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1、第一节第一节 物流系统动力学物流系统动力学第二节第二节 物流系统控制物流系统控制第三节第三节 物流系统仿真物流系统仿真第1页/共47页第一节第一节 系统动力学系统动力学 系统动力学是通过建立规范的数学模型解决问题的一门学科：从系统内部的微观结构入手进行建模，同时借助计算机仿真技术来分析研究系统结构功能和动态行为的内在关系，从而找到解决问题的对策。模型基于系统结构、因果关系决定系统行为的理论假设。第2页/共47页系统结构 系统结构是系统内部要素间的组成方式。因果关系 因果关系是存在于各种现象之间的普遍关系。系统行为 系统的运作状态和运作方式 只有了解系统的结构及变化机制，才有可能预测系统未来的行
2、为。系统动学的模型也被称为是“结构依存型”模型。第3页/共47页地区物流系统基本因果关系最终影响系统的物流供给行为第4页/共47页一、特点一、特点1 1、研究问题注重从、研究问题注重从因果机制因果机制出发出发2、从观察从观察系统结构系统结构入手入手3 3、内生化处理、内生化处理 系统动力学模型从系统动力学模型从内部寻求解释系统行为内部寻求解释系统行为的规律，重点在于模型的内部结构。的规律，重点在于模型的内部结构。第5页/共47页4、所建模型要与管理者的思维模型相沟通任何模型一般总是要组织信息，澄清观点，统一认识，对会使人困惑和有争议的系统行为给出令人满意的解释。系统动力学建模技术易于将管理者的
3、思维进行量化。5、非线性系统动力学能够处理复杂的非线性系统，因而适合研究像社会经济系统、物流系统这样的复杂系统。第6页/共47页6 6、延迟特性、延迟特性 系统动力学模型引入延迟机制，使它与描述系统动力学模型引入延迟机制，使它与描述的实际系统行为更为接近。的实际系统行为更为接近。7、能够进行政策仿真 系统动力学模型利用模型仿真剖析系统，获系统动力学模型利用模型仿真剖析系统，获取更丰富、更深刻的信息（如政策），进而取更丰富、更深刻的信息（如政策），进而寻找解决系统问题的途径。寻找解决系统问题的途径。系统动力学解决问题的过程实质上也就是寻系统动力学解决问题的过程实质上也就是寻优过程，其最终目的是寻
4、找系统的较优结构，优过程，其最终目的是寻找系统的较优结构，以求得较优的系统功能。以求得较优的系统功能。第7页/共47页二、系统动力学基本概念与原理二、系统动力学基本概念与原理 系统动力学是一门分析研究信息反馈系统的学科。（一）反馈系统（闭环系统）1 1、反馈：系统把输入经过处理后输出，又将其输出结构馈送回来、反馈：系统把输入经过处理后输出，又将其输出结构馈送回来与输入加以比较的过程。与输入加以比较的过程。2 2、反馈系统：包含有反馈环节与其作用的系统。它要受系统本身、反馈系统：包含有反馈环节与其作用的系统。它要受系统本身的历史行为的影响，把历史行为的后果回授给系统本身，以影响未的历史行为的影响
5、，把历史行为的后果回授给系统本身，以影响未来的行为来的行为 正反馈系统：运行时不断增长的系统正反馈系统：运行时不断增长的系统负反馈系统：运行时没达到目标就不断产生负反馈的系统负反馈系统：运行时没达到目标就不断产生负反馈的系统第8页/共47页（二）系统结构1、含义：系统中存在哪些单元；各单元间的作用与关系。2、系统结构的一般体系和层次：确定系统范围的界限子系统或子结构系统的基本单元，反馈回路结构反馈回路的组成和从属成分：反馈回路的主要变量（水平变量、变化率等）第9页/共47页（三）水平变量和速率变量（三）水平变量和速率变量1、水平变量能够描述系统在任一特定时刻的状态，对系统中控制作用的结果进行积
