物流系統(tǒng)模型

1、物流系統(tǒng)模型1模型概述學(xué)習(xí)物理系統(tǒng)的模型之前我們先要知道什么是模型。模型的概念：模型是指為了某個特定的目的將原型所具有本質(zhì)屬性的某一部分信息經(jīng)過簡化，提煉而構(gòu)造的原型替代物。模型是集中反映系統(tǒng)信息的整體，模型是對實際系統(tǒng)的一種抽象，是系統(tǒng)本質(zhì)的表述，是人們對客觀世界反復(fù)認(rèn)識，分析，經(jīng)過多級轉(zhuǎn)換，整合等相似過程而形成的最終成果，它具有與系統(tǒng)相似的數(shù)學(xué)描述或物理屬性，以各種可用的形式，給出研究系統(tǒng)的信息。一個原型，為了不同的目的可以有多種不同的模型。模型是對陣時系統(tǒng)中那些有用的和令人感興趣的的特性的抽象化。模型建立起來以后，就可以進(jìn)行“如果，怎么樣”的實驗。輸出（相應(yīng)）輸入變量（因素） 仿真模型從

2、上圖我們可以看出，我們可以向模型輸入?yún)?shù)和變量，然后他會按照我們事先設(shè)定好的邏輯或運(yùn)算方法給出模擬的結(jié)果。從而我們可以提高對系統(tǒng)的認(rèn)識，評價各種策略對系統(tǒng)的影響，幫助我們決策和發(fā)現(xiàn)問題。模型的分類按形式：抽象模型和形象模型。按變量性質(zhì)：動態(tài)和靜態(tài)，連續(xù)和離散，確定性和隨機(jī)性模型。按模型規(guī)模：宏觀模型，中觀模型，微觀模型。按模型用途：工程用模型，科研用模型和管理用模型等。根據(jù)模型與實際系統(tǒng)的一致程度，可以概略的把模型分為以下四類：實物模型，圖形模型，數(shù)學(xué)模型和模擬模型。1，實物模型是根據(jù)系統(tǒng)之間相似性而建立起來的物理模型。靜態(tài)實體模型最常見的是比例模型，例如建筑縮小比例模型。2，圖形模型是用少量

3、文字，簡明的數(shù)字，不同形式的直線和曲線所構(gòu)成的圖模型，直觀，生動，形象地表示出現(xiàn)實系統(tǒng)的本質(zhì)規(guī)律圖形模型可分為流程圖，方框圖，結(jié)構(gòu)圖，流圖以及網(wǎng)絡(luò)圖等。（1） 流程圖：反映某種實體的流轉(zhuǎn)過程，例如生產(chǎn)流程圖。（2） 方框圖：一個系統(tǒng)由許多子系統(tǒng)組成，用方框圖代表子系統(tǒng)從而簡化了對問題的說明。（3） 結(jié)構(gòu)圖：用來研究系統(tǒng)元素之間的邏輯關(guān)系，結(jié)構(gòu)層次，空間分布等。如管理決策的層次結(jié)構(gòu)，企業(yè)的組織結(jié)構(gòu)。（4） 流圖：可分為信息流圖，資金流圖和物流圖。信息流圖能反映組織信息的來龍去脈；資金流圖反映了費(fèi)用的流轉(zhuǎn)和消耗情況，通過計算每一環(huán)節(jié)的費(fèi)用可以分析出企業(yè)的生產(chǎn)效益；物流圖反映了物資流動方向，運(yùn)量，距

4、離和費(fèi)用等內(nèi)容，對研究工廠布局，計算運(yùn)費(fèi)，確定運(yùn)輸工具有重要意義。3. 數(shù)學(xué)模型：廣義地說，凡是一切數(shù)學(xué)概念，數(shù)學(xué)理論體系，各種數(shù)學(xué)公式，各種方程式以及有公式系列構(gòu)成的算法系統(tǒng)等都被稱為數(shù)學(xué)模型。狹義的說，凡是將具體現(xiàn)象，事物的特征和性質(zhì)給以數(shù)學(xué)表達(dá)的數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)，如各種等式，不等式，圖，表或框圖等，也叫數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型是已解決某個現(xiàn)實問題為目的，從該問題中抽象歸結(jié)出來的數(shù)學(xué)問題也叫數(shù)學(xué)模型，也就是說數(shù)學(xué)模型是用數(shù)學(xué)術(shù)語對現(xiàn)實問題的具體描述。 數(shù)學(xué)模型，包括原始系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型和仿真系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型。原始系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型又包括概念模型和正規(guī)模型，概念模型是指用說明文字，框圖流程和資料等形式對原始系統(tǒng)的描述，

