《物流系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計》第八章 物流系統(tǒng)分析與仿真

第八章物流系統(tǒng)分析與仿真12第一節(jié)物流系統(tǒng)分析第二節(jié)物流系統(tǒng)仿真返回第一節(jié)物流系統(tǒng)分析一、物流系統(tǒng)分析的概念物流系統(tǒng)是多種不同功能要素的集合。各要素間相互聯(lián)系、相互作用，形成眾多的功能模塊和各級子系統(tǒng)，使整個系統(tǒng)呈現(xiàn)多層次結(jié)構(gòu)，體現(xiàn)出固有的系統(tǒng)特征。對物流系統(tǒng)進行系統(tǒng)分析，可以了解物流系統(tǒng)各部分的內(nèi)在聯(lián)系，把握物流系統(tǒng)行為的內(nèi)在規(guī)律性。所以說，不論從系統(tǒng)的外部或內(nèi)部，設(shè)計新系統(tǒng)或是改造現(xiàn)有系統(tǒng)，系統(tǒng)分析都是非常重要的。物流系統(tǒng)分析是指在一定的時間和空間里，對其所從事的物流活動和過程作為一個整體來處理，以系統(tǒng)的觀點、系統(tǒng)工程的理論和方法進行分析研究，以實現(xiàn)其空間和時間的經(jīng)濟效益。下一頁返回第一節(jié)物流系統(tǒng)分析更詳細的描述是指從對象系統(tǒng)整體最優(yōu)出發(fā)，在優(yōu)先系統(tǒng)目標、確定系統(tǒng)準則的基礎(chǔ)上，根據(jù)物流的目標要求，分析構(gòu)成系統(tǒng)各級子系統(tǒng)的功能和相互關(guān)系以及系統(tǒng)同環(huán)境的相互影響，尋求實現(xiàn)系統(tǒng)目標的最佳途徑。物流系統(tǒng)分析的目的就是要使輸入(資源)最少，而輸出的物流服務(wù)效果最佳。物流系統(tǒng)分析時要運用科學的分析工具和計算方法，對系統(tǒng)的目的、功能、結(jié)構(gòu)、環(huán)境、費用和效益等進行充分、細致的調(diào)查研究，收集、比較、分析和處理有關(guān)數(shù)據(jù)，建立若干個擬定方案，比較和評價物流結(jié)果，尋求系統(tǒng)整體效益最佳和有限資源配備最佳的方案，為決策的者最后選擇提供科學依據(jù)。上一頁下一頁返回第一節(jié)物流系統(tǒng)分析物流系統(tǒng)分析的目的在于通過分析，比較各種擬定方案的功能、費用、效益和可靠習慣等各項技術(shù)、經(jīng)濟指標，向決策者提供可做出正確決策的資料和信息。所以，物流系統(tǒng)分析實際上就是在明確目的的前提下，來分析和確定系統(tǒng)所應(yīng)具備的功能和相應(yīng)的環(huán)境條件。根據(jù)系統(tǒng)分析的基本含義，物流系統(tǒng)分析的主要內(nèi)容有系統(tǒng)目標、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、替代方案、費用和效益、系統(tǒng)模型、系統(tǒng)優(yōu)化、系統(tǒng)的評價基準及評價等。上一頁下一頁返回第一節(jié)物流系統(tǒng)分析物流系統(tǒng)分析所涉及的問題范圍很廣，如搬運系統(tǒng)、系統(tǒng)布置、物流預(yù)測生產(chǎn)一庫存等各種信息，要應(yīng)用多種數(shù)理方法和計算機技術(shù)，這樣才能分析比較實現(xiàn)不同系統(tǒng)目標和采用不同方案的效果，為系統(tǒng)評價和系統(tǒng)設(shè)計提供足夠的信息和依據(jù)。二、系統(tǒng)分析的步驟(圖8-1)(一)問題的提出對某一系統(tǒng)進行分析時，首先必須明確所要分析問題的目的和系統(tǒng)當前的狀態(tài)，分析問題的構(gòu)成、范圍。也就是要回答做什么及為什么要做。