电动汽车产业创新系统动力学模型的构建与运行

结论与展望绪论“十五”期间，我国基本完成了电动汽车产业化的准备。经过三轮开发，初步形成电动汽车产业链，电动汽车产品化、商品化进程在调整中不断完善。目前，电动汽车正在全国各地试验运行。种种迹象表明，我国电动汽车技术已经到了产业化的门口。（1）电动汽车产业是我国赶超世界先进水平的捷径电动汽车在包括发动机、整车和变速箱在内的关键技术上与传统汽车不同，在我国，电动汽车与传统汽车相比，与世界先进水平的差距较小。比如：在整车方面，燃料电池汽车研发取得重要进展，进入国际先进行列；混合动力汽车实现载客运行，具备小批量生产能力；纯电动汽车开始批量生产，进入道路运营并开始出口。同时，车用燃料电池发动机取得重大突破，进入世界前列；大功率车用动力蓄电池性能显著提高，形成产业基础；驱动电机技术性能先进，与整车集成化程度逐步加强；车辆电控技术异军突起，电动化汽车底盘发展迅速，带动了传统汽车的技术进步。在整车和关键零部件研发中，申请了520项国内外专利，有效提升了这一新兴产业的竞争力。因而适合我国大力发展电动汽车产业，实施赶超。（2）发展电动汽车产业是促进国家可持续发展的战略措施节约石油消耗关系到国家石油安全，具有重要的意义。目前我国的能源安全（特别是石油供给）形势非常严峻。我国石油对外依存度从1995年的7.6%增加到2000年的31.0%，2003年我国石油进口增长占了全球新增需求的20%，而2004年更是达到一半以上，已超过日本成为仅次于美国的世界第二大石油进口国。一些西方国家对我国的能源供应采取各种方式围堵，我国的石油安全问题变得十分突出。因此，中国交通车辆发展的一个基本问题：替代燃油车。电动车“以电代油”，是未来交通的发展方向。从这个意义上讲，“不管大车小车，只要不用油或少用油就是好车”，应该成为全社会决策的共识。

课题来源课题研究的目的和意义研究目的（1）从理论的角度来看，国内对于系统动力学的研究与运用虽然起步较晚，但经过将近30年的发展，已经发展到了各个领域[1]。中国从80年代初开始应用系统动力学模型分析国民经济系统等有关问题，主要工作有：①社会、经济、生态环境、资源总体之间相互影响与制约关系；②人口、科技、教育、能源及交通运输各因素相互关系及其对国民经济发展作用和影响；③积累与消费关系及其对国民经济影响；④社会总产值与国民收入增长速度问题；⑤人口目标、年龄结构和人口问题对社会经济的影响；⑥能源发展前景，新旧能源交替及其对经济发展影响；⑦经济发展的动力因素和阻碍因素。这一模型包括人口、非农业生产能力、国民收入及其分配、消费品生产、能源、交通运输、科技、环境污染、教育等共12个子模型[2]。但是运用系统动力学的方法来研究产业创新系统的文章甚少，这样，本文就在理论运用方面有力一定的意义。（2）从现实的角度看，电动汽车作为未来汽车的主流，对于电动汽车产业创新系统的发展，国内外很多企业和机构都高度关注，也进行了非常广泛的研究。2004年肖鹏在《电动汽车的创新工程研究》一文中指出[3]，随着电力、电子、控制、材料等技术的发展，在世界各国兴起了研究、开发、应用电动汽车的热潮。电动汽车的产业化已成为我国汽车工业产业结构调整和跨越式发展的切入点，我国汽车工业的发展完全可以发挥后发优势，迅速赶上先进国家的步伐，实现与世界汽车工业的同步发展。综合国内外对电动汽车的研究成果，尚存在以下不足，关键的一点就是对技术创新的内涵没有真正领会。朱华在《我国电动汽车产业发展模式及湖北省电动汽车产业发展对策研究》[4]中介绍了电动汽车的特点和分类，发展历史、现状和趋势，论述了发展电动汽车产业的必然性。