經(jīng)濟學第講物流系統(tǒng)建模

鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義12023/9/1第2講物流系統(tǒng)建模建模是系統(tǒng)分析的必要過程，模型建立的質(zhì)量也影響著系統(tǒng)優(yōu)化的效果。本講將概述幾類主要的模型及其特點，并對常用的物流系統(tǒng)模型建模技術進行討論。模型概述物流系統(tǒng)模型的建立物流系統(tǒng)建模技術鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義22023/9/1§2.1模型概述模型的定義模型的分類實物模型圖形模型最優(yōu)化模型仿真模型鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義32023/9/1§2.1.1模型的定義模型是指為了某個特定目的而將原型所具有的本質(zhì)屬性的某一部分信息經(jīng)過簡化、提煉而構造的原型替代物。模型集中反映系統(tǒng)信息的整體，是對實際系統(tǒng)的一種抽象，是系統(tǒng)本質(zhì)的表述，是人們對客觀世界反復認識、分析，經(jīng)過多級轉(zhuǎn)換、整合等過程而形成的最終成果，它具有與系統(tǒng)相似的數(shù)學描述或物理屬性，以各種可用的形式，給出研究系統(tǒng)的信息。一個原型，為了不同的目的可以有多種不同的模型。模型是對真實系統(tǒng)中那些有用的和令人感興趣的特性的抽象化。鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義42023/9/1§2.1.2模型的分類從不同的角度觀察模型，可以得出多種不同的分類方法。按照模型的形式分，模型有抽象模型和形象模型；按模型中變量的性質(zhì)分，模型有動態(tài)模型和靜態(tài)模型、連續(xù)模型和離散模型、確定性模型和隨機性模型等；按模型的規(guī)模分，模型有宏觀模型、中觀模型、微觀模型；按模型的用途分，模型有工程用模型、科研用模型、管理用模型等。鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義52023/9/1按模型的形式細分鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義62023/9/1模型的分類根據(jù)模型與實際系統(tǒng)的一致程度，可概略地把模型分為以下四類：實物模型圖形模型最優(yōu)化模型仿真模型鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義72023/9/1§2.1.3實物模型實物模型是根據(jù)系統(tǒng)之間的相似性而建立起來的物理模型。靜態(tài)的實體模型最常見的是比例模型。例如，建筑師做縮小比例的房屋模型，作為自己的設計方案。鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義82023/9/1§2.1.4圖形模型圖形模型是用少量文字、簡明的數(shù)字、不同形式的直線和曲線所構成的圖模型，直觀、生動、形象地表示出現(xiàn)實系統(tǒng)的本質(zhì)和規(guī)律。圖形模型又可分為流程圖、方框圖、結構圖、流圖及網(wǎng)絡圖等。流程圖：反映某種實體的流轉(zhuǎn)過程，例如生產(chǎn)流程圖。方框圖：一個系統(tǒng)由許多子系統(tǒng)組成，用方框來代表子系統(tǒng)從而簡化了對問題的說明。結構圖：用來研究系統(tǒng)元素之間邏輯聯(lián)系、結構層次、空間分布等。如管理決策的層次結構、企業(yè)的組織結構。流圖：可分為信息流圖、資金流圖和物流圖。信息流圖能反映組織信息的來龍去脈；資金流圖反映了費用的流轉(zhuǎn)和消耗情況，通過計算每一環(huán)節(jié)的費用可以分析出企業(yè)的生產(chǎn)效益；物流圖反映了物資流動的方向、運量、距離和費用等內(nèi)容，對研究工廠布局、計算運費、確定運輸工具有重要意義。鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義92023/9/1§2.1.5最優(yōu)化模型廣義地說，凡是一切數(shù)學概念、數(shù)學理論體系、各種數(shù)學公式、各種方程式以及由公式系列構成的算法系統(tǒng)等都被稱為數(shù)學模型。狹義的說，凡是將具體現(xiàn)象、事物的特征和性質(zhì)給以數(shù)學表達的數(shù)學結構，如各種等式、不等式、圖、表或框圖等，也叫數(shù)學模型。數(shù)學模型是由實物模型為基礎（如圖），以解決現(xiàn)實問題為目的，在正確分析研究現(xiàn)實對象、構建系統(tǒng)的實物模型和抽象系統(tǒng)的結構特征的基礎上建立的。