系统动力学仿真

2.3.3　系统动力学仿真

David Baccarini(1996)提出了项目复杂性概念，Rodney Turner(2005)从系统的角度出发，提出采用降低项目群风险的方法。何鹏和谭章禄(2006)认为项目群是一类复杂系统，符合复杂系统理论的论述、定义与特征。可见，项目群是复杂系统，项目群的风险管理问题可采用复杂系统理论和复杂科学理论中系统动力学派的方法进行研究，也可通过计算机仿真技术对项目群风险进行仿真，如宣慧玉和高宝俊(2002)通过计算机仿真的方法对管理与社会经济系统问题进行了研究。^[15]宣慧玉和张发(2008)用建模仿真技术及微观仿真方法对复杂系统进行了仿真应用研究。^[16]系统动力学是以反馈控制理论为基础，以计算机仿真技术为主要手段，定性与定量相结合地分析研究大型非线性复杂系统动态行为的一门应用学科，SD可为项目群风险仿真提供良好的建模工具与方法。

自20世纪70年代末系统动力学引入中国以来，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，王其藩(1995)的《高级系统动力学》^[17]等著作反映了中国系统动力学理论领域的主要研究成果。王其藩和宁晓倩等(2005)从项目风险动态复杂性的角度论述了系统动力学方法在项目风险管理中的优势。^[18]Baliwangi L.(2007)、Nasirzadeh和Farnad(2008)、Al-Emran和Ahmed(2008)也在各自相关的研究领域，运用系统动力学方法对项目风险管理进行了研究。中国系统工程学会于2009年5月在同济大学举办了第三届系统科学、管理科学与系统动力学国际会议，以推动对SD的可持续发展与复杂系统的研究。SD常用要素包括:流(Flow)、水平变量(Level)、速率变量(Rate)、源与汇、参数。SD基本的DYNAMO方程包括五个:水准方程(L方程)、速率方程(R方程)、辅助方程(A方程)、赋初值方程(N方程)和常量方程(C方程)。系统动力学仿真采用由Pugh创立的专用的计算机语言DYNAMO。随着W indows操作平台的普及，美国Ventana公司推出了系统动力学专用软件Vensim PLE(Ventana Simulation Environment Personal Learning Edition)。Vensim PLE软件是一种可视化的建模工具，通过使用该软件可对系统动力学模型进行构思、模拟、分析和优化，同时可以形成文档。它具有图形化的建模方法，除具有一般的模型模拟功能外，还具有复合模拟、数组变量、真实性检验、灵敏性测试、模型最优化等强大功能。

SD作为一种仿真技术具有五大特点:一是研究处理复杂、高阶次、多变量、多时变的社会经济大系统，容纳的变量可多达上千个。二是研究的对象是开放系统，系统的运行模式主要根植于其内部的动态结构与反馈机制。三是一种定性与定量相结合的仿真技术。四是社会经济系统的实验室，建立的模型是规范的。五是在建模过程中能使建模人员、决策者和系统人员实现有效的结合(何有世，2008)。^[19]

系统动力学是一门研究信息反馈系统交叉、综合性的探索如何认识和解决系统问题的学科，采用定性和定量结合的系统分析、综合推理的方法及结构—功能模拟的模型模拟来研究处理复杂系统问题，解决问题的过程实质是一种寻优过程，其模型的主要功效在于向人们提供一个进行学习与政策模拟分析的工具。^[20]系统动力学适用于解决项目内部诸要素及项目与外部环境作用的动态管理问题。系统动力学模型是按照系统动力学理论建立起来的数学模型，采用专用语言，借助数字计算机进行模拟分析研究，以处理行为随时间变化的复杂系统的问题。

系统动力学分析解决问题的过程一般包括五个步骤:

(1)用系统动力学的理论、原则和方法对被研究的对象进行问题分析，明确目的;

(2)进行系统的结构分析，划分系统层次与子块，确定总体的与局部的反馈机制，划分系统边界;

(3)运用绘图建模专用软件建立模型;

(4)模型的模拟及修改;

(5)模型的检验、评估与运用。

系统动力学(System Dynamics，SD)最早由美国麻省理工学院(M IT)的福瑞斯特(J．W．Forrester)教授于1956年提出，它是Forrester教授于1958年为分析生产管理及库存管理等企业问题而提出的系统仿真方法，最初叫工业动态学。1961年，Forrester发表的《工业动力学》(Industrial Dynamics)成为经典著作。^[21][22]随着SD的发展，产生了城市动力学模型和世界模型。比较有名的世界模型包括七个，它们是采用系统动力学构建的世界模型WORLDⅡ与WORLDⅢ(Forrester，Meadows，1971—1973)，^[23]采用投入与产出方法、最优化方法及混合方法构建的模型(Yoichy Kaya，1977)，采用计量经济学与最优化方法构建的模型(Hans Linnemann，1975)，联合国世界模型(Wassily Leontief，1977)等。^[24]其中福瑞斯特与梅多斯合作出版的著作《增长的限制》，^[25]引起世界范围的广泛关注。后来在项目管理的应用上取得了一定的进展，Copper K.G.(1980)运用系统动力学模型定量分析研究一项大型军事造船工程中成本超支的原因，在克服传统项目管理方法(比如假定项目按“最优”计划进行，忽略返工的影响对时间和成本的低估)的弱点方面发挥了独特作用，这是SD首次在大型工程项目的应用管理中取得成功。此外，系统动力学还提供了一种自上而下的、从战略层面描述项目进展、估计项目时间、成本风险的方法论，它把项目视为一个整体，而不只是任务的简单组合，它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进行过程对项目表现的影响，从宏观上对项目进行估计和把握。T.K.Abdel-Hamid，S.E.Madnick和T.K(1991)提出了项目动力学方法(Project Dynamics，PD)，该方法也可用于项目风险的管理，它是研究如何开发和运用SD方法进行项目和项目管理动态模拟和分析的一门技术。^[26]系统动力学的研究现状如表2-1所示。

表2-1　系统动力学主要研究现状

续表

资料来源:作者整理所得。

①蔚林巍.项目动力学:系统动力学方法在项目管理中的应用［J］．项目管理技术，2004(8):9-13．