物流系統(tǒng)建模及模型化技術(shù)概述

第三章物流系統(tǒng)建模及模型化技術(shù)系統(tǒng)模型的概念及分類物流系統(tǒng)模型的建立結(jié)構(gòu)模型化技術(shù)——解釋結(jié)構(gòu)模型13.1系統(tǒng)模型概念及分類一、對模型的認識

二、物流系統(tǒng)模型的定義

三、模型的分類2一、對模型的認識345一般的優(yōu)化設(shè)計模型可以表示如下：6從以上實例中，可以看出模型有以下特點：模型反映了真實系統(tǒng)的特征及其變化規(guī)律模型是實體的抽象或模仿模型反映同類事物的共性模型忽略了與分析無關(guān)的因素7現(xiàn)實世界的系統(tǒng)原型模型（數(shù)學(xué)模型）結(jié)論現(xiàn)實世界的分析、預(yù)測、決策、控制現(xiàn)實世界與模型的關(guān)系抽象、翻譯分析求解解釋現(xiàn)實問題比較檢驗?zāi)Ｐ?模型：模型是對真實系統(tǒng)的特征及其變化規(guī)律的一種表示或抽象，而且往往是對系統(tǒng)中那些所要研究的特征的抽象。二、模型的定義9物流系統(tǒng)模型：物流系統(tǒng)模型是對物流系統(tǒng)的特征要素、相關(guān)信息和變化規(guī)律的一種抽象表述，反映物流系統(tǒng)某些本質(zhì)屬性。10物流系統(tǒng)模型型的特征：（1）是物流流系統(tǒng)中現(xiàn)實實實體的抽象象或模仿；（2）由一些些與物流系統(tǒng)統(tǒng)分析有關(guān)的的因素所組成成；（3）用來表表明物流系統(tǒng)統(tǒng)中各因素間間的關(guān)系。建立模型的目目的就在于通過模模型將復(fù)雜的的事物簡單化化，通過模型型認識和掌握握系統(tǒng)規(guī)律和和特征。11三按模型型形式式進行行的詳詳細分分類123.2物物流流系統(tǒng)統(tǒng)模型型的建建立一、物物流系系統(tǒng)建建模原則二、物物流系系統(tǒng)建建模思路三、物物流系系統(tǒng)建建模步驟四、建建立數(shù)數(shù)學(xué)模模型的的注意事事項131．準(zhǔn)準(zhǔn)確性性（本質(zhì)規(guī)規(guī)律））2．可可靠性性（精確確度））3．簡簡明性性4．實實用性性（標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)化、、規(guī)范范化，，要盡盡量采采用已已有的的模型型）5．反反饋性性（由淺淺入深深、循循序漸漸進））一、物物流系系統(tǒng)建建模原則14任務(wù)驅(qū)驅(qū)動的的教學(xué)學(xué)過程程模型型15二、、物物流系系統(tǒng)建建模思路模型變變量，，通常常都包包括有有可控變變量和不可控控變量量。模型型表示示如下下：U=f(xi,yi)式中：：U——描描述系系統(tǒng)功功能的的效用用或準(zhǔn)準(zhǔn)則值值，也也叫作作目標(biāo)標(biāo)函數(shù)數(shù)；xi——可可控變變量；；yi——不不可控控變量量，對對U有影響響；f——目目標(biāo)函函數(shù)U與變量量xi,yi之間的的關(guān)系系函數(shù)數(shù)。上面的的關(guān)系系式加加上約束條條件就形成成一個個完整整的系系統(tǒng)模模型161．直直接分分析法法當(dāng)系統(tǒng)統(tǒng)比較較簡單單，問問題很很明確確時，，可按按問題題的性性質(zhì)直直接建建立模模型。例1：：面積為為一定定值的的矩形形中，，周長長最小小時矩矩形各各邊的的長度度。解：因因為是是矩形形，其其對邊邊兩兩兩相等等。設(shè)設(shè)其——邊長長為x．鄰邊邊長為為y，則周周長L=2（x+y）。設(shè)設(shè)矩形形面積積為A。則則有A＝xy或y＝A／x（約束束條件件）把上式式代人人周長長L的的關(guān)系系式，，可得得L＝2(x十y)＝＝2(x十A／x)（目標(biāo)標(biāo)函數(shù)數(shù)）上式中中A是是定值值，即即A是是不可可控變變量。。