20世纪50年代中期,美国麻省理工学院学者J.W.福瑞斯特创立了系统动力学方法。70~80年代系统动力学方法发展成熟,标志性成果是美国国家模型和罗马俱乐部的世界模型研究。90年代以后,系统动力学方法得到了广泛的传播与应用。
系统动力学方法综合反馈控制论、信息论、系统论、决策论、计算机仿真以及系统分析的实验方法,利用系统思考的观点来界定系统的组织边界、运作及信息传递流程,以因果反馈关系描述系统的动态复杂性,并建立量化模型,利用计算机仿真方法模拟不同策略下现实系统的行为模式。
系统动力学方法建模与仿真的主要步骤:①确定系统边界。区分系统和环境,同时确定问题研究中的系统变量。②因果关系分析。元素之间的联系可以概括为因果关系,这些因果关系的相互作用形成系统功能和行为。两个或两个以上的因果关系链首位串联形成环形构成反馈环(见图)。复杂系统通常由多个正负反馈环相连构成。③绘制流图。找到每个反馈环的流位与流率。流率用来描述系统中流随时间变化的活动状态,流位则是系统内流量的积累,是状态变量。④建立系统动力学方程。设流位变量集合为,变化率为
,则有
。式中
;
。仿真语言对于系统动力学的方程式有明确的书写要求和规范。⑤仿真实验和计算。可以通过仿真实验和计算对系统运行情况进行模拟。相应的模拟工具从早期的DYNAMO等模拟语言,发展到了图形化应用软件,如STELLA、Anylogic、Powersim Studio和Vensim等。这些软件简化了方程的设置,使得操作更加直观。
系统动力学方法体系仍在不断地发展和进化,其应用从公司战略到艾滋病防治,从航天飞行器到福利改革的各种问题。例如,在宏观领域,研究者们用系统动力学方法分析了国家能源政策计划,以及美国旨在减轻全球气候变暖的能源政策所花费的成本;在项目管理领域,分析、量化大型军事造船工程成本超额的原因;在学习型组织领域,从系统、整体的角度,运用系统动力学方法,对学习型组织的特点和构建做了比较全面的论述;在物流与供应链领域,英国和意大利高等学校的研究小组应用系统动力学方法进行了供应链动态模拟分析与诊断。