通过对我国汽车产业发展战略方位的分析，提出了适合我国汽车工业中长期技术规划要求的三种发展模式通过建立汽车排放和燃油消耗的数学模型，对汽车保有量，各种车型百分比、年平均行驶里程，汽车排放因子等各种相关因素的分析分别计算出2010年和2030年的汽车燃油消耗清单和选定的三个典型城市的汽车排放清单。研究意义我们不难看出，这些研究基本都是对电动汽车产业影响因素的单方面研究，缺乏系统性和全面性。系统动力学是处理复杂非线性动态反馈过程非常有力的数学工具。因此，采用系统动力学的原理，构建电动汽车产业创新系统的SD模型，对电动汽车产业创新进行定量研究就可以为促进电动汽车产业发展提供依据。对实现电动汽车产业飞速发展具有一定的现实意义。国内外研究概况国外研究概况系统动力学（SystemDynamics，以下简称SD）是通过建立流位、流率系来研究信息反馈系统的一门学科。始创于1956年，是以美国麻省理工学院（M.LT.）的Forrester教授为首的系统动态学小组创立和逐步发展起来的一门学科。现已成功地被用于企业、城市、地区、国家甚至世界规模的许多战略与决策等分析中，被誉为“战略与决策实验室”。系统动力学运用系统结构决定系统功能的原理，将系统构成为结构、功能的因果关系模型，利用反馈、调节和控制原理进一步设计反映系统行为的反馈回路，最终通过建立计算机仿真模型并借助于计算机仿真定量研究高阶次、非线形、多重反馈复杂时变系统的系统分析技术，实现结构、功能、历史相结合[5]。所以系统动力学解决问题的过程实质是寻优过程，其最终目的是寻找系统的较优结构，以求较优的系统功能。显然要低。国内研究概况系统是一个相对的概念，是相对于所研究问题的实质和建模的目的而言的。对于给定的系统，它可以是其他系统的一个子系统，也可以按照一定的标准分解为诸多层次的子系统。但是，一旦所要研究的问题的实质和建模的目的已定，系统也就确定了，其边界限应该是清晰的和唯一的。系统的界限是一个想象的轮廓，它把所研究问题有关的部分均划入系统，而与其他部分（即系统环境）分隔开来。一般来说，研究对象不同，或者虽然研究对象相同，但所研究的问题的实质及建模的目的不同，系统的边界也就不同。如何决定系统的界限?系统的边界应划在何处才算合理?按照系统动力学的观点，在划定系统的界限时应遵循这样一条标准，那就是把系统中的反馈回路考虑成闭合的回路。应力图把那些与建模目的关系密切、重要的量都划入边界，系统的边界应当是封闭的。必要时还可以在定性分析的基础上辅以定量分析，以确定系统的行为主要由系统内部所决定。论文的主要研究内容系统动力学（SystemDynamics，以下简称SD）是通过建立流位、流率系来研究信息反馈系统的一门学科。始创于1956年，是以美国麻省理工学院（M.LT.）的Forrester教授为首的系统动态学小组创立和逐步发展起来的一门学科。现已成功地被用于企业、城市、地区、国家甚至世界规模的许多战略与决策等分析中，被誉为“战略与决策实验室”。系统动力学运用系统结构决定系统功能的原理，将系统构成为结构、功能的因果关系模型，利用反馈、调节和控制原理进一步设计反映系统行为的反馈回路，最终通过建立计算机仿真模型并借助于计算机仿真定量研究高阶次、非线形、多重反馈复杂时变系统的系统分析技术，实现结构、功能、历史相结合[5]。所以系统动力学解决问题的过程实质是寻优过程，其最终目的是寻找系统的较优结构，以求较优的系统功能。显然要低。NC代码与CNCS代码反馈是指系统输出与来自外部环境的输入关系，也即信息的传输与回授。系统动力学认为在每一个系统（研究对象）之中都存在着信息反馈机制，反馈是系统最基本的属性。