欲求求L最最小時時的x值，可可用x的一一階導(dǎo)導(dǎo)數(shù)為為零來來求解解。最最后可可解得得x=y。。結(jié)果：要保持持面積積A不不變而而周長長L最最小時時，x與y應(yīng)相相等，，即正正方形形。17例2最最佳庫庫址選選擇問問題。。某礦擬擬建一一新供供應(yīng)倉倉庫供供應(yīng)Pi(i＝＝1，，2，，…，，n)個井井口、、廠用用料。。從新新庫到到各用用料點點的運輸費費用與與運輸輸量和和運輸輸距離離的乘乘積成成正比比。已知知各用用料點點的物資需需用量量為Wi(i＝＝1，，2，，…，，n)。應(yīng)應(yīng)如何何選擇擇新庫庫的位位置，，才能能使總總運輸輸費用用最低低。解:如如圖3-2所示示，圖圖中P1，P2，…，，Pn分別表表示各各用料料點的的位置置；P（x，y）為新新選庫庫址。。18根據(jù)本本題的的要求求，用用直接接分析析法可可以得得出：：從倉庫庫P（x,y）到用料料點Pi(xi,yi)運輸距距離為為：（兩點點間的的距離離公式式）從倉庫庫P（x,y）到用料料點Pi(xi,yi)運輸費費用為為：（根據(jù)據(jù)題目目，運運輸費費用與與運輸輸量和和運輸輸距離離的乘乘積成成正比比）前面是是一個個點的的運輸輸費用用，當(dāng)當(dāng)有n個用用料點點時，，總的的運輸輸費用用為：：（將每每個點點的費費用求求和））上式中中S表表示總總運輸輸費用用，即即是我我們需需要的的目標(biāo)標(biāo)函數(shù)數(shù)，按按題意意是求求它的的最小小值，，即min(s)。。192．?dāng)?shù)數(shù)據(jù)分分析法法當(dāng)系統(tǒng)統(tǒng)結(jié)構(gòu)構(gòu)的性性質(zhì)尚尚不夠夠清楚楚，可可以通通過分析已已有的的數(shù)據(jù)據(jù)或試驗驗數(shù)據(jù)據(jù)建立立系統(tǒng)統(tǒng)的模模型，，這種種建立立模型型的思思路就就是數(shù)數(shù)據(jù)分分析法法。回歸分分析是一種種常用用的數(shù)數(shù)據(jù)分分析建建模法法例如:203.實實驗驗分析析法例：分分析某某種產(chǎn)產(chǎn)品廣廣告費費用與與銷售售量的的關(guān)系系（局部部實驗驗推廣廣到整整體））現(xiàn)有的的數(shù)據(jù)據(jù)分析析不能能確定定個別別變量量對整整個系系統(tǒng)的的影響響，又又不可可能做做大量量試驗驗時，，可以以在系系統(tǒng)上上作局局部試試驗，，確定定關(guān)鍵鍵變量量，弄弄清楚楚其本本質(zhì)特特性及及其影影響。。214.主主觀觀想象象法（（經(jīng)驗驗法））當(dāng)系統(tǒng)統(tǒng)結(jié)構(gòu)性性質(zhì)不不明確確，又無足夠夠的數(shù)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)統(tǒng)上又又無法做做實驗驗，對這這類問問題，，可以以利用用“主主觀想想象””來人人為地地實現(xiàn)現(xiàn)一個個模型型。22三、物物流系系統(tǒng)建模步步驟（1））弄清清問題題，掌掌握原原型的的真實實特征征（2））搜集集資料料（3））確定定因素素之間間的關(guān)關(guān)系（4））構(gòu)造造模型型（5））求解解模型型（6））檢驗驗?zāi)Ｐ托偷恼_性性23四、建建立數(shù)數(shù)學(xué)模模型的的注意意事項項1．從從盡可可能簡簡單的的模型型出發(fā)發(fā)2．理理解系系統(tǒng)所所具有有的物物理法法則3．利利用己己知的的數(shù)學(xué)學(xué)模型型243.3結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)模型型化技技術(shù)一、概概述述二、解解釋釋結(jié)構(gòu)構(gòu)模型型（ISM）（InterpretativeStructuralModelling）三、ISM的應(yīng)應(yīng)用25一、概概述述（一)結(jié)結(jié)構(gòu)模模型概概念及及性質(zhì)質(zhì)結(jié)構(gòu)模模型：應(yīng)用用有向連連接圖圖來描述述系統(tǒng)統(tǒng)各要素素間的的關(guān)系系，以表表示一一個作作為要要素集集合體體的系系統(tǒng)的的模型型?