系统动力学软件应用情况

系统动力学软件应用情况： 1．ModelMaker3.02

是由Cherwell Scientif-ic公司开发的系统动力软件,它可以在Windows95、Windows98或Windows2000平台上运行。安装版共3张3.5英寸软盘,安装后软件占用3.9M硬盘,运行时一般需要8M内存,计算结果可直接在LQ1600系列打印机或Canon、Enpson打印机上输出。

与DOS环境的PD-PLUS等系统动力学仿真软件相比,ModelMaker3.02的突出特点是:

1)很强的可视性,简单易学。初学者无须专门学习该软件的语法、编程规则,变量取名也没有长度限制。

2)ModelMaker3.02不仅可以直接在所有的图标中加入中文注解来对变量进行说明,而且可以在参数表中用中文对有关参数进行注释；此外,还可以用文本框在图中任意位置加入文本材料或背景知识,对软件/程序加以说明。

3)将画系统流图和编写有关程序两步工作融为一体,画系统流图的过程,也是编写系统动力学程序的过程,从而极大地减少了研究者的工作量。系统动力学被称誉为“政策实验室”,在以往的研究中,曾广泛运用于国家和地区的发展战略、经济调整、政策执行效果模拟仿真;在林业中也广泛运用于树木模拟、资源动态变化、水土流失、农林复合生态系统研究。过去用系统动力学研究这些复杂的社会经济系统和森林生态系统,画系统流图和编写有关程序是两步非常繁琐的工作,耗去了研究者大量时间和精力。而ModelMaker3.02将这两项工作融为一体,研究者只需从主菜单或工具栏中选择相应的图标(如两个积量),并用实线(代表率量)或虚线(代表实物流或信息流)连接起来时,计算机自动地建立它们之间的关系模型,研究者只需改变模型中个别参数即可。系统流图画完时,变量之间的关系模型也基本完成,作图和编程的工作量大为减少。

4)作图功能很强,模拟仿真结果和变化动态均可以从计算机上输出。只需从菜单中的Graph或Table中,选择一个或多个变量,ModelMaker3.02就可以输出若干变量计算结果表或变化动态图,而无须编程。

5)系统提供了31个常用的数学函数,此外,研究者也可以对变量进行优化和灵敏度分析。

2．STELLA (Ver9·01)

系统动力学(System Dynamics)是美国学者J. W. Forrester于1956年创立的一种研究复杂系统动态行为的方法,它根据信息反馈的控制原理并结合因果关系的逻辑分析,描述系统结构,模拟系统的动态行为。系统动力学适合解决具有动

态反馈的系统问题,其理论与方法已应用于工业、经济、生态、环境等诸多学科领域。系统动力学建模工具STELLA 软件因具备强大的建模环境和简便的操作方式,备受国外教学科研者的推崇。

STEELA系统动力学仿真软件能方便地模拟高阶、多变量、多重反馈、复杂时变的非线性大系统,并把人的判断能力、经验与严格的逻辑推导结合起来,有效地解决公路货运系统的仿真建模问题。

3．Adams

是集建模、求解、可视化技术于一体的虚拟样机软件，是世界上目前使用范围最广、最负盛名的机械系统仿真分析软件。使用这套软件可以产生复杂机械系统的虚拟样机，真实地仿真其运动过程，并且可以迅速地分析和比较多种参数方案，直至获得优化的工作性能，从而大大减少了昂贵的物理样机制造及试验次数，提高了产品设计质量，大幅度地缩短产品研制周期和费用。