6、累(或积分)。水平变量不能在瞬间被改变。水平变量在随时间推移的各时间点之间建立了系统的连续性。2、速率变量的作用是表示水平变量变化的快慢，速率变量不能决定水平变量现时刻的值，但能决定水平变量变化曲线的斜率（每单位时间中的变化量）第10页/共47页n n 在系统动力学模型中，水平变量用水平方程（在系统动力学模型中，水平变量用水平方程（L L方程）表示，速率变量用速率方方程）表示，速率变量用速率方程（程（R R方程）表示，速率方程是在系统中描述控制作用的决策表达式，表示了一个方程）表示，速率方程是在系统中描述控制作用的决策表达式，表示了一个决策环节所产生的控制作用决策环节所产生的控制作用。第11页
7、/共47页三、系统动力学建模的基本步骤三、系统动力学建模的基本步骤1、明确仿真目的 2、设计系统因果反馈环根据仿真目的，收集有关的经验，知识和资料，确定有关的基本要素，按要素之间的因果关系，设计系统的因果反馈环3、绘制系统流程图4、写出有关的数学方程，选择仿真语言，进行程序设计 5、进行仿真实验6、仿真结果分析根据仿真结果，分析系统的行为，评估各种策略，得出有关政策，以改进和发展现有系统 第12页/共47页四、因果反馈环四、因果反馈环1、因果键：表示因果关系的带箭头的线。正因果键：要素A与要素B的因果关系，A是原因，B是结果，如果A增加，B也增加，则称A、B之间具正因果关系，此时的因果键为正因
8、果键负因果关系：如果A增加，B减少，此时的因果键为负因果键第13页/共47页2 2、反馈环：两个以上的因果键首尾相联形成环、反馈环：两个以上的因果键首尾相联形成环状，便是因果反馈环。状，便是因果反馈环。正因果反馈环：具有自我强化的作用负因果反馈环：自我调节的作用第14页/共47页3、一阶负反馈环：解释库存关系第15页/共47页则每周订货量可由下式决定：DH(MBKC)TZ 式中：DH订货速度（件周）；MB目标库存量（件）；KC实际库存量（件）；TZ调整周期（周）。第16页/共47页4、二阶负反馈环 存在水平变量：库存量和途中货物量第17页/共47页（五）物流系统动力学分（五）物流系统动力学分析
9、析物流系统动力学的目的 以系统动力学为框架，综合其他定性、定量方法，应用于物流系统领域，分析物流的系统结构及动态发展机制，进行政策试验，解决宏观的带有根本性的物流发展战略问题，这就是物流系统动力学所要达到的目的。第18页/共47页.物流系统动力学因果分析物流系统动力学因果分析 现实领域要素和控制领域要素以及他们之间的相互关系共同构成物流系统的结构，影响了系统的行为。其中，现实领域要素（经济中实际发生的物质过程）：人口水平、经济水平、消费水平、物流系统需求、物流系统供给等 控制领域要素（控制现实领域的治理过程，主要为政策法规）：经济发展政策、国民收入分配政策、人口控制政策、物流系统政策等 经过对
10、上述系统构成要素的分析，在深入剖析物流系统的基础上，我们可以得到物流系统的因果关系图。第19页/共47页因果关系图因果关系图n所谓因果关系图，是舍弃掉一切无关紧要的细节，由数个最能表征系统结构，反映系统动态发展内在机制的因果反馈环组成的图。第20页/共47页地区物流系统基本因果关系第21页/共47页在基本因果关系图中，包括以下几个基本反馈环：解释解释第22页/共47页一、物流系统控制的基本概念一、物流系统控制的基本概念系统控制是指在外部条件变化的情况下，保证系统实现目标的行为。这要通过该系统的必要组织来实现。必要组织指的是系统结构及其要素的运行方式 第二节第二节 物流系统控制物流系统控制第23
11、页/共47页受控客体:在系统形成时，其受控要素组合成受控部分，它叫做受控客体；控制系统:控制要素的总体构成控制部分，称为控制系统。控制系统有开环控制系统和闭环控制系统。若系统中具有反馈环节则构成闭环控制系统 物流系统控制：将研究的物流系统作为被控对象，物流系统控制：将研究的物流系统作为被控对象，研究其输入与输出的关系，以通过反馈使被控对研究其输入与输出的关系，以通过反馈使被控对象（物流系统）运作绩效达到期望。象（物流系统）运作绩效达到期望。第24页/共47页二、物流系统中控制的分类二、物流系统中控制的分类1、反馈控制2、超前控制（前馈控制）3、非预算性控制实时控制运行过程（处理）系统输出系统输
