05-01-第五章 -物流系統(tǒng)

2022.7朱占峰教授、博士后、博士生導(dǎo)師高級物流師、高級咨詢師

《物流工程導(dǎo)論》——引子：現(xiàn)代社會處處皆系統(tǒng) ——引子：系統(tǒng)的演進 水調(diào)歌頭憑吊都江堰朱占峰2012年11月18日悠悠古灌城，勝跡都江堰。疏浚岷江險要，滋潤蜀平原。治理輪回水患，造就天府之國，歷史現(xiàn)奇觀。震驚海內(nèi)外，世界鑄遺產(chǎn)?；馃?，穿玉壘，定流線。四六比例分水，二八遴沙源。河底嵌入鐵石，水中矗立石人，展示科學(xué)觀。李冰神妙手，功績傲人間。注：玉壘：玉壘山，都江堰工程選址所在山名。第5章物流系統(tǒng)

5.1物流系統(tǒng)概述5.1.1物流系統(tǒng)的概念5.1.2物流系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)5.1.3物流系統(tǒng)的特點系統(tǒng)（System）一詞源于拉丁文的“sytema”,代表群、集合的意思。系統(tǒng)是由相互作用相互依賴的若干組成部分結(jié)合而成的，具有特定功能的有機整體，而且這個有機整體又是它從屬的更大系統(tǒng)的組成部分。——系統(tǒng)問題請思考：談?wù)勀鷮ο到y(tǒng)的認識！——系統(tǒng)的特征如果用系統(tǒng)語言來表達“工程”，它就是一個創(chuàng)造或改造某一系統(tǒng)的過程。創(chuàng)造或改造系統(tǒng)需要以預(yù)期的功能為出發(fā)點，以構(gòu)建出能實現(xiàn)預(yù)期功能的新系統(tǒng)為最終目標(biāo)，其中包含人、財、物、信息、技術(shù)等要素。——系統(tǒng)工程系統(tǒng)工程（Systemsengineering）是以大型復(fù)雜系統(tǒng)為研究對象，按一定目的進行設(shè)計、開發(fā)、管理與控制，以期達到總體效果最優(yōu)的理論與方法。

——1975年美國科學(xué)技術(shù)辭典的“總體上達到最優(yōu)目標(biāo)”說?！?977年日本學(xué)者三浦武雄的縱向技術(shù)和橫向技術(shù)說。

——1978年我國著名學(xué)者錢學(xué)森的科學(xué)方法論說。

物流作為當(dāng)代經(jīng)濟社會的重要組成部分，構(gòu)成了一個極為重要的系統(tǒng)，為人類的生產(chǎn)、生活、軍事、抗災(zāi)等重大領(lǐng)域提供了強力支撐。在社會實踐中，由物流人員、物流設(shè)施、物流設(shè)備、物流資金等物流要素之間通過一定的聯(lián)系和作用，形成了具有特定功能的綜合體。它實現(xiàn)了物資的空間效益和時間效益，在保證社會再生產(chǎn)進行的前提條件下，它實現(xiàn)各種物流環(huán)節(jié)的合理銜接，并取得最佳的經(jīng)濟效益?！锪飨到y(tǒng)

——物流系統(tǒng)（Logisticssystem）是指在一定的時空條件下，由物流諸環(huán)節(jié)及其涉及的物品、資金、信息、設(shè)施和設(shè)備等若干相互聯(lián)系、相互制約的要素組成的具有特定功能和目標(biāo)的有機整體。同所有的系統(tǒng)運作過程一樣，物流系統(tǒng)也是一個從環(huán)境中不斷輸入要素，經(jīng)過轉(zhuǎn)換處理，不斷輸出產(chǎn)品或勞務(wù)，不斷與社會環(huán)境進行交換，并與環(huán)境相互依存的循環(huán)過程，這就形成了物流系統(tǒng)的一套基本模式?！锪飨到y(tǒng)的基本模式——物流系統(tǒng)的構(gòu)成要素和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)問題請思考：請你談?wù)剬α鲃右?、功能要素以及網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的思考！物流系統(tǒng)除具有一般系統(tǒng)所共有的特點，即整體性、層次性、相關(guān)性、目的性、環(huán)境適應(yīng)性等，作為大系統(tǒng)下的一個專業(yè)系統(tǒng)，同時還具有以下個性特征。——物流系統(tǒng)的特點——物流系統(tǒng)是一個“人-機系統(tǒng)”?！锪飨到y(tǒng)是一個大跨度系統(tǒng)?！锪飨到y(tǒng)是一個可分系統(tǒng)?！锪飨到y(tǒng)是一個動態(tài)系統(tǒng)?！锪飨到y(tǒng)是一個易呈現(xiàn)效益悖反現(xiàn)象的系統(tǒng)。5.2物流系統(tǒng)分析5.2.1物流系統(tǒng)分析的概念5.2.2物流系統(tǒng)分析的過程 5.2.3物流系統(tǒng)分析方法

