经济学第讲物流系统建模.pptx
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1、钟胜物流系统工程讲义12024/4/10 周三第第2讲讲 物流系统建模物流系统建模n建模是系统分析的必要过程,模型建立的质量也影响着系建模是系统分析的必要过程,模型建立的质量也影响着系统优化的效果。统优化的效果。n本讲将概述几类主要的模型及其特点,并对常用的物流系本讲将概述几类主要的模型及其特点,并对常用的物流系统模型建模技术进行讨论。统模型建模技术进行讨论。n模型概述模型概述n物流系统模型的建立物流系统模型的建立n物流系统建模技术物流系统建模技术钟胜物流系统工程讲义22024/4/10 周三2.1 模型概述模型概述n模型的定义模型的定义n模型的分类模型的分类n实物模型实物模型n图形模型图形模
2、型n最优化模型最优化模型n仿真模型仿真模型钟胜物流系统工程讲义32024/4/10 周三2.1.1 模型的定义模型的定义n模型模型是指为了某个特定目的而将原型所具有的本质属性的某一部分信是指为了某个特定目的而将原型所具有的本质属性的某一部分信息经过简化、提炼而构造的原型替代物。息经过简化、提炼而构造的原型替代物。n模型集中反映系统信息的整体,是对实际系统的一种抽象,是系统本模型集中反映系统信息的整体,是对实际系统的一种抽象,是系统本质的表述,是人们对客观世界反复认识、分析,经过多级转换、整合质的表述,是人们对客观世界反复认识、分析,经过多级转换、整合等过程而形成的最终成果,它具有与系统相似的数
3、学描述或物理属性,等过程而形成的最终成果,它具有与系统相似的数学描述或物理属性,以各种可用的形式,给出研究系统的信息。以各种可用的形式,给出研究系统的信息。n一个原型,为了不同的目的可以有多种不同的模型。一个原型,为了不同的目的可以有多种不同的模型。n模型是对真实系统中那些有用的和令人感兴趣的特性的抽象化。模型是对真实系统中那些有用的和令人感兴趣的特性的抽象化。钟胜物流系统工程讲义42024/4/10 周三2.1.2 模型的分类模型的分类n从不同的角度观察模型,可以得出多种不同的分类方法。从不同的角度观察模型,可以得出多种不同的分类方法。按照模型的形式分,模型有抽象模型和形象模型;按照模型的形
4、式分,模型有抽象模型和形象模型;按模型中变量的性质分,模型有动态模型和静态模型、连续模型和离按模型中变量的性质分,模型有动态模型和静态模型、连续模型和离散模型、确定性模型和随机性模型等;散模型、确定性模型和随机性模型等;按模型的规模分,模型有宏观模型、中观模型、微观模型;按模型的规模分,模型有宏观模型、中观模型、微观模型;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。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。钟胜物流系统工程讲义52024/4/10 周三按模型的形式细分按模型的形式细分钟胜物流系统工程讲义62024/4/10 周三模型的分类模型的分类n根据模型与
5、实际系统的一致程度,可概略地把模型分为以根据模型与实际系统的一致程度,可概略地把模型分为以下四类:下四类:实物模型实物模型图形模型图形模型最优化模型最优化模型仿真模型仿真模型钟胜物流系统工程讲义72024/4/10 周三2.1.3 实物模型实物模型n实物模型是根据系统之间的相似性而建立起来的物理模型。实物模型是根据系统之间的相似性而建立起来的物理模型。n静态的实体模型最常见的是比例模型。静态的实体模型最常见的是比例模型。n例如,建筑师做缩小比例的房屋模型,作为自己的设计方例如,建筑师做缩小比例的房屋模型,作为自己的设计方案。案。钟胜物流系统工程讲义82024/4/10 周三2.1.4 图形模型
6、图形模型n图形模型是用少量文字、简明的数字、不同形式的直线和曲线所构成图形模型是用少量文字、简明的数字、不同形式的直线和曲线所构成的图模型,直观、生动、形象地表示出现实系统的本质和规律。的图模型,直观、生动、形象地表示出现实系统的本质和规律。n图形模型又可分为流程图、方框图、结构图、流图及网络图等。图形模型又可分为流程图、方框图、结构图、流图及网络图等。流程图:流程图:反映某种实体的流转过程,例如生产流程图。反映某种实体的流转过程,例如生产流程图。方框图:方框图:一个系统由许多子系统组成,用方框来代表子系统从而简化一个系统由许多子系统组成,用方框来代表子系统从而简化了对问题的说明。了对问题的说
