第8章物流系統(tǒng)動力學

1、第16講 物流系統(tǒng)動力學概述 主講：麥宗琪 時間：2016.6.23 本章主要內容本章主要內容 1 系統(tǒng)動力 學 概述 2 系統(tǒng)動力學 基本原理 3 物流系統(tǒng)動 力學模型 本章學習目標本章學習目標 了解系統(tǒng)動力學的應用對象、范圍和特點； 理解系統(tǒng)動力學的基本原理； 理解系統(tǒng)動力學的模型 1. 1. 系統(tǒng)動力學的應用對象和范系統(tǒng)動力學的應用對象和范 圍圍 這些研究對象有什么共同特點？ 工商 企業(yè) 其它 社會 經濟 城市 規(guī)劃 科研 設計 人口 問題 共同特點共同特點 因果關系復雜 需比較 非線性 自律性 待擇優(yōu) 多重反饋 總結總結 基于動力學，能對系統(tǒng)內部因素及系統(tǒng)內外因 素的相互關系予以明確認

2、識和體現(xiàn)； 以計算機仿真為輔助，以聯(lián)系、運動和發(fā)展的 理念能求解高階、非線性的模型；而解析法則 較難解，或解不可靠； 對參數(shù)無需太敏感，即可認識內部關聯(lián)；參數(shù) 設定后可起到模擬作用； 便于實現(xiàn)建模人員、決策者、專家及群眾綜合 意見，融合各方經驗知識。 系統(tǒng)動力學基本原理基礎理論系統(tǒng)動力學基本原理基礎理論 基礎理 論 控制論 系統(tǒng)分 析法 計算機 仿真技 術 決策論 反饋控制、自動調節(jié)、 時間滯后、噪聲干擾 在若干個備 選方案中作 出選擇 模型求解的 重要手段 各種定性和 定量系統(tǒng)工 具和方法 理論之一：反饋控制理論之一：反饋控制 系統(tǒng)將來的行為是結果 的函數(shù)。即根據(jù)系統(tǒng)輸 出的結果指導將來的行

3、 動。 將系統(tǒng)輸出與目標值所 產生的偏差作為系統(tǒng)輸 入，然后對系統(tǒng)下一次 輸出結果產生影響并改 善決策的自動調節(jié)過程。 工作原理工作原理 信息 決策行為 系統(tǒng) 狀態(tài) 反饋控制過程 首先觀察要 研究的實際 系統(tǒng) 搜集關于系 統(tǒng)狀態(tài)的信 息，分析各 要素之間的 因果關系 分析各要 素之間的 因果關系 采取行動，行動又作 用于實際系統(tǒng)，使系 統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生改變， 這些變化提供的信息 再次決定決策者的下 一次行動，從而形成 了反饋回路。 系統(tǒng)動力學利用反饋控制的原理，用因果關系圖和流程 圖來描述系統(tǒng)的內部聯(lián)系，并用仿真語言來定量計算系統(tǒng)狀 態(tài)的動態(tài)變化。 建模過程建模過程 明確明確 目的目的 確定確定

4、邊界邊界 因果因果 分析分析 建立 模型 仿真仿真 實驗實驗 結果 分析、 對比、 解釋 模型模型 修改修改 反饋環(huán)繪圖、建方程 考慮加入的因素，考慮加入的因素， 保持邊界彈性保持邊界彈性 檢驗理論；認識系 統(tǒng)反饋結果與動態(tài) 行為，改善決策 建模細節(jié)建模細節(jié)1: 1: 因果分析因果分析 A AB B 出生人出生人 口數(shù)口數(shù) 人口人口 總數(shù)總數(shù) 死亡人死亡人 口數(shù)口數(shù) 人口人口 總數(shù)總數(shù) （正負）因果鏈：因果箭描述的遞推性因果關（正負）因果鏈：因果箭描述的遞推性因果關 系系 因果箭因果箭 正因果箭正因果箭負因果箭負因果箭 A AB B 因果鏈因果鏈 C C D D 建模細節(jié)建模細節(jié)1: 1: 因

