Vensim详细介绍使用说明书

第1章 概述

1.1.系统动力学简介

1956年，Jay W.Forrester 放弃了其在电机控制领域的研究，转而将反馈控制的基本原则用于社会经济学系统。1961年，他在MIT工业管理学院研究公司管理问题，出版了其专著Industrial Dynomics, 这标志着这一学科的创立。 在过去的40年中，系统动力学有了长足的发展。系统动力学的理论、思想方法和工具，对于分析社会经济中许多复杂动态问题非常有效。另一方面，系统动力学的分析方法、建模方法、模拟方法和模拟工具比较规范，易于学习和应用。 1、事件－行为－结构 在日常生活中，我们往往是从事件开始认识事物的。例如股市暴涨暴跌，流行病发生，战争爆发等等。事件一般是在固定的时间点上出现的。我们要正确的认识事件，须要联系相关事件，并从它们的发展过程中去观察。也即，要考察事件所在的行为模式。行为模式是系统的外在表现，可表现为一系列的相关事件随事件的演变过程，是多个关联事件表现出的过去现在和未来。例如，我们看到的经济的缓慢增长，利率的变化，失业率的波动等。行为摸式是由系统的内部结构决定的。结构是产生行为模式的物质的、能量的、信息的内在关系。系统的结构决定其行为模式，而事件是行为模式的重要片段。 利用系统动力学分析问题，要由事件出发，分析系统的结构与行为模式的关系，以采取成功的政策和策略，调整系统结构，干预和控制系统，改善系统的行为模式，大大避免坏的事件的发生。 2、系统动力学处理问题的过程 提出 参考行为 提出假设 模型 建立模型 问题 模式分析 模拟

? 提出问题：明确建立模型的目的。即要明确要研究和解决什么问题。 ? 参考行为模式分析：分析系统的事件，及实际存在的行为模式，提出设

想和期望的系统行为模式。作为改善和调整系统结构的目标。

? 提出假设建立模型：由行为模式，提出系统的结构假设。由假设出发，

设计系统的因果关系图，流图，并列出方程，定义参数。从而将一系列的系统动力学假设，表示成了清晰的数学关系集合。

? 模型模拟：调整参数，运行模型，产生行为模式。建立好的模型是一个

实验室，可以由试验参数和结构的变化理解结构与系统行为模式的关系。

1.2 Vensim PLE 软件的特点

Vensim PLE 全名为 Ventana Simulation Enviroment Personal Learning Edition. 即Ventana 系统动力学模拟环境个人学习版。

1.利用图示化编程建立模型。在Vensim中，“编程”实际上并不存在，只有建模的概念。只要在模型建立窗口画出流图，再通过Equations输入方程和参数，就可以直接进行模拟了。如果用户需要查看有关方程和参数，可使用Mode Document工具条。另外，Vensim提供两种模型文件保存方式，一种是二进制文

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件，后缀为.vmf；另一种是文本文件，后缀为.mdf，这种文件可以用于模型的建立和修改，但这并不是Vensim推荐的方法。

2. 运行于Windows下，数据共享性强，提供丰富的输出信息和灵活的输出方式。由于采用了多种分析方法，因此Vensim的输出信息是非常丰富的。其输出兼容性较强。一般的模拟结果，除了即时显示外，还提供保存文件和copy到剪切板。例如建立好的模型可以copy到剪贴板，再由剪贴板转到MS Word的编辑文件中。

3.对模型的多种分析方法

Vensim提供对于模型的结构分析和数据集分析。其中结构分析包括原因树分析(逐层列举作用于指定变量的变量)、结果树分析(逐层列举该变量对于其它变量的作用)和反馈列表。 模型运行后，可进行数据集分析。对指定变量，可以给出它随时间的变化图，列出数据表；可以给出原因图分析，列出所有作用于该变量的其它变量随时间变化的比较图；可以给出结果图分析，列出该变量与所有它作用的变量随时间变化的比较图；同时可以将多次运行的结果进行比较。作为最终结果的图形分析和输出，可使用Graph，它不但可以列举多个变量随时间的变化图，而且可以列举变量之间的关系图。 4.真实性检验

对于我们所研究的系统，对于模型中的一些重要变量，依据常识和一些基本原则，我们可以预先提出对其正确性的基本要求。这些假设是真实性约束。将这些约束加到建好的模型中，专门模拟现有模型在运行时对于这些约束的遵守情况或违反情况，就可以判断模型的合理性与真实性，从而调整结构或参数。真实性检验是Ventana公司的专利方法，是一种非常有效的建模工具。