(二)系統(tǒng)環(huán)境分析上一頁下一頁返回第一節(jié)物流系統(tǒng)分析外部條件構(gòu)成對系統(tǒng)的影響和約束，科學、技術(shù)、政治經(jīng)濟、文化、教育、人口、氣候、生態(tài)等構(gòu)成系統(tǒng)的環(huán)境因素。環(huán)境獨立于系統(tǒng)控制，對系統(tǒng)產(chǎn)生影響。系統(tǒng)分析時，把握與系統(tǒng)有物資、能量、信息交換的主要外部條件，作為系統(tǒng)的環(huán)境因素加以分析。(三)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)層次分析在系統(tǒng)分析中，重點研究各要素的特點、功能以及它們之間相互聯(lián)系和作用的方式，把握系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，特別是結(jié)構(gòu)的層次性。復(fù)雜的系統(tǒng)要通過層次分析將之簡化。(四)確定系統(tǒng)目標選定系統(tǒng)的總目標是系統(tǒng)分析的主要根據(jù)。上一頁下一頁返回第一節(jié)物流系統(tǒng)分析遵循一般系統(tǒng)論原則，即整體性原則和相互聯(lián)系的原則。(五)建立模型通過模型技術(shù)，建立問題的數(shù)學模型或其他形式的模型。模型不是系統(tǒng)本身，而是對系統(tǒng)的描述、模仿或抽象，反映實際系統(tǒng)的主要特征。利用模型預(yù)測每一方案可能產(chǎn)生的結(jié)果，并根據(jù)其結(jié)果說明各方案的優(yōu)劣。(六)系統(tǒng)優(yōu)化用最優(yōu)化理論和方法，對所構(gòu)造的系統(tǒng)模型進行最優(yōu)化求解。有足夠定量的因素，就可用數(shù)學的方法建立數(shù)學模型，運用運籌學等技術(shù)尋求最佳方案，復(fù)雜問題可運用計算機求解。在定量優(yōu)化的基礎(chǔ)上，再考慮定性因素進行綜合、調(diào)整，使整體優(yōu)化更合實際。上一頁下一頁返回第一節(jié)物流系統(tǒng)分析(七)綜合評價對系統(tǒng)的若干方案進行優(yōu)化后，還要進行綜合評價。幾個替代方案各有千秋，需要按所制定的系統(tǒng)指標體系，定出綜合評價的標準，通過評價標準對各方案進行綜合評價，確定各方案的優(yōu)劣順序，提供給決策者進行決策。若決策者對上述方案不滿意，則按前面的步驟，對因素進行調(diào)整，重新分析;若決策者對方案滿意，則實施之。三、物流系統(tǒng)分析的作用物流系統(tǒng)的建立過程可以分為系統(tǒng)規(guī)劃、系統(tǒng)設(shè)計和系統(tǒng)實施三個階段。第一階段為系統(tǒng)規(guī)劃階段。上一頁下一頁返回第一節(jié)物流系統(tǒng)分析在此階段中，主要的任務(wù)是定義系統(tǒng)的概念，明確建立系統(tǒng)的必要性，在此基礎(chǔ)上明確目的和確定目標;同時，提出系統(tǒng)應(yīng)具備的環(huán)境條件和約束條件。簡單地說就是提出問題，確立元素和約束條件。第二階段為系統(tǒng)設(shè)計階段。在此階段中，首先是對系統(tǒng)進行概略設(shè)計，其內(nèi)容主要是制訂各種替代方案，然后進行系統(tǒng)分析，分析的內(nèi)容包括目的、替代方案、費用、效益、模型和評價標準等。在系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上確定系統(tǒng)設(shè)計方案，據(jù)此對系統(tǒng)進行詳細設(shè)計，也就是提出模式和解決方案。第三階段為系統(tǒng)實施階段。上一頁下一頁返回第一節(jié)物流系統(tǒng)分析首先是對系統(tǒng)設(shè)計中一些與系統(tǒng)有關(guān)的關(guān)鍵項目進行試驗，在此基礎(chǔ)上進行必要的改進，然后正式投入運行，即實施和改進。