反馈回路就是由一系列的因果与相互作用链组成的闭合回路或者说是由信息与动作构成的闭合路径。包含有反馈环节及其作用的系统就是反馈系统，它是相互联结与作用的一组反馈回路。系统动力学中所指的系统都是反馈系统，它要受到系统本身的历史行为的影响，并把历史行为的后果回授给系统本身，通过决策以影响未来的行为。在分析反馈系统的行为与其内部结构的关系时，首先要区别反馈的种类。根据反馈过程的特点，反馈可划分为正反馈和负反馈两种。正反馈的特点是，能产生自身运动的加强过程。在此过程中，运动或动作所引起的后果将回授使原来的趋势得到加强。而负反馈会自动寻找目标，在未达到（或者未趋近）目标时将不断做出响应。具有正反馈特性的回路称为正反馈回路;具有负反馈特点的回路称为负反馈回路。分别以这两种回路起主导作用的系统就称之为正反馈系统与负反馈系统。具体地说，在一条反馈回路上，若反馈回路包含偶数个负的因果链或者因果链全部为正，则其极性为正;反之，若反馈回路包含奇数个负的因果链，则其极性为负。反馈回路的极性反映了其基本特征，正反馈回路能够产生自身增长行为，具有自增长性;负反馈回路能够产生自身寻求特定目标的行为，具有自调整性。NC代码设有两变量A、B，其间存在因果关系，变量A是原因，变量B是可能引起的结果，则可用带箭头和正（+）、负（—）号的实线表示两变量之间的因果关系，从而构成一条因果链（如图1）。对于一条给定的因果链，正号（+）表明，箭头指向的变量将随箭头源发的变量的增加而增加，或减少而减少，极性为正;负号（—）则表示A变量的变化使B变量在相反方向上发生变化。因果链的极性定性地描述了一个变量的改变引起相关变量的改变的趋势。图1因果链(左边极性为正，右边为负)NC代码简介因果关系图描述了反馈结构的基本方面，有利于从总体上认识系统，把握所要解决的系统问题的关键，因此在建模初期具有十分重要的意义，但它不能区分系统中不同性质的量间的差异，也不能区分系统的物质流和信息流，这是它的根本弱点。为了克服这一弱点，系统动力学引入了“流图”这一概念。流图由“流位”、“流率”、“物质流”、“信息流”等符号构成，直观形象地反映系统结构和动态特征。不仅展示了系统行为的结构背景，而且也提供了系统结构和系统行为之间相互关系的直观解释，提供了从定性和定量两方面描述系统行为的可能性。NC代码存在的不足

CNCS代码1）整体化原则系统动力学模型应该根据系统分析的原则，详细研究目标系统中各组成部分及其相互作用关系和环境对系统的影响，不能孤立地研究一个或几个因素，应将系统的各个因素放在系统中作为一个整体进行分析研究。（2）相关性原则模型中各变量之间必须有一定的相关性，这才能保证模型具有科学性和说服力。（3）重点性原则模型的设计要力求简洁，特别是复杂大系统，影响因素非常多，应该选择有代表性的相关度大的特征变量来表达系统的结构和功能:对那些与系统无关或关系不大的变量应该忽略;那些难于操作的变量也无法用于系统建模。（4）层次性原则系统动力学研究的对象一般都是比较复杂、因素比较多的系统。应采用结构层次分析的方法来研究系统的结构。（5）一致性原则模型中的所有变量和常量与实际系统中的因素应当在数量和概念上保持一致，而且模型中各变量的度量单位和表达形式也必须保持一致。（6）通用性原则所建立的系统动力学模型，应力求具有一定的适用范围和较好的适用性。CNCS的原理（1）明确建模的目的一般来说，系统动力学对社会系统进行仿真实验的主要目的是认识和预测系统的结构和设计最佳参数，为制定合理的政策提供依据。这一步的工作包括观察系统、专家咨询、收集数据资料等，在涉及具体对象系统时，应根据其要求，仿真目的要有所侧重。