7、明。结构图:结构图:用来研究系统元素之间逻辑联系、结构层次、空间分布等。用来研究系统元素之间逻辑联系、结构层次、空间分布等。如管理决策的层次结构、企业的组织结构。如管理决策的层次结构、企业的组织结构。流图:流图:可分为信息流图、资金流图和物流图。信息流图能反映组织信可分为信息流图、资金流图和物流图。信息流图能反映组织信息的来龙去脉;资金流图反映了费用的流转和消耗情况,通过计算每息的来龙去脉;资金流图反映了费用的流转和消耗情况,通过计算每一环节的费用可以分析出企业的生产效益;物流图反映了物资流动的一环节的费用可以分析出企业的生产效益;物流图反映了物资流动的方向、运量、距离和费用等内容,对研究工厂
8、布局、计算运费、确定方向、运量、距离和费用等内容,对研究工厂布局、计算运费、确定运输工具有重要意义。运输工具有重要意义。钟胜物流系统工程讲义92024/4/10 周三2.1.5 最优化模型最优化模型n广义地说,凡是一切数学概念、数学理论体系、各种数学广义地说,凡是一切数学概念、数学理论体系、各种数学公式、各种方程式以及由公式系列构成的算法系统等都被公式、各种方程式以及由公式系列构成的算法系统等都被称为数学模型。称为数学模型。n狭义的说,凡是将具体现象、事物的特征和性质给以数学狭义的说,凡是将具体现象、事物的特征和性质给以数学表达的数学结构,如各种等式、不等式、图、表或框图等,表达的数学结构,如
9、各种等式、不等式、图、表或框图等,也叫数学模型。也叫数学模型。n数学模型是由实物模型为基础(如图),以解决现实问题数学模型是由实物模型为基础(如图),以解决现实问题为目的,在正确分析研究现实对象、构建系统的实物模型为目的,在正确分析研究现实对象、构建系统的实物模型和抽象系统的结构特征的基础上建立的。它必须反映现实和抽象系统的结构特征的基础上建立的。它必须反映现实问题的数量关系。问题的数量关系。钟胜物流系统工程讲义102024/4/10 周三最优化模型最优化模型钟胜物流系统工程讲义112024/4/10 周三最优化模型最优化模型n数学模型给科学研究的对象以定量描述,从而把科学推向更高阶段。数学模
10、型给科学研究的对象以定量描述,从而把科学推向更高阶段。n数学建模是一种具有创新性的科学方法,它将现实问题简化、抽象为数学建模是一种具有创新性的科学方法,它将现实问题简化、抽象为一个数学问题或数学模型,然后采用恰当的数学方法求解,进而对现一个数学问题或数学模型,然后采用恰当的数学方法求解,进而对现实问题进行定量分析和研究,最终达到解决实际问题之目的。实问题进行定量分析和研究,最终达到解决实际问题之目的。n但是能用数学表示的事物是有限的,在许多情况下,与现象完全吻合但是能用数学表示的事物是有限的,在许多情况下,与现象完全吻合的数学表述是不可能的。的数学表述是不可能的。n因而,数学模型必须对现象做一
11、些必要的简化和假设:因而,数学模型必须对现象做一些必要的简化和假设:首先,要忽略现实问题中许多与数量无关的因素,首先,要忽略现实问题中许多与数量无关的因素,其次,还要忽略一些次要的数量因素。其次,还要忽略一些次要的数量因素。n因此,数学模型可以说是用数学关系式描述的一种假定情况。因此,数学模型可以说是用数学关系式描述的一种假定情况。钟胜物流系统工程讲义122024/4/10 周三最优化模型最优化模型n数学模型数学模型包括概念模型和正规模型,其建模过程称为包括概念模型和正规模型,其建模过程称为一次建模一次建模。n概念模型概念模型是指用说明文字、框图、流程和资料等形式对原始系统的描是指用说明文字、
12、框图、流程和资料等形式对原始系统的描述;述;n正规模型正规模型是用符号和数学方程式来表示的系统的模型,其中系统的属是用符号和数学方程式来表示的系统的模型,其中系统的属性用变量表示,系统的活动则用相互有关的变量之间的数学函数关系性用变量表示,系统的活动则用相互有关的变量之间的数学函数关系式来表示。式来表示。n正规模型通常依赖精确的数学方程式和严密的数学过程来分析和评价正规模型通常依赖精确的数学方程式和严密的数学过程来分析和评价系统的各种可选方案,所得的解往往是针对该问题的最优解,因此也系统的各种可选方案,所得的解往往是针对该问题的最优解,因此也称为称为最优化模型最优化模型。n最优化模型也有其最优