1.3 使用Vensim软件处理问题的一般过程

分析系统行为模式 提出真实性检验约束 设定模型结构和参数 建模：画出流程图 填入方程和参数 建立真 实性检验 模型模拟 结构分析 数据集分析 1.4 Vensim PLE 的使用说明

Vensim PLE3.0c可使用于Window3.X，Windows 95, Windows NT操作系统下。

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硬件要求386以上PC机，2.0M内存，1.6M磁盘空间(安装时需6M硬盘空间)。对于Machintosh机型，也可使用。

第2章 Vensim的菜单和主窗口

Vensim的用户界面是标准的Windows应用程序界面。除支持菜单和加速键外，还提供多个工具条。这使得用户操作非常方便。

2.1 Vensim PLE的主菜单

Vensim PLE提供以下菜单。对于菜单的驱动，除了逐级打开外，还可以用相应的加速键。

? File 文件管理：提供建立新模型(New Modle)，打开模型(Open Modle)，

保存模型(Save, Save as)，打印模型(Print , Print Options)等。模型打开和建立后，检查可通过Check完成。

? View 观察：对于模型的流图进行总体观察。提供按任意比例缩放。 ? Model 模型检验：包括Reality Check 即真实性检验，Time Bounds时间

控制设置。其中Time Bounds是用于调控Simulate 和Reality Check的时间参数的。

? Windows 窗口：包括Control panel控制面板（即Variable Selection分析

变量选择，Time Axis时间轴设置，Scalling纵坐标调整，Datasets数据集选择， Graph自定义作图等），以及Pop Forward实现由其它窗口转换到模型建立窗口，Error History是出错记录，Selection History是选择记录。

? Help帮助：在该菜单下有Manual子菜单，它是Ventana 公司提供的使

用手册，比较详细。另外一个是About Modles子菜单，它提供了Vensim对模型的基本概括，如变量数目，状态量数目等。并提供对模型设置加密口令。

第3章 模型的建立

模型建立是在模型建立窗口，通过图示化的方式建立模型，或对已建立的模型进行修改。主要过程是画出流图，然后输入参数和方程。

3.1 开始

在主菜单File下，选择New Modle 或Open Modle，就可以开始一个新模型的建立或者已建模型的修改工作。在选择New Modle情况下，会出现如下窗口。它是用来对于模型初始化的。可以选择起始时间，结束时间，时间单位，时间步长(Time Step)和数据记录步长SAVEPER。

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3.2 画图工具条

其功能依次为：

? Pointing 指针：用于选中、移动和改变变量和图符。有三种选择方式。按下

左键并拖动会看到一个虚线方框，松开左键则方框内所有变量和图符被选中，选中后可以用鼠标拖动之；可直接左键用点按变量或图符选中之，按下左键可以拖动，另外若选中图符操作柄(一个小圆圈)，可对图符进行伸缩放大；对变量用左键连续点按两次会将它选为工作台变量。

? Variable 变量：用于定义非状态变量的变量，如辅助变量和常量。

? Box Variable 方框变量：用于创建状态变量。注意，Vensim 一般约定，状

态变量第一个字母大写，常量和表格量字母全大写，其余变量字母全小写。但用户也可以有自己的约定。

? Arrow 箭头：用于创建表示因果关系的箭头，可以是直的或弯曲的。注意，

创建时，先选中箭头，在因变量上按下左键，然后松开，移动鼠标到空白处点按左键，松开后移动到果变量再点按左键。在中间电按位置会有一个操作柄。

? Rates速率变量：用于创建速率变量。它有四部分构成，两个箭头，一个开

关，两朵表示源和漏的云，和变量本身。可通过选择移动开关，移动和改变图符形状。速率变量一般至少有一端指向一个状态变量，在创建时可是其一端直接指到状态变量上。

? Shadow Variable：有时模型很大，若一个变量已在一个子块中定义，在另

一子块中，只要用Shandow Variable 再声明一次即可。

? Comment 注释：用于为流图增加注释，使容易看懂。Vensim的注释方法很

丰富，可以是文字，图符等。它在模型流图中无实质性作用。 ? Delete 删除：用于删除相关内容。

? Equations建立方程： 用于方程建立，即建立等式，赋值，定义单位等。 3.3 对于图符和字体的调整 Vensim提供图符和字体的丰富多彩的表示方式。对于已有的图符和字体，有两种方法实现调整。一种是用指针选中图符和变量(注意，图符要选其操作柄)，然后再点按底部工具条。一种是直接用鼠标右键点按图符操作柄或变量，就会出现相应的对话框。

