持续下降，不良水体入侵含水层，地面沉降，水资源枯竭和不同程度的生态环境恶化等。所以，水资源的管理应具有反馈性，应对管理方案所带来的正效应和负效应进行评价、分析。必要时，对方案进行调整，直至最大限度地满足供水要求，最小限度地影响环境，减少负效应。此外，水资源管理也具有动态性，无论水文地质条件还是整个地下水盆地或地下水系统都是随时间而变化的。从系统的角度出发，地下水的补给、径流、排泄由于受天然和人为因素的影响，输入、输出发生变化，从而导致整个系统发生变化。由于水资源管理中的上述性质，我们可以把SD方法应用到水资源管理中去。实际上，J.Forrester等于1968年已经把SD方法应用到与水资源规划和管理有关的社会系统的模拟中。二、SD方法原理Forrester认为，系统是由三种变量组成的，即水平（状态）、变量（level variable），速率变量和辅助变量（图15-2）。这些变量可以被各种“线”相连形成“反馈循环”，而且这个“反馈循环”可以用描述系统的方程来表达。图15-2 SD模型的符号图15-3所表示的是一个关于人口的SD模型。图中，BR为出生速率（人／a）；BBR为出生比例（每人可生人数，人／人）；P为人口总数；T为时间。我们可以建立如下人口模型：现代水文地质学图15-3 人口增长的SD模型现代水文地质学式中：P·L——在现时的人口总数；P·K——在前一时期K时的人口数；BR·KL——从K到L时间内出生的人口。用式（15-9）和式（15-10）可以描述图15-3所示的过程。在系统动力学方法中，“反馈循环（或回路）”是构成系统的要素，也是最基本的元素。系统的动态性就是用这种“回路”来体现的。而水平和速率则是“回路”中两种类型的变量，水平（状态）和速率（作用）都是必不可少的，水平反映了系统的条件，速率导致了系统的动态变化。

系统动力学具有哪些作用

系统动力学是在总结运筹学的基础上，为适应现代社会系统的管理需要而发展起来的。它不是依据抽象的假设，而是以现实世界的存在为前提，不追求“最佳解”，而是从整体出发寻求改善系统行为的机会和途径。从技巧上说，它不是依据数学逻辑的推演而获得答案，而是依据对系统的实际观测信息建立动态的仿真模型，并通过计算机试验来获得对系统未来行为的描述。简单而言，“系统动力学是研究社会系统动态行为的计算机仿真方法”。具体而言，系统动力学包括如下几点。①系统动力学将生命系统和非生命系统都作为信息反馈系统来研究，并且认为，在每个系统之中都存在着信息反馈机制，而这恰恰是控制论的重要观点，所以，系统动力学是以控制论为理论基础的；②系统动力学把研究对象划分为若干子系统，并且建立起各个子系统之间的因果关系网络，立足于整体以及整体之间的关系研究，以整体观替代传统的元素观；③系统动力学的研究方法是建立计算机仿真模型—流图和构造方程式，实行计算机仿真试验，验证模型的有效性，为战略与决策的制定提供依据。
作为佛里斯特的弟子，圣吉的“第五项修炼”采取了系统动力学的哲学理念，但大大简化了系统的模型结构（圣吉的著作中，所谓模型，往往是一个非常简单的环状反馈示意图），而且把直觉、感悟和意念引入思考方式。这样，他把艰深的系统动力学转变为人人易懂的系统思考，并在企业组织中实践和推广。
圣吉的“组织学习实验室”，实际上就是一个简化并压缩了的系统动力模拟实验，他称之为“微世界”（Microworld）。在这里，进行“修炼”的经理可以尝试各种可能的构想、策略所发生的情景变化，以及其中可能出现的各种搭配。圣吉将这里视为组织创造与学习的演练场。在这种实验室中，可以把长期的演变发展过程加以“压缩”观察，进而寻求解决之道，也可以用于许多与人有关的变数研究。其最终目的，正如圣吉自己比喻的那样，类似于孩子游戏，通过跷跷板学习杠杆原理，通过荡秋千学习钟摆原理，通过“过家家”掌握社会系统。
20世纪涌现出了许多新的管理思想，圣吉提出的第五项修炼是比较特别的一种。其特别之处就在于它专注于复杂现象背后的整体和本质，并寻求问题的“真解”。圣吉的五项修炼是一个系统思考的整体。所谓“修炼”，不仅仅是一种技术训练，更是一种理念培养。系统思考有助于将五项修炼更好地结合起来，探究各项修炼之间的互动关系，并不断探究如何使整体效用发挥到最大。五项修炼的真正目的，在于实现个人与组织之间的和谐，并最终促进人的发展和价值的真正实现。
圣吉的组织修炼思想与方法，一方面在许多企业中得到推广运用，另一方面也受到了许多管理学家的质疑。其中，最重要的就是罗伯特·路易斯·佛勒德（RobertLouisFlood）的《反思第五项修炼》（有中信出版社和广西师大出版社两个汉译版本）。佛勒德也是从系统思维出发，但他认为圣吉的思考过于狭隘。佛勒德对圣吉的挑战是从下列观点展开的：在貌似难以捉摸的复杂性之下，存在着一种潜在的秩序，这种秩序毋宁说隐含着简单性。运用开放系统理论，完全可以了解这种秩序。由此，他对圣吉的观点进行了修正，以求提高人类应对复杂世界的能力，这种修正的最终目标是，对不可管理的事物实施管理，对不可组织的事物进行组织，对不可了解的事物加以了解。当然，这种批评是对圣吉的延伸和矫正，而不是对圣吉的否定。掌握这种批评，有助于人们更好地认识圣吉的思想。