5、正規(guī)模型試用符號和數(shù)學(xué)方程式來表示系統(tǒng)的模型，其中系統(tǒng)的屬性用變量表示，系統(tǒng)的活動則用相互有關(guān)的變量之間的數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系來表示。原始系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模過程為一次性建模。 仿真系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型是一種適合在計算機(jī)上運(yùn)行和實驗的模型，主要根據(jù)計算及運(yùn)算特點(diǎn)，仿真方式，計算方法，精度要求，將原始系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)化成計算機(jī)程序。仿真系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模過程為二次建模過程。一個真實的系統(tǒng)它的內(nèi)在聯(lián)系和與外界的關(guān)系一般是非常復(fù)雜的，用系統(tǒng)模型完全準(zhǔn)確地描述是很困難的，只能近似的描述。建立物理屬性相似基礎(chǔ)上的物理模型描述真實系統(tǒng)的逼真感雖然較強(qiáng)，但對于復(fù)雜的系統(tǒng)，建立物理模型所需費(fèi)用大，而且要修改參數(shù)和改變結(jié)構(gòu)都很困難。相對而言

6、數(shù)學(xué)模型的建立和應(yīng)用修改則更為方便和經(jīng)濟(jì)。因此仿真系統(tǒng)中我們更多地是使用數(shù)學(xué)模型。4. 模擬模型和原系統(tǒng)的物理元素完全不同，但動作相似，當(dāng)兩系統(tǒng)性質(zhì)之間的關(guān)系相同時，常用便于分析計算的系統(tǒng)作為研究另一系統(tǒng)的模型。例如，在機(jī)械運(yùn)動中速度，力與質(zhì)量的關(guān)系，可用電路中的電壓，電流和電容來模擬。在電路中改變電壓，電流和電容遠(yuǎn)比機(jī)械運(yùn)動中改變速度，力和質(zhì)量簡單得多。數(shù)學(xué)模型的意義數(shù)學(xué)是進(jìn)行模型系統(tǒng)模擬和仿真的有力工具，建立數(shù)學(xué)模型是發(fā)展物流科學(xué)和解決實際物流問題的首要課題。數(shù)學(xué)建模是一種具有創(chuàng)新性的科學(xué)方法，它將問題簡化抽象為一個數(shù)學(xué)問題或數(shù)學(xué)模型，然后采取恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)方法求解，對現(xiàn)實問題進(jìn)行定量的分析和

7、研究。所以，建立準(zhǔn)確合理的數(shù)學(xué)模型是系統(tǒng)模擬工作的基礎(chǔ)?，F(xiàn)代工程技術(shù)復(fù)雜，系統(tǒng)龐大，工程上要關(guān)心整體的過程和系統(tǒng)的設(shè)計，而不能將問題簡單的分開來看。在對物流系統(tǒng)的研究過程中，我們要從整個供應(yīng)鏈的高度來看待問題，而不能僅僅拘泥于單個物流環(huán)節(jié)或設(shè)備控制設(shè)計上。因此現(xiàn)代物流系統(tǒng)模擬所要求的數(shù)學(xué)模型，應(yīng)是能反映整個過程的宏觀動力學(xué)模型。在建模上源于以往的物流學(xué)，但又有所區(qū)別，是一門新興的學(xué)科。系統(tǒng)模擬技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)使用模型的意義在于，客觀試題系統(tǒng)很難做實驗，或者根本不能做實驗，這種情況下可利用模擬系統(tǒng)代替；對象問題雖然可以做實驗，但是利用模型更便于理解；模型易于操作，利用模型的參數(shù)變化來了解現(xiàn)實問題的本質(zhì)