5、果分析因果分析 ABC D A BC 負反饋回路 收斂性；內部穩(wěn)定器 正反饋回路 增長性；自我強化劑 因果關系反饋回路多重因果關系反饋回路 選擇哪些因素來形成因果箭和因果反饋回路，至關重要。 建模細節(jié)建模細節(jié)2 2: : 基本技術（流程圖）基本技術（流程圖） 反饋回路的兩種基本變量 Text Text Text 狀態(tài)變量 為流位變量 ，是描述系 統(tǒng)積累效應 的變量 決策變量 流率變量、 速率，是描 述系統(tǒng)積累 效應的變化 快慢的變量 建模細節(jié)建模細節(jié)2 2: : 基本技術（流程圖）基本技術（流程圖） 流（Flow)流位（Level）流率（Rate） Source/Sink參數(shù)（Paramete

6、r）Auxiliary Variable 流程圖符號 滯后（Delay） 信息的取出 流程圖例流程圖例 進行存款活動時，存 款與利息的因果關系 反饋回路可表示為： 可用流程圖描述以上因果關系反饋回路為： 其中： 存款為狀態(tài)變量 利息為流率變量 利率為輔助變量 建模細節(jié)建模細節(jié)2 2: : 基本技術（方程）基本技術（方程） 狀態(tài)變量方程：描述系統(tǒng)中狀態(tài)變量的積累過程 L LEVEL.K=LEVEL.J+DT*(INFLOW.JK-OUTFOLW.JK) 流率方程：描述系統(tǒng)狀態(tài)變量方程中輸入與輸出的速度 CON.K,AUX.K, LEVEL.K,RATE.KLf R 輔助方程：反饋系統(tǒng)中描述信息的

7、運算式，用以輔助說 明流率變量的細節(jié) CON.K,RATE.JK,LEVEL.K,AUX.K,AUX.Kg A 代碼表： K 當前時刻；J 前一時刻；L 下一時刻； DT 從J時刻到K時刻的計算間隔；CON（Constant）常量 建模細節(jié)建模細節(jié)2 2: : 基本技術（方程）基本技術（方程） 常量方程：定義模型中的各種參數(shù)值 CON C 注意：(1)常量方程中不能出現(xiàn)時間下標 (2)常量可以依賴于其他常量。 賦值方程：為狀態(tài)變量賦予初始值 LEVEL N 注意：(1)賦值方程中不能出現(xiàn)時間下標 (2)模型中每一個狀態(tài)變量方程都必須賦予初始值， 因此每個L方程后都必須跟隨一個N方程 系統(tǒng)動力學

8、建模例系統(tǒng)動力學建模例 早期軟件文本編程方式，需要用流程 圖描繪出系統(tǒng)模型后，在流程圖里用 不同的符號表示不同類型的函數(shù)，之 后才編寫程序，因此較為復雜。 由美國Ventana Systems公司開發(fā)的 一款可視化系統(tǒng)動力學軟件。與 DYNAMO相比，Vensim提供了相對 簡單靈活的方式，在繪制流程圖的過 程中，同時已建立了模型的數(shù)學關系， 無需使用許多圖形符號。 DYNAMO Vensim Vensim操作界面 繪圖 說明 VensimVensim系統(tǒng)建模系統(tǒng)建模 1. 繪制因果關系圖 1. 繪制流程圖 2. 建立方程 利息存款*利率; 4. 仿真運行及結果分析 第17講 物流系統(tǒng)動力學概

9、述 主講：麥宗琪 時間：2016.6.30 例1: 物流系統(tǒng)動力學建模 物流系統(tǒng)動力學模型中最基本的是一階和二 階反饋回路。如： 【例82】已知一庫存系統(tǒng)，當前庫存量為2000件， 期望庫存量為8000件，每周向供應商訂貨，欲用5周 時間調整到期望庫存，用Vensim建立一個一階負反饋 回路對這個系統(tǒng)進行仿真。 【例83】已知一庫存系統(tǒng)，當前庫存量為2000件， 期望庫存量為8000件，每周向供應商訂貨，貨物的在 途時間為10周，庫存調整時間為5周，用Vensim建立 一個二階負反饋回路對這個系統(tǒng)進行仿真。 一階負反饋回路 第一步：因果關系分析 l當庫存量增加時，庫存量與期望庫 存量之間的差額