；拘孕再|(zhì)：1.結(jié)結(jié)構(gòu)模模型是是一種種幾何模模型；2.結(jié)結(jié)構(gòu)模模型是是一種種以定性分分析為為主的模型型；3.結(jié)結(jié)構(gòu)模模型即即可用用有向連接接圖描描述，又可可用矩陣形形式來來表示示；4.結(jié)結(jié)構(gòu)模模型處處于數(shù)學(xué)模模型形形式和文章章表現(xiàn)現(xiàn)的邏輯分分析形形式之間。。26(二)結(jié)結(jié)構(gòu)模模型化化技術(shù)術(shù)（教材材P35圖）結(jié)構(gòu)決定技術(shù)問題發(fā)掘技術(shù)腳本法專家調(diào)查法發(fā)想法集團啟發(fā)法關(guān)聯(lián)樹法解釋結(jié)構(gòu)模型（ISM）決策實驗與評價實驗室系統(tǒng)開發(fā)計劃程序靜態(tài)結(jié)構(gòu)化技術(shù)交叉影響分析凱恩仿真模型快速仿真模型系統(tǒng)動力學(xué)（SD）工作設(shè)計動態(tài)結(jié)構(gòu)化技術(shù)273.3結(jié)結(jié)構(gòu)模模型化化技術(shù)術(shù)一、概概述二、解解釋結(jié)結(jié)構(gòu)模模型（（ISM））（InterpretativeStructuralModelling）三、ISM的應(yīng)用28二、解釋釋結(jié)構(gòu)模型型（ISM）（一）圖的的基本概念念（二）圖的的矩陣表示示法（三）ISM的建模模步驟適用范圍：：變量眾多、、關(guān)系復(fù)雜雜、結(jié)構(gòu)不不清晰的系系統(tǒng)29（一）圖的的基本概念念1.有向圖圖形——由由節(jié)點和若干有向邊聯(lián)結(jié)而成的的圖形。節(jié)點———利用一一個圓圈代代表系統(tǒng)中中的一個要要素，圓圈圈標(biāo)有該要要素的符號號；有向邊———用帶有箭箭頭的線段段表示要素素之間的影影響。箭頭頭代表影響響的方向。。2.回路路———有向連接接圖的兩個個節(jié)點之間間的邊多于一條條時，就構(gòu)成成了了回路。3.環(huán)4.樹樹5.關(guān)聯(lián)樹樹30例：在教育技術(shù)術(shù)應(yīng)用中的的計算機輔輔助教學(xué)（（CAI））其過程可可以簡單表表示為：教教師設(shè)計CAI課件件提供給學(xué)學(xué)生自主學(xué)學(xué)習(xí)，CAI課件通通過計算機機向?qū)W生顯顯示教學(xué)內(nèi)內(nèi)容，并對對學(xué)生提問問，學(xué)生根根據(jù)計算機機的提問作作出反應(yīng)回回答。這樣樣一類CAI活動過過程，我們們可以用圖圖1表示。。TMS教師計計算機多媒媒體學(xué)學(xué)生生圖1CAI系系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模模型31（二）圖的的矩陣表示示法1.鄰接矩矩陣對于一個有有向圖，我我們可以用用一個m××m方形矩矩陣來表示示。m為系系統(tǒng)要素的的個數(shù)。矩矩陣的每一一行和每一一列對應(yīng)圖圖中一個節(jié)節(jié)點（系統(tǒng)統(tǒng)要素）。。規(guī)定：要要素Si對對Sj有有影響時時，矩陣元元素aij為1，要素素Si對Sj無影響時，，矩陣元素素aij為0。即（1）對于圖1中中，m=3即可構(gòu)成成一個3×3的方形矩矩陣，表示示為：32根據(jù)式（1）則用矩矩陣表示為為：上述這種與與有向圖形形對應(yīng)的，，并用1和和0表現(xiàn)元元素的矩陣陣稱為鄰接矩陣33

