组织管理系统动力学

《组织管理系统动力学》可作为高等院校管理科学、系统工程、系统动力学等专业的研究生和本科生的教材及参考书。可供从事管理科学、系统动力学领域研究的科研工作者的参考书。

系统动力学是系统科学理论和计算机仿真紧密结合，研究系统反馈结构和行为的一门科学。是系统科学和管理科学的一个重要分支,是最早和最有代表性的系统工程方法,从美国麻省理工学院福瑞斯特（JayW.Forrester）教授1956年创建以来不断创新发展.贾仁安团队近28年,一直从事管理科学与系统动力学的研究和教学.在生态农业系统工程基地建设中,顶天立地进行系统动力学的综合集成创新研究.发表了系列成果.《组织管理系统动力学》为系统发展受力分析与仿真技术再创新理论方法及其应用内容,依次为系统发展受力的因果链分析法，顶点赋权图分析法，仿真模型流率基本入树建模法，系统枝向量反馈环计算法，反馈基模分析法，及其综合应用。《组织管理系统动力学》又为教材，望《组织管理系统动力学》对本团队及从事管理科学与系统动力学研究和教学的您有帮助，对系统动力学发展有促进作用。

贾仁安等

前言
第一章  系统组织管理的反馈环分析仿真框架与基础
  第一节  基本概念框架
  第二节  系统动力学流图概念及仿真计算
  第三节  四类仿真函数
  第四节  表函数及反馈环极性和主导反馈环转移分析
第二章  系统组织管理中的反馈环特性及实例分析
  第一节  系统反馈环调控运行的偏差积累性
  第二节  流位变量串联反馈环延迟特性及其仿真解与微分方程解
第三章  流率基本入树建模法
  第一节  流率基本入树建模法提出背景
  第二节  流率基本入树建模法
  第三节  流率基本入树模型的逐枝建模法
  第四节  入树组合构建反馈环分析
第四章  逐树深入仿真技术
  第一节  逐树深入仿真技术的内涵与步骤
  第二节  德邦生态经济区对策实施效应的逐树深入仿真评价
  第三节  德邦区域规模生态农业发展对策实践
第五章  枝向量行列式反馈环算法
  第一节  枝向量行列式反馈环算法
  第二节  基于逐层建模法的转型期电力供应系统流率基本入树模型
  第三节  全部反馈环因果链作用力分析法
第六章  新增反馈环枝向量矩阵算法
  第一节  新增反馈环枝向量矩阵算法
  第二节  高校引进等级薪酬激励政策新增反馈环效应分析
第七章  反馈环基模分析技术
  第一节  基于反馈环基模分析生成管理对策
  第二节  消除增长上限制约管理对策生成法
  第三节  反馈环基模顶点赋权图分析法
  第四节  泰华生态能源系统工程基地对策实施
  第五节  极小反馈基模生成集法
第八章  因果链赋权图建立技术
  第一节  弧赋权连通有向图最大流和最小饱和流算法
  第二节  基于因果链赋权图法银河杜仲沼液种植网络设计
  第三节  银河杜仲系统工程创新科研教学示范基地实施
第九章  政策实施反馈前传递延迟效应的因果链出树法
  第一节  政策实施反馈前传递延迟效应的因果链出树法
  第二节  农村新医改政策实施反馈前效应因果链出树分析
参考文献
附录A VensimPLE简介
附录B 世界模型II仿真方程
名词索引