它必須反映現(xiàn)實問題的數(shù)量關系。鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義102023/9/1最優(yōu)化模型鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義112023/9/1最優(yōu)化模型數(shù)學模型給科學研究的對象以定量描述，從而把科學推向更高階段。數(shù)學建模是一種具有創(chuàng)新性的科學方法，它將現(xiàn)實問題簡化、抽象為一個數(shù)學問題或數(shù)學模型，然后采用恰當?shù)臄?shù)學方法求解，進而對現(xiàn)實問題進行定量分析和研究，最終達到解決實際問題之目的。但是能用數(shù)學表示的事物是有限的，在許多情況下，與現(xiàn)象完全吻合的數(shù)學表述是不可能的。因而，數(shù)學模型必須對現(xiàn)象做一些必要的簡化和假設：首先，要忽略現(xiàn)實問題中許多與數(shù)量無關的因素，其次，還要忽略一些次要的數(shù)量因素。因此，數(shù)學模型可以說是用數(shù)學關系式描述的一種假定情況。鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義122023/9/1最優(yōu)化模型數(shù)學模型包括概念模型和正規(guī)模型，其建模過程稱為一次建模。概念模型是指用說明文字、框圖、流程和資料等形式對原始系統(tǒng)的描述；正規(guī)模型是用符號和數(shù)學方程式來表示的系統(tǒng)的模型，其中系統(tǒng)的屬性用變量表示，系統(tǒng)的活動則用相互有關的變量之間的數(shù)學函數(shù)關系式來表示。正規(guī)模型通常依賴精確的數(shù)學方程式和嚴密的數(shù)學過程來分析和評價系統(tǒng)的各種可選方案，所得的解往往是針對該問題的最優(yōu)解，因此也稱為最優(yōu)化模型。最優(yōu)化模型也有其局限性。由于實際系統(tǒng)的復雜性，如果建立的模型對現(xiàn)實系統(tǒng)的描述過于細致，則即使利用最大型的計算機，也可能無法在合理的時間內(nèi)計算出最優(yōu)解。鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義132023/9/1§2.1.6仿真模型能提供數(shù)學最優(yōu)解的模型雖然看起來最好，但有時，在理論上的最優(yōu)解對現(xiàn)實的系統(tǒng)卻沒有意義。例如，物流設施選址問題，按數(shù)學模型求出的最優(yōu)點可能位于某條河道或橋梁上。物流系統(tǒng)規(guī)劃及決策分析中，存在許多隨機因素，而且有時數(shù)學上的最優(yōu)解并不是問題的關鍵，因此，經(jīng)常選用仿真技術，建立系統(tǒng)仿真模型。所謂仿真模型，就是以代數(shù)和邏輯語言作出的對系統(tǒng)的模擬，這種模擬通常要利用隨機的數(shù)學關系，仿真的過程就是對系統(tǒng)模型進行抽樣試驗的過程。鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義142023/9/1仿真模型仿真模型是一種適合在計算機上運行和試驗的模型，主要根據(jù)計算機運算特點、仿真方式、計算方法、精度要求，將原始系統(tǒng)數(shù)學模型轉(zhuǎn)換為計算機的程序。仿真的過程就是對系統(tǒng)模型進行抽樣試驗的過程。仿真系統(tǒng)數(shù)學建模過程稱為二次建模過程。鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義152023/9/1仿真模型系統(tǒng)仿真技術的優(yōu)點：符合人們的思維習慣，有助于系統(tǒng)分析；系統(tǒng)仿真對各種復雜的系統(tǒng)具有很好的適應性；系統(tǒng)仿真有利于定性與定量相結合；系統(tǒng)仿真有利于解決隨機因素的影響；系統(tǒng)仿真可以幫助系統(tǒng)優(yōu)化。鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義162023/9/1仿真模型由于仿真模型能真實地模擬系統(tǒng)過程，因而廣泛應用于物流系統(tǒng)中的各種環(huán)節(jié)：物流系統(tǒng)規(guī)劃與設計；物料控制；物料運輸調(diào)度；倉庫選址；物流績效的影響因素分析；物流設備配置；物流成本分析；等等。鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義172023/9/1仿真模型仿真模型與最優(yōu)模型的區(qū)別可以倉庫選址問題為例進行對比：最優(yōu)選址模型尋求的是最佳的倉庫數(shù)量、最佳的位置、倉庫最佳規(guī)模；而仿真模型則是試圖在給定的多個倉庫、多個分配方案的條件下，反復使用模型，對多個布局方案進行評價，從而找出最優(yōu)的系統(tǒng)方案。鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義182023/9/1§2.2物流系統(tǒng)模型的建立物流系統(tǒng)模型定義物流系統(tǒng)建模的必要性物流系統(tǒng)建模原則物流系統(tǒng)建模思路物流系統(tǒng)建模步驟物流系統(tǒng)建模應注意的問題常見的物流系統(tǒng)模型鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義192023/9/1§2.2.1物流系統(tǒng)模型定義物流系統(tǒng)模型是對物流系統(tǒng)的特征要素及其相互關系和變化趨勢的一種抽象描述。物流系統(tǒng)模型反映物流系統(tǒng)的一些本質(zhì)特征，用于描述物流系統(tǒng)要素之間的相互關系、系統(tǒng)與外部環(huán)境的相互作用等。物流系統(tǒng)模型具有如下三個特征：是物流系統(tǒng)實體的抽象或模仿；由與所分析問題有關的因素所組成；用來表明這些因素間的關系。鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義202023/9/1§2.2.2物流系統(tǒng)建模的必要性人類認識和改造客觀世界的研究方法，主要可分為三種，即實驗法、抽象法、模型法。實驗法是通過對客觀事物本身直接進行科學實驗來進行研究的。物流系統(tǒng)范圍廣、環(huán)節(jié)多、構成要素復雜，因此不可能采用實驗法研究物流系統(tǒng)。抽象法是把現(xiàn)實系統(tǒng)抽象為一般的理論概念，然后進行推理和判斷。這種方法缺乏實體感，過于概念化，同樣不適合研究物流系統(tǒng)。模型法是在對現(xiàn)實系統(tǒng)進行抽象的基礎上，把它們再現(xiàn)為某種實物的、圖畫的或數(shù)學的模型，再通過模型來對系統(tǒng)進行分析、比較和研究，最終導出結論。由此可見，模型法既避免了實驗法的局限性，又避免了抽象法的過于概念化，適合于對物流系統(tǒng)的研究和分析。鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義212023/9/1物流系統(tǒng)建模的必要性使用物流系統(tǒng)模型的必要性具體在于：物流系統(tǒng)建設的需要--新建一個物流系統(tǒng)時，由于物流系統(tǒng)尚未建立，無法直接進行測試或?qū)嶒?，只能通過建造相應的系統(tǒng)模型來對系統(tǒng)的效果進行預測，以實現(xiàn)對系統(tǒng)的分析、優(yōu)化、評價和決策。經(jīng)濟上的節(jié)約--對復雜的物流系統(tǒng)或其子系統(tǒng)直接進行實驗，其成本將十分昂貴，但是，如果使用相應的系統(tǒng)模型就非常經(jīng)濟。時間上的考慮--物流系統(tǒng)與社會系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)相似，具有慣性大、反應周期長的特點，對這樣的系統(tǒng)直接進行實驗，則要等若干年以后才能看到結果，這當然是系統(tǒng)分析和評價所不允許的。使用物流系統(tǒng)模型進行分析和評價，將很快就可得到分析結果。鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義222023/9/1物流系統(tǒng)建模的必要性系統(tǒng)分析的靈活性要求--現(xiàn)實系統(tǒng)中包含的因素太多而且復雜，實驗結果往往難以直接與其中的某一因素掛鉤。因此，直接實驗的結果不易理解。另外，試驗過程中要改變系統(tǒng)某些參數(shù)也相當困難。但是，系統(tǒng)模型突出的是研究所需的主要特征，模型（尤其是數(shù)學模型）的修改和參數(shù)變動非常容易，便于在各種不同的條件下對系統(tǒng)進行分析和評價。鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義232023/9/1§2.2.3物流系統(tǒng)建模原則準確性可靠性簡明性實用性反饋性鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義242023/9/1§2.2.4物流系統(tǒng)建模思路直接分析法--系統(tǒng)較簡單，問題明確，可按問題的性質(zhì)直接建立模型。