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(rèn)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(rèn)識345一般的優(yōu)化設(shè)計(jì)模型可以表示如下：6從以上實(shí)例中，可以看出模型有以下特點(diǎn)：模型反映了真實(shí)系統(tǒng)的特征及其變化規(guī)律模型是實(shí)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(shí)世界的系統(tǒng)原型模型（數(shù)學(xué)模型）結(jié)論現(xiàn)實(shí)世界的分析、預(yù)測、決策、控制現(xiàn)實(shí)世界與模型的關(guān)系抽象、翻譯分析求解解釋現(xiàn)實(shí)問題比較檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?模型：模型是對真實(shí)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(shí)實(shí)實(shí)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(rèn)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(jìn)行行的詳詳細(xì)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(xiàng)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(shí)實(shí)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(jìn)））一、物物流系系統(tǒng)建建模原則14任務(wù)驅(qū)驅(qū)動(dòng)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(gè)個(gè)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(shí)，，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(shí)矩矩形各各邊的的長度度。解：因因?yàn)槭鞘蔷匦涡?，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(shí)時(shí)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(shí)時(shí)，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(gè)井井口、、廠用用料。。從新新庫到到各用用料點(diǎn)點(diǎn)的運(yùn)輸費(fèi)費(fèi)用與與運(yùn)輸輸量和和運(yùn)輸輸距離離的乘乘積成成正比比。已知知各用用料點(diǎn)點(diǎn)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(yùn)輸輸費(fèi)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(diǎn)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(diǎn)Pi(xi,yi)運(yùn)輸距距離為為：（兩點(diǎn)點(diǎn)間的的距離離公式式）從倉庫庫P（x,y）到用料料點(diǎn)Pi(xi,yi)運(yùn)輸費(fèi)費(fèi)用為為：（根據(jù)據(jù)題目目，運(yùn)運(yùn)輸費(fèi)費(fèi)用與與運(yùn)輸輸量和和運(yùn)輸輸距離離的乘乘積成成正比比）前面是是一個(gè)個(gè)點(diǎn)的的運(yùn)輸輸費(fèi)用用，當(dāng)當(dāng)有n個(gè)用用料點(diǎn)點(diǎn)時(shí)，，總的的運(yùn)輸輸費(fèi)用用為：：（將每每個(gè)點(diǎn)點(diǎn)的費(fèi)費(fèi)用求求和））上式中中S表表示總總運(yùn)輸輸費(fèi)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(yàn)驗(yàn)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?；貧w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(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)分析析法例：分分析某某種產(chǎn)產(chǎn)品廣廣告費(fèi)費(fèi)用與與銷售售量的的關(guān)系系（局部部實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(gè)別別變量量對整整個(gè)系系統(tǒng)的的影響響，又又不可可能做做大量量試驗(yàn)驗(yàn)時(shí)，，可以以在系系統(tǒng)上上作局局部試試驗(yàn)，，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(yàn)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)驗(yàn)，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(shí)現(xiàn)現(xiàn)一個(gè)個(gè)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(shí)實(shí)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(yàn)驗(yàn)?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(xiàng)項(xiàng)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(gè)作作為要要素集集合體體的系系統(tǒng)的的模型型。基本性性質(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(tuán)啟發(fā)法關(guān)聯(lián)樹法解釋結(jié)構(gòu)模型（ISM）決策實(shí)驗(yàn)與評價(jià)實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)開發(fā)計(jì)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(dòng)力學(xué)（SD）工作設(shè)計(jì)動(dòng)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(diǎn)和若干有向邊聯(lián)結(jié)而成的的圖形。節(jié)點(diǎn)———利用一一個(gè)圓圈代代表系統(tǒng)中中的一個(gè)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(gè)個(gè)節(jié)點(diǎn)之間間的邊多于一條條時(shí)，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(jì)算機(jī)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(jì)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(jì)算機(jī)機(jī)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(jì)算機(jī)機(jī)的提問作作出反應(yīng)回回答。這樣樣一類CAI活動(dòng)過過程，我們們可以用圖圖1表示。。TMS教師計(jì)計(jì)算機(jī)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(gè)有有向圖，我我們可以用用一個(gè)m××m方形矩矩陣來表示示。m為系系統(tǒng)要素的的個(gè)數(shù)。矩矩陣的每一一行和每一一列對應(yīng)圖圖中一個(gè)節(jié)節(jié)點(diǎn)（系統(tǒng)統(tǒng)要素）。。規(guī)定：要要素Si對對Sj有有影響時(shí)時(shí)，矩陣元元素aij為1，要素素Si對Sj無影響時(shí)，，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(gè)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(dá)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(yùn)算主主要有邏輯和運(yùn)算算以及邏輯乘運(yùn)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(dá)矩矩陣如果一個(gè)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(yùn)運(yùn)算法則，，36（三）劃劃分可達(dá)矩矩陣（區(qū)域、層層級）371.建立鄰鄰接矩陣（（上三角陣陣）2.計(jì)算可可達(dá)矩陣3.可達(dá)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(qiáng)連連通塊的劃劃分4.求縮減減可達(dá)矩陣陣M`5.骨干陣陣S（最少少邊的可達(dá)達(dá)矩陣）6.做出遞遞階有向圖圖（四）ISM的計(jì)計(jì)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(dá)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(bào)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(shí)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(dá)達(dá)矩陣5.對可達(dá)達(dá)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(xiàng),分別別為:企業(yè)業(yè)和社會(huì)對對物流產(chǎn)業(yè)業(yè)缺乏正確確和充足的的認(rèn)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(rèn)認(rèn)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(jì)算得到到可達(dá)矩矩陣4647484950515253545556以任務(wù)驅(qū)動(dòng)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(dòng)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(shí)際向向?qū)W生提出學(xué)習(xí)任務(wù)務(wù)，同時(shí)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(gè)作作品，教師還還提供對作品的的評價(jià)指標(biāo)體體系并對學(xué)生作品品作出評價(jià)，，要求學(xué)生在在完成作品和和理解教師對對作品的評價(jià)價(jià)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(dòng)、學(xué)學(xué)生活動(dòng)、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(jià)指標(biāo)、知知識建構(gòu)等7個(gè)活動(dòng)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(jià)指標(biāo)等。。我們把每一一個(gè)因素（Si）分別與其他他因素進(jìn)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(jià)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(dòng)學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)資源S4○學(xué)生利用評價(jià)指標(biāo)S5○評價(jià)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(jìn)行矩矩陣運(yùn)算，求求出可達(dá)矩陣陣60＝R61（四）對可達(dá)達(dá)矩陣進(jìn)行分分解定義：⒈可達(dá)集合R（Si）：可達(dá)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(dá)的要素。。⒉先行集合A（（Si）：可達(dá)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(dá)要要素Si的要素。⒊交集T=R（Si）∩∩A（Si））為了對可達(dá)矩矩陣進(jìn)行區(qū)域域分解，我們們先把可達(dá)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(dá)達(dá)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(dá)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(jìn)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(