系統(tǒng)分析（SystemsAnalysis）一詞最早是在20世紀(jì)30年代提出的，當(dāng)時是以管理問題為主要應(yīng)用對象。后被廣泛應(yīng)用于各類系統(tǒng)問題的剖析。系統(tǒng)分析方法是指把要解決的問題作為一個系統(tǒng)，對系統(tǒng)要素進行綜合分析，找出解決問題的可行方案或策略。系統(tǒng)分析方法的具體步驟包括：限定問題、確定目標(biāo)、調(diào)查研究、收集數(shù)據(jù)、提出備選方案或策略以及評價標(biāo)準(zhǔn)、備選方案評估、提出最可行方案或策略?！到y(tǒng)分析物流系統(tǒng)分析（LogisticsSystemAnalysis）是指以物流系統(tǒng)整體效益最優(yōu)為出發(fā)點，在優(yōu)選系統(tǒng)目標(biāo)、確定系統(tǒng)準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上，根據(jù)物流的個性特點，分析構(gòu)成系統(tǒng)各級子系統(tǒng)的功能、相互關(guān)系及其與外部環(huán)境的相互作用，尋求實現(xiàn)該物流系統(tǒng)目標(biāo)最佳路徑的過程。——物流系統(tǒng)分析物流系統(tǒng)分析必須符合以下幾項原則：①技術(shù)上具有先進性。②經(jīng)濟上具有合理性和有效性。③對外部環(huán)境變化具有適應(yīng)性。④與其他系統(tǒng)對接具有兼容性和協(xié)調(diào)性。分析的要點：——以整體為目標(biāo)；——以特定的問題為對象；——運用定量分析方法；——憑借價值判斷?！锪飨到y(tǒng)分析步驟問題剖析方案什么事情（What）做什么，做成什么，是目標(biāo)應(yīng)該做（成）這些什么地點（Where）在哪兒做，是地點應(yīng)該在那兒做什么時間（When）什么時候做，是時間應(yīng)該在那個時間段做哪些人員（Who）誰來做，是執(zhí)行對象應(yīng)該由他（她）們?nèi)プ鍪裁丛颍╓hy）為什么要做，是原因基于這些因素應(yīng)該去做什么方法（How）怎么做，是方法應(yīng)該用這樣的方法（式）做物流系統(tǒng)分析內(nèi)容豐富多彩、內(nèi)涵千差萬別，但基本問題經(jīng)抽象后是具有規(guī)律性的，其過程始終是圍繞“5W1H”進行，即：What、Why、When、Where、Who、How。①數(shù)學(xué)規(guī)劃法（運籌學(xué)）這是對系統(tǒng)進行統(tǒng)籌規(guī)劃，尋找最優(yōu)方案的數(shù)學(xué)方法。主要包括線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、排隊論和庫存論等方法和理論。這些理論和方法可以用來解決物流系統(tǒng)中物流設(shè)施選址、物流作業(yè)的資源配置、貨物配載、物料儲存的時間與數(shù)量等的問題?！锪飨到y(tǒng)分析基礎(chǔ)方法②統(tǒng)籌法（網(wǎng)絡(luò)計劃技術(shù)）是指運用網(wǎng)絡(luò)來統(tǒng)籌安排，合理規(guī)劃系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)的方法。此方法主要用于合理安排物流作業(yè)，為保證按期完成整個計劃，它用網(wǎng)絡(luò)圖來描述整個活動流程的線路，把事件作為節(jié)點，在保證關(guān)鍵路線的前提下安排其他活動，調(diào)整相互間的關(guān)系。③系統(tǒng)仿真法它利用模型對物流系統(tǒng)進行仿真試驗研究，是描述或評價物流系統(tǒng)行為、驗證系統(tǒng)模型或預(yù)測系統(tǒng)性能的一種工具，系統(tǒng)動力學(xué)方法就是系統(tǒng)仿真的一種。這種方法依賴于計算機技術(shù)的發(fā)展，近年來得到了越來越廣泛的應(yīng)用。④系統(tǒng)優(yōu)化法指在一定約束條件下，求出使目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)的解。物流系統(tǒng)包括許多參數(shù)，這些參數(shù)相互制約，互為條件，同時受外界環(huán)節(jié)的影響。系統(tǒng)優(yōu)化研究就是在不可控參數(shù)變化時，根據(jù)系統(tǒng)的目標(biāo)，如何來確定可控參數(shù)的值，以使系統(tǒng)達到最優(yōu)狀況。這種方法主要可以解決物流運輸系統(tǒng)的調(diào)度、物流倉儲貨位的安排等問題。