由此可見，系統(tǒng)分析在整體系統(tǒng)建立的過程中處于非常重要的地位，它起到承上啟下的作用，特別當系統(tǒng)中存在著不確定因素或相互矛盾的因素時更需要通過系統(tǒng)分析來保證，只有這樣才能避免技術(shù)上的大量返工和經(jīng)濟上的重大損失。四、物流系統(tǒng)分析的基本方法與原則由于系統(tǒng)是由兩個或兩個以上元素及元素間形成的特別關(guān)系所構(gòu)成的有機整體，其中元素是形成系統(tǒng)的基礎(chǔ)，元素之間的關(guān)系是構(gòu)成系統(tǒng)不可缺少的條件。上一頁下一頁返回第一節(jié)物流系統(tǒng)分析(一)物流系統(tǒng)的分析原則1.外部條件與內(nèi)部條件相結(jié)合的原則2.當前利益與長遠利益相結(jié)合的原則3.子系統(tǒng)與整個系統(tǒng)相結(jié)合的原則4.定量分析與定性分析相結(jié)合的原則(二)物流系統(tǒng)分析的基本內(nèi)容1.系統(tǒng)目標這是系統(tǒng)分析的首要工作，只有目標明確，才能獲得最優(yōu)的信息，才能建立和提供最優(yōu)的分析依據(jù)。2.替代方案上一頁下一頁返回第一節(jié)物流系統(tǒng)分析替代方案足夠就能有較大的選擇余地，使系統(tǒng)更優(yōu)。

3.模型模型包括數(shù)字模型、邏輯模型，可以在建立系統(tǒng)之前預(yù)測有關(guān)技術(shù)參數(shù)，系統(tǒng)建立之后幫助分析系統(tǒng)的優(yōu)化程度、存在問題以及提出改進措施等。4.費用與效益其原則是效益大于費用。

5.評價標準用于確定各種替代方案優(yōu)先選用的順序;系統(tǒng)的評價準則要根據(jù)系統(tǒng)的具體情況而定，但必須具有明確性、可計量性及適度的靈敏度。上一頁下一頁返回第一節(jié)物流系統(tǒng)分析(三)系統(tǒng)分析的特點系統(tǒng)分析是以系統(tǒng)的整體效益為目標，以尋求解決特定問題的最優(yōu)策略為重點，運用定性和定量分析相結(jié)合的方法，為決策者提供價值判斷依據(jù)，以尋求最有利的決策。1.以整體為目標2.以特定問題為對象3.運用定量方法4.憑借價值判斷五、物流系統(tǒng)分析常用的理論及方法(一)數(shù)學規(guī)劃法(運籌學)上一頁下一頁返回第一節(jié)物流系統(tǒng)分析這是一種對系統(tǒng)進行統(tǒng)籌規(guī)劃，尋求最優(yōu)方案的數(shù)學方法。其具體理論與方法包括線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃、排隊規(guī)劃和庫存論等。這些理論和方法都是解決物流系統(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)量問題的有效方法。(二)統(tǒng)籌法(網(wǎng)絡(luò)計劃技術(shù))統(tǒng)籌法，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)。它用網(wǎng)絡(luò)圖來描述活動流程的路線，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)整相互關(guān)系，以保證按期完成整個計劃。該項技術(shù)可用于物流作業(yè)的合理安排。(三)系統(tǒng)優(yōu)化法上一頁下一頁返回第一節(jié)物流系統(tǒng)分析在一定約束條件下，求出使目標函數(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)境的影響。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，如何來確定可控參數(shù)的值，以使系統(tǒng)達到最優(yōu)狀況。(四)系統(tǒng)仿真利用模型的實際系統(tǒng)進行仿真實驗研究。(五)其他方法主因素分析法、層次分析法、聚類分析法、遺傳算法、退火算法等方法是近年來的流行方法。上一頁下一頁返回第一節(jié)物流系統(tǒng)分析1.主因素分析法因素分析法是依據(jù)分析指標與其影響因素的關(guān)系，從數(shù)量上確定各因素對分析指標的影響方向和影響程度的一種方法。因素分析法既可以全面分析各因素對某一經(jīng)濟指標的影響，又可以單獨分析某個因素對經(jīng)濟指標的影響，在財務(wù)分析中應(yīng)用頗為廣泛。

