物流系統(tǒng)模型

1、物流系統(tǒng)模型1模型概述學習物理系統(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屬性的某一部分信息經(jīng)過簡化，提煉而構造的原型替代物。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)本質的表述，是人們對客觀世界反復認識，分析，經(jīng)過多級轉換，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，就可以進行“如果，怎么樣”的實驗。輸出（相應）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定好的邏輯或運算方法給出模擬的結果。從而我們可以提高對系統(tǒng)的認識，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：動態(tài)和靜態(tài)，連續(xù)和離散，確定性和隨機性模型。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成的圖模型，直觀，生動，形象地表示出現(xiàn)實系統(tǒng)的本質規(guī)律圖形模型可分為流程圖，方框圖，結構圖，流圖以及網(wǎng)絡圖等。（1） 流程圖：反映某種實體的流轉過程，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） 結構圖：用來研究系統(tǒng)元素之間的邏輯關系，結構層次，空間分布等。如管理決策的層次結構，企業(yè)的組織結構。（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；資金流圖反映了費用的流轉和消耗情況，通過計算每一環(huán)節(jié)的費用可以分析出企業(yè)的生產(chǎn)效益；物流圖反映了物資流動方向，運量，距

4、離和費用等內(nèi)容，對研究工廠布局，計算運費，確定運輸工具有重要意義。3. 數(shù)學模型：廣義地說，凡是一切數(shù)學概念，數(shù)學理論體系，各種數(shù)學公式，各種方程式以及有公式系列構成的算法系統(tǒng)等都被稱為數(shù)學模型。狹義的說，凡是將具體現(xiàn)象，事物的特征和性質給以數(shù)學表達的數(shù)學結構，如各種等式，不等式，圖，表或框圖等，也叫數(shù)學模型。數(shù)學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出來的數(shù)學問題也叫數(shù)學模型，也就是說數(shù)學模型是用數(shù)學術語對現(xiàn)實問題的具體描述。 數(shù)學模型，包括原始系統(tǒng)數(shù)學模型和仿真系統(tǒng)數(shù)學模型。原始系統(tǒng)數(shù)學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的變量之間的數(shù)學函數(shù)關系來表示。原始系統(tǒng)數(shù)學建模過程為一次性建模。 仿真系統(tǒng)數(shù)學模型是一種適合在計算機上運行和實驗的模型，主要根據(jù)計算及運算特點，仿真方式，計算方法，精度要求，將原始系統(tǒng)的數(shù)學模型轉化成計算機程序。仿真系統(tǒng)數(shù)學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)系和與外界的關系一般是非常復雜的，用系統(tǒng)模型完全準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上的物理模型描述真實系統(tǒng)的逼真感雖然較強，但對于復雜的系統(tǒng)，建立物理模型所需費用大，而且要修改參數(shù)和改變結構都很困難。相對而言

6、數(shù)學模型的建立和應用修改則更為方便和經(jīng)濟。因此仿真系統(tǒng)中我們更多地是使用數(shù)學模型。4. 模擬模型和原系統(tǒng)的物理元素完全不同，但動作相似，當兩系統(tǒng)性質之間的關系相同時，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，在機械運動中速度，力與質量的關系，可用電路中的電壓，電流和電容來模擬。在電路中改變電壓，電流和電容遠比機械運動中改變速度，力和質量簡單得多。數(shù)學模型的意義數(shù)學是進行模型系統(tǒng)模擬和仿真的有力工具，建立數(shù)學模型是發(fā)展物流科學和解決實際物流問題的首要課題。數(shù)學建模是一種具有創(chuàng)新性的科學方法，它將問題簡化抽象為一個數(shù)學問題或數(shù)學模型，然后采取恰當?shù)臄?shù)學方法求解，對現(xiàn)實問題進行定量的分析和

7、研究。所以，建立準確合理的數(shù)學模型是系統(tǒng)模擬工作的基礎?，F(xiàn)代工程技術復雜，系統(tǒng)龐大，工程上要關心整體的過程和系統(tǒng)的設計，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)或設備控制設計上。因此現(xiàn)代物流系統(tǒng)模擬所要求的數(shù)學模型，應是能反映整個過程的宏觀動力學模型。在建模上源于以往的物流學，但又有所區(qū)別，是一門新興的學科。系統(tǒng)模擬技術的優(yōu)點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

8、和規(guī)律更經(jīng)濟方便。具體說來，模型具有以下優(yōu)點： 1.符合人們思維習慣，有助于系統(tǒng)分析。 2.系統(tǒng)模擬對各種復雜的系統(tǒng)具有很好的適應性。 3.系統(tǒng)模擬有利于定性和定量的結合。 4.系統(tǒng)模擬有利于解決隨機因素的影響。 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，就是其他技術很難達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)，其流程復雜，投資巨大，生產(chǎn)連續(xù)性強。從經(jīng)濟安全性出發(fā)，一般不允許在真實系統(tǒng)上進行實驗研究，必須借助模擬手段。（2） 計劃中或設計中的過程系統(tǒng)，現(xiàn)實世界中并不存在，只能通過模擬手段進行實驗研究。（3） 高質量的模擬模型具有預測