动力系统理论的主要观点

微分方程的基本理论：动力系统理论。微分方程，是指含有未知函数及其导数的关系式。解微分方程就是找出未知函数。微分方程是伴随着微积分学一起发展起来的。微积分学的奠基人Newton和Leibniz的著作中都处理过与微分方程有关的问题。微分方程的应用十分广泛，可以解决许多与导数有关的问题。物理中许多涉及变力的运动学、动力学问题，如空气的阻力为速度函数的落体运动等问题，很多可以链洞用微分方程求解。此外，微分方程在化学、工程学、经济学和人口统计等领域都有应用。数学领域对微分方程亏唤亏的研究着重在几个不同的面向，但大多数都是关心微分方程的解。只有少数简单的微分方程可以求得解析解。不过即使没有找到其解析解，仍然亏唤亏销神可以确认其解的部分性质。在无法求得解析解时，可以利用数值分析的方式，利用电脑来找到其数值解。动力系统理论强调对于微分方程系统的量销神化分析，而许多数值方法可以计算微分方程的数值解，且有一定的准确度。微分方程在很多学科领域内有着重要的应用，自动控制、各种电子学装置的设计、链洞弹道的计算、飞机和导弹飞行的稳定性的研究、化学反应过程稳定性的研究等。微分方程的唯一性：1、存在性是指给定一微分方程及约束条件，判断其解是否存在。唯一性是指在上述条件下，是否只存在一个解。2、针对常微分方程的初值问题，皮亚诺存在性定理可判别解的存在性，柯西·利普希茨定理则可以判别解的存在性及唯一性。3、针对偏微分方程，柯西·克瓦列夫斯基定理可以判别解的存在性及唯一性。皮亚诺存在性定理可以判断常微分方程初值问题的解是否存在。

