第八章_物流系统控制机制的分析与设计

内蒙古工业大学物流系统控制机制的分析与设计王梦楠本章提要物流系统分析与设计系统控制概述1物流系统控制的概念、内容与分类2不同环境下的物流系统控制机制分析与设计31系统控制理论1.1系统控制的目的系统控制的目的是为了在系统内外部环境发生变化的情况下，保证系统目标的实现，也就是通过系统控制来纠正系统实际产出与系统目标之间的偏差。物流系统分析与设计1系统控制理论1.2系统的控制调节过程系统的控制调节过程由目标、信息的传递和反馈、控制作用等要素组成。信息的传递和反馈是系统控制的基础；目标是系统控制要参照的对象；控制作用是控制主体与控制客体之间的一种相互作用，即控制主体给客体世家的一系列调整过程。物流系统分析与设计1系统控制理论1.3系统控制的分类（1）开环系统系统的输入决定系统的输出，而系统的输出对系统的输入不存在反馈控制作用。系统过去的活动不能调节将来的活动，系统不检测其本身的活动，也不对本身的活动产生反应。物流系统分析与设计1系统控制理论1.3系统控制的分类（2）反馈系统/闭环系统有一个闭合的回路结构这个回路结构使系统过去的活动结果返回调节系统将来的活动，即系统的输出对系统的输入有影响。物流系统分析与设计本章提要物流系统分析与设计系统控制概述1物流系统控制的概念、内容与分类2不同环境下的物流系统控制机制分析与设计31物流系统控制的概念与目的（1）概念物流系统控制就是系统控制理论在物流系统中的具体应用，利用系统控制方法调节物流系统目标与实施过程的差异。（2）目的调整系统实际运营结果与物流系统目标之间的差距。物流系统分析与设计2物流系统控制的内容物流系统分析与设计成本控制•物流系统整个运营过程要尽可能降低成本•成本目标是根本目标，是其他一切目标的基础•成本控制贯穿整个物流系统，涉及采购、生产、库存、配送等流程质量控制•质量控制是提升物流服务的关键•核心控制环节：物流系统的生产过程。•辅助控制环节：原料供应环节、存储环节、运输环节、配送环节。流程控制•流程控制的对象：物流系统中的作业程序•目标：缩小流程中时间与空间的跨度，降低成本，提升服务。•流程控制伴随成本控制与质量控制。3物流系统控制的分类物流系统分析与设计3.1事前控制事前控制也叫超前控制或者前馈控制，主要通过对物流系统各投入要素进行严格的监视，确保他们符合特定的标准，如此经过物流系统的运转，使得最终的物流系统产出尽可能的与物流系统目标相符合。3物流系统控制的分类物流系统分析与设计3.1事前控制事前控制的参考标准尺度很难把握，需事先制定详细的标准参照体系，而该体系来源于物流系统本身的不断调整。事前控制方法可使决策者提前采取措施纠正偏差，大大降低物流系统运营成本，提高服务水平。事前控制输入物流系统运行过程输出3物流系统控制的分类物流系统分析与设计3.2事中控制事中控制也叫实时控制，指的是在物流系统运营过程中临时采用的一种控制方法，通常是参照现有的理论或者比较实用的经验而采取的矫正行为，如物流批量控制、盈亏平衡控制、专家控制等。3物流系统控制的分类物流系统分析与设计3.2事中控制事中控制输入物流系统运行过程输出3物流系统控制的分类物流系统分析与设计3.3事后控制事后也叫反馈控制，它主要通过检测物流系统实际运营结果，比较该结果与物流系统目标之间是否存在偏差。如存在一定程度上的偏差，则采取相应措施来纠正物流系统的相关运营流程，从而调整物流系统运营结果与物流系统目标之间的偏差。3物流系统控制的分类物流系统分析与设计3.3事后控制事后控制输入物流系统运行过程输出3物流系统控制的分类物流系统分析与设计3.3事后控制（1）事后控制指标①目标：即物流系统的目标，物流系统的一系列活动最终都是为了使物流系统所处状态尽可能的趋向物流系统目标值。②观测值：为了对物流系统进行控制，就要不断的监测物流系统所处的状态，同时获得相关的实时数据，这些实时数据就是观测值。