（2）确定系统界限与系统中的变量虽然系统动力学研究的是开放的社会系统，但系统是一个相对的概念，一旦所要研究的问题的实质和建模的目的己经确定，系统的边界也就基本确定了。只有确定系统边界，才能确定系统的内生变量和外生变量。内生变量是由系统内部反馈结构决定的变量，外生变量是由影响环境因素确定的变量。系统动力学认为系统的行为是基于系统内部的种种因素而产生的，并假定系统的外部因素不给系统的行为以本质的影响，也不受系统内部因素的控制。在这些内外部变量中，根据建模的目的，确定出重要的状态变量、速率变量，并画出重要变量的参考模式。（3）构建系统框图当重要变量与参考模式已确定时，接着就要研究系统与其组成部分之间的关系，也就是画出框图。所谓框图就是用方块或圆圈简明地代表系统的主要子块并描述它们之间物质与信息流的交链关系。框图的简洁性有助于建模者进一步确定系统界限、分析各主要子块间的反馈藕合关系以及系统内可能存在的主要回路。（4）画出因果关系图首先要明确系统内部各要素之间的因果关系，然后分析系统的反馈回路，画出因果关系图。系统动力学认为反馈环是构造系统的第一层次，其多少是系统复杂程度的标志。观察实际系统获得的信息首先用于这一层次。任意两个系统要素从因果关系来看必然是正因果关系、负因果关系或无因果关系。由于决策是在一个或几个反馈回路中进行，而且由于各种回路的藕合，使系统的行为更加复杂化。（5）建立系统动力学模型由于因果关系图只是对系统的定性分析，要对系统进行定量分析还必须借助流图与构造方程式来建立系统模型。所谓建模就是要确定各反馈环中的流位、流率与其他辅助变量。流位是物流的积累，是系统的状态变量，它的变化可用来描述系统的动态特征;而流率是流位的变化速率，它控制着流位，是一个决策函数。当确定了流位和流率变量之后，就可以得到流图与构造方程式。辅助变量主要是用来帮助建立流率方程的。（6）运行模型当流图中的速率变量都设立方程后，接着对流图中每一个状态变量赋予初始值，设定仿真起止时间和步长，Vensim软件就会自动地将上一阶段建立的系统模型转换成系统仿真模型，并在计算机上模拟运行，得出结果。这个过程就是仿真分析。（7）结果分析通过对结果的分析，不仅可发现系统的构造错误和缺陷，而且还可以找出错误和缺陷的原因。根据结果分析情况，如果需要，就对模型进行修正，然后再做仿真试验，直至得到满意的结果为止。系统动力学建模与仿真步骤如图2所示:图2系统动力学仿真流程图CNCS的优势

CNCS在VM中的实现虚拟系统的总体框架虚拟系统平台硬件平台软件平台CNCS在VM中的应用CNCS代码CNCS在VM中的初步应用

CN代码向CNCS的转换CVS的提出CVS的机理CVS在VM中的实现

CNCS及CVS在VM中的综合应用实例 流程的制定CNCS的应用CVS的应用结论

结论与展望结论作为企业自身应不但提高自己的核心技术以提高自己的产品竞争力，采用先进的管理理念、先进的管理模式以扩大自己的销售市场。（1）形成产业化发展作为企业可以国家产业政策为指导，以产业化为目标，以市场为导向，以企业为主体，以技术创新和机制创新为支撑，从关键零部件研制开发入手，不断引进先进技术提高电动汽车电传动系统及网络控制系统的自主创新能力、市场占有率以及品牌效应，并以此为核心技术，延伸产业链，切实加大汽车零部件制造业的整合力度，不断开发电动汽车系统零部件新产品，并向生产纯电动城市大型公交车及混合动力大型客车的整车方向发展，形成适量的整车生产能力，然后以整车的产业化发展进一步带动关键零部件产业的发展，进一步提升电机及其控制器、整车网络控制系统的制造能力，满足产品的系列化、标准化和模块化要求，最后逐步进入轿车市场。