主講：張慶英物流系統(tǒng)工程LogisticsSystemEngineering

物流系統(tǒng)建模第5章01系統(tǒng)模型概述02系統(tǒng)模型的基本要求03模型構(gòu)建的基本方法與過(guò)程04物流系統(tǒng)建模的概念及方法05常見(jiàn)的物流系統(tǒng)模型06系統(tǒng)建模實(shí)例07案例分析：考慮具有不同交付選擇的物流配送路徑問(wèn)題研究系統(tǒng)模型的定義與特征系統(tǒng)模型的分類(lèi)系統(tǒng)模型概述1對(duì)一個(gè)系統(tǒng)某一方面本質(zhì)屬性的描述系統(tǒng)模型以某種確定的形式（例如文字、符號(hào)、圖表、實(shí)物、數(shù)學(xué)公式等）提供關(guān)于該系統(tǒng)的某一方面的知識(shí)。本質(zhì)屬性的選取完全取決于系統(tǒng)工程研究的目的對(duì)于同一個(gè)系統(tǒng)，出于不同的研究目的，可以建立不同的系統(tǒng)模型。來(lái)源于實(shí)際系統(tǒng)，反映實(shí)際系統(tǒng)的主要特征，但它又高于實(shí)際系統(tǒng)，能反映出同類(lèi)問(wèn)題的共性，反映所研究問(wèn)題的共同屬性。系統(tǒng)模型（1）它是對(duì)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的抽象或模仿；（2）它由反映系統(tǒng)本質(zhì)或特征的主要要素構(gòu)成；（3）它集中體現(xiàn)了這些要素之間的關(guān)系；（4）它忽略了與分析無(wú)關(guān)的因素。系統(tǒng)模型的特征Art將現(xiàn)實(shí)世界中的系統(tǒng)原型概括形成模型，構(gòu)建并分析模型得出結(jié)論，利用結(jié)論來(lái)解釋現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，而后與現(xiàn)實(shí)進(jìn)行比較，重新認(rèn)識(shí)現(xiàn)實(shí)，修改模型，以深化對(duì)于問(wèn)題的理解，尋找最好的解決方案。圖5-1模型與現(xiàn)實(shí)對(duì)象的關(guān)系分類(lèi)原則模型種類(lèi)按建模材料不同按模型的規(guī)模按與實(shí)體的關(guān)系按模型表征信息的程度按模型的構(gòu)造方法按模型的功能按與時(shí)間的依賴(lài)關(guān)系按模型中變量的性質(zhì)按是否描述系統(tǒng)內(nèi)部特性按模型的應(yīng)用場(chǎng)合數(shù)學(xué)模型的分類(lèi)按變量形式分類(lèi)按變量之間的關(guān)系分類(lèi)抽象、實(shí)物宏觀模型、中觀模型、微觀模型形象、類(lèi)似、數(shù)學(xué)觀念性、數(shù)學(xué)、物理理論、經(jīng)驗(yàn)、混和結(jié)構(gòu)、性能、評(píng)價(jià)、最優(yōu)化、網(wǎng)絡(luò)靜態(tài)、動(dòng)態(tài)確定性模型、隨機(jī)性模型黑箱、白箱通用、專(zhuān)用確定性、隨機(jī)性、連續(xù)性、離散性代數(shù)方程、微分方程、概率統(tǒng)計(jì)、邏輯系統(tǒng)模型的分類(lèi)按建模材料的不同抽象模型實(shí)物模型按與時(shí)間的關(guān)系靜態(tài)模型動(dòng)態(tài)模型按與實(shí)體系統(tǒng)的關(guān)系形象模型數(shù)學(xué)模型相似模型按模型的用途結(jié)構(gòu)模型優(yōu)化模型評(píng)價(jià)模型

系統(tǒng)模型的分類(lèi)與特征對(duì)比研究的速度、靈活性、抽象性：依次增加現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)實(shí)體模型圖表模型邏輯模型解析模型比例模型相似模型網(wǎng)絡(luò)模型物理模型數(shù)學(xué)模型文字模型現(xiàn)實(shí)性、建模時(shí)間、建模費(fèi)用：依次減少實(shí)體模型就是現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)本身，當(dāng)系統(tǒng)的大小剛好適合研究而且又不存在危險(xiǎn)時(shí)，可以將系統(tǒng)本身作為研究模型。如產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)中的抽樣模型就屬于實(shí)體模型。