ADAMS软件将强大的分析求解功能与使用方便的用户界面相结合，使该软件使用起来既直观又方便，还可用户专门化。

ADAMS软件的特点如下：

－利用交互式图形环境和零件库、约束库、力库建立机械系统三维参数化模型。

－分析类型包括运动学、静力学和准静力学分析，以及线性和非线性动力学分析，包含刚体和柔性体分析。

－具有先进的数值分析技术和强有力的求解器，使求解快速、准确。 －具有组装、分析和动态显示不同模型或同一个模型在某一个过程变化的能力，提供多种“虚拟样机”方案。

－具有一个强大的函数库供用户自定义力和运动发生器。 －具有开放式结构，允许用户集成自己的子程序。

－自动输出位移、速度、加速度和反作用力曲线，仿真结果显示为动画和曲线图形。

－可预测机械系统的性能、运动范围、碰撞、包装、峰值载荷以及计算有限元的输入载荷。

－支持同大多数CAD、FEA和控制设计软件包之间的双向通讯。

ADAMS软件可以广泛应用于航空航天、汽车工程、铁路车辆及装备、工业机械、工程机械等领域。

获益：

-同物理样机试验相比，更快、更节约成本地分析设计的改变

-在开发流程的每个阶段获得更完善的设计信息，从而降低开发风险 -通过分析大量的设计方案，优化整个系统的性能，从而提高产品质量 -仿真分析方法随意改变，而无须更改实验仪器、固定设备以及实验程序 -在安全的环境下工作，不必担心关键数据丢失或由于恶劣天气造成的设备失效

应用：

-帮助飞机制造商更好的对飞机设计深入了解，以提高飞机安全性并达到FAA 的要求。

-帮助汽车制造商对汽车进行动力分析、噪声分析和疲劳分析，以缩短设计周期。

-帮助通用机械生产商通过降低振动来改进现有的设计以提高操作速度。

4．dynamo语言简介

DYNAMO语言是求解系统动力学问题的计算机仿真语言，它既可以用于工程系统的仿真，又可用于管理、经济、社会等系统的仿真。

(一) 系统动力学

系统动力学的出现始于1956年，由麻省理工学院福瑞斯特(Jay.w Forrester)教授始创，在计算机仿真算法和仿真语言层出不穷的今天，系统动力学作为计算机仿真方法之一，已得到越来越广泛的重视和应用，并逐步成为系统科学的主要的实验手段和分析方法。它从50年代后期诞生以来，已经卓有成效地进行了农业、企业、城市、地区、国家及世界范围的战略与决策实验，为决策者制定各项政策，被誉为“战略与策略实验室”。

系统动力学是利用系统结构、各环节的因果关系和反馈回路的综合模型，通过仿真的方法来求解系统性能的一种理论。由于它涉及到微分方程或差分方程求解、控制理论应用、经济技术分析以及计算机软件等多种学科，因而属于跨学科的新型理论和方法。系统动力学的主要概念有： (1) 因果关系和反馈环

系统由各个子系统或系统要素构成，各要素之间都存在某种数学关系或逻辑关系，这种关系可以概括为要素之间的因果关系，正是这种要素之间的因果关系最终形成系统的性能或行为特性。所以因果关系是进行系统分析的关键，也是系统动力学建立模型的基础。因果关系之间有正负之分，因果链彼此联结而形成的封闭环路结构称为因果反馈环。因果关系和反馈环可以形象地描述实际系统中错综复杂的关系。 (2) 流图

系统的因果关系图可以对系统的结构、功能和相互关系做出定性的描述。为了进一步明确地表示系统各元素之间的数量关系、以及建立相应的数学方程，还要按照系统动力学的约定，将因果关系转化为系统动力学流图。系统动力学把连续的物质流和信息流作为系统处理的主要对象。物质流从具有无限容量的“源”流入系统，在各种系统动力学方程、函数和信息流的控制下，流经系统中的各个环节，形成系统中表示系统性能的流位(或积累)变量以及流率变量随时间变化的规律。因此，在系统动力学流图中应包含各因果关系链上的数据，表示系统性能的各种变量、相应的参数和常数以及描述各个元素之间关系的函数关系等。