S1S2S3S4S5圖2有有向連接接圖34鄰接矩陣描描述了系統(tǒng)統(tǒng)各要素之之間直接關(guān)系，它具有如如下性質(zhì)：⒈鄰接矩陣和和有向圖是是同一系統(tǒng)統(tǒng)結(jié)構(gòu)的兩兩種不同表表達形式。。矩陣與圖一一一對應(yīng)，有向圖形形確定，鄰鄰接矩陣也也就唯一確確定。反之，，鄰接矩陣陣確定，有有向圖形也也就唯一確確定。⒉鄰接矩矩陣的矩陣陣元素只能能是1和0，它屬于于布爾矩陣。布爾矩陣陣的運算主主要有邏輯和運算算以及邏輯乘運算算，即：0+0=00+1=11+1=11×0=00×1=01×1=1⒊在鄰接接矩陣中，，如果第j列元素全全部都為0，則這一一列所對應(yīng)的要素Sj可確定為該該系統(tǒng)的輸輸入端。例例如，上述述矩陣A中，對應(yīng)S1列全部為0，要素S1可確定為系系統(tǒng)的輸入端（匯匯）。⒋在鄰接接矩陣中，，如果第i行元素全全部都為0，則這一一行所對應(yīng)應(yīng)的要素Si可確定為該該系統(tǒng)的輸輸出端。例例如，上述述矩陣A中中，對應(yīng)S5行全部為0，要素S5可確定為系系統(tǒng)的輸出端（源源）。352.可達矩矩陣如果一個矩矩陣，僅其其對角線元元素為1，，其他元素素均為0，，這樣的矩矩陣稱為單位矩陣，用I表示示。根據(jù)布布爾矩陣運運算法則，，36（三）劃劃分可達矩矩陣（區(qū)域、層層級）371.建立鄰鄰接矩陣（（上三角陣陣）2.計算可可達矩陣3.可達矩矩陣的劃分分（1）區(qū)域域的劃分（（Π1）（2）級間間的劃分（（Π2）（3）強連連通塊的劃劃分4.求縮減減可達矩陣陣M`5.骨干陣陣S（最少少邊的可達達矩陣）6.做出遞遞階有向圖圖（四）ISM的計計算步驟38設(shè)定問題、形成意識模型找出影響要素要素關(guān)系分析（上三角陣）建立可達矩陣(R)和縮減矩陣（M/）矩陣層次化處理(ML/)繪制多級遞階有向圖建立解釋結(jié)構(gòu)模型分析報告比較/F學(xué)習(xí)圖3ISM的的建模步驟驟（五）ISM的建建模步驟393.3結(jié)結(jié)構(gòu)模型化化技術(shù)一、概述述二、解釋釋結(jié)構(gòu)模型型（ISM）（InterpretativeStructuralModelling）三、ISM的應(yīng)應(yīng)用40（一）ISM的工作作程序1.組建ISM實施施小組2.設(shè)定關(guān)關(guān)鍵問題，，選擇影響響關(guān)鍵問題的的導(dǎo)致致因素3.列舉各各導(dǎo)致因素素的相關(guān)性4.根據(jù)各各要素的相相關(guān)性，建立鄰接矩矩陣和可達達矩陣5.對可達達矩陣分解解后，建立結(jié)構(gòu)模模型6.根據(jù)結(jié)結(jié)構(gòu)模型建立解釋結(jié)結(jié)構(gòu)模型41（二）ISM的的應(yīng)用（舉舉例）4243經(jīng)過對比研研究,確定定關(guān)鍵問題為市場需求求約束物流流產(chǎn)業(yè)的發(fā)發(fā)展(S0),影響因因素為12項,分別別為:企業(yè)業(yè)和社會對對物流產(chǎn)業(yè)業(yè)缺乏正確確和充足的的認識(S1);物流和和配送方面面的人才短短缺(S2);物流業(yè)業(yè)發(fā)展所需需的制度環(huán)環(huán)境和改革革法規(guī)政策策尚未完善善(S3);缺少綜綜合性物流流服務(wù)(S4);分散的的物流管理理和流通體體制的制約約(S5);對物流流產(chǎn)業(yè)的認認識存在偏偏差(S6);物流產(chǎn)產(chǎn)業(yè)的管理理模式不合合理(S7);物流業(yè)業(yè)整體服務(wù)務(wù)質(zhì)量較低低(S8);對物流流產(chǎn)業(yè)的基基礎(chǔ)理論研研究落后(S9);政府管管理分散,政策、法法規(guī)不夠統(tǒng)統(tǒng)一(S10);物流流基礎(chǔ)設(shè)設(shè)施的建建設(shè)與物物流產(chǎn)業(yè)業(yè)的發(fā)展展不適應(yīng)應(yīng)(S11);物流流管理和和技術(shù)人人才欠缺缺(S12)。