8、和規(guī)律更經(jīng)濟(jì)方便。具體說來，模型具有以下優(yōu)點(diǎn)： 1.符合人們思維習(xí)慣，有助于系統(tǒng)分析。 2.系統(tǒng)模擬對各種復(fù)雜的系統(tǒng)具有很好的適應(yīng)性。 3.系統(tǒng)模擬有利于定性和定量的結(jié)合。 4.系統(tǒng)模擬有利于解決隨機(jī)因素的影響。 5.系統(tǒng)模擬可以幫助系統(tǒng)優(yōu)化。系統(tǒng)模擬的特殊作用 所謂特殊作用，就是其他技術(shù)很難達(dá)到或者無法取代的作用。主要由以下幾個方面：（1） 過程系統(tǒng)通常屬于大型工業(yè)系統(tǒng)，其流程復(fù)雜，投資巨大，生產(chǎn)連續(xù)性強(qiáng)。從經(jīng)濟(jì)安全性出發(fā)，一般不允許在真實系統(tǒng)上進(jìn)行實驗研究，必須借助模擬手段。（2） 計劃中或設(shè)計中的過程系統(tǒng)，現(xiàn)實世界中并不存在，只能通過模擬手段進(jìn)行實驗研究。（3） 高質(zhì)量的模擬模型具有預(yù)測

9、性。應(yīng)用現(xiàn)代高速大容量模擬計算機(jī)，人們可以短時間內(nèi)預(yù)測實際過程系統(tǒng)數(shù)月甚至數(shù)年時間中所發(fā)生的現(xiàn)象和事件，這是模擬技術(shù)“超時空”的優(yōu)點(diǎn)。（4） 實際過程系統(tǒng)根本不允許做的實驗。如超極限運(yùn)行，破壞性試驗，事故分析等，利用模擬技術(shù)不會造成任何損失，是最安全的實驗研究方法。（5） 模擬實驗研究主要在模擬機(jī)上進(jìn)行。與真實系統(tǒng)試驗相比，除了安全以外還大大節(jié)省原材料，能源消耗和人力資源等。（6） 動態(tài)模擬數(shù)學(xué)模型可以產(chǎn)生被模擬系統(tǒng)受到各種外部擾動或操作變化的動態(tài)響應(yīng)，這種特點(diǎn)即模擬的預(yù)測性。也就是說，一個高質(zhì)量的數(shù)學(xué)模型不是主觀認(rèn)為賦給模型哪些功能，模型則只產(chǎn)生哪些功能或現(xiàn)象。從這個意義上看，采用模擬技術(shù)可

10、以輔助工程技術(shù)人員全面認(rèn)識和分析過程系統(tǒng)，防止人為思維慣性所產(chǎn)生的遺忘導(dǎo)致的實驗，研究或設(shè)計的重大失誤。（7） 模擬技術(shù)通常用軟件形式體現(xiàn)，用軟盤，磁帶或光盤等作為載體，傳遞復(fù)制極為方便。軟件還是一種可以在“信息高速公路”甚至電話線中傳送的資源，這是模擬技術(shù)便于傳播推廣的一大優(yōu)勢。物流系統(tǒng)模型1物流系統(tǒng)模擬技術(shù)的應(yīng)用模擬技術(shù)對于研究對象表征不需要非常的抽象，同時模擬模型可以方便的調(diào)整系統(tǒng)內(nèi)部各個環(huán)節(jié)的結(jié)構(gòu)以及它們之間的關(guān)系，這些無疑非常適合于物流系統(tǒng)多變的特性。用模擬方法來構(gòu)建模型，可以全面分析供應(yīng)鏈，隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，這種分析可以更加深入，考慮隨機(jī)性，包括供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)的隨機(jī)性與訂貨和供應(yīng)的