在流图中，流位变量是系统运行过程中的积累值，它的当前值是前一个时点上的初始值与单位时间流入率与流出率净差值的累计结果。流率变量是流位变量作用或被影响时的变化率。辅助变量是表示系统中某一元素的时变变量，但是它并不是流位变量或流率变量。它通常设在流位变量或流率变量之间的信息流中。函数可用于描述系统中某一变量的变化规律。比如正弦、余弦和对数函数等。 (3) 系统的典型结构

系统动力学的因果关系模型及其对应的流图随问题的性质和规模不同而千变万化，但分析其基本结构，不外乎正反馈、负反馈以及时间延迟环节等三大块。这三种不同的结构，各有其独特的性能，在此不再一一赘述。

(二) DYNAMO语言简介

DYNAMO是一种计算机仿真语言，它是DYNAMIC MODEL的缩写，其含义是将问题构造成具有反馈结构的动态模型，以便通过计算机仿真得到该系统随时的动态特性。

DYNAMO语言为用户提供了方便的构模环境，用户只需根据系统的特征，建立相应的系统动力学方程，再加以必要的DYNAMO控制语句，就可以建立起DYNAMO模型，在DYNAMO语言的支持下即可在计算机上运行，给出系统的主要变量的特征，为了解系统、预测未来和为辅助决策提供依据。下面简要介绍一下DYNAMO语言的构成及使用方法。 (1)系统动力学方程

系统动力学方程是DYNAMO程序的基本组成部分。DYNAMO语言共提供了8种方程式语句。即流位方程、流率方程、辅助方程、初值方程、常数方程，表方程、增补方程和列车方程等。它们可以分别描述相关类型变量的运动变化规律，为用户建立系统方程提供了方便快捷的工具。 (2)系统动力学函数

在DYNAMO语言中提供了六类不同功能的函数，以辅助用户构模和测试动态模型，即数学函数、表函数、逻辑函数、随机函数、测试函数和延迟函数。其中数学函

数主要为计算服务，当模型中含有决策点时，往往需要进行必要的逻辑判断，这时需要逻辑函数。测试函数主要用于产生干扰或振荡，以测试系统的反馈结构与动态性能之间的关系。延迟函数则用于模拟物质流或信息流流经某一环节的延迟现象。

(3)DYNAMO控制命令语句

在DYNAMO中最主要的控制语句有：PRINT,PLOT,OPT,SPEC,RUN,OUTPUT,NOISE和NOTE。其中PRINT语句用于控制结果的输出，OPT语句用于操作选择，NOISE语句用于改变随机种子数，以改变随机数流。SPEC语句用于定义仿真中的运行参数。

(4)DYNAMO构模方法

DYNAMO构模过程如下，根据所研究的实际问题或系统的特点，利用系统动力学关于因果关系，正负因果关系环、流图以及反馈和延迟等基本知识，建立起相应的因果关系图、系统流图。在此基础上，按DYNAMO语言规定的格式建立和书写各种方程，必要的控制语句，即可进行模型的动态仿真。

5．MSC MD Adams R3 类别：系统动力学仿真

MSC MD ADAMS R3 增加了MSC多学科MD解决方案!

“选择MSC MD解决方案，正是MSC软件公司大的企业级用户看到了用一个最佳的完整的平台替代多重的、全异的方案为企业带来提升生产力的效益” Bill Weyand, MSC.Software首席执行官说：“我们将继续致力于为企业提供简捷的向单一平台上的实施的方案,使得用户可以高效地使用同一个仿真数据模型在企业内部各机构之间实现协同仿真，改进仿真流程 ”。

关于 多学科 - MD 方案

MD 方案涵盖了MD Nastran， MD Adams，MD Patran，提供了一个真正集成的多学科仿真系统， 是为制造业的设计师、工程师随时随地可以使用的协同的多学科的分析更为复杂模型的平台，MD方案大大提升了生产力，驱动产品更新。 MSC MD ADAMS 2007 R2!Adams（Automatic Dynamic Analysis of Mechanical System）软件是美国MDI（Mechanical Dynamics Inc.）公司（现已经并入美国MSC公司）开发的机械系统动力学仿真分析软件,在全球占有率最高。