實(shí)體模型比例模型，是對(duì)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的放大或縮小，使之適合于研究。比例模型相似模型根據(jù)相似原理，利用一種系統(tǒng)去代替另一種系統(tǒng)，稱(chēng)相似模型。例如用電路系統(tǒng)代替機(jī)械系統(tǒng)、熱力學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行研究，則電路系統(tǒng)就是后二者的相似模型。文字模型在物理模型和數(shù)學(xué)模型都很難建立時(shí)，有時(shí)不得不用文字符號(hào)來(lái)描述系統(tǒng)研究的結(jié)果，如技術(shù)報(bào)告、說(shuō)明書(shū)等就屬于文字模型。網(wǎng)絡(luò)模型用網(wǎng)絡(luò)圖來(lái)描述系統(tǒng)的組成要素以及要素之間的相互關(guān)系（包括邏輯關(guān)系與數(shù)學(xué)關(guān)系）。圖表模型用圖像和表格形式描述的模型，圖像與表格形式二者可以互相轉(zhuǎn)化，這里說(shuō)的圖像是指坐標(biāo)系中的曲線、曲面或點(diǎn)等幾何圖形。邏輯模型用方框圖、程序單、模擬機(jī)排題圖等形式表示系統(tǒng)要素邏輯關(guān)系的模型。解析模型解析模型用數(shù)學(xué)方程式表示系統(tǒng)某些特性的模型。系統(tǒng)模型的基本要求2系統(tǒng)模型的基本要求（1）清晰性（2）切題性（3）精確性（4）集合性（5）反饋性系統(tǒng)模型的基本要求系統(tǒng)模型往往是由許多分系統(tǒng)、子系統(tǒng)模型構(gòu)成的，在模型與模型間，除了研究目的需要的信息聯(lián)系外，相互耦合要盡可能少，結(jié)構(gòu)應(yīng)清晰。（1）清晰性系統(tǒng)模型的基本要求模型只應(yīng)包括與研究目的有關(guān)的那些信息，而非真實(shí)系統(tǒng)的一切方面。因此，對(duì)于同一個(gè)系統(tǒng)，模型不是唯一的，研究目的不同，模型的形式也會(huì)不同。（2）切題性系統(tǒng)模型的基本要求建模時(shí)，應(yīng)該考慮相關(guān)信息的精確程度，精確程度是要由所研究問(wèn)題及其性質(zhì)來(lái)確定。對(duì)于不同的工程，精度要求是不一樣的。即使對(duì)于同一項(xiàng)目，由于研究的問(wèn)題不同，精度要求可能不一樣。（3）精確性系統(tǒng)模型的基本要求集合性指的是把單個(gè)實(shí)體組成更大實(shí)體的可能程度。出于研究的需要，會(huì)對(duì)系統(tǒng)實(shí)體進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆指?，在可能時(shí)應(yīng)盡量合并為大的實(shí)體。（4）集合性系統(tǒng)模型的基本要求反饋是指將系統(tǒng)的輸出返回到輸入端并以某種方式改變輸入，進(jìn)而影響系統(tǒng)功能的過(guò)程。建模是一個(gè)由淺入深、循序漸進(jìn)的過(guò)程，反饋環(huán)節(jié)是必不可少的。（5）反饋性建模過(guò)程的信息源建模方法建模過(guò)程模型構(gòu)建的基本方法與過(guò)程3系統(tǒng)模型的信息源目的與目標(biāo)先驗(yàn)知識(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)否是模型確定目的是否達(dá)到？數(shù)據(jù)目標(biāo)先驗(yàn)知識(shí)建模建模應(yīng)用先驗(yàn)知識(shí)prioriknowledge是先于經(jīng)驗(yàn)的知識(shí)。人類(lèi)頭腦包含有若干內(nèi)在的特征，它可為人類(lèi)理性和悟性提供基礎(chǔ)，它不依賴(lài)感覺(jué)或其他類(lèi)型的經(jīng)驗(yàn)。系統(tǒng)模型的信息源目的與目標(biāo)先驗(yàn)知識(shí)試驗(yàn)數(shù)據(jù)一個(gè)模型事實(shí)上是對(duì)一個(gè)真實(shí)過(guò)程給出一個(gè)非常有限的映像。一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)中的多個(gè)研究對(duì)象將規(guī)定建模過(guò)程的方向。建模前需要學(xué)習(xí)和了解前人的成果，包括：定理、原理、模型、概念、研究結(jié)論。