44經(jīng)小組成成員討論論得出各各要素間間關(guān)系（（鄰接矩矩陣）45計算得到到可達矩矩陣4647484950515253545556以任務(wù)驅(qū)動式式教學(xué)過程模模式為例（一）系統(tǒng)要要素分析任務(wù)驅(qū)動式教教學(xué)過程：是指教師根據(jù)據(jù)教學(xué)目標(biāo)和和學(xué)生實際向向?qū)W生提出學(xué)習(xí)任務(wù)務(wù)，同時提供完完成任務(wù)所需需要的學(xué)習(xí)資資源和相關(guān)材材料，要求學(xué)學(xué)生利用資源源完成一個作作品，教師還還提供對作品的的評價指標(biāo)體體系并對學(xué)生作品品作出評價，，要求學(xué)生在在完成作品和和理解教師對對作品的評價價意見之后，，形成有意義義的知識，即即完成知識的建構(gòu)。我們可以把上上述教學(xué)過程程分解為：教師活動、學(xué)學(xué)生活動、學(xué)學(xué)習(xí)任務(wù)、學(xué)學(xué)習(xí)資源、學(xué)學(xué)生作品、評評價指標(biāo)、知知識建構(gòu)等7個活動要素素。這些要素之之間的存在著著直接的因果果關(guān)系。如教教師提出學(xué)習(xí)習(xí)任務(wù)、提供供學(xué)習(xí)資源、、建立作品評評價指標(biāo)等。。我們把每一一個因素（Si）分別與其他他因素進行比比較，如果存存在直接因果果關(guān)系的，如如表1所示。。（二）ISM的應(yīng)用用（舉例）57表1要素素關(guān)系表教師學(xué)生學(xué)習(xí)任務(wù)學(xué)習(xí)資源評價指標(biāo)學(xué)生作品知識建構(gòu)教師S1○提出任務(wù)○提供資源○制定指標(biāo)學(xué)生S2○完成任務(wù)○形成知識學(xué)習(xí)任務(wù)S3○驅(qū)動學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)資源S4○學(xué)生利用評價指標(biāo)S5○評價作品學(xué)生作品S6○學(xué)習(xí)結(jié)果意義建構(gòu)S758（二）建立鄰鄰接矩陣根據(jù)要素關(guān)系系表建立鄰接接矩陣A：59（三）進行矩矩陣運算，求求出可達矩陣陣60＝R61（四）對可達達矩陣進行分分解定義：⒈可達集合R（Si）：可達矩陣中中要素Si對應(yīng)的行中，，包含有1的矩陣陣元素所對應(yīng)應(yīng)的列要素的的集合。代表表要素Si到達的要素。。⒉先行集合A（（Si）：可達矩陣中中要素Si對應(yīng)的列中，，包含有1的的矩陣元素所所對應(yīng)的行要要素的集合。。代表到達要要素Si的要素。⒊交集T=R（Si）∩∩A（Si））為了對可達矩矩陣進行區(qū)域域分解，我們們先把可達集集合與先行集集合及其交集集列出在表上上，如表2所所示。62表2可達達集合與先行行集合及其交交集表iR(Si)A(Si)R(Si)∩A(Si)11,2,3,4,5,6,71122,6,71,2,3,4232,3,6,71,3342,4,6,71,4455,6,71,5566,71,2,3,4,5,66771,2,3,4,5,6,7763(1)對可可達矩陣的區(qū)區(qū)域分解64（2）層級分分解目的:了解系統(tǒng)中各各要素之間的的層級關(guān)系，最頂層表示示系統(tǒng)的最終終目標(biāo)，往下下各層分別表表示是上一層層的原因。利利用這種方法法，我們可以以科學(xué)地建立立教學(xué)過程或或其它問題的的類比模型。。方法:是根據(jù)R（Si）∩A（Si）=R（Si）條件來進行層層級的抽取。。如表2中對對于Si=7滿足條件件，這表示S7為該系統(tǒng)的最最頂層，也就就是系統(tǒng)的最最終目標(biāo)。然后，把表2中有關(guān)7的的要素都抽取取掉，得到表表3：65表3抽出出7后的結(jié)果果iR(