⑤系統(tǒng)評價方法系統(tǒng)評價是對物流系統(tǒng)開發(fā)所提供的各種可行方案，從社會、政治、經(jīng)濟、技術(shù)的觀點予以綜合考察，全面權(quán)衡利弊，從而為系統(tǒng)決策提供依據(jù)。它是物流系統(tǒng)工程的一項重要基礎(chǔ)工作。主要包括排隊打分法，連環(huán)比率法，加權(quán)平均法，效益成本法等。①物料搬運當(dāng)量物流量計算法在一個給定的物流系統(tǒng)中，物料從幾何形狀到物化狀態(tài)都有很大差別，其可運性或物料的搬運難易程度相差很大，簡單地用重量作為物流量計算單位并不合理。因此，在系統(tǒng)分析、規(guī)劃、設(shè)計過程中，必須找出一個標(biāo)準(zhǔn)，把系統(tǒng)中所有的物料通過修正、折算為一個統(tǒng)一量，即當(dāng)量物流量，才能進行比較、分析和運算。它是指物流運動過程中一定時間內(nèi)按規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)修正、折算的搬運和運輸量。當(dāng)量物流量是指在物流過程中，一定時間內(nèi)按規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)修正、折算的搬運和運輸量?！锪飨到y(tǒng)分析專業(yè)方法②物料流動分析的工藝流程圖法工藝流程圖是用圖表符號形式，表達產(chǎn)品通過工藝過程中的部分或全部階段所完成的工作。典型的流程圖中包括的資料有數(shù)量、移動距離、所做工作的類別以及所用的設(shè)備，也可以包括工時。為了便于列出工藝流程圖，一般均采用國際通用的記錄圖形符號來代表生產(chǎn)實際中的各種活動和動作。③因果分析法因果分析法（Causeandeffectanalysis）是通過因果圖表現(xiàn)出來，因果圖又稱特性要因圖、魚刺圖或石川圖，它是1953年在日本川琦制鐵公司，由質(zhì)量管理專家石川馨（KaoruIshikawa）最早使用的，是為了尋找系統(tǒng)中產(chǎn)生某種質(zhì)量問題的原因，發(fā)動大家談看法，做分析，將群眾的意見反映在一張圖上，就是因果圖。因果分析法是一種非定量的專業(yè)分析法。它往往采用頭腦風(fēng)暴法，集思廣益，從不同的角度尋找系統(tǒng)中問題產(chǎn)生的原因。這也是物流系統(tǒng)分析時常采用的一種有效方法。5.3物流系統(tǒng)模型5.3.1物流系統(tǒng)建模概述 5.3.2物流系統(tǒng)建模步驟和方法 5.3.3物流系統(tǒng)模型的類型系統(tǒng)模型是一個系統(tǒng)某一方面本質(zhì)屬性的描述，它以某種確定的形式（如文字、符號、圖表、實物、數(shù)學(xué)公式等）提供關(guān)于該系統(tǒng)的知識。系統(tǒng)模型一般不是系統(tǒng)對象本身而是現(xiàn)實系統(tǒng)的描述、模仿和抽象。物流系統(tǒng)模型（TheModelofLogisticsSystem）是對物流系統(tǒng)的特征要素及其相互關(guān)系和變化趨勢的一種抽象描述。物流系統(tǒng)模型反映物流系統(tǒng)的一些本質(zhì)特征，用于描述物流系統(tǒng)要素之間的相互關(guān)系、系統(tǒng)與外部環(huán)境的相互作用等。由于物流系統(tǒng)時域和地域上的廣泛性，使得系統(tǒng)要素和特性也多種多樣，因此，有必要借助物流系統(tǒng)抽象模型進行系統(tǒng)特性的研究?！锪飨到y(tǒng)模型——物流系統(tǒng)建模基本要求①現(xiàn)實性要求：現(xiàn)實性要求是指系統(tǒng)模型要在一定程度上較好的反映系統(tǒng)的客觀實際，反映系統(tǒng)的本質(zhì)特征及關(guān)系，去掉非本質(zhì)的特征及關(guān)系。②簡明性要求：簡明性是指在滿足現(xiàn)實性要求的基礎(chǔ)上，應(yīng)盡量使系統(tǒng)模型簡單明了，以節(jié)約建模的費用和時間。如果一個簡單的模型能解決問題，就不要去建一個復(fù)雜的模型，因為建造一個復(fù)雜的模型并求解是要付出很高代價的。③標(biāo)準(zhǔn)化要求：標(biāo)準(zhǔn)化是指如果已有某種標(biāo)準(zhǔn)化模型可供借鑒，則應(yīng)盡量采用已有的模型，或者對已有的標(biāo)準(zhǔn)化模型加以某些修改，使之適合所研究的對象系統(tǒng)。④反饋性要求：建模是一個由淺入深、循序漸進的過程，建模時要注意靈敏的問題，要留心哪些參數(shù)或變量的改變對模型影響特別敏感，作出及時性的反饋，進而進行調(diào)整。