建模過(guò)程是從以往的知識(shí)源出發(fā)而進(jìn)行的。系統(tǒng)的信息可以通過(guò)對(duì)系統(tǒng)的試驗(yàn)獲得。合適的定量觀測(cè)是解決建模問(wèn)題的有效途徑。白盒黑盒灰盒內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特性清楚的系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特性不清楚的系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特性部分清楚的系統(tǒng)利用已知的一些基本定律，經(jīng)過(guò)分析和演繹推導(dǎo)出系統(tǒng)模型?？杉僭O(shè)模型，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證，也可以用辨識(shí)的方法建立模型。采用前面兩種相結(jié)合的方法?！顬槠毡榻７椒▓D5-4建模的基本過(guò)程明確建模的目的，并對(duì)多個(gè)具體的目標(biāo)加以協(xié)調(diào)。利用足夠的先驗(yàn)知識(shí)進(jìn)行演繹分析。對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行充分的歸納整理。構(gòu)造出系統(tǒng)的模型后還需要對(duì)其可信度進(jìn)行分析和調(diào)整。直至得到科學(xué)合理的最終模型。

流程建模流程固化流程監(jiān)控流程分析流程優(yōu)化物流系統(tǒng)模型的特征及意義物流系統(tǒng)建模的原則物流系統(tǒng)建模的一般形式及方法物流系統(tǒng)數(shù)學(xué)建模的基本方法物流系統(tǒng)建模的步驟物流系統(tǒng)建模時(shí)應(yīng)注意的問(wèn)題四類(lèi)建模變量物流系統(tǒng)建模的概念及方法4物流系統(tǒng)模型對(duì)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（1）它是物流系統(tǒng)中現(xiàn)實(shí)實(shí)體的抽象或模仿；（2）由一些與物流系統(tǒng)分析有關(guān)的因素所組成；（3）用來(lái)表明物流系統(tǒng)中各因素間的關(guān)系。反映物流系統(tǒng)某些本質(zhì)屬性。物流系統(tǒng)模型化的意義通過(guò)建立易于操作的模型，幫助人們認(rèn)識(shí)復(fù)雜的物流系統(tǒng)，了解系統(tǒng)問(wèn)題的本質(zhì)和規(guī)律；通過(guò)對(duì)模型的分析，明確系統(tǒng)的內(nèi)部構(gòu)成、系統(tǒng)特性和形式，針對(duì)系統(tǒng)的規(guī)律和目標(biāo)，用數(shù)學(xué)表達(dá)式說(shuō)明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)關(guān)系和動(dòng)態(tài)情況；經(jīng)過(guò)恰當(dāng)?shù)某橄?、加工、邏輯處理，把?fù)雜系統(tǒng)的內(nèi)部和外部關(guān)系變成可以進(jìn)行準(zhǔn)確分析和處理的形式，從而得出需要的結(jié)論。將復(fù)雜的事物簡(jiǎn)單化，認(rèn)識(shí)和掌握系統(tǒng)的規(guī)律與特征。

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3物流系統(tǒng)的建模原則（4）系統(tǒng)分解、協(xié)調(diào)和綜合的原則（3）選用標(biāo)準(zhǔn)模型的原則（2）相互結(jié)合的原則（1）清晰原則物流系統(tǒng)是由許多密切聯(lián)系的要素或子系統(tǒng)組成的，對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)模型也應(yīng)該由許多子模型（或模塊）組成。在子模型與子模型之間，除了保留研究目的所必需的信息聯(lián)系外，各子模型之間的其他耦合關(guān)系要盡可能減少，以保證模型結(jié)構(gòu)盡可能清晰；（1）清晰原則物流系統(tǒng)的建模原則將諸多物流子系統(tǒng)和要素相互結(jié)合起來(lái)加以考慮，將看似無(wú)關(guān)的問(wèn)題聯(lián)系起來(lái)進(jìn)行綜合考察，找出它們之間的內(nèi)在規(guī)律；（2）相互結(jié)合的原則物流系統(tǒng)的建模原則物流系統(tǒng)中有些問(wèn)題已有標(biāo)準(zhǔn)模型，建模時(shí)，應(yīng)該首先查閱標(biāo)準(zhǔn)模型庫(kù)。