11、隨機(jī)性，同時還可以考慮系統(tǒng)的動態(tài)需求。同時，使用模擬技術(shù)，對物流系統(tǒng)進(jìn)行研究，可以定性預(yù)定量相結(jié)合，微觀研究與宏觀研究相結(jié)合。在物流系統(tǒng)研究中系統(tǒng)模擬技術(shù)的應(yīng)用主要由以下幾個方面。1. 物流系統(tǒng)的規(guī)劃與設(shè)計2. 物料控制3. 物料運(yùn)輸速度4. 物流成本估算物流系統(tǒng)模型的特點(diǎn) 物流系統(tǒng)模型具有如下三個特點(diǎn)： 一是實體的抽象或模仿； 二是由與分析問題有關(guān)的因素所組成； 三是用來表明這些因素間的關(guān)系。物流模型的主要參數(shù)。周期數(shù)，庫存量，初始庫存，庫存價格，庫存成本，進(jìn)（出）貨量，延遲時間，運(yùn)輸價格，運(yùn)輸成本，總成本。以及其他可能的參數(shù)。物流系統(tǒng)常用的數(shù)學(xué)模型1. 資源分配型生產(chǎn)經(jīng)營系統(tǒng)在有限的資金，

12、能源，原材料，資源，運(yùn)輸工具，臺時，工時等條件下運(yùn)作。如何合理安排分配有限的人力物力財力，使其充分發(fā)揮作用，使目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最優(yōu)，這就是資源分配型。通常可以利用的模型有線性規(guī)劃，動態(tài)規(guī)劃和目標(biāo)規(guī)劃。2. 存儲型為了使生產(chǎn)經(jīng)營得以正常運(yùn)轉(zhuǎn)，一定數(shù)量的資源儲備是必要的。在保證生產(chǎn)過程順利進(jìn)行的前提下，如何合理確定各種物資的存儲數(shù)量，使資源采購費(fèi)用，存儲費(fèi)用和因缺乏資源影響生產(chǎn)所造成的損失總和為最小。這就是存儲型。通常可以利用庫存模型和動態(tài)規(guī)劃模型。3輸送性在一定輸送條件下（如道路，車輛），如何使輸送量最大，輸送費(fèi)用最省，輸送距離最短，這就是輸送型。圖論，網(wǎng)絡(luò)理論，規(guī)劃理論為解決這類問題提供了有用的模

13、型。4.等待服務(wù)型系統(tǒng)中要求服務(wù)的顧客（如領(lǐng)料的工人，待打印的文件，保護(hù)愛的機(jī)器，提貨單）和為顧客服務(wù)的機(jī)構(gòu)（入倉庫，維修車間，發(fā)貨點(diǎn)），所構(gòu)成的等待系統(tǒng)中，如何最優(yōu)的解決“顧客”和“機(jī)構(gòu)”之間的問題，了解顧客到來的規(guī)律，確定顧客等待的時間，尋求顧客等待時間最少而機(jī)構(gòu)設(shè)置費(fèi)用最省的優(yōu)化方案。通?？梢岳门抨犇Ｐ汀?. 指配型任務(wù)的分配，生產(chǎn)的安排加工的順序等問題是企業(yè)中常見的問題。如何以最少的費(fèi)用最少的時間完成任務(wù)，就是指派型，數(shù)學(xué)上成為指派問題和排序問題。通?？梢岳玫哪Ｐ陀姓麛?shù)規(guī)劃和動態(tài)規(guī)劃模型。6. 決策型在系統(tǒng)設(shè)計和運(yùn)行管理中，從各種有利有弊且?guī)эL(fēng)險的替代方案中對經(jīng)營管理中的一些重大問

14、題做出及時而正確的決策，找出所需的最優(yōu)方案，這就是決策型。決策論為解決這類問題提供了可以利用的模型。7. 其他模型除上述介紹的模型外，還有諸如解釋預(yù)測型，投入產(chǎn)出型，布局選址型等。物流模型構(gòu)建的原則1. 模型構(gòu)造的系統(tǒng)化2. 物流模型的簡單化3. 物流研究的多方位化4. 物流模型構(gòu)建的規(guī)范化建模方法與步驟系統(tǒng)建模方法1. 直接分析法，系統(tǒng)較簡單，問題明確，可按問題的性質(zhì)直接建立模型。2. 數(shù)據(jù)分析法，當(dāng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的性質(zhì)尚不夠清楚，但是，通過分析系統(tǒng)功能的已有數(shù)據(jù)或新做的實驗所獲取的數(shù)據(jù)可以建立系統(tǒng)的模型。3. 實驗分析法，對于某些問題，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)分分析尚不能確定個別變量對整個系統(tǒng)工作指標(biāo)的影響，