3物流系统控制的分类物流系统分析与设计3.3事后控制（1）事后控制指标③预测值：受控物流系统实际运营结果与目标值发生偏差之前，能够通过相关预测装置或方法得到的受控物流系统的运行状态与运行数据。④偏差：实际值与目标值之间的差额。事后控制就是通过偏差大小发出相关控制指令，从而改变受控系统的运行状态，使之趋近于目标值。3物流系统控制的分类物流系统分析与设计3.3事后控制（1）事后控制指标⑤控制指令：物流系统控制人员根据受控物流系统实际值与目标值之间偏差大小而发出的调整受控物流系统运行状态的相关信息。3物流系统控制的分类物流系统分析与设计3.3事后控制（2）事后控制模型控制措施的时间延误监测时间施控制人员采用的纠正措偏差目标值与实际值之间的的目标值在时刻受控物流系统相关变量时刻测定的实际值统相关变量在监测过程对受控物流系:k:t::t:t:)()(ktttttttktyxxffy本章提要物流系统分析与设计系统控制概述1物流系统控制的概念、内容与分类2不同环境下的物流系统控制机制分析与设计31物流系统设计中的常见控制机制1.1递阶控制递阶控制是一种主从式的系统控制方式。物流系统分析与设计递阶控制机制系统控制核心控制指令反馈信息1物流系统设计中的常见控制机制1.1递阶控制递阶控制的基本特点：①每个子节点有且仅有一个父节点，从而保证系统控制指令的严格执行；②集中化、主从式的控制机制；③系统适应性低，对系统进化或演变提供较少支持；④动态多变或环境扰动强烈的系统体系结构设计不宜采用该控制机制。物流系统分析与设计1物流系统设计中的常见控制机制1.2分形控制（异构结构控制）分形控制是一种分布式的系统控制方式。分形控制系统由被称为Agent的独立个体构成，并采取扁平化的系统体系结构。每个Agent都是高度自治的实体，很少与外界发生信息交流。每个Agent独立完成个体优化目标.分形控制系统Agent之间是平等协商或谈判关系。物流系统分析与设计1物流系统设计中的常见控制机制1.2分形控制（异构结构控制）物流系统分析与设计分形控制机制平等协商与谈判独立自治1物流系统设计中的常见控制机制1.2分形控制（异构结构控制）分形控制的基本特点：①协商而非管理与监督的控制关系；②分布式、分散化的控制机制，系统容错性和可维护性高；③突出个体而较少考虑全局，信息传递和系统控制局域化，不能实现全局最优；④使用于同质系统之间的控制机制，不适用于大系统的控制。物流系统分析与设计1物流系统设计中的常见控制机制1.3混合控制混合控制是在分形控制与递阶控制两种方式之间的折中，最常见的混合控制机制有：适度递阶控制（Semi-HierarchicalControl）和整子控制（HolonicControl）。物流系统分析与设计1物流系统设计中的常见控制机制1.3混合控制（1）适度递阶控制保留了递阶控制结构中上下级之间主从式的控制关系以利于全局化的实现；改变了递阶控制结构同级实体之间信息不能交流、单点失败等缺点；进一步强调了下级自主性和自适应性。物流系统分析与设计1物流系统设计中的常见控制机制1.3混合控制（1）适度递阶控制物流系统分析与设计协调协调功能计划适度递阶控制机制功能计划协调功能计划协调功能计划N-1层N层1物流系统设计中的常见控制机制1.3混合控制（2）整子控制（holonicControl）物流系统分析与设计1物流系统设计中的常见控制机制1.3混合控制（2）整子控制（holonicControl）①基本特征a.Holon是自助的整体，具有自治性，能够不经上级授权与指导，自主应对干扰，具有较强的稳定性与适应性；b.Holon是整体的有机组成部分，它受制于上层整体的控制，Holon之间具有合作性，Holon是它们所构成的更大整体实现其功能的中间形式。物流系统分析与设计1物流系统设计中的常见控制机制1.3混合控制（2）整子控制（holonicControl）②发挥作用方式a.当系统常规运行时，Holon主要发挥合作性以保证全局最优化，实现更高层Holon的最优化，此时Holon系统类似于递阶控制系统。