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？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

2、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(jīng)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動。將系統(tǒng)輸出與目標值所產(chǎn)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(chǎn)生影響并改善決策的自動調節(jié)過程。工作原理工作原理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

3、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

4、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 CD D建模細節(jié)建模細節(jié)1: 1: 因果分析因果分析ABCDABC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TextTextText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

5、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)（Parameter）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

6、程中輸入與輸出的速度CON.K,AUX.K, LEVEL.K,RATE.KLfR 輔助方程：反饋系統(tǒng)中描述信息的運算式，用以輔助說明流率變量的細節(jié)CON.K,RATE.JK,LEVEL.K,AUX.K,AUX.KgA 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CONC 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LEVELN 注意：(1)賦值方程中不能出現(xiàn)時間下標 (2)模

7、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。 DYNAMOVensimVensim操作界面繪圖說明VensimVensim系統(tǒng)建模系統(tǒng)建模繪制因果關系圖繪制流程圖建立方程 利息存款*利率; 4. 仿真運行及

8、結果分析第17講物流系統(tǒng)動力學概述主講：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?！纠?3】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減

9、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、期望庫存量、庫存調整時間和庫存在途時間

10、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

11、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(chǎn)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(chǎn)商訂單拉動式生產(chǎn)一般是由分

12、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： 12生產(chǎn)商在制品庫存 供應商庫存34供應商庫存分銷商庫存二、VMI系統(tǒng)的因果反饋關系 Order RateBatch Order RateWIP InventoryWIP InventoryGapDesired WIPInventoryProduction RateVendor InventoryVendor InventoryGapDesired VendorInventoryDesiredProduction RateVendor ShipmentR

13、ateDistributorReceiving RateGoods In-transitDistributorInventoryDistributorShipment RateDistributorInventory GapOrder FulfillmentDesired DistributorInventoryEnd CustomerDemand RateExpected CustomerDemand Rate+-+-+-+WIPInventoryVendorInventoryGoodsIn-transitDistributorInventorymanufacturerorder backl

14、ogOrder RateProduction RateVendor ShipmentRateDistributorReceiving RateDistributorShipment RateWIPInventoryGapmanufacturerdesiredproduction rateDesired WIPInventorymanufactureradjust timemanufacturersafety stockcoverageProductionSmoothTimeavg productionrateDistributorDesiredProductionDistributorAdjust timeDistributorInventoryGapDesiredDistributorInventoryDistributorSafety StockCoverageOrderFullfillmentRateEndCustomerDemandrateinputavgcustomerdemandratedemandsmooth timeTransitLead TimeVendorInventoryGapDesiredVendorInventoryVendorSafetyStockCoverag