①實物模型實物模型是現(xiàn)實系統(tǒng)的放大或縮小，它能表明系統(tǒng)的主要特性和各個組成部分之間的關(guān)系。如橋梁模型、汽車模型、設(shè)施模型等。這種模型的優(yōu)點是比較形象，便于共同研究問題；它的缺點是不易說明數(shù)量關(guān)系，特別是不能揭示要素的內(nèi)在聯(lián)系，也不能用于優(yōu)化?！锪飨到y(tǒng)模型的表現(xiàn)形式②圖式模型圖式模型是用圖形、圖表、符號等把系統(tǒng)的實際狀態(tài)加以抽象的表現(xiàn)形式如網(wǎng)絡(luò)圖(層次與順序、時間與進度等)、物流圖(物流量、流向等)。圖式模型是在滿足約束條件下的目標(biāo)值的比較中選取較好值的一種方法，它在選優(yōu)時只起輔助作用。當(dāng)維數(shù)大于2時，該種模型作圖的范圍受到限制。其優(yōu)點是直觀、簡單；缺點是不易優(yōu)化，受變量因素的數(shù)量的限制。——物流系統(tǒng)模型的表現(xiàn)形式③模擬模型用一種原理上相似，而求解或控制處理容易的系統(tǒng)，代替或近似描述另一種系統(tǒng)，前者稱為后者的模擬模型。它一般有兩種類型：一種是可以接受輸入并進行動態(tài)表演的可控模型，如對物流設(shè)備機械系統(tǒng)的電路模擬；另一種是用計算機和程序語言表達的模擬模型，例如物資集散中心站臺數(shù)設(shè)置的模擬，組裝流水線投料批量的模擬等。通常用計算機模型模擬內(nèi)部結(jié)構(gòu)不清或因素復(fù)雜的系統(tǒng)是行之有效的?！锪飨到y(tǒng)模型的表現(xiàn)形式④數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型是指對系統(tǒng)行為的一種數(shù)量描述。當(dāng)把系統(tǒng)及其要素的相互關(guān)系用數(shù)學(xué)表達式抽象地表示出來時，就是數(shù)學(xué)模型。它一般分為確定型和隨機型，連續(xù)型和離散型?！锪飨到y(tǒng)模型的表現(xiàn)形式如：二次函數(shù)（quadraticfunction）的基本表示形式為y=ax2+bx+c（a≠0）。二次函數(shù)最高次必須為二次，二次函數(shù)的圖像是一條對稱軸與y軸平行或重合于y軸的拋物線。①明確問題：要清晰準(zhǔn)確地了解系統(tǒng)的規(guī)模、目的和范圍以及判定準(zhǔn)則，確定輸出輸入變量及其表達形式。——物流系統(tǒng)建模的步驟②搜集資料：搜集真實可靠的資料，將本質(zhì)因素的數(shù)量關(guān)系，盡可能用數(shù)學(xué)語言來表達。③確定關(guān)系：確定本質(zhì)因素之間的相互關(guān)系，列出必要的表格，繪制圖形和曲線等。④構(gòu)造模型：根據(jù)系統(tǒng)的特征和服務(wù)對象，構(gòu)造一個能代表所研究系統(tǒng)的數(shù)量變換數(shù)學(xué)模型。這個模型可能是初步的、簡單的，如初等函數(shù)模型。⑤求解模型：用解析法或數(shù)值法求解模型最優(yōu)解。對于較復(fù)雜的模型，有時需編出框圖和計算機程序來求解。⑥檢驗?zāi)Ｐ停耗康脑谟诳隙Ｐ褪欠裨谝欢ň_度的范圍內(nèi)正確反映了所研究的問題。①推理分析法：如果系統(tǒng)問題明確、結(jié)構(gòu)和特性清晰，就可以直接運用已有的定律、定理、公式，經(jīng)過一定的分析和推理，建立系統(tǒng)模型。這種方法有時又稱為直接分析法?！锪飨到y(tǒng)建模的常用方法②統(tǒng)計分析法：如果系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特征不是很清楚，通過對研究對象的規(guī)模、速度、范圍、程度等數(shù)量關(guān)系的分析研究，逐步認識和揭示事物間的相互關(guān)系、變化規(guī)律和發(fā)展趨勢，確定關(guān)鍵的變量和參變量，建立起數(shù)學(xué)模型。由于它是以數(shù)據(jù)收集和統(tǒng)計為支撐，所以這種方法被稱為統(tǒng)計分析法。③人工模擬法：如果系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，性質(zhì)不太明確，缺乏足夠的數(shù)據(jù)且無法通過試驗觀察獲取，甚至不允許做實驗時，可以借助人工方法，如首先投入人工形成一個實景系統(tǒng)，對人工模擬現(xiàn)實適當(dāng)歸類、分析、歸納，構(gòu)造人工試驗?zāi)Ｐ?。再逐步深化分析、完善，形成指?dǎo)實際系統(tǒng)的模型。