12、入前馈控制反馈控制第25页/共47页1 1、反馈控制、反馈控制n 反馈控制是一种常见的管理控制，其特征是通过运行过程的输出进行检测，并将检测结果馈送回运行过程中去，将纠正措施输入该运行过程中，以获得预期的输出。n这种反馈控制表现为时间的滞后。如成本分析，质量检查控制，财务分析等。存在反馈控制的迟滞性第26页/共47页2 2、超前控制、超前控制n 超前控制也称前馈控制，是一种更加复杂的控制。其特点是通过对运行过程输入的监视，以确定它是否符合标准要求；不符合时，为了实现输出预期目标就要改变运行过程。前馈控制是在输出结果受到影响之前就做出纠正，因此这种反馈更为有效。n这种控制克服了反馈控制的迟滞性，
13、便于物流决策人员及时采取相应措施，纠正偏差，达到预定目标。第27页/共47页3 3、非预算性控制、非预算性控制 非预算性控制是指生产经营活动中，预算外的临时矫正行为。主要有以下几种方式：物流批量控制法。指的是利用库存费和订购费的边际点原理对仓库管理进行优化控制。盈亏平衡控制法。利用盈亏平衡点分析的方法对企业行为进行控制的方法。专家控制。靠有经验的专业人员、专家对企业行为提出建议进行控制。第28页/共47页（三）（三）物流系统控制的基本内容物流系统控制的基本内容及应注及应注意的问题意的问题 n总目标与分目标的关系 n强调管理者和劳动者的自我控制 n注意人的因素与物流系统的指标信息关系 第29页/
14、共47页 物流控制基本内容一览表物流控制基本内容一览表 控制项控制项目目控制标准控制标准信息信息手段手段校正行为校正行为物料库物料库存存物流订购总物流订购总量与储备量量与储备量物料订购单物料订购单和领用单和领用单库存模型库存模型修正采购计划修正采购计划产品成产品成本本目标成本目标成本费用结算及费用结算及报表报表费用分析（费用分析（C CB B）实施费用降低措施，实施费用降低措施，开展价值（开展价值（VEVE）活动）活动产品质产品质量量产品技术条产品技术条件件成品试验检成品试验检测记录测记录统计图、抽样统计图、抽样统计法统计法调整生产线和有关技调整生产线和有关技术措施术措施生产进生产进度度网络计
15、划与网络计划与图解评审法图解评审法生产报表等生产报表等反馈信息反馈信息网络图网络图调度采取措施调度采取措施生产工生产工序质量序质量精确度和粗精确度和粗糙度糙度检测的结果检测的结果控制图及散点控制图及散点图图检修、调整设备和工检修、调整设备和工装装第30页/共47页一、系统仿真一、系统仿真1 1、含义、含义系统仿真是利用系统模型在仿真环境和条件下，对系统系统仿真是利用系统模型在仿真环境和条件下，对系统进行研究、分析和试验的方法，系统仿真的目的在于利进行研究、分析和试验的方法，系统仿真的目的在于利用人为控制的环境条件，改变某些特定的参数，观察模用人为控制的环境条件，改变某些特定的参数，观察模型的反
16、应，研究真实系统的现象或过程。系统仿真方法型的反应，研究真实系统的现象或过程。系统仿真方法是一种间接的研究方法。是一种间接的研究方法。2、主要过程：建立模型模型实验：借助计算机和其他专用的物理效应设备，利用多个系统模型对真实或假象的系统进行实验结果分析第三节第三节 物流系统仿真物流系统仿真第31页/共47页二、系统仿真的特点二、系统仿真的特点1 1、利用仿真模型可将复杂事物抽象化，了解系、利用仿真模型可将复杂事物抽象化，了解系统的可行性和可靠性，检验理论的正确性，寻求统的可行性和可靠性，检验理论的正确性，寻求解决问题的途径。解决问题的途径。2 2、利用仿真可避免在实际系统上试验时间过长、利用仿