9、性。應用現(xiàn)代高速大容量模擬計算機，人們可以短時間內(nèi)預測實際過程系統(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“超時空”的優(yōu)點。（4） 實際過程系統(tǒng)根本不允許做的實驗。如超極限運行，破壞性試驗，事故分析等，利用模擬技術不會造成任何損失，是最安全的實驗研究方法。（5） 模擬實驗研究主要在模擬機上進行。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，這種特點即模擬的預測性。也就是說，一個高質量的數(shù)學模型不是主觀認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，采用模擬技術可

10、以輔助工程技術人員全面認識和分析過程系統(tǒng)，防止人為思維慣性所產(chǎn)生的遺忘導致的實驗，研究或設計的重大失誤。（7） 模擬技術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)模擬技術的應用模擬技術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)的結構以及它們之間的關系，這些無疑非常適合于物流系統(tǒng)多變的特性。用模擬方法來構建模型，可以全面分析供應鏈，隨著計算機技術的發(fā)展，這種分析可以更加深入，考慮隨機性，包括供應鏈結構的隨機性與訂貨和供應的

11、隨機性，同時還可以考慮系統(tǒng)的動態(tài)需求。同時，使用模擬技術，對物流系統(tǒng)進行研究，可以定性預定量相結合，微觀研究與宏觀研究相結合。在物流系統(tǒng)研究中系統(tǒng)模擬技術的應用主要由以下幾個方面。1. 物流系統(tǒng)的規(guī)劃與設計2. 物料控制3. 物料運輸速度4. 物流成本估算物流系統(tǒng)模型的特點 物流系統(tǒng)模型具有如下三個特點： 一是實體的抽象或模仿； 二是由與分析問題有關的因素所組成； 三是用來表明這些因素間的關系。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（出）貨量，延遲時間，運輸價格，運輸成本，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，運輸工具，臺時，工時等條件下運作。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，使目標函數(shù)達到最優(yōu)，這就是資源分配型。通?？梢岳玫哪Ｐ陀芯€性規(guī)劃，動態(tài)規(guī)劃和目標規(guī)劃。2. 存儲型為了使生產(chǎn)經(jīng)營得以正常運轉，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，使資源采購費用，存儲費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?？梢岳脦齑婺Ｐ秃蛣討B(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，輸送費用最省，輸送距離最短，這就是輸送型。圖論，網(wǎng)絡理論，規(guī)劃理論為解決這類問題提供了有用的模

13、型。4.等待服務型系統(tǒng)中要求服務的顧客（如領料的工人，待打印的文件，保護愛的機器，提貨單）和為顧客服務的機構（入倉庫，維修車間，發(fā)貨點），所構成的等待系統(tǒng)中，如何最優(yōu)的解決“顧客”和“機構”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構設置費用最省的優(yōu)化方案。通?？梢岳门抨犇Ｐ?。5. 指配型任務的分配，生產(chǎn)的安排加工的順序等問題是企業(yè)中常見的問題。如何以最少的費用最少的時間完成任務，就是指派型，數(shù)學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)設計和運行管理中，從各種有利有弊且?guī)эL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，還有諸如解釋預測型，投入產(chǎn)出型，布局選址型等。物流模型構建的原則1. 模型構造的系統(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，可按問題的性質直接建立模型。2. 數(shù)據(jù)分析法，當系統(tǒng)結構的性質尚不夠清楚，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，確定關鍵本質變量，弄清楚其本質特性及其對所關心的指標的影響。逐漸分析，發(fā)現(xiàn)矛盾，建立實驗模型，直到取得滿意效果為止。4. 主觀想象法當系統(tǒng)結構性質不明確，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)法當系統(tǒng)結構復雜，性質不明確，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. 確定因素之間的關系4. 構造模型5. 求解模型6. 檢驗模型的正確性系統(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)學模型的框架，結構和參數(shù)。模型的簡繁程度應與模擬目的相匹配，要確保模型的有效性和模擬的經(jīng)濟性。（3） 模擬建模。根據(jù)數(shù)學模型的形式，計算機的類型以及模擬目的將數(shù)學模型轉變?yōu)槟M模型，建立模擬模型試驗框架。應進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。設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行試驗。（6） 結果分析。根據(jù)實驗要求對結果做分析，整理及文檔化。根據(jù)分析的結果修正數(shù)學模型，模擬模型，模擬程序，以進行

17、新的實驗。物流系統(tǒng)建模應注意的幾個問題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，進行深入的綜合分析，提出改進建議，在模擬檢驗改進措施的效果。 當前計算機運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確的數(shù)學模型，幾乎可以模擬人和試驗規(guī)模，任意復雜程度的系統(tǒng)。 以下情況會使建模者無法得到準確完備的數(shù)學模型（1） 由于經(jīng)驗不足，建模者對系統(tǒng)過程了解有片面性，或對數(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，有關過程系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。（3） 由于建模者采用的數(shù)學方法不準確，模型得不出預期的結果?；蛘哂捎谀Ｐ蛿?shù)學結構復雜，導致模型計算的穩(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)進入施工階段，建模工作尚未完成，用模擬技術進行設計方案可行性分析的意義就不大了。 基