除上述三種方法外，在系統(tǒng)建模領(lǐng)域，比較有影響的具體建模方法還有許多，如Petri網(wǎng)法、IDEF（ICAMDefinitionmethod）法、GRAI（GraphwithResultsandActivitiesInterrelated）法、GIM（GRAIIntegratedMethodology）法，等等，根據(jù)實際環(huán)境，可以采用相應(yīng)的建模的方法。在經(jīng)濟社會發(fā)展過程中，會出現(xiàn)各種各樣的物流系統(tǒng)。同性質(zhì)的物流系統(tǒng)也會根據(jù)其所處地理環(huán)境的不同而有所變化，對系統(tǒng)的分析、規(guī)劃、設(shè)計往往需要借助各種物流系統(tǒng)模型。在長期的物流實踐中，人們積聚了許多建模經(jīng)驗，形成了多種可應(yīng)用的模型。如，物流設(shè)施的選址模型、倉儲企業(yè)的庫存模型、配送或運輸企業(yè)的物流路徑優(yōu)化模型、以及物流企業(yè)的資源配置模型等。作為物流工程導(dǎo)論，這里將依據(jù)物流系統(tǒng)建模方法的不同，歸類成最優(yōu)模型、仿真模型和啟發(fā)式模型。——物流系統(tǒng)模型的類型在物流系統(tǒng)運作過程中，常常要面對最優(yōu)生產(chǎn)計劃、最優(yōu)分配、最佳設(shè)計、最優(yōu)決策、最優(yōu)管理等求函數(shù)最大值最小值問題，由于系統(tǒng)運作的環(huán)境不同，歸結(jié)為相關(guān)模型的約束條件也相應(yīng)改變。但經(jīng)過抽象分析之后，這類問題均可用帶約束條件的數(shù)學(xué)函數(shù)式來表達，人們稱之為最優(yōu)（化）模型。最優(yōu)模型（Optimizationmodel）是利用科學(xué)的數(shù)學(xué)函數(shù)式，經(jīng)過嚴(yán)密推理運算過程來詮釋、分析、評價物流系統(tǒng)的各種備選方案，從中遴選出該系統(tǒng)問題的最優(yōu)解?！顑?yōu)模型物流系統(tǒng)規(guī)劃與決策中的許多確定性模型均屬此類。其中包括各種規(guī)劃模型（線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、混合規(guī)劃模型）、排隊模型等。這些模型常常被用來解決物流系統(tǒng)的實際問題，如，庫存控制問題，就可以利用動態(tài)規(guī)劃