系统动力学的系统原理

圣吉的理论基础，来源于他的导师佛里斯特提出的系统动力学（System Dynamics）。所谓系统动力学，就是对整体运作本质的思考方式，把结构的方法、功能的方法和历史的方法融为一个整体，其目的在于提升人类组织的“群体智力”。它与混沌理论（Chaos Theory）和复杂性科学（Scienceof Complexity）所探讨的内容相同。佛里斯特在20世纪中期，对一系列社会经济问题进行系统动力学的创造性研究，取得了令人瞩目的成绩。1958年，他发表的论文《工业动力学—决策的一个重要突破口》，首次把系统动力学运用于工业研究；1965年，他又发表论文《企业的新设计》，进一步深化了系统动力学在工业中的运用；1968年，他出版的《系统原理》一书，全面论述了系统动力学的基本原理和方法，至此，系统动力学从理论上整体完成；1971年，他又把研究的对象延伸到了世界范围，出版《世界动力学》一书，提出了研究全球发展问题的“世界模型”（WorldModel）。众所周知，在20世纪60～70年代，罗马俱乐部曾经探讨过人类目前及未来所面临的困境，并提出了“增长的极限”这一重要理念。结果他们发现问题太过复杂，根本无法思考。最后佛里斯特运用他的系统动力学理论，以五个重要因素建立了系统动力模拟的“世界模型Ⅱ”。《增长的极限》这本探讨人类困境的未来学著作，就是佛里斯特的弟子梅多斯（D.H.Meadows）等人完成的，其中进一步提出了更为细致的“世界模型Ⅲ”。这两个模型在世界范围内引起了极大的反响。继“世界模型”之后，佛里斯特等又开始进行历时十多年的美国“国家模型”研究，运用他的方法，在宏观经济学和微观经济学之间架起了桥梁。系统动力学是在总结运筹学的基础上，为适应现代社会系统的管理需要而发展起来的。它不是依据抽象的假设，而是以现实世界的存在为前提，不追求“最佳解”，而是从整体出发寻求改善系统行为的机会和途径。从技巧上说，它不是依据数学逻辑的推演而获得答案，而是依据对系统的实际观测信息建立动态的仿真模型，并通过计算机试验来获得对系统未来行为的描述。简单而言，“系统动力学是研究社会系统动态行为的计算机仿真方法”。具体而言，系统动力学包括如下几点。①系统动力学将生命系统和非生命系统都作为信息反馈系统来研究，并且认为，在每个系统之中都存在着信息反馈机制，而这恰恰是控制论的重要观点，所以，系统动力学是以控制论为理论基础的；②系统动力学把研究对象划分为若干子系统，并且建立起各个子系统之间的因果关系网络，立足于整体以及整体之间的关系研究，以整体观替代传统的元素观；③系统动力学的研究方法是建立计算机仿真模型—流图和构造方程式，实行计算机仿真试验，验证模型的有效性，为战略与决策的制定提供依据。作为佛里斯特的弟子，圣吉的“第五项修炼”采取了系统动力学的哲学理念，但大大简化了系统的模型结构（圣吉的著作中，所谓模型，往往是一个非常简单的环状反馈示意图），而且把直觉、感悟和意念引入思考方式。这样，他把艰深的系统动力学转变为人人易懂的系统思考，并在企业组织中实践和推广。圣吉的“组织学习实验室”，实际上就是一个简化并压缩了的系统动力模拟实验，他称之为“微世界”（Microworld）。在这里，进行“修炼”的经理可以尝试各种可能的构想、策略所发生的情景变化，以及其中可能出现的各种搭配。圣吉将这里视为组织创造与学习的演练场。在这种实验室中，可以把长期的演变发展过程加以“压缩”观察，进而寻求解决之道，也可以用于许多与人有关的变数研究。其最终目的，正如圣吉自己比喻的那样，类似于孩子游戏，通过跷跷板学习杠杆原理，通过荡秋千学习钟摆原理，通过“过家家”掌握社会系统。20世纪涌现出了许多新的管理思想，圣吉提出的第五项修炼是比较特别的一种。其特别之处就在于它专注于复杂现象背后的整体和本质，并寻求问题的“真解”。圣吉的五项修炼是一个系统思考的整体。所谓“修炼”，不仅仅是一种技术训练，更是一种理念培养。系统思考有助于将五项修炼更好地结合起来，探究各项修炼之间的互动关系，并不断探究如何使整体效用发挥到最大。五项修炼的真正目的，在于实现个人与组织之间的和谐，并最终促进人的发展和价值的真正实现。圣吉的组织修炼思想与方法，一方面在许多企业中得到推广运用，另一方面也受到了许多管理学家的质疑。其中，最重要的就是罗伯特·路易斯·佛勒德（RobertLouisFlood）的《反思第五项修炼》（有中信出版社和广西师大出版社两个汉译版本）。佛勒德也是从系统思维出发，但他认为圣吉的思考过于狭隘。佛勒德对圣吉的挑战是从下列观点展开的：在貌似难以捉摸的复杂性之下，存在着一种潜在的秩序，这种秩序毋宁说隐含着简单性。运用开放系统理论，完全可以了解这种秩序。由此，他对圣吉的观点进行了修正，以求提高人类应对复杂世界的能力，这种修正的最终目标是，对不可管理的事物实施管理，对不可组织的事物进行组织，对不可了解的事物加以了解。当然，这种批评是对圣吉的延伸和矫正，而不是对圣吉的否定。掌握这种批评，有助于人们更好地认识圣吉的思想。