同时还可与外国汽车巨头合作发展生产电动汽车，但自己要掌握技术核心。（2）创新管理模式对于新型的发展企业可引进先进的管理模式与理念，加快实行规范的公司制改革，实施体制和机制创新[20]。鼓励企业充分发挥资本运营、资源配置、技术创新和市场开拓等方面优势，转变经营机制，以资产、品牌、技术等资源为资本，通过上市、股份制改造、兼并联合、参股控股、重组、期权分配等方式，集聚国内外的人才、技术、资本以及其他社会资源，发展电动汽车产业。（3）实行战略联盟哈佛商学院教授、著名战略管理学家迈克尔*波特曾说过联盟是企业家之间进行长期合作，它超出了正常的市场交易但又未达到合并的程度，是一种界于市场交易关系与企业一体化之间的中间组织。当各联盟成员以其专有的核心资源投入联盟时，可以创造出分工合作的经济性规模扩大化带来的成本节约。电动汽车作为新型产业如何实现产业化，战略联盟是一个很好的策略。电动汽车产品从市场调研、研发、生产、试运行到最终销售过程中企业之间可以通过签定协议形成价格互惠，客源共享，技术共享的同行业战略联盟。电动汽车产业界的高级技术工程师、管理阶层和销售人员等建立起来的个人网络进行电动汽车前沿知识的交流互动，实现技术的创新。展望本文在参阅了大量的有关产业发展和系统动力学的文献基础上，结合电动汽车产业的特点，运用系统动力学的原理，创建了电动汽车产业创新系统的SD模型。由于创新系统是一个非常复杂的系统，随着研究工作的不断深入以及研究范围的不断扩大，深感到自己研究问题的浅薄和需要研究问题的博大精深。对于很多问题都没有进行深入的研究，比如：只对产学研合作力度、技术引进力度和科技人才投入力度做了灵敏度分析，而没有对其他的因子进行深入的分析，所以在今后的研究中需要继续完善。参考文献[1]王其藩.系统动力学(修订版)[M].北京:清华大学出版社，1994.10.[2]杨东升,张永安.产学研合作的系统动力学分析[D].北京工业大学学报,2009.[3]肖鹏.\o"电动汽车的创新工程研究"电动汽车的创新工程研究[D].武汉理工大学报，2004.[4]朱华.\o"我国电动汽车产业发展模式及湖北省电动汽车产业发展对策研究"我国电动汽车产业发展模式及湖北省电动汽车产业发展对策研究[D].武汉理工大学报，2004.[5]苏惫康.系统动力学原理及应用[M].上海:上海交通大学出版社，1988.6. [6]张治河，胡树华.产业创新系统模型的构建与分析[J].科研管理，2006.2.[7]蒋瑞斌，谭理刚.电动汽车的发展及面临的挑战[J].机械工程师,2009.2.[8]赵树宽，李艳华.产业创新系统效应测度模型研究[J].吉林大学社会科学学报，2006.9.[9]谷国锋，张秀英.系统动力学在区域创新系统研究中的应用[J].科学学与科学技术管理，2003.1.[10]刘志迎，赵晓丹.产学研结合技术创新体系的复杂系统理论透视[J].科技与经济，2006.[11]罗积争，吴解生.产业创新:从企业创新到国家创新之间的桥梁[J].经济问题探索，2005.4.[12]赵黎明,李振华.城市建设系统的动力学模型研究[J].中国软科学,2008.[13]杨威.\o"电动汽车——我国汽车产业实现赶超的捷径"电动汽车——我国汽车产业实现赶超的捷径[D].武汉理工大学报，2004.[14]李力.跨国公司技术创新研究[J].吉林大学学报，2006.1.[15]程魁玉.\o"电动汽车行业发展环境分析"电动汽车行业发展环境分析[D].天津大学学报，2004.[16]秦钟,章家恩,骆世明,吴志峰.基于系统动力学的土地利用变化研究[D]华南农业大学学报,2009.1.[17]董晓燕，刘志迎.基于系统动力学的汽车产业创新系统研究[J].