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(1) 利用工具条对图符和字符作调整：

图示工具条功能依次如下：

1. 字体选择：可用来对于当前变量或注释选择任何windows所提供的字体。也可选择汉字。 2. 字体的大小。 3. b：字体的加粗。 4. i：字体倾斜。

5. u：字体加下划线。 6. s：字体加中串线。 7. 设置字体颜色。 8. 设置变量边框颜色。 9. 变量边框形状选择。 10. 文本的位置选择。 11. 设置箭头的颜色。 12. 箭头的形状选择。

13. 设置箭头的极性。一般用“＋，－”，也可选择用“S，N”。 14. 将加亮的字符移到下面。

熟练使用这些工具条可以使模型外观非常漂亮。但这些工具对于模型本身无实质影响。

(2) 利用对话框操作对图符和字符作调整： 如上所述，用鼠标右键单击要操作的图符操作柄，则会出现相应的对话框。这些对话框主要有箭头选择对话框，开关选择对话框，注释对话框，变量选择对话框。其中注释对话框和变量设置对话框我们在后面讨论。

? 箭头选择对话框：图示可以选择极性(可以选择字体)，箭头可以隐藏，

可以无头，可以选择颜色及线的形状和宽度。这是对于因果关系箭头和速率量箭头操作的。

开关选择对话框：对于速率量的开关操作。用来调整速率变量相对于图符的位置，图符的颜色等。 3.4 对流图加注释 通过选择建立模型工具条可打开如下注释对话框。注释可以是文字的或图形的。文字的注释可以选择字体、大小、颜色、加粗等。图形的注释可以选择点位图或者是可以是Windows的图元文件(均可由剪贴板获得)。可以对注释加边框，选择边框形状等。 3.5 方程和参数的输入 方程的左边一定是某一变量，而Vensim是围绕这一变量来建立方程和输入参数的。在画图工具条中，有一个Equations项，当模型各种变量的关系建立完成以后，点击该项即可对任何一个变量进行建立等式和赋值等工作。点击任何一个变量后，会先出现对话框。主要内容包括：

? 方程编辑：可选择变量、函数、数字和运算符构成方程。

? Variables输入变量：若流图正确，此变量的因变量均包含于此，并构成

输入变量。在方程编辑中只要从此选择即可，不需要再写入变量了。 ? Functions 函数：此处列举了Vensim提供的所有函数，可选择进入方程

编辑。

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? Strip 给出分析变量随时间的变化图。变量Rabbit Population 的Strip图如下：

? Causes Strip 结果图：给出分析变量本身及其直接作用的其它变量的Strip图。

C:\\VENSIM\\MODELS\\CURRENT2C:\\VENSIM\\MODELS\\CURRENT1C:\\VENSIM\\MODELS\\CURRENTRabbit Population6,0004,5003,0001,5000rabbit births6,0004,5003,0001,5000rabbit crowding43210rabbit deaths6,0004,5003,0001,500002.5

? Table 数据表：给出分析变量随时间变化的数据表格。

5Time (Year)7.510

5.3 控制窗口及输出的优化

一般数据集分析是结合控制窗口的操作完成的。Vensim 提供了控制输出的强大功能，使对于模型运行分析更方便、深入，输出结果更漂亮。

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1. 控制窗口和控制工具条 在主菜单Windows中有Control panel选项，其中包含Variable，Time Axis，Scalling，Datasets， Graph，与底部的控制工具条功能相同。

? Variable 变量选择：见前述。

? Time Axis 时间轴：用于选择感兴趣的时间区间。若不选择，则分析全区间。 ? Scalling 纵坐标调整：有两种选择。在选择Raw时，曲线最高点撑满纵坐标；在