若能滿(mǎn)足要求，就應(yīng)該首先選用標(biāo)準(zhǔn)模型。這樣不僅可以節(jié)省時(shí)間和精力，還可以有效降低建模費(fèi)用；（3）選用標(biāo)準(zhǔn)模型的原則物流系統(tǒng)的建模原則做好系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、指標(biāo)等的分解，做好系統(tǒng)的內(nèi)部與外部協(xié)調(diào)以及各方面的綜合工作。（4）系統(tǒng)分解、協(xié)調(diào)和綜合的原則物流系統(tǒng)的建模原則系統(tǒng)模型的一般形式：U——描述系統(tǒng)功能的效用或準(zhǔn)則值，也叫做目標(biāo)函數(shù)；目標(biāo)函數(shù)一般是希望達(dá)到的最大值（如利潤(rùn)、效益等）或最小值（如成本、支出、虧損等）?！煽刈兞?；——不可控變量，對(duì)U有影響；——目標(biāo)函數(shù)U與變量xi，yi之間的關(guān)系函數(shù)。（5）主觀想象法（6）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法（1）直接分析法物流系統(tǒng)建模的一般方法（2）推理分析法（3）統(tǒng)計(jì)分析法（4）實(shí)驗(yàn)分析法（1）直接分析法（2）推理分析法（3）統(tǒng)計(jì)分析法（4）實(shí)驗(yàn)分析法當(dāng)系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單、問(wèn)題很明確時(shí)，可按問(wèn)題的性質(zhì)直接建立模型。采用數(shù)據(jù)收集和統(tǒng)計(jì)分析的方法，通過(guò)分析已有的數(shù)據(jù)或試驗(yàn)數(shù)據(jù)建立系統(tǒng)的模型。（如：回歸分析法）當(dāng)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)分析不能確定個(gè)別變量對(duì)整個(gè)系統(tǒng)工作指標(biāo)的影響，又不可能做大量試驗(yàn)時(shí)，可在系統(tǒng)上作局部試驗(yàn)，確定關(guān)鍵變量，弄清楚其本質(zhì)特性及其對(duì)系統(tǒng)指標(biāo)的影響。逐步分析發(fā)現(xiàn)矛盾，建立試驗(yàn)?zāi)Ｐ?，直到取得滿(mǎn)意的效果為止。對(duì)于問(wèn)題明確、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和特征十分清楚的系統(tǒng)，可以利用已知的定律和定理，經(jīng)過(guò)一定的分析和推理來(lái)建模。（5）主觀想象法（6）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法當(dāng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性質(zhì)不明確，又無(wú)足夠的數(shù)據(jù)，且無(wú)法做實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以利用“主觀想象”來(lái)人為地構(gòu)建一個(gè)模型。先主觀地（科學(xué)地）設(shè)想一些基本情況，構(gòu)造一個(gè)簡(jiǎn)單的模型，據(jù)此推出一些結(jié)果，再通過(guò)專(zhuān)業(yè)的論證與分析，對(duì)模型加以修正，使之不斷地完善。根據(jù)生物原型的研究，建立神經(jīng)元、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的理論模型。通過(guò)信息的分布式存儲(chǔ)和并行系統(tǒng)處理，進(jìn)行不斷的自我訓(xùn)練，調(diào)解神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的權(quán)重，最后達(dá)到輸入各參量，在輸出端得到一個(gè)多重因素?cái)_動(dòng)下的合理輸出。