b.当系统受到干扰时，Holon开始发挥自治性以抵制没有预期到的扰动，因而实现了更高层次系统的可重构性，此时Holon系统类似于分形控制系统。物流系统分析与设计1物流系统设计中的常见控制机制1.3混合控制（2）整子控制（holonicControl）③Holon系统的基本操作a.增加（augment）:增加原先没有的holon，扩大系统b.删除（exclude）:去除某个holon.c.归纳（inversion）:把多个holon中归纳出共同的要素，然后将它们组织起来，形成一个新的holond.分离（split）:把一个holon分解成两个或多个e.替代（substitute）:用更新的holon替代旧的holon物流系统分析与设计1物流系统设计中的常见控制机制1.3混合控制（2）整子控制（holonicControl）③Holon系统的基本操作物流系统分析与设计2基于Holonic控制的物流系统控制模型2.1物流系统控制模型的总体结构物流系统分析与设计系统重构holon，资源配置holon和运作管理holon分别负责物流合作伙伴选择决策、物流网络结构优化和物流敏捷调运决策等主要功能2基于Holonic控制的物流系统控制模型2.2Holon在物流系统中的两种运行方式（1）常规状态下holon的运行行为常规事件，一般为系统设计过程中曾经做出周密考虑的对系统运行状态影响较小的事件，如：根据已签署的物流契约接受实时委托的物流业务。常规事件在案例库中一般有标准事例可供选择，holon按照标准事例执行规则控制系统运行。常规事件的执行结果会产生另外的事件，于是事件的不断执行的同时也在不断更新知识系统。物流系统分析与设计2基于Holonic控制的物流系统控制模型2.2Holon在物流系统中的两种运行方式（2）非常规状态下holon的运行行为非常规事件，是指系统设计过程中不能完全预料，因而也就不能做出详细的应对措施的事件。事例库中没有既定的事例匹配，故需要根据实例库中的事例设立修改规则，从而提取新的标准事例新的标准事例由于没有标准优化模型参照，故一般结果非最优，通过事例的执行与推理，holon自发修正知识库等库的相关数据，最终实现事例标准化。物流系统分析与设计2基于Holonic控制的物流系统控制模型2.2Holon在物流系统中的两种运行方式（3）holon在物流系统中运行的推理图物流系统分析与设计2基于Holonic控制的物流系统控制模型2.3基于Holon控制的物流系统运行模式基于holon控制的物流系统控制模型模拟的是事件驱动物流系统运行过程。①发生引起物流系统初始运行状态改变的外部事件，如：接到大宗物流订单；②针对该事件，总体规划holon进行推理，初步计算系统新增业务的能力需求，根据初步能力匹配结果“触发规则”，总体规划holon自动提取若干事件交由系统重构holon、资源配置holon、运作管理holon分别执行。③三大holon执行结果产生新事件（内部系统事件）重新触发总体规划holon进行相应推理，如此循环，使得物流系统持续运行不断优化。物流系统分析与设计2基于Holonic控制的物流系统控制模型2.3基于Holon控制的物流系统运行模式物流系统分析与设计2基于Holonic控制的物流系统控制模型2.4物流系统控制模型总体结构的过程分解物流系统控制模型总体结构的过程分解就是对总体结构中每个内部holon的内部控制机制进行详细设计。设计基本要求：①完备性：完整模拟holon内部的主要决策过程；②敏捷性：充分考虑物流系统动态性的重要特点；③可重构性：为物流系统、物流联盟的动态重组提供支持④开放性：支持异构系统间的集成；⑤符合人的认知规律，重视知识的学习与积累物流系统分析与设计3供应链管理视角的物流系统协调控制机制3.1供应链中物流系统协调控制机制的整体框架物流系统分析与设计3供应链管理视角的物流系统协调控制机制3.1供应链中物流系统协调