选择Rounded时，曲线最高点在纵坐标轴的适当的分割点，以使图形美观。

Raw Rounded

? Datasets 数据集选择：用于选择要分析的运行结果数据文件进入数据集，见下述。 ? Graph 作图：由用户选择作图，见下述。 2. 数据集选择

一般在作图前先要进行数据集选择。进入数据集选择有两种途径，一是直接由底部工具条进入，另一是由Control panel选项下的Datasets进入。

图示，在c:\\Vensim\\models子目录下共有三个vdf文件，其中CURRENT1和CURRENT已列人数据集。“>>”和“<<”是用来将选择文件取出和加入数据集的。而Delete选项，将会把数据文件由磁盘删除。 3. 用户自定义作图 Vensim提供两种进入用户自定义作图的途径。一种是通过Control panel选项下的Graph，一种是通过建立方程的Lookup选项。通过选择显示变量，设置X、Y轴划分，曲线宽度等，最后得到多个变量的比较曲线。

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Variables Comparing6,0006,0006,00040000RabbitRabbit/YearRabbit/YearDmnlRabbitRabbit/YearRabbit/YearDmnl0 2 4 6 8Time (Year)Rabbit Population - C:\\VENSIM\\MODELS\\CURRaRbEbNitT2rabbit births - C:\\VENSIM\\MODELS\\CURRaEbNbTit2/Yearrabbit deaths - C:\\VENSIM\\MODELS\\CURRRaEbNbTit2/Yeareffect of crowding on deaths - C:\\VENSIM\\MDOmDnElLS\\CURRENT2

第6章 使用汉字变量建立模型

Vensim中，变量的定义几乎是随意的，完全符合自然语言规范。变量名可以直接定义成相应的单词或词组。在使用英文变量名时，一般约定状态量的第一个字母大写，常量或表函数的字母全大写，而速率量和辅助变量的字母全部小写。在中文Windows或西文Windows环境下，再加中文之星或其它汉字系统，我们可以直接用变量的汉字名作为变量名用于模型。这样使模型建立、运行、分析及模型文档的保存等非常方便易懂。下面以一个简化城市模型为例再次说明Vensim的模型建立、运行和分析过程。

6.1模型建立

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简化城市模型建模者：复旦大学管理学院 贾建国 1997.5劳动力与工作岗位比率劳动力因子表企业劳动力因子劳动力<人口总量>工作岗位劳动力因子企业提供平均岗位率企业额定建设率企业发展因子企业建设企业土地系数企业土地系数表住房土地因子表工作吸引力因子表企业额定折旧率企业总量企业折旧企业初始总量企业占地土地占用因子住房土地因子土地面积住房占地住房初始总量工作吸引力因子住房建设因子住房建设住房总量住房折旧住房额定建设率住房可得性因子住房可得性因子表住房吸引力因子表住房吸引力因子人口迁入吸引力因子人口出生人口死亡住户数与住房比率住房额定折旧率家庭人口数人口增长百分率人口初始总量额定迁入率额定迁出率人口总量人口迁出<人口迁入>额定出生率额定死亡率

? ? ? ? ?

变量的定义：先定义状态量：人口总量，住房总量，企业总量。然后再定义速率量，并与相应的状态量连接。最后定义其它类型的变量。 建立因果关系：由变量之间的实际因果用箭头连接各变量。

输入常量数据：由Equations选项直接输入常量，注意定义其单位，单位也可以是汉字。

输入表函数数据：先打开Equations选项，再选择Lookup下的 Graph，有具体数据建立表函数。一般情况下，表函数的值是无单位的。

建立其它变量的方程式：在Equations选项下，直接选择有关变量运算

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符和函数等建立，但要注意输入正确的单位。

? 注释：为了醒目，这里把状态量、速率量、常量、标函数和辅助变量区

别表示。

? 检查：可进行单位检查和模型检查。Vensim对于模型的变量单位符合情

况可进行严格的监测，但又有较强的容错能力，即使单位有不符，也不影响运行。

建立后的模型如上图。

6.2静态分析

对于人口总量这一变量分析，其原因树、结果树如下图:住房初始总量(住房总量)住房额定建设率住房建设住房总量住房建设因子(住房总量)定折旧率住房折旧

住房额

土地占用因子企业土地系数住房土地因子住房总量住房建设(住房总量)住房折旧(住房总量)住房可得性因子住户数与住房比率 住房吸引力因子反馈列举如下：共有

6个反馈回路经过该变量。

Loop Number 1 of length 1 住房总量 住房建设 Loop Number 2 of length 1 住房总量 住房折旧 Loop Number 3 of length 4 住房总量

住户数与住房比率 住房可得性因子 住房建设因子 住房建设 Loop Number 4 of length 4 住房总量

土地占用因子 住房土地因子 住房建设因子 住房建设 Loop Number 5 of length 15 住房总量

住户数与住房比率

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