13、化模型也有其局限性局限性。由于实际系统的复杂性,如果建立的模型。由于实际系统的复杂性,如果建立的模型对现实系统的描述过于细致,则即使利用最大型的计算机,也可能无对现实系统的描述过于细致,则即使利用最大型的计算机,也可能无法在合理的时间内计算出最优解。法在合理的时间内计算出最优解。钟胜物流系统工程讲义132024/4/10 周三2.1.6仿真模型仿真模型n能提供数学最优解的模型虽然看起来最好,但有时,在理论上的最优能提供数学最优解的模型虽然看起来最好,但有时,在理论上的最优解对现实的系统却没有意义。例如,物流设施选址问题,按数学模型解对现实的系统却没有意义。例如,物流设施选址问题,按数学模型求出
14、的最优点可能位于某条河道或桥梁上。求出的最优点可能位于某条河道或桥梁上。n物流系统规划及决策分析中,存在许多随机因素,而且有时数学上的物流系统规划及决策分析中,存在许多随机因素,而且有时数学上的最优解并不是问题的关键,因此,经常选用仿真技术,建立系统仿真最优解并不是问题的关键,因此,经常选用仿真技术,建立系统仿真模型。模型。n所谓所谓仿真模型仿真模型,就是以代数和逻辑语言作出的对系统的模拟,这种模,就是以代数和逻辑语言作出的对系统的模拟,这种模拟通常要利用随机的数学关系,仿真的过程就是对系统模型进行抽样拟通常要利用随机的数学关系,仿真的过程就是对系统模型进行抽样试验的过程。试验的过程。钟胜物流
15、系统工程讲义142024/4/10 周三仿真模型仿真模型n仿真模型仿真模型是一种适合在计算机上运行和试验的模型,主要是一种适合在计算机上运行和试验的模型,主要根据计算机运算特点、仿真方式、计算方法、精度要求,根据计算机运算特点、仿真方式、计算方法、精度要求,将原始系统数学模型转换为计算机的程序。将原始系统数学模型转换为计算机的程序。n仿真的过程仿真的过程就是对系统模型进行抽样试验的过程。就是对系统模型进行抽样试验的过程。n仿真系统数学建模过程称为仿真系统数学建模过程称为二次建模过程二次建模过程。钟胜物流系统工程讲义152024/4/10 周三仿真模型仿真模型n系统仿真技术的优点:系统仿真技术的
16、优点:符合人们的思维习惯,有助于系统分析;符合人们的思维习惯,有助于系统分析;系统仿真对各种复杂的系统具有很好的适应性;系统仿真对各种复杂的系统具有很好的适应性;系统仿真有利于定性与定量相结合;系统仿真有利于定性与定量相结合;系统仿真有利于解决随机因素的影响;系统仿真有利于解决随机因素的影响;系统仿真可以帮助系统优化。系统仿真可以帮助系统优化。钟胜物流系统工程讲义162024/4/10 周三仿真模型仿真模型n由于仿真模型能真实地模拟系统过程,因而广泛应用于物流系统中的各种环由于仿真模型能真实地模拟系统过程,因而广泛应用于物流系统中的各种环节:节:物流系统规划与设计;物流系统规划与设计;物料控制
17、;物料控制;物料运输调度;物料运输调度;仓库选址;仓库选址;物流绩效的影响因素分析;物流绩效的影响因素分析;物流设备配置;物流设备配置;物流成本分析;物流成本分析;等等。等等。钟胜物流系统工程讲义172024/4/10 周三仿真模型仿真模型n仿真模型与最优模型的仿真模型与最优模型的区别区别可以仓库选址问题为例进行对可以仓库选址问题为例进行对比:比:最优选址模型寻求的是最佳的仓库数量、最佳的位置、仓最优选址模型寻求的是最佳的仓库数量、最佳的位置、仓库最佳规模;库最佳规模;而仿真模型则是试图在给定的多个仓库、多个分配方案的而仿真模型则是试图在给定的多个仓库、多个分配方案的条件下,反复使用模型,对多
18、个布局方案进行评价,从而条件下,反复使用模型,对多个布局方案进行评价,从而找出最优的系统方案。找出最优的系统方案。钟胜物流系统工程讲义182024/4/10 周三2.2 物流系统模型的建立物流系统模型的建立n物流系统模型定义物流系统模型定义n物流系统建模的必要性物流系统建模的必要性n物流系统建模原则物流系统建模原则n物流系统建模思路物流系统建模思路n物流系统建模步骤物流系统建模步骤n物流系统建模应注意的问题物流系统建模应注意的问题n常见的物流系统模型常见的物流系统模型钟胜物流系统工程讲义192024/4/10 周三2.2.1 物流系统模型定义物流系统模型定义n物流系统模型是对物流系统的特征要素