17、真可避免在实际系统上试验时间过长的弊病，节省人力、物力的弊病，节省人力、物力 3 3、某些复杂系统既不能用实际试验方法，又不、某些复杂系统既不能用实际试验方法，又不能用解析方法时，计算机仿真方法是唯一有效方能用解析方法时，计算机仿真方法是唯一有效方法。法。第32页/共47页4 4、可以避免对实际系统进行破坏性和危害性的、可以避免对实际系统进行破坏性和危害性的实验。在这种情况下，仿真方法的优点更为实验。在这种情况下，仿真方法的优点更为突出。突出。5 5、仿真可以研究单个变量或参数变化时对系统、仿真可以研究单个变量或参数变化时对系统整体的影响，并且可以多次重复试验，这在整体的影响，并且可以多次重复
18、试验，这在真实系统中是困难或不可能的。真实系统中是困难或不可能的。6 6、仿真方法用来检验理论分析所得的结果的正、仿真方法用来检验理论分析所得的结果的正确性和有效性，其基本方法较易掌握，仿真确性和有效性，其基本方法较易掌握，仿真的结果直观，便于理解。的结果直观，便于理解。第33页/共47页优点优点缺点缺点可以进行如下的对照试验，对于不能得可以进行如下的对照试验，对于不能得到解析解的问题，仿真的方法能够得到到解析解的问题，仿真的方法能够得到其解其解（1 1）能够考虑加入多个要素）能够考虑加入多个要素（2 2）能够对多个要素分别处理）能够对多个要素分别处理（3 3）能够考虑代替方案）能够考虑代替方
19、案（4 4）几乎对实际问题（系统）不施加）几乎对实际问题（系统）不施加影响影响 能够对同系统有关的人员进行有效能够对同系统有关的人员进行有效地训练地训练 能够提高运用系统的洞察力能够提高运用系统的洞察力 对不具备许多预备知识的人，也很对不具备许多预备知识的人，也很容易用模型加以说明，所以容易被人理容易用模型加以说明，所以容易被人理解，容易从模型的得到有益的说明。解，容易从模型的得到有益的说明。1 1、在解中必定伴有统、在解中必定伴有统计误差计误差2 2、对解的正确性一般、对解的正确性一般不能进行验证不能进行验证3 3、有忽略重要假定的、有忽略重要假定的可能性可能性4 4、实际数据的收集很、实际
20、数据的收集很麻烦麻烦5 5、即便得到了数值解，、即便得到了数值解，也不能得到关于解的一也不能得到关于解的一般性质般性质6 6、仿真的准备，模型、仿真的准备，模型的制作，程序的设计等的制作，程序的设计等步骤繁琐步骤繁琐第34页/共47页三、系统仿真的相关技术三、系统仿真的相关技术1 1、计算机仿真、计算机仿真 应用计算机对系统的结构、功能和行为，以应用计算机对系统的结构、功能和行为，以及参与系统控制的人的思维过程和行为进行的模及参与系统控制的人的思维过程和行为进行的模拟。通过对系统建立模型，刻画系统特征，得出拟。通过对系统建立模型，刻画系统特征，得出数量指标，为决策者提供定量分析的结果，作为数量
21、指标，为决策者提供定量分析的结果，作为决策的理论依据。决策的理论依据。2 2、计算机仿真语言、计算机仿真语言 DYNAMO DYNAMO、CSMPCSMP、GPSSGPSS3 3、建模与仿真方法学、建模与仿真方法学 仿真算法、仿真软件、仿真计算机等第35页/共47页四、物流系统仿真分类四、物流系统仿真分类（一）物流过程的仿真研究（二）物流管理的仿真研究（三）物流成本的仿真研究第36页/共47页（一）物流过程的仿真研（一）物流过程的仿真研究究n物流过程是指运输、仓储、包装等物流的功能过程。n研究目的归结如：在时间的过程中，这些过程是如何推进的？推进过程发生了哪些事件？这些事件引起系统状态发生了哪
22、些状态变化等等问题。n用仿真工具研究这类物流的问题，我们归结为物流过程的仿真研究。n例如通过公路运输系统过程的仿真研究，可以分析运输过程中公共运输的规划与效率、交通事故的影响、迂回线路的选择等问题。通过自动化物流过程仿真可以分析自动化物流系统设备布局的合理性、设备运行的效率、系统的生产率、系统中设备的利用率等。第37页/共47页（二）物流管理的仿真研究（二）物流管理的仿真研究n物流管理的仿真研究是为物流管理决策服务的。n例如，交通运输网络的布局规划、自动化系统的的策略运用、物流园区的规划、供应链库存控制策略等。第38页/共47页（三）物流成本的仿真研（三）物流成本的仿真研究究 物流成本的计算是