數(shù)據(jù)分析法--當系統(tǒng)結構的性質(zhì)尚不夠清楚，但通過分析系統(tǒng)功能的已有數(shù)據(jù)或新做的試驗數(shù)據(jù)可以建立協(xié)調(diào)的模型。試驗分析法--對于對于某些問題，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)分析尚不能確定個別變量對整個系統(tǒng)工作指標的影響，又不可能做大量試驗時，也可以在系統(tǒng)上作局部試驗，確定關鍵的本質(zhì)變量，弄清楚其本質(zhì)特性及其對所關心指標的影響，并逐步分析發(fā)現(xiàn)矛盾，建立試驗模型，直到取得滿意的效果為止。主觀想象法--當系統(tǒng)結構性質(zhì)不明確，又無足夠的數(shù)據(jù)，系統(tǒng)上又無法做實驗，此時看來無法建立模型，但實際上也是可以利用“主觀想象”來人為地實現(xiàn)模型。鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義252023/9/1物流系統(tǒng)建模思路人工實現(xiàn)法--當系統(tǒng)結構復雜，性質(zhì)不明確，沒有足夠的數(shù)據(jù)，又無法在系統(tǒng)上做實驗，或者不允許做實驗時，可以人為地逐步建立模型（如圖所示）。鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義262023/9/1§2.2.5物流系統(tǒng)建模步驟弄清問題，掌握真實情況--要清晰準確地了解系統(tǒng)的規(guī)模、目的和范圍以及判定準則，確定輸出輸入變量及其表達形式。對于經(jīng)濟模型而言，要根據(jù)有關經(jīng)濟理論，假定結構方程，確定變量關系，設定隨機量的概率分布。搜集資料--搜集真實可靠的資料，全面掌握資料，對資料進行分類，概括出本質(zhì)內(nèi)涵，分清主次變量，把已研究過或成熟的經(jīng)驗知識或?qū)嵗M行挑選作為基本資料，供新模型選擇和借鑒。將本質(zhì)因素的數(shù)量關系，盡可能用數(shù)學語言來表達。確定因素之間的關系--確定本質(zhì)因素之間的相互關系，列出必要的表格，繪制圖形和曲線等。鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義272023/9/1物流系統(tǒng)建模步驟構造模型--在充分掌握資料的基礎⊥，根據(jù)系統(tǒng)的特征和服務對象，構造能代表所研究系統(tǒng)的數(shù)量變換的數(shù)學模型。這個模型可能是初步的、簡單的，如初等函數(shù)模型。求解模型--用解析法或數(shù)值法求解模型最優(yōu)解。對于較復雜的模型，有時需編出框圖和計算機程序來求解。檢驗模型的正確性--目的在于肯定模型是否在一定精確度的范圍內(nèi)正確地反映了所研究的問題。必要時要進行修正和反復訂正，如除去一些變量，合并一些變量，改變變量性質(zhì)或變量間的關系以及約束條件等，使模型進一步符合實際，滿足在可信度范圍內(nèi)可解、易解的要求后投入使用。鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義282023/9/1§2.2.6物流系統(tǒng)建模應注意的問題明確目的，確定構成要素--即使針對同一個系統(tǒng)，由于建模的目的不同，構造出來的模型也不同，因而要素構成也不同。模型的簡單化和高精度模型--簡單模型包含實際系統(tǒng)的信息少，模型的精度就差。因而應權衡簡單化與高精度的關系。沒有固定不變的建模方法--無法確定哪一種模型最好是建模的一個特征。模型的驗證--為了確認模型的準確，必須進行驗證。沒有人類介入的系統(tǒng)建模鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義292023/9/1§2.2.7常見的物流系統(tǒng)模型資源分配型--任何一個生產(chǎn)經(jīng)營系統(tǒng)，允許使用的資金、能源、原材料、資源、運輸工具、臺時、工時等都是有限的，環(huán)境對生產(chǎn)經(jīng)營系統(tǒng)也有一定約束，所以企業(yè)是在這些限制條件下進行生產(chǎn)。如何合理安排和分配有限的人力、物力、財力，充分發(fā)揮其作用，使目標函數(shù)達到最優(yōu)，這就是資源分配型。通?？梢岳玫哪Ｐ陀芯€性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃和目標規(guī)劃。存儲型--為了使生產(chǎn)經(jīng)營系統(tǒng)得以正常運轉(zhuǎn)，一定量的資源儲備是必要的。在保證生產(chǎn)過程順利進行的前提下，如何合理確定各種所需物資存儲數(shù)量，使資源采購費用、存儲費用和因缺乏資源影響生產(chǎn)所達成的損失的總和為最小，這就是存儲型。