19、及其相互关系和变化趋势的一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。种抽象描述。n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。之间的相互关系、系统与外部环境的相互作用等。n物流系统模型具有如下三个特征:物流系统模型具有如下三个特征:是物流系统实体的抽象或模仿;是物流系统实体的抽象或模仿;由与所分析问题有关的因素所组成;由与所分析问题有关的因素所组成;用来表明这些因素间的关系。用来表明这些因素间的关系。钟胜物流系统工程讲义202024/4/10 周
20、三2.2.2 物流系统建模的必要性物流系统建模的必要性n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、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。抽象法、模型法。n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。流系统。n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。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
21、实体感,过于概念化,同样不适合研究物流系统。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。n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、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,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,最终导出结论。最终导出结论。n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,适合于对物流系统的研究和分析。概念化,适合于对物流系统的研究和分析。钟胜物流系统工程讲义2120
22、24/4/10 周三物流系统建模的必要性物流系统建模的必要性n使用物流系统模型的必要性具体在于:使用物流系统模型的必要性具体在于:n物流系统建设的需要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,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。效果进行预测,以实现对系统的分析、优化、评价和决策。n经济上的节约经济上的节约-对复杂的物流系统或其子系统直接进行实验,其成本对复杂的物流系统或其子系统直接进行实验,其成本将
23、十分昂贵,但是,如果使用相应的系统模型就非常经济。将十分昂贵,但是,如果使用相应的系统模型就非常经济。n时间上的考虑时间上的考虑-物流系统与社会系统、生态系统相似,具有惯性大、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,将很快就可得到分析结果。模型进行分析和评价,将很快就可得到分析结果。钟胜物流系统工程讲义222024/4/10 周三物
24、流系统建模的必要性物流系统建模的必要性n系统分析的灵活性要求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,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修改和参数变动非常容易
25、,便于在各种不同的条件下对系统进行分析和评价。和评价。钟胜物流系统工程讲义232024/4/10 周三2.2.3 物流系统建模原则物流系统建模原则n准确性准确性n可靠性可靠性n简明性简明性n实用性实用性n反馈性反馈性钟胜物流系统工程讲义242024/4/10 周三2.2.4 物流系统建模思路物流系统建模思路n直接分析法直接分析法-系统较简单,问题明确,可按问题的性质直接建立模型。系统较简单,问题明确,可按问题的性质直接建立模型。n数据分析法数据分析法-当系统结构的性质尚不够清楚,但通过分析系统功能的当系统结构的性质尚不够清楚,但通过分析系统功能的已有数据或新做的试验数据可以建立协调的模型。已有
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