第四章物流系统建模

CH4物流系统建模第四章物流系统建模1.系统模型概述........................................................................................................21.1系统模型的定义与特征...............................................................................21.2系统模型的分类...........................................................................................22.物流系统建模方法................................................................................................42.1建立物流系统模型的必要性.......................................................................42.2物流系统模型的建立原则...........................................................................52.3物流系统建模方法.......................................................................................62.3.1推理分析法........................................................................................62.3.2统计分析法........................................................................................72.3.3人工模拟法........................................................................................72.4物流系统建模的步骤...................................................................................72.5四类建模变量.................................................................................................83.常见的物流系统模型............................................................................................93.1昀优化模型...................................................................................................93.2仿真模型.....................................................................................................103.3启发式模型.................................................................................................114.系统建模实例........................................................................................................121CH4物流系统建模系统模型是系统工程解决问题的必要工具。在第三章中我们所介绍的系统分析，它的每一阶段都需要建立模型。当然，系统工程的模型常常是推测式的，模型的精度不能与具有严密理论基础的数学模型相提并论，模型也难以试验。要对物流系统进行有效的分析、规划或决策，就必须建立物流系统的模型，再借助模型对系统进行定量的或者定性与定量相结合的分析。物流系统的建模是物流系统决策与物流系统管理人员必须掌握的重要手段。1.系统模型概述1.1系统模型的定义与特征系统模型是对一个系统某一方面本质属性的描述，它以某种确定的形式（例如文字、符号、图表、实物、数学公式等）提供关于该系统的某一方面的知识。系统模型一般不是系统对象本身，而是对现实系统的描述、模仿或抽象。系统是复杂的，系统的属性也是多方面的。对于某一特定的研究目的而言，没有必要考虑系统的全部属性，因此，系统模型只是对系统某一方面或某几方面的本质属性的描述，本质属性的选取完全取决系统工程研究的目的。所以，对同一个系统，根据不同的研究目的，可以建立不同的系统模型。系统模型来源于实际系统，反映的是实际系统的主要特征，但它又高于实际系统，能反映同类问题的共性，是对所要研究问题的抽象。一个恰当、适用的系统模型应该具有如下三个特征：（1）它是对现实系统的抽象或模仿；（2）它是由反映系统本质或特征的主要要素构成的；（3）它集中体现了这些主要要素之间的关系。1.2系统模型的分类系统的种类繁多，作为系统的描述——系统模型的种类同样也是多种多样。从不同的角度观察，可以得出多种不同的分类方法。例如，按建模材料的不同，可分为抽象模型和实物模型；按与实体系统的关系，可分为形象模型、相似模型和数学模型；按与时间的依赖关系，又可分为动态模型和静态模型；按模型的用途，又可分为结构模型、评价模型、优化模型等等。