輸出數(shù)據(jù)系統(tǒng)環(huán)境信息流建模誤差模型系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型與構(gòu)造有關(guān)根據(jù)物理法則根據(jù)輸入測(cè)定誤差建模誤差（線性、非線性、時(shí)間連續(xù)或離散，集中分布常數(shù)）數(shù)學(xué)模型與構(gòu)造無(wú)關(guān)其他模型圖5-6數(shù)學(xué)模型建立方式物流系統(tǒng)建模1.弄清問(wèn)題，掌握真實(shí)情況2.搜集資料4.構(gòu)造模型3.確定因素之間的關(guān)系6.檢驗(yàn)?zāi)Ｐ偷恼_性5.求解模型（1）目的和構(gòu)成要素應(yīng)明確（2）盡量使模型簡(jiǎn)單（3）重視模型的精度（4）盡量利用已知的數(shù)學(xué)模型（5）沒(méi)有固定不變的建模方法（6）要進(jìn)行模型的驗(yàn)證（7）在建模中要考慮人的因素步驟注意事項(xiàng)決定變量環(huán)境變量結(jié)果變量評(píng)價(jià)變量能夠決定數(shù)值的變量，表示是可控因素的變量，通常以x表示不能夠決定數(shù)值的變量，表示是不可控因素的變量，常以y表示。環(huán)境變量要考慮所處的環(huán)境條件由決定變量x和環(huán)境變量y所決定的數(shù)值，以z表示，用以表示該變量有部分因素是可控的用來(lái)作為評(píng)價(jià)結(jié)果變量好壞的尺度以字母u表示。四類(lèi)建模變量

不可控可控部分可控z=f(x,y)u=g(z)自變量評(píng)價(jià)變量u目標(biāo)結(jié)果變量z結(jié)果決定變量x內(nèi)部因素環(huán)境變量y外部因素因變量圖5-7四類(lèi)變量的關(guān)系最優(yōu)模型仿真模型啟發(fā)式模型幾種典型的物流系統(tǒng)模型常見(jiàn)的物流系統(tǒng)模型5按照物流系統(tǒng)建模的方法可劃分為：按照應(yīng)用問(wèn)題可劃分為：最優(yōu)模型、仿真模型、啟發(fā)式模型設(shè)施選址模型、庫(kù)存模型、物流路徑優(yōu)化模型、資源配置模型，，，最優(yōu)模型最優(yōu)模型是依賴(lài)精確的數(shù)學(xué)方程式和嚴(yán)密的數(shù)學(xué)過(guò)程來(lái)分析和評(píng)價(jià)物流系統(tǒng)的各種可選方案，從數(shù)學(xué)上可以證明所得到的解是針對(duì)該問(wèn)題的最優(yōu)解（最佳選擇）最優(yōu)模型、仿真模型、啟發(fā)式模型例：庫(kù)存控制中的基本經(jīng)濟(jì)訂貨批量模型EOQ：式中，Q*——最佳再訂貨量；D——年需求量；S——采購(gòu)成本；I——年庫(kù)存持有成本；C——庫(kù)存產(chǎn)品的單價(jià)。模型是以微積分為基礎(chǔ)的最優(yōu)模型，通過(guò)平衡訂貨成本和庫(kù)存持有成本，給出了當(dāng)產(chǎn)品庫(kù)存水平降到預(yù)定值時(shí)再訂貨的最優(yōu)批量。雖然其應(yīng)用范圍有限，但卻抓住了許多庫(kù)存管理問(wèn)題的核心問(wèn)題，可用于某些規(guī)劃模型中的子模型。最優(yōu)模型、仿真模型、啟發(fā)式模型最優(yōu)模型是依賴(lài)精確的數(shù)學(xué)方程式和嚴(yán)密的數(shù)學(xué)過(guò)程來(lái)分析和評(píng)價(jià)物流系統(tǒng)的各種可選方案，從數(shù)學(xué)上可以證明所得到的解是針對(duì)該問(wèn)題的最優(yōu)解（最佳選擇）組合爆炸局限性——最優(yōu)模型仿真模型以代數(shù)和邏輯語(yǔ)言對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行模擬，這種模擬通常要利用隨機(jī)的數(shù)學(xué)關(guān)系，對(duì)系統(tǒng)模型進(jìn)行抽樣試驗(yàn)仿真模型能真實(shí)地模擬系統(tǒng)過(guò)程，可用于物流系統(tǒng)中的各種規(guī)劃，如倉(cāng)庫(kù)選址、物流績(jī)效的影響因素分析、物流設(shè)備配置、物流成本分析等等。仿真模型最優(yōu)模型、仿真模型、啟發(fā)式模型在給定的多個(gè)倉(cāng)庫(kù)、多個(gè)分配方案的條件下，反復(fù)使用模型，對(duì)多個(gè)布局方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，找出最優(yōu)的系統(tǒng)方案尋求的是——最佳的倉(cāng)庫(kù)數(shù)量