10、減少，兩者形成負因 果箭 l當庫存差額增加時，訂貨速率（即 每周的訂貨批量）增加，兩者形成正 因果箭；當訂貨速率增加時，庫存量 將變大，兩者形成正因果箭。 二階負反饋回路 同理，庫存量與庫存差額形成負 因果箭，庫存差額與訂貨速率形 成正因果箭；不同的是，當訂貨 速率增加時，在途庫存量變大， 兩者形成正因果箭，最后在途庫 存量的增加引起入庫率（每周入 庫的商品量）的增加，形成正因 果箭。 一階負反饋回路 第二步：繪制流程圖 l庫存量為狀態(tài)變量，訂貨速率為流率變量，庫存差額、期望庫存量 和庫存調整時間為輔助變量。 二階負反饋回路 庫存量和在途庫存量為狀態(tài)變量，訂貨速率和入庫率為流率變量，庫存差 額

11、、期望庫存量、庫存調整時間和庫存在途時間為輔助變量。 第三步：輸入方程式 庫存調整時間5（周） 期望庫存8000（件） 初始庫存量2000（件） 庫存差額 期望庫存量-庫存量 訂貨速率 庫存差額/庫存調整時 間 庫存量 INTEG（訂貨速率） 一階負反饋回路二階負反饋回路 庫存調整時間5（周） 期望庫存8000（件） 初始庫存量2000（件） 庫存在途時間10（周） 庫存差額期望庫存量-庫存量 訂貨速率庫存差額/庫存調整時間 入庫率在途庫存量/庫存在途時間 在途庫存量 INTEG（訂貨速率入庫率） 庫存量INTEG（入庫率） 四、仿真分析 當庫存量越來越接近期望庫存量時，訂貨速率越來越小，最后

12、庫存量 在第20周左右逐漸逼近期望庫存量，該庫存系統(tǒng)是一個漸進穩(wěn)定的系 統(tǒng)，其中的一階負反饋回路起到了自我平衡的作用。 一階負反饋回路 二階負反饋回路 二階負反饋回路與一階負反饋回路一樣，能實現(xiàn)庫存量向期望庫存量靠 近的功能，但不同之處在于，二階負反饋回路的調整過程是振蕩衰減逐 漸逼近目標值的。 一、VMI系統(tǒng)行為模式分析 二、VMI系統(tǒng)的因果反饋關系 三、VMI系統(tǒng)模型流程圖 四、各個模塊的系統(tǒng)動力學構造方程式 例2：VMI模式下供應鏈系統(tǒng)動力學建模 一、VMI系統(tǒng)行為模式分析 供應商分銷商 基于預測的訂單 產品 圖8-23 傳統(tǒng)庫存管理模式 分銷商供應商 實時的客戶需求信息 按實際需求發(fā)貨

13、 圖8-24 VMI庫存管理模式 在VMI庫存管理模式下，系統(tǒng)限定成員主要包括: 供應商分銷商生產商 訂單拉動 式生產 一般是由分 銷商按照一 定的評估標 準在優(yōu)秀的、 有實力的供 應商中挑選 出來的 掌管分銷商 在各地的庫 存，與分銷 商一次議價 建立長期的 需求協(xié)議 VMI系統(tǒng)中的四類庫存： 1 2 生產商 在制品庫存 供應商庫存 3 4 供應商庫存分銷商庫存 二、VMI系統(tǒng)的因果反饋關 系 Order Rate Batch Order Rate WIP Inventory WIP Inventory Gap Desired WIP Inventory Production Rate Ve

14、ndor Inventory Vendor Inventory Gap Desired Vendor Inventory Desired Production Rate Vendor Shipment Rate Distributor Receiving Rate Goods In-transit Distributor Inventory Distributor Shipment Rate Distributor Inventory Gap Order Fulfillment Desired Distributor Inventory End Customer Demand Rate Exp

15、ected Customer Demand Rate + + + - + + + - + + + + + + - - + + + + + + + + + + + + + + WIP Inventory Vendor Inventory Goods In-transit Distributor Inventory manufacturer order backlog Order RateProduction Rate Vendor Shipment Rate Distributor Receiving Rate Distributor Shipment Rate WIP Inventory Ga

16、p manufacturer desired production rate Desired WIP Inventory manufacturer adjust time manufacturer safety stock coverage Production Smooth Time avg production rate Distributor Desired Production Distributor Adjust time Distributor Inventory Gap Desired Distributor Inventory Distributor Safety Stock Coverage Order Fullfillment Rate End Customer Demand rate input avg customer demand rate demand smooth time Transit Lead Time Vendor Inventory Gap Desired Vendor Inventory Vendor Safety Stock Coverage