第一章系统组织管理的反馈环分析仿真框架与基础第一节基本概念框架一、系统概念1.系统的定义对于系统的定义，至今还没有统一的描述.本书采用以下定义.定义1.1.1系统是由相互作用和相互依赖的若干相结合部分组成的具有特定功能和有赖于一定环境的整体.系统的内部变量又称为系统的要素.系统内部、系统边界及系统环境的关系见图1-1.图1-1系统示意图系统理论首先来源于生物学领域，美国科学家贝塔朗菲首先创建了理论生物学，提倡生物学研究中的\机体系统理论"，在此基础上，1945年出版了《关于一般系统理论》，1947年出版了《生命问题》，从而创立了一般系统理论.2.系统的结构定义1.1.2构成系统的要素的排列组合顺序及相互作用称为系统的结构.系统的输入(原因变量/激励因子/输入变量)为系统中受环境作用的要素.系统的输出(结果变量/响应因子/输出变量)为系统中作用于环境的要素.输入输出的复杂性表现为层次、时间、关联、形式.例如，生产系统输入是原材料、能源、人力等，输出为生产成品等.二、模型系统模型定义如下.定义1.1.3现实客观事物的一种描述称为此现实客观事物的模型，按采用的方法特征模型可分为：思维模型(称为概念模型)，是定性模型；正规模型(含形象模型、模拟模型、数学模型)，是定量模型.三、系统科学系统科学是把事物看作系统，从系统结构、功能和系统的演化研究各学科系统(如物理系统、化学系统、生物系统、经济系统、社会系统)的共性规律的科学.例如，整体大于部分、反馈理论、熵理论等共同规律.系统科学是数学这样的横断性科学.系统科学是以哲学为指导，以系统学为基础理论，以运筹学、控制论、信息论为技术基础，以各门系统工程、自动化工程、通信工程为应用工程技术构成体系结构的科学(图1-2).图1-2系统科学体系结构图四、系统工程定义1.1.4系统工程是组织管理系统的规划、研究、设计、制造、试验和使用的科学方法，是一种对所有系统都且有普遍意义的科学方法.简单地说，系统工程就是组织管理系统的技术.1978年，钱学森、许国志和王云发表了《组织管理的技术||系统工程》一文，开启了中国研究应用系统工程的新时代.组织管理是从总体环境出发，深入分析优势与问题，科学进行方案设计与仿真，充分安排人力与物力，合理开发、运行、革新复杂系统的过程.美国著名学者切斯纳(Chestnut)指出：系统工程认为，虽然每个系统都是由许多不同的特殊功能部分所组成，而这些功能部分之间又存在着相互关系，但是每一个系统都是完整的整体，每一个系统都要求有一个或若干个目标.系统工程则是按照各个目标进行权衡，全面求得最优解(或满意解)的方法，并使各组成部分能够最大限度地互相适应.""日本工业标准(JIS)界定：系统工程是为了更好地达到系统目标，而对系统的构成要素、组织结构、信息流动和控制机制等进行分析与设计的技术.""日本学者三浦武雄指出：\系统工程与其他工程学的不同之处在于，它是跨越许多学科的科学，而且是填补这些学科边界空白的边缘科学.系统工程的目的是研究系统，而系统不仅涉及工程学的领域，还涉及社会、经济和政治等领域.为了圆满解决这些交叉领域的问题，除了需要某些纵向的专门技术以外，还要有一种技术从横的方向把它们组织起来.这种横向技术就是系统工程，也就是研究系统所需的思想、技术、方法和理论等体系化的总称.""五、系统动力学概念(一)系统动力学的定义定义1.1.5系统动力学(system dynamics)是系统科学理论和计算机仿真紧密结合，研究系统反馈结构和行为的一门科学.(二)系统动力学的特点系统动力学是最早和最有代表性的系统工程方法.(1)应用系统动力学研究社会系统，能够容纳大量变量，一般可以达到数千个，而这正好符合社会系统研究的需要.(2)系统动力学模型，既有描述系统各个要素之间因果关系的结构模型，又有专门形式表现的数学模型，由此进行仿真试验和计算，以掌握系统的未来动态行为.因此，系统动力学是一种定性分析和定量分析相结合的技术.(3)系统动力学的仿真试验能起到实际实验室的作用.它通过人和计算机的结合，既能发挥人对社会系统的了解、分析、推理、评价、创造等能力的优势，又能利用计算机高速计算和迅速跟踪的功能，以此试验和剖析实际系统，从而存在丰富而深化的信息，为选择最优或者满意的决策提供有力的依据.(4)系统动力学模型仿真试验的结果，用仿真未来一定时期内各种变量随时间而变化的数字和曲线描述.系统动力学能处理高阶次、非线性、多种反馈的复杂时变社会系统的相关问题.