2.層次分析法層次分析法是一種定性與定量分析相結(jié)合的多因素決策分析方法。這種方法將決策者的經(jīng)驗判斷給予數(shù)量化，在目標因素結(jié)構(gòu)復(fù)雜且缺乏必要數(shù)據(jù)的情況下使用更為方便，因而在實踐中得到廣泛應(yīng)用。上一頁下一頁返回第一節(jié)物流系統(tǒng)分析3.遺傳算法遺傳算法(GeneticAlgorithm)是模擬達爾文的遺傳選擇和自然淘汰的生物進化過程的計算模型，是一種通過模擬自然進化過程搜索最優(yōu)解的方法，它是由美國Michigan大學J.Holland教授于1975年首先提出來的，并出版了頗有影響的專著《AdaptationinNaturalandArtificialSystems》,GA這個名稱才逐漸為人所知。J.Holland教授所提出的GA通常為簡單遺傳算法(SGA)。遺傳算法是從代表問題可能潛在的解集的一個種群(Population)開始的，而一個種群則由經(jīng)過基因(Gene)編碼的一定數(shù)目的個體(Individual)組成。上一頁下一頁返回第一節(jié)物流系統(tǒng)分析

4.退火算法模擬退火算法來源于固體退火原理，那將固體加溫至充分高，再讓其徐徐冷卻，加溫時，固體內(nèi)部粒子隨溫升變?yōu)闊o序狀，內(nèi)能增大，而徐徐冷卻時粒子漸趨有序，在每個溫度都達到平衡態(tài)，最后在常溫時達到基態(tài)，內(nèi)能減為最小。根據(jù)Metropolis準則，粒子在溫度T時趨于平衡的概率為式中E為溫度T時的內(nèi)能;△E為其改變量，k為Boltzmann常數(shù)。上一頁下一頁返回第一節(jié)物流系統(tǒng)分析用固體退火模擬組合優(yōu)化問題，將內(nèi)能E模擬為目標函數(shù)值f，溫度T演化成控制參數(shù)t，即得到解組合優(yōu)化問題的模擬退火算法:由初始解i和控制參數(shù)初值t開始，對當前解重復(fù)“產(chǎn)生新解→計算目標函數(shù)差→接受或舍棄”的迭代，并逐步衰減t值，算法終止時的當前解即為所得近似最優(yōu)解，這是基于蒙特卡羅迭代求解法的一種啟發(fā)式隨機搜索過程。退火過程由冷卻進度表(CoolingSchedule)控制，包括控制參數(shù)的初值t及其衰減因子△t、每個t值時的迭代次數(shù)L和停止條件S。上一頁返回第二節(jié)物流系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真是20世紀40年代末以來伴隨著計算機技術(shù)的發(fā)展而逐步形成的一門新興學科。仿真(Simulation)就是通過建立實際系統(tǒng)模型并利用所建模型對實際系統(tǒng)進行實驗研究的過程。最初仿真技術(shù)主要用于航空、航天、原子反應(yīng)堆等價格昂貴、周期長、危險性大、實際系統(tǒng)試驗難以實現(xiàn)的少數(shù)領(lǐng)域，后來逐步發(fā)展到電力、石油、化工、冶金、機械等一些主要工業(yè)部門并進一步擴大到社會系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)、交通運輸系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)等一些非工程系統(tǒng)領(lǐng)域?？