通常可以利用的模型有庫存模型和動態(tài)規(guī)劃模型。鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義302023/9/1常見的物流系統(tǒng)模型輸送型--在一定的輸送條件下（如道路、車輛），如何使輸送量最大、輸送費用最省、輸送距離最短，這就是輸送型。圖論、網(wǎng)絡理論、規(guī)劃理論為解決這類問題提供了有用模型。等待服務型--系統(tǒng)中由要求服務的顧客（如領料的工人、待打印的文件、報壞的機器、提貨單）和為顧客服務的機構（如倉庫、維修車間、發(fā)貨點）所構成的等待系統(tǒng)中，如何最優(yōu)地解決“顧客”和“機構”之間的一系列問題，了解顧客到來的規(guī)律，確定顧客等待的時間，尋求使顧客等待時間最少而機構設置費用最省的優(yōu)化方案。通?？梢岳玫哪Ｐ陀信抨犇Ｐ汀Ｖ概尚?-任務的分配、生產(chǎn)的安排以至加工順序問題更是企業(yè)中常見的問題，如何以最少費用或最少時間完成全部任務，這就是指派型，數(shù)學上稱為指派問題和排序問題。通?？梢岳玫哪Ｐ陀姓麛?shù)規(guī)劃和動態(tài)規(guī)劃模型。鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義312023/9/1常見的物流系統(tǒng)模型決策型--在系統(tǒng)設計和運行管理中，由于決定技術經(jīng)濟問題的因素愈來愈復雜而又不明確，解決生產(chǎn)技術問題的途徑和措施又多樣化，因此需要有許多行之有效的決策技術來支持。從各種有利有弊且?guī)эL險的替代方案中，對經(jīng)營管理中的一些重大問題做出及時而正確的抉擇，找出所需的最優(yōu)方案。這就是決策型，決策論為解決這類問題提供了可以利用的模型。其他模型--物流系統(tǒng)中的問題是很復雜的，可以利用的數(shù)學模型很多，除以上介紹的這些模型以外，還有如解釋預測型、投入產(chǎn)出型、布局選址型等等。系統(tǒng)總體的優(yōu)化問題往往是一個綜合性的復雜問題。鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義322023/9/1§2.3物流系統(tǒng)建模技術物流系統(tǒng)屬離散事件動態(tài)系統(tǒng)。近年來，研究人員對離散動態(tài)系統(tǒng)的建模、分析、優(yōu)化等方面的研究取得了很大進展，開發(fā)了很多新的建模技術。概括地講，這些建模方法可分為兩大類：形式化建模技術和非形式化建模技術。鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義332023/9/1物流系統(tǒng)建模技術所謂形式化建模技術，是指采用大量的數(shù)學工具，通過狀態(tài)方程對系統(tǒng)進行描述和分析，像排隊網(wǎng)絡法、極大代數(shù)法、擾動分析法、Petri網(wǎng)法等；所謂非形式化建模技術，是指采用圖形符號或語言描述等較貼近人們思維習慣的方式對系統(tǒng)進行描述和分析，這種分析主要借助計算機程序?qū)崿F(xiàn)，像活動循環(huán)圖、模擬語言、面向?qū)ο蠹夹g等。鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義342023/9/1

物流系統(tǒng)建模技術形式化建模技術非形式化建模技術Petri網(wǎng)絡物流系統(tǒng)模型系統(tǒng)動力學建模技術Agent與Multi-Agent模型鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義352023/9/1形式化建模技術排隊網(wǎng)絡法極大代數(shù)法擾動分析法鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義362023/9/1形式化建模技術上述三種建模方法有一個共性的問題，即都是對系統(tǒng)的動態(tài)過程建立嚴格的動態(tài)方程。在現(xiàn)實中，大量的實際系統(tǒng)無法用嚴格的數(shù)學方程來描述，因此，其實用性受到限制。同時狀態(tài)方程無論是建模還是分析都需要大量的數(shù)學知識，其抽象表述也不符合人們的思維方式，因此這些建模方法也不宜于推廣使用。相對于上述抽象的表述及分析，Petri網(wǎng)模型由于對系統(tǒng)動態(tài)特性（尤其是對并發(fā)現(xiàn)象）能進行較好的描述，且其圖形表示法易于理解和接受，以致Petri網(wǎng)模型已經(jīng)成為目前離散動態(tài)系統(tǒng)建模中最活躍的建模技術之一。鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義372023/9/1排隊網(wǎng)絡法Solberg（1977）將排隊網(wǎng)絡理論用于離散事件動態(tài)系統(tǒng)的建模。其模型假定服務臺具有指數(shù)型服務時間分布，工件都是同一類型。通過排隊網(wǎng)絡模型，可以分析系統(tǒng)生產(chǎn)率、平均加工時間、工位利用率等。但由于排隊網(wǎng)絡模型沒有考慮系統(tǒng)的實際布局，加工時間分布都是標準分布，也沒有考慮托盤與緩沖站存在某種確定關系，因此只適應于對系統(tǒng)的定性分析。鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義382023/9/1極大代數(shù)法極大代數(shù)法是由G.Cohen（1985）等人提出的，以極大代數(shù)為工具，將生產(chǎn)系統(tǒng)視為確定性系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)的運行關系建立起一系列事件發(fā)生時間的狀態(tài)方程，分析其特征值，得出加工設備、運輸設備的工作周期、利用率等指標。這種模型當系統(tǒng)規(guī)模增大，方程的維數(shù)也增大，對復雜系統(tǒng)的應用受到限制。鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義392023/9/1擾動分析法最初提出擾動分析法是哈佛大學YC.H提出并發(fā)展起來的，它兼容了模擬法與理論分析法的長處，其核心為研究系統(tǒng)參數(shù)的變化對系統(tǒng)性能指標的影響，以此對系統(tǒng)進行優(yōu)化。當多參數(shù)變化時，用狀態(tài)方程描述較困難；而且擾動較大時，系統(tǒng)分析的誤差也可能太大。鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義402023/9/1非形式化建模技術隨著計算機技術的不斷發(fā)展，人們越來越希望借助計算機技術對系統(tǒng)進行分析。一些圖形法就是通過人們易于接受并理解的圖形表示來對系統(tǒng)進行建模，然后轉(zhuǎn)化成計算機語言，通過程序?qū)ο到y(tǒng)進行分析?；顒友h(huán)圖流程圖法面向?qū)ο蟮慕＜夹g鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義412023/9/1活動循環(huán)圖活動循環(huán)圖，又稱ACD圖，它認為系統(tǒng)中的每一種實體都按各自的方式循環(huán)地發(fā)生變化，而在這一循環(huán)中又只有兩種狀態(tài)—靜止狀態(tài)和活動狀態(tài)，這兩種狀態(tài)交替地出現(xiàn)，活動循環(huán)圖以圖形方式，直觀地顯示系統(tǒng)。通過系統(tǒng)中的狀態(tài)變化，有利于理解和分析。但對于較復雜的系統(tǒng)，活動循環(huán)圖十分繁雜。由于它是非形式化的，因此沒有完整的狀態(tài)轉(zhuǎn)換方程等數(shù)學描述來支持該模型的分析，只能通過程序設計，分析系統(tǒng)的情況。鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義422023/9/1流程圖法流程圖法一直是計算機程序設計時所用的系統(tǒng)的模型，它通過信息（數(shù)據(jù)）的傳遞和轉(zhuǎn)移來描述系統(tǒng)。這種方法主要是用來做程序設計，對系統(tǒng)的狀態(tài)缺乏直接的描述。鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義432023/9/1面向?qū)ο蟮慕＜夹g面向?qū)ο蠹夹g最初是由一組面向?qū)ο蟪绦蛟O計概念發(fā)展起來的。這種概念對面向?qū)ο蠓治觯∣bject-orientedAnalyze）和面向?qū)ο笤O計（Object-orientedDesign）非常有用。面向?qū)ο蟮募夹g如分解、抽象、遞階等特性非常適用于復雜問題的求解。面向?qū)ο蠹夹g可以使對現(xiàn)實世界的描述更接近實際。傳統(tǒng)的面向過程的系統(tǒng)主要是由一些算法構成，對每一種算法，輸入輸出關系是確定的，類似控制理論中的代數(shù)系統(tǒng)，這種描述與實際系統(tǒng)有較大的差距。而面向?qū)ο髣t將系統(tǒng)的屬性映射為一組數(shù)據(jù)結構，將系統(tǒng)與外界的交互映射為一組操作，系統(tǒng)外部對系統(tǒng)狀態(tài)的訪問必須經(jīng)過操作進行，類似于控制理論中的動力學系統(tǒng)，這種描述更接近客觀實際，更有利于進行系統(tǒng)集成。鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義442023/9/1面向?qū)ο蟮慕＜夹g面向?qū)ο笾械睦^承、聚集等機制可對系統(tǒng)進行簡化、分解，有助于復雜系統(tǒng)的描述。繼承主要用于系統(tǒng)層次或縱向功能的劃分；聚集則主要用于系統(tǒng)同層或橫向的分解。面向?qū)ο蠹夹g對人機界面的設計還有一系列特點，如設備無關性、風格一致性、界面可剪裁性等。鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義452023/9/1Petri網(wǎng)絡物流系統(tǒng)模型CarlAdamPetri（1962）在他的博士學位論文“自動化通信”中，提出了Petri網(wǎng)模型。Petri闡述了一臺計算機中的兩個異步分枝間的通信理論的基礎，他特別注意到事件之間因果關系的描述。他的論文成了Petri網(wǎng)理論發(fā)展的奠基石。鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義462023/9/1Petri網(wǎng)絡物流系統(tǒng)模型Petri網(wǎng)這種模型，特別適用于模擬這樣的一類系統(tǒng)，即系統(tǒng)中含有相互作用的并行分枝。由于Petri網(wǎng)對帶有并發(fā)性、異步性、分布式、非確定性、并行性系統(tǒng)的有力描述，已成為目前最有前途的建模工具。近些年，Petri網(wǎng)技術已獲得極大發(fā)展，各種各樣的網(wǎng)系統(tǒng)已經(jīng)被開發(fā)出來，如：條件／事件網(wǎng)，庫所／變遷網(wǎng)，有色網(wǎng)系統(tǒng)等。這些網(wǎng)系統(tǒng)的開發(fā)極大地擴展了對復雜系統(tǒng)的建模能力。鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義472023/9/1Petri網(wǎng)絡物流系統(tǒng)模型條件／事件網(wǎng)由條件和事件組成，條件由圓圈代表，事件由方框代表，如下圖所示：鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義482023/9/1Petri網(wǎng)絡物流系統(tǒng)模型在以上網(wǎng)系統(tǒng)中，每個令牌表示同樣的事情，而在有些應用中，需要令牌表達不同的現(xiàn)實世界的對象。為了實現(xiàn)這一目的，有色網(wǎng)系統(tǒng)被引人，每個弧有一個標記指明何種令牌，從一個位置（處所）流到一個變遷的數(shù)量有多少。賦時網(wǎng)（TimedPetrinets）系統(tǒng)則能表達時間概念，在這種模型中，變遷需要一定的時間才能完成。給定了一個最短時間和最長時間，變遷將在此時間段內(nèi)被激發(fā)，隨機地完成。為了描述復雜的遞階系統(tǒng)，Jensen（1991）和Reisig（1992）分別提出了遞階網(wǎng)，然而這種網(wǎng)系統(tǒng)未能引入時間元素，因此不能滿足復雜物流系統(tǒng)建模的要求。鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義492023/9/1系統(tǒng)動力學建模技術系統(tǒng)動力學（systcmdynamics）始創(chuàng)于1956年，在20世紀50年代末成為一門獨立完整的學科，其創(chuàng)始人為美國麻省理工學院福瑞斯特（JayW.Forrester）教授。系統(tǒng)動力學是一門分析研究信息反饋系統(tǒng)的學科，是一門認識與解決系統(tǒng)問題和溝通自然科學與社會科學的邊緣學科，是系統(tǒng)科學中的一個分枝。系統(tǒng)動力學從其誕生的初期開始就有其獨立的發(fā)展體系，有其自身的理論體系與科學方法。早在20世紀50年代初，福瑞斯特就對經(jīng)濟與工業(yè)組織系統(tǒng)的性質(zhì)和特點進行了深入的研究，從而得出了有關系統(tǒng)的信息反饋、基本組成等重要觀點。鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義502023/9/1系統(tǒng)動力學建模技術系統(tǒng)動力學是一門基于系統(tǒng)論，吸取反饋理論與信息論的精髓，并借助計算機模擬技術的交叉新學科。系統(tǒng)動力學能定性與定量地分析研究系統(tǒng)，它采用模擬技術，以結構-功能模擬為其突出特點。不同于功能模擬（也稱黑箱模擬）法，它是從系統(tǒng)的微觀結構入手建模，構造系統(tǒng)的基本結構，進而模擬與分析系統(tǒng)的動態(tài)行為。這樣的模擬適于研究復雜系統(tǒng)隨時間變化的問題。鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義512023/9/1系統(tǒng)動力學建模技術系統(tǒng)動力學認為系統(tǒng)是結構與功能的統(tǒng)一體。按系統(tǒng)動力學的觀點，系統(tǒng)結構的含義包括兩個方面：一是指組成部分的子結構及其相互間的關系；二是指系統(tǒng)內(nèi)部的反饋回路結構及其相互作用。系統(tǒng)的結構與功能分別表示系統(tǒng)的構成與行為的特征，它們有對立統(tǒng)一的關系，在一定條件下兩者可相互轉(zhuǎn)化。因此，分析研究一個系統(tǒng)時必須同時考慮系統(tǒng)的結構與功能，通過反復交叉地考察系統(tǒng)的結構與功能，才可能建立起在結構與功能兩方面都較好地反映實際系統(tǒng)的模型。鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義522023/9/1系統(tǒng)動力學建模技術也就是說，建模人員必須與有關人員、專家緊密結合，深入地去洞察實際系統(tǒng)各組成部分之間、總體與局部之間和系統(tǒng)內(nèi)外之間的種種聯(lián)系，把系統(tǒng)的行為模式與其內(nèi)部的反饋回路結構聯(lián)系起來，通過分析、比較、鑒別，獲得對系統(tǒng)的正確認識，并把它們反映到模型的結構中去。這樣一種從系統(tǒng)的微觀結構入手進行建模的過程也就是剖析系統(tǒng)的結構與功能的對立統(tǒng)一關系的過程。由于系統(tǒng)動力學從系統(tǒng)的微觀結構入手建立系統(tǒng)的模型，因此為研究系統(tǒng)結構與功能的關系提供了科學的方法。鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義532023/9/1系統(tǒng)動力學建模技術系統(tǒng)動力學模型的基本結構為反饋回路。反饋回路又可分為正反饋回路與負反饋回路，一個系統(tǒng)可能由這兩種類型的反饋回路單獨或以某種方式組合而成：當系統(tǒng)行為出現(xiàn)指數(shù)規(guī)律增長趨勢時，是因為系統(tǒng)中有起主導作用的正反饋回路。當系統(tǒng)受到干擾偏離原來狀態(tài)又能自動返回并趨向起始狀態(tài)時，則表明系統(tǒng)中至少存在一個很強的負反饋回路。當系統(tǒng)發(fā)生振蕩行為時，則表明系統(tǒng)存在二階以上的反饋回路或者一個一階負反饋回路加上一個一階以上的延時環(huán)節(jié)。S形增長特性則是正反饋回路與負反饋回路由非線性環(huán)節(jié)相聯(lián)結而產(chǎn)生的。鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義542023/9/1Agent與Multi-Agent模型Agent與Multi-Agent系統(tǒng)Agent的特征基于Agent的建模思想

鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義552023/9/1Agent與Multi-Agent系統(tǒng)Agent作為分布式人工智能概念模型，具有自己的行為、目標和知識，是在一定環(huán)境下自主運行的實體，具有主動性、獨立性、智能性、反應性、交互性等特點。多個Agent通過協(xié)同機制構成Multi-Agent系統(tǒng)(MAS)。MAS運作是在對系統(tǒng)中的各個Agent的目標、資源和知識等進行合理安排的基礎上，這些Agent通過相互協(xié)同和協(xié)作，并各自獨立地運行，在實現(xiàn)各自的目標基礎上來完成MAS的總體目標，因此與現(xiàn)實的供應鏈運作具有相似的特征。因此，基于Agent的物流系統(tǒng)模擬具有一定的優(yōu)越性。鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義562023/9/1Agent的特征自治Agent是一個自治的計算實體，它可以通過感應器（物理的或軟件的）來感知環(huán)境，并通過效應器作用于環(huán)境。說它是計算實體，是指它是以程序的形式物理地存在并運行于某種計算設備上；說它是自治的，是指它在一定的程度可以控制自己的行為，并可在沒有人或其他系統(tǒng)的干預下采取某種行動。為了滿足系統(tǒng)的設計目標，Agent將追求相應的子目標并執(zhí)行相應的任務，通常這些子目標和任務可能是互為補充的，也可能是相互沖突的。鐘勝《物流系統(tǒng)工程》講義572023/9/1Agent的特征智能Agent有智能，并不是指它是全知全能的，也不是說它永遠不會失敗，而是說Agent在變化的環(huán)境中靈活（即具有柔性）而有理性地運作，具有感知和效應的能力。在這一點上應與純粹