23、一件极其细致、复杂的事情。传统的制造业中，往往将物流成本与供应或销售的成本混在一起计算。因此无法准确掌握物流成本，也就无法根据物流成本的核算改进物流的流程和操作。第39页/共47页五、物流系统仿真的特点五、物流系统仿真的特点（一）物流系统中流的仿真（一）物流系统中流的仿真 n n物流系统中有多种流，货流、车流、船流、商物流系统中有多种流，货流、车流、船流、商流、信息流等。由于流的流动，应采用动态仿真流、信息流等。由于流的流动，应采用动态仿真方法描述流的产生、流动、消失、积累和转换等。方法描述流的产生、流动、消失、积累和转换等。第40页/共47页（二）物流系统中的排队仿真（二）物流系统中的排队仿
24、真n n由一个或多个服务台和一些等待服务的顾客由一个或多个服务台和一些等待服务的顾客组成的离散系统称为排队系统。在物流系统中，组成的离散系统称为排队系统。在物流系统中，船由锚地靠泊码头泊位及车辆运营的仿真等都船由锚地靠泊码头泊位及车辆运营的仿真等都属于这类仿真。这种仿真大多采用离散型仿真属于这类仿真。这种仿真大多采用离散型仿真方法来进行。方法来进行。第41页/共47页（三）物流组织中人的因素仿真（三）物流组织中人的因素仿真n物流组织是通过人的参与实现的。即使在同样规划下，不同的人、组织，物流服务质量和运行效率仍有较大差异。通过计算机仿真描述人的思维过程，从而给出较优的物流组织方案。第42页/共
25、47页六、连续系统和离散事件系统的仿真六、连续系统和离散事件系统的仿真n n连续系统仿真是系统的状态随着时间连续变化连续系统仿真是系统的状态随着时间连续变化的系统的仿真。的系统的仿真。n n离散事件系统是指那些系统状态变量随着时间离散事件系统是指那些系统状态变量随着时间呈离散状态的变化呈离散状态的变化。第43页/共47页（一）离散事件系统与连续系统异同（一）离散事件系统与连续系统异同 n n时间基时间基:连续系统的时间基是一个确定的值连续系统的时间基是一个确定的值 ;离散事件系统的时间基则是可变的离散事件系统的时间基则是可变的 n n输入变量输入变量:确定性变量确定性变量;随机随机 n n状态
26、变量状态变量:连续变量连续变量,非连续的非连续的 n n状态转移函数状态转移函数:存在存在,不存在不存在 n n状态空间状态空间:状态变量的集合所表示的空间状态变量的集合所表示的空间 (均均有有)主要区别：离散事件系统输入、输出变量的随机主要区别：离散事件系统输入、输出变量的随机性和状态变化的不确定性性和状态变化的不确定性第44页/共47页（二）离散事件的基本要（二）离散事件的基本要素素1、实体（单元）永久性实体：在系统仿真期间始终停留在系统中的实体临时性实体：系统仿真期间流经系统，在仿真结束前离开系统的实体2、属性：实体的与仿真相关的所有特征3、事件：引起系统状态变化的行为；程序事件 系统状
27、态变化的起因4、活动：事件与事件之间的过程 系统状态转移的标志5、进程：有序的事件与活动组成的过程 描述事件、活动的相互逻辑关系和时序关系第45页/共47页（一）确定仿真目标：是系统调研和建模的依据（二）确定仿真算法（三）建立仿真模型（四）模型实验与模型确认 验证仿真模型是否被准确的描述成可执行的模型 确认所建立的模型和模型的运行特征是否能够代表所要研究的实际系统（五）运行仿真模型（六）仿真结果分析 对照仿真目标考虑仿真结果是否满意；仿真结果反映真实系统的可信度和精确度如何（七）仿真结果输出七、离散事件系统仿真基本步骤七、离散事件系统仿真基本步骤第46页/共47页谢谢您的观看！第47页/共47页