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系统动力学优化方法

【摘要】:本书借助系统动力学仿真,对清洁生产的环境—经济效益进行综合分析。系统动力学将动态行为作为系统结构的运行结果,且将反馈结构看作是导致事物随时间变化的根源。此外,系统动力学方法强调从系统、整体出发,并重视联系、发展、运动的观点。因此,系统动力学用于处理高阶次、非线性、多重反馈复杂时变系统的问题。系统动力学是用于解决实际问题的定量和定性综合研究方法,反映了系统内部的非线性相互作用、协同以及延迟效应。

基于环境经济综合效益的清洁生产策略是实现可持续清洁生产的关键,是进一步优化清洁生产实施方案的依据。建筑工程清洁生产实施策略研究主要是通过对清洁生产活动所涉及的各环节成本和经济收益以及环境绩效进行分析,以此来衡量清洁生产实施策略的可行性。本书借助系统动力学仿真,对清洁生产的环境—经济效益进行综合分析。结合建筑业清洁生产实施模式,在VENSIM PLE软件下进行了模型仿真,通过调整参数以及对比各种方案的仿真结果,找出我国建筑业清洁生产实施的相关特点,并提出策略建议。

系统动力学是由美国麻省理工学院福瑞斯特(Forrester)教授于1956年创立的。初期它主要用于工业管理中分析生产管理、库存管理等企业问题,被称为工业动力学。现代控制理论、现代组织理论和学习型组织理论与系统动力学正在相互渗透,使得系统动力学的应用范围日益扩大,从民用扩展到军用,从企业管理问题扩展到城市决策问题,从世界的人口增长趋势研究扩展到资源耗竭的危机研究。系统动力学综合了反馈控制论信息论系统论、决策论、计算机仿真以及系统分析的试验方法,既是系统科学管理科学中的一个分支,又是一门沟通自然科学社会科学等领域的横向学科。其研究对象从工程系统发展到社会系统,被广泛应用于城市经济发展、企业经营管理宏观经济规划、区域经济、能源规划、工程系统、环境保护等各领域,已经成为一门分析研究复杂系统问题的学科。

系统动力学以系统论为基础,融合控制论、信息论的精髓,以系统论、反馈控制为理论基础,以信息处理和计算机仿真技术为主要手段。通过研究反馈系统的动态趋势,来认识和解决系统问题。系统动力学模型本质上具有时滞的一阶微分方程组,强调系统结构的描述,用于分析非线性和时变现象的系统问题,并进行长期、动态、战略性的定量仿真分析与研究。系统动力学将动态行为作为系统结构的运行结果,且将反馈结构看作是导致事物随时间变化的根源。因此,它主要应用于随时间推移而发生的复杂系统行为模式。此外,系统动力学方法强调从系统、整体出发,并重视联系、发展、运动的观点。因此,系统动力学用于处理高阶次、非线性、多重反馈复杂时变系统的问题。

建立系统动力学模型有五个主要步骤:①系统分析;②划分系统边界;③系统结构分析;④建筑规范的数学模型;⑤模型模拟与政策分析。系统动力学是用于解决实际问题的定量和定性综合研究方法,反映了系统内部的非线性相互作用、协同以及延迟效应。从系统整体的内部结构入手,还原实际系统的复杂性。通过对复杂的现实问题进行信息反馈控制分析和因果逻辑关系分析,充分估计和研究系统各因素之间的联系和系统主体的行为趋势。系统动力学模型是一种面向实际的建模方法,用因果关系图和位流图描述相互关联的系统,包括的元件有流、积累、率量、辅助变量,这些变量都具有明显的物理意义。系统动力学通过建立系统仿真系统,设定现实中可能出现的不同政策方案,即通过改变系统模型结构或相关变量参数,最后借助计算机仿真展示整个系统的在不同情况下的宏观行为,了解系统动态行为的结构性原因,寻求解决问题和改善系统绩效的最佳方案。