15、又不太可能做大量實驗時，也可以在系統(tǒng)上做局部試驗，確定關(guān)鍵本質(zhì)變量，弄清楚其本質(zhì)特性及其對所關(guān)心的指標(biāo)的影響。逐漸分析，發(fā)現(xiàn)矛盾，建立實驗?zāi)Ｐ停钡饺〉脻M意效果為止。4. 主觀想象法當(dāng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性質(zhì)不明確，又無足夠的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)上無法做實驗時，此時看來無法建立模型，但實際還是可以用“主觀想象”來人為地實現(xiàn)一個模型。5. 人工實現(xiàn)法當(dāng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，性質(zhì)不明確，沒有足夠的證據(jù)，又無法在系統(tǒng)上做實驗，或者不允許做實驗時，可以利用人工現(xiàn)實系統(tǒng)逐步建立模型。物流系統(tǒng)模型建立步驟1. 弄清問題，掌握真實情況2. 搜集資料3. 確定因素之間的關(guān)系4. 構(gòu)造模型5. 求解模型6. 檢驗?zāi)Ｐ偷恼_性系統(tǒng)模擬遵循的總

16、體工作流程（1） 系統(tǒng)定義。根據(jù)模擬目的，規(guī)定模擬系統(tǒng)的邊界條件和約束條件。（2） 數(shù)學(xué)建模，根據(jù)系統(tǒng)試驗知識，模擬目的和實驗資料來確定系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的框架，結(jié)構(gòu)和參數(shù)。模型的簡繁程度應(yīng)與模擬目的相匹配，要確保模型的有效性和模擬的經(jīng)濟(jì)性。（3） 模擬建模。根據(jù)數(shù)學(xué)模型的形式，計算機(jī)的類型以及模擬目的將數(shù)學(xué)模型轉(zhuǎn)變?yōu)槟M模型，建立模擬模型試驗框架。應(yīng)進(jìn)行模型變換正確性校核。（4） 裝載。利用模擬軟件將模擬模型輸入計算機(jī)。設(shè)定試驗條件及記錄變量。（5） 實驗。根據(jù)模擬目的在模型上進(jìn)行試驗。（6） 結(jié)果分析。根據(jù)實驗要求對結(jié)果做分析，整理及文檔化。根據(jù)分析的結(jié)果修正數(shù)學(xué)模型，模擬模型，模擬程序，以進(jìn)行

17、新的實驗。物流系統(tǒng)建模應(yīng)注意的幾個問題1.對研究對象的了解建立可信的系統(tǒng)模型是系統(tǒng)模擬最重要的前提，也是模擬中比較困難的部分。其次系統(tǒng)模擬需要收集大量的數(shù)據(jù)，模擬模型的每一個細(xì)節(jié)都要以實際數(shù)據(jù)為依據(jù)。借助模擬方法優(yōu)化系統(tǒng)時，需要對每次模擬過程反映出的現(xiàn)象，進(jìn)行深入的綜合分析，提出改進(jìn)建議，在模擬檢驗改進(jìn)措施的效果。 當(dāng)前計算機(jī)運(yùn)算速度和容量都有了很大的提高，模擬軟件不斷完善，因此只要能夠建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型，幾乎可以模擬人和試驗規(guī)模，任意復(fù)雜程度的系統(tǒng)。 以下情況會使建模者無法得到準(zhǔn)確完備的數(shù)學(xué)模型（1） 由于經(jīng)驗不足，建模者對系統(tǒng)過程了解有片面性，或?qū)?shù)據(jù)源的理解偏離了實際，所建立的模型不可能提供正確的描述。（2） 由于測試手段或方法的限制，建模者無法獲得完備的，有關(guān)過程系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。（3） 由于建模者采用的數(shù)學(xué)方法不準(zhǔn)確，模型得不出預(yù)期的結(jié)果。或者由于模型數(shù)學(xué)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)致模型計算的穩(wěn)定性差。如代數(shù)方程不收斂，微分方程震蕩發(fā)散等。模型中出現(xiàn)此類問題，使得調(diào)試工作相當(dāng)困難。（4） 由于建模效率低，對于建模周期很長的大型系統(tǒng)而言，如果新建物流系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)入施工階段，建模工作尚未完成，用模擬技術(shù)進(jìn)行設(shè)計方案可行性分析的意義就不大了。 基