图4-1是按照模型的表达形式给出的一种分类方法，各种模型可归结为物理模型、文字模型和数学模型三大2CH4物流系统建模类。图中还对各种模型的特征进行了对比。下面对各模型的含义进行解释。现实系统实体模型相似模型网络模型文字模型图表模型比例模型逻辑模型解析模型物理模型数学模型特征对比：研究的速度、灵活性、抽象性：依此增加现实性、建模时间、建模费用：依此减少图4-1系统模型的分类与特征对比（1）实体模型：即现实系统本身，当系统的大小刚好适合研究而且又不存在危险时，可以将系统本身作为研究模型。如产品质量检验中采取的抽样模型就属于实体模型。（2）比例模型：是对现实系统的放大或缩小，使之适合于研究。（3）相似模型：根据相似原理，利用一种系统去代替另一种系统。例如用电路系统代替机械系统、热力学系统进行研究，则电路系统就是后二者的相似模型。（4）文字模型：在物理模型和数学模型都很难建立时，有时不得不用文字符号来描述系统研究的结果，如技术报告、说明书等就属于文字模型。（5）网络模型：用网络图来描述系统的组成要素以及要素之间的相互关系（包括逻辑关系与数学关系）。（6）图表模型：指用图像和表格形式描述的模型，图像与表格形式二者可以互相转化，这里说的图像是指坐标系中的曲线、曲面或点等几何图形。（7）逻辑模型：指用方框图、程序单、模拟机排题图等形式表示系统要素逻辑关系的模型。（8）解析模型：指用数学方程式表示系统某些特性的模型。系统工程中经常使用数学模型来分析问题。无论是在自然科学、工程技术、还是社会科学领域，没有定量分析，就没有科学的预测与决策，就会造成决策失误；另外，数学模型具有良好的可变性和适应性，便于使用计算机，便于快速分3CH4物流系统建模析。因此，数学模型是定量分析的基础。我们通常所说的系统建模，大多数情况下都是指建立系统的数学模型。2.物流系统建模方法物流系统模型是对物流系统的特征要素及其相互关系和变化趋势的一种抽象描述。物流系统模型反映物流系统的一些本质特征，用于描述物流系统要素之间的相互关系、系统与外部环境的相互作用等。由于物流系统时域和地域上的广泛性，使得系统要素和特性也多种多样，因此，有必要借助物流系统抽象模型进行系统特性的研究。本节将分析物流系统模型建立的必要性，并介绍物流系统模型建立的原则和方法。2.1建立物流系统模型的必要性人类认识和改造客观世界的研究方法，主要可分为三种，即实验法、抽象法、模型法。实验法是通过对客观事物本身直接进行科学实验来进行研究的。物流系统范围广、环节多、构成要素复杂，因此不可能采用实验法研究物流系统。抽象法是把现实系统抽象为一般的理论概念，然后进行推理和判断。这种方法缺乏实体感，过于概念化，同样不适合研究物流系统。模型法是在对现实系统进行抽象的基础上，把它们再现为某种实物的、图画的或数学的模型，再通过模型来对系统进行分析、比较和研究，昀终导出结论。由此可见，模型法既避免了实验法的局限性，又避免了抽象法的过于概念化，适合于研究对物流系统的研究和分析。使用物流系统模型的必要性在于：（1）物流系统建设的需要。新建一个物流系统时，由于物流系统尚未建立，无法直接进行测试或实验，只能通过建造相应的系统模型来对系统的效果进行预测，以实现对系统的分析、优化、评价和决策。（2）经济上的节约。对复杂的物流系统或其子系统直接进行实验，其成本将十分昂贵，但是，如果使用相应的系统模型就非常经济。（3）时间上的考虑。物流系统与社会系统、生态系统相似，具有惯性大、反应周期长的特点，对这样的系统直接进行实验，则要等若干年以后才能看到结果，这当然是系统分析和评价所不允许的。使用物流系统模型进行分析和评价，4CH4物流系统建模将很快就可得到分析结果。（4）系统分析的灵活性要求。现实系统中包含的因素太多而且复杂，实验结果往往难以直接与其中的某一因素挂钩，因此，直接实验的结果不易理解；另外，试验过程中要改变系统某些参数也相当困难。但是，系统模型突出的是研究所需的主要特征，模型（尤其是数学模型）的修改和参数变动非常容易，便于在各种不同的条件下对系统进行分析和评价。2.2物流系统模型的建立原则物流系统的复杂性决定了物流系统模型建立的复杂性。建立一个简明、适用的物流系统模型，将为物流系统的分析、评价和决策提供可靠的依据。但是，建造系统模型，尤其是抽象程度很高的系统数学模型，是一种创造性劳动，既是一种技术，也是一门“艺术”。一般来说，建立系统模型要满足现实性、简明性、标准化三条昀基本的要求。现实性也就是说系统模型要在一定程度上较好地反映系统的客观实际，反映系统本质特征及其关系，去掉非本质的东西。简明性是指在满足现实性要求的基础上，应尽量使系统模型简单明了，以节约建模的费用和时间。如果一个简单的模型能解决问题，就不要去建一个复杂的模型，因为建造一个复杂的模型并求解是要付出很高代价的。模型的标准化是指，如果已有某种标准化模型可供借鉴，则应尽量采用标准化模型，或者对标准化模型加以某些修改，使之适合对象系统。上述三条要求经常会相互抵触，容易顾此失彼。例如，如果模型复杂一些，则现实性很强，但建模和求解都相当困难，也很难满足标准化的要求。一般的处理原则是，在现实性的基础上，达到简明性，再尽可能满足标准化要求。根据系统建模的这三条基本要求，建立物流系统模型时，必须遵循以下几条基本原则：(1)准确性模型必须反映现实系统的本质规律。模型中包含各种变量和数据公式、图表，一旦模型确定，就要根据这些数据和公式、图表求解模型、研究模型，因此数据必须可靠，公式和图表必须正确，有科学依据，合乎科学规律和经济规律。(2)可靠性5CH4物流系统建模模型既然是实际系统的替代物，它必须能反映事物的本质，且有一定的精确度。如果一个模型不能在本质上反映实际，或者在某些关键部分缺乏一定的精确度，那就存在着潜在的危险。(3)简明性模型的表达方式应明确、简单、抓住本质。一个实际系统可能是相当复杂的，如果模型也很复杂，则构造和求解模型的