(三)因果链与因果关系图及反馈环概念1.因果链图论中有向图模型未刻画出有向弧Vi(t);Vj(t)中，当Vi(t)相对增加(减少)时，Vj(t)相对增加(减少)的问题.例如，图论中简单人口子系统有向图模型(图1-3).在简单人口子系统有向图模型G(t)=(V(t);X(t))中顶点集合V(t)=fV1(t);V2(t)V3(t);V4(t)g，弧集合X(t)=fV1(t)V2(t);V1(t)V3(t);V1(t)V4(t);V2(t)V1(t);V3(t)V1(t);V4(t)V2(t);V4(t)V3(t)g.此图未刻画年出生人口V2(t)相对增加，V1(t)人口也相对增加；可年死亡人口V3(t)相对增加，而V1(t)人口相对减少两者的不同，这个问题具有重要普遍性.图1-3简单人口子系统有向图模型福瑞斯特(Jay. W. Forrester)创建的系统动力学的核心新概念||因果链，是一个分析变量互相变化关系、刻画系统作用力传送、刻画动力传送的新方法.定义1.1.6在确定的变量集合中，根据两个变量的实际直接相对变化关联标准，若时间区间T内任一时刻t要素变量Vj(t)随Vi(t)变化，称Vi(t)至Vj(t)存在因果链Vi(t)→Vj(t)，t2T.定义1.1.7设存在因果链Vi(t)→Vj(t)，t2T.①若任一t2T，当Vi(t)任一增量△Vi(t)>0时，对应△Vj(t)>0，则称在时间区间T内，Vi(t)至Vj(t)的因果链为正，记为Vi(t)+→Vj(t)，t2T.②若任一t2T，当Vi(t)任一增量△Vi(t)>0时，对应△Vj(t)0或△V(t)<0)有明确的意义.只有满足这两条，才能建立起映射F(t)，即确定各因果链的极性.3.反馈环概念因果关系图未刻画不同的反馈环作用，例如，在简单人口子系统因果关系图中，在人口V1(t)和年出生人口V2(t)构成反馈环中，任一个相对增加，由它开始经过一个反馈后相对再增加；而在人口V1(t)和年死亡人口V3(t)构成反馈环中，任一个相对增加，由它开始经过一个反馈后相对减少，因果链图未刻画此不同特性，此问题具有普遍性.因此，建立了反馈环概念.1)反馈环定义定义1.1.9在一个系统中，n个不同要素变量的闭合因果链序V1(t)→V2(t)→???→Vn(t)→V1(t)(省略因果链正、负符号)称为此系统的一条反馈环.2)正、负反馈环定义定义1.1.10设反馈环中任一变量Vi(t)，若在给定的时间区间内的任意时刻，Vi(t)相对增加，且由它开始经过一个反馈后导致Vi(t)量相对再增加，则称这个反馈环为在给定时间区间内的正反馈环；相对减少则称之为负反馈环.由因果链极性与反馈环极性定义，用数学归纳法可证明存在以下定理.定理1.1.1反馈环的极性为反馈环内因果链极性的乘积.由正(负)反馈环的定义，可得以下两个命题.命题1.1.2正反馈环中任一变量Vi(t)，若在给定的时间区间内的任意时刻，Vi(t)相对减少，且由它开始经过一个反馈后导致Vi(t)量相对再减少.命题1.1.2揭示，正反馈环具有任一变量减，反馈后再减的同减性.命题1.1.3负反馈环中任一变量Vi(t)，若在给定的时间区间内的任意时刻，Vi(t)相对减少，且由它开始经过一个反馈后导致Vi(t)量相对再增加.命题1.1.3揭示负反馈环具有任一变量减，反馈后而增的反减性.由上可证明正(负)反馈环存在以下动态变化特性.定理1.1.2正反馈环具有同增性和同减性；负反馈环具有反增性和反减性；例1.1.2简单人口子系统反馈因果关系图.简单人口子系统含一个正反馈环、三个负反馈环，见图1-5.图1-5简单人口子系统反馈环结构图简单人口子系统反馈因果关系图中正反馈环是起主导作用的反馈环，三个负反馈环是制约负反馈环.中国实施计划生育政策，利用正反馈环的同减性，减少出生，降低正反馈环的增长.六、系统反馈环学(一)系统反馈环学的定义定义1.1.11系统反馈环学是研究系统的反馈环构成与计算及其结构与行为反馈动态变化规律的科学.系统反馈环学是系统组织管理技术学，系统反馈环学是系统动力学的一个分支.(二)系统反馈环学研究背景及进程1．系统反馈环研究是系统动力学的重要研究内容系统动力学是系统科学理论和计算机仿真紧密结合，研究系统反馈结构和行为的一门科学.而系统反馈结构和行为是由反馈环刻画和决定的，因此，系统反馈环研究是系统动力学的重要研究内容."