梢哉f，現(xiàn)代系統(tǒng)仿真技術(shù)和綜合性仿真系統(tǒng)已經(jīng)成為任何復(fù)雜系統(tǒng)，特別是高技術(shù)產(chǎn)業(yè)不可缺少的分析、研究、設(shè)計、評價、決策和訓練的重要手段。其應(yīng)用范圍在不斷擴大，應(yīng)用效益也日益顯著。下一頁返回第二節(jié)物流系統(tǒng)仿真1.系統(tǒng)仿真及其分類系統(tǒng)仿真是建立在控制理論、相似理論、信息處理技術(shù)和計算機初等理論基礎(chǔ)之上的，以計算機和其他專用物理效應(yīng)設(shè)備為工具，利用系統(tǒng)模型對真實或假設(shè)的系統(tǒng)進行實驗，并借助于專家的經(jīng)驗知識、統(tǒng)計數(shù)據(jù)和信息資料對實驗結(jié)果進行分析研究進而做出決策的一門綜合的實驗性學科。從廣義而言，系統(tǒng)仿真的方法適用于任何領(lǐng)域，無論是在工程系統(tǒng)(機械、化工、電力、電子等)中或是在非工程系統(tǒng)(交通、管理、經(jīng)濟、政治等)中都可使用。根據(jù)模型的種類不同，系統(tǒng)仿真可以分為三種:物理仿真、數(shù)學仿真和半實物仿真。上一頁下一頁返回第二節(jié)物流系統(tǒng)仿真按照實際系統(tǒng)的物理性質(zhì)構(gòu)造系統(tǒng)的物理模型，并在物理模型上進行實驗的過程是物理仿真;對實際系統(tǒng)進行抽象，并將其特性用數(shù)學關(guān)系加以描述而得到系統(tǒng)的數(shù)學模型，再對數(shù)學模型進行實驗的過程是數(shù)學仿真;半實物仿真是將數(shù)學模型與物理模型甚至實物聯(lián)合起來進行實驗。根據(jù)所研究的，系統(tǒng)不同，系統(tǒng)仿真又可分為連續(xù)系統(tǒng)仿真和離散事件系統(tǒng)仿真。前者是指系統(tǒng)狀態(tài)隨時間連續(xù)變化的情況，多數(shù)工程系統(tǒng)，如機電、機械、化工、電力等系統(tǒng)都屬于這類系統(tǒng);后者則是指系統(tǒng)狀態(tài)變化是離散的，多數(shù)非工程系統(tǒng)，如管理、交通、經(jīng)濟等都屬于離散事件系統(tǒng)。上一頁下一頁返回第二節(jié)物流系統(tǒng)仿真2.系統(tǒng)仿真的一般步驟對于每一個成功的仿真研究項目，其應(yīng)用都包含著特定的步驟，如圖8-2所示。不論仿真項目的類型和研究目的有何不同，仿真的基本過程是保持不變的，須進行如下九步:(1)問題的定義;(2)制定目標和定義系統(tǒng)效能測度;(3)描述系統(tǒng)并對所有假設(shè)列表;(4)列舉可能替代的方案;(5)收集數(shù)據(jù)和信息;(6)建立計算機模型;上一頁下一頁返回第二節(jié)物流系統(tǒng)仿真(7)校驗和確認模型;(8)驗證;(9)確認。

3.系統(tǒng)仿真的必要性仿真研究的基本步驟是項目成功的基礎(chǔ)。雖然了解仿真研究的基本步驟至關(guān)重要，但是意識到并不是任何問題都應(yīng)該使用仿真來解決也是同樣重要的。在過去，大型的、復(fù)雜的仿真項目是由受過專門訓練的程序員和分析員來開發(fā)的。要想仿真能夠正確地解決問題，在決定進行仿真研究之前，要對問題類型、資源的可獲得性、費用、數(shù)據(jù)的可獲得性四個項目進行正確評估。上一頁下一頁返回第二節(jié)物流系統(tǒng)仿真

(1)問題類型。如果一個問題能夠由常識或簡單分析來解決，就沒有必要使用仿真。另外，使用數(shù)學方程式比采用仿真解決問題要快，而且費用較低?？梢栽诒辉u估系統(tǒng)上直接做實驗就能夠解決的問題，就不如直接做實驗，而不要進行仿真。比如有的學校運輸部門為了研究校園班車的增開問題，使用自己的人力和交通工具在周末進行實驗。與此相對比，開發(fā)一個研究校園班車系統(tǒng)的仿真將要花費一個學生幾周的時間來完成。但是，在系統(tǒng)上直接做實驗時，也要考慮到實驗對實