（管理科学与工程专业论文）基于agent的供应链仿真系统建模与实施研究.pdf

摘要 摘要 随着供应链管理的发展，供应链的选择与优化成为研究重点之一，仿真作 为选择与优化的一个有力工具，也越来越受到重视。a g e n t 是近年来分布式人工 智能的一项重大突破，它所具有的智能性使得其与供应链成员甚至于成员里的 部门的运行具有更好的相似性，因而将a g e n t 技术与供应链仿真相结合能够更 准确地反映供应链的运行情况。针对上述情况，本文对基于a g e n t 的供应链仿 真系统建模和实施进行研究。 主要研究与创新内容如下： 全面分析与总结了国内外供应链管理应用现状，分析了供应链建模与仿真 的研究进展，指出了研究出发点，结合国内外供应链仿真研究的现状与不足建 立了研究体系。 系统地分析了a g e n t 的基本原理，在此基础上提出了基于a g e n t 的仿真系统 架构，并且在此架构的基础上提出了基于a g e n t 的供应链仿真流程，并详细阐述 了流程中每个步骤的目标。 在上述的仿真框架基础上，首先对现有的m a s 建模方法进行了综述，然后 从a g e n t 的划分与定义、属性设定、行为设定、消息设定、知识库和规则库设定、 情境设定、分布设定等七个步骤阐述了适用于仿真系统的m a s 建模流程，并对 于每个步骤中的任务和目标作了详细说明。 利用m a s 的开发工具j a d e 实现基于a g e n t 的供应链仿真系统，并从代理 类、行为类、消息类、知识库和规则库、代理分布等五个方面的实现阐述了实 现中需要的关键技术。 利用一个真实案例对基于a g e n t 的供应链仿真方法进行了实证分析，并对此 仿真方法的应用效果进行评述。 论文从理论框架，技术实现，实证研究这三个方面对基于智能代理的供应 链仿真方法做了系统深入的研究，并取得了一定的成果。 关键词：a g e n t ，多a g e n t 系统，供应链仿真，j a d e a b s t r a c t a b s t r a c t a st h ed e v e l o p m e n to fs c m ，t h ec h o o s i n ga n do p t i m i z i n go fs u p p l yc h a i nh a s b e c o m eah o ts t u d ya r e a ，a n ds i m u l a t i o n ，a sa ni m p o r t a n tt o o l ，h a sb e e np a i dm o r e a t t e n t i o nt h a nb e f o r e i nr e c e n ty e a r s ，a g e n th a sb e e nab i gb r e a ko fd e i s t r i b u t e da i s i n c et h er u n n i n go fa g e n ta n dr u n n i n go ft h es u p p l yc h a i nm e m b e r s ，e v e nt h e i r d e p a r t m e n t ，h a sab e t t e rc o m p a t i b i l i t y , t h ec o m b i n a t i o no fa g e n ta n ds i m u l a t i o nc a n g i v ea ne x a c t e rd e s c r i p t i o no ft h ep e r f o r m a n c eo fs u p p l yc h a i n t h e r e f o r e ，t h et h e s i s s t u d i e st h em o d e l i n ga n di m p l e m e n to f a g e n tb a s e ds i m u l a t i o no fs u p p l yc h a i n t h em a i nr e s e a r c hs u b j e c t sa r ea sf o l l o w ： o nb a s i so ft h ea n a l y s i sa n do v e r v i e wo ft h es u p p l yc h a i nr e s e a r c ha n dt h es t u d y o fm o d e l i n ga n ds i m u l a t i o no fs u p p l yc h a i n ，t h eo b j e c t i v eo ft h et h e s i si sp o i n t e do u t a n dt h es t r u c t u r eo ft h i sa r t i c l ei se a t a b l i s h e db a s e do nr e s e a r c hr e f e r e n c e da b o v e a f t e rg i v i n gab r i e fe x p l a n a t i o no fa g e n ta n dm a s ，t h et h e s i sg i v e sa r c h i t e c t u r e o fa g e n tb a s e ds i m u l a t i o ns y s t e ma n daf r a m e w o r ko fa g e n tb a s e ds i m u l a t i o no f s u p p l yc h a i ni sp u tf o r w a r da sw e l la st h ep r o c e s so ft h es i m u l a t i o n t h et h e s i sg i v e sab r i e fo v e r v i e wo fm o d e l i n gm e t h o do fm a s ，a n de x p l a i n st h e s e v e ns t e p so ft h em o d e l i n gm e t h o do fm a su s e di ns i m u l a t i o ns y s t e m ：d i v i s i o na n d d e f i n i t i o no fa g e n t ，a t t r i b u t es e t t i n g , b e h a v i o rs e t t i n g ，m e s s a g es e t t i n g ，t h es e t t i n go f k n o w l e d g eb a s ea n dr u l eb a s e ，s c e n a r i o ss e t t i n g ，d i s t r i b u t i o ns e t t i n g ，a n dg i v e sa d e t a i l e dd e s c r i p t i o no fe v e r ys t e p sm i s s i o na n dt a r g e t t h et h e s i se x p l a i n st h ek e yt e c h n i q u eu s e di na g e n tb a s e ds i m u l a t i o ns y s t e m f r o mf i v ep a r t sw h e ni ti sd e v e l o p e du s i n gj a d e ：a g e n tc l a s s e s ，b e h a v i o rc l a s s e s ， m e s s a g ec l a s s e s ，k n o w l e d g eb a s ea n dr o l eb a s e ，d i s t r i b u t i o no fa g e n t s t h et h e s i su s e dar e a lc a s et od e m o n s t r a t et h es i m u l a t i o nm e t h o db a s e do na g e n t ， a n dg i y e ss o m ec o m m e n t so nt h ep e r f o r m a n c eo ft h em e t h o d t os u mu p ，t h et h e s i sd i dad e e pr e s e a r c ho na g e n tb a s e ds i m u l a t i o no fs u p p l y c h a i nf r o mt h r e ef a c e t s ：t h e o r yf r a m e w o r k ，t e c h n i c a li m p l e m e n ta n dd e m o n s t r a t i o n r e s e a r c h ，a n dg o ts o m ea c h i e v e m e n t s 1 1 a b s t r a c t _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ，_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ - - _ - 、_ _ _ _ _ _ - _ _ _ _ - _ _ _ _ _ _ - k e yw o r d s ：a g e n t ，m a s ，s i m u l a t i o no fs u p p l yc h a i n ，j a d e l i l 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本：学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名： ，6 嘻手；只f 孑b 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 年月日年月日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名：螽剥 k j ，b 年3 旯i 影b 第1 章绪论 1 1 引言 第1 章绪论 随着世界经济一体化和市场全球化的日趋形成，以及信息技术的高速发展， 自从2 0 世纪9 0 年代以来，供应链管理己经成为现代企业的主要管理模式，是 当今国际上企业管理理论研究和实践应用的一个新热点。供应链管理思想的出 现，为企业现存内部资源与外部资源的有效控制和优化调配提供了理论依据， 为企业能集中精力关注供应链上所有活动并做出正确决策提供了有效方法，为 满足全球业务拓展需要、最大限度地提高企业竞争力提供了有力的支持。在供 应链管理模式一下，企业的竞争已不再是单个企业之间的竞争，而是各企业所 在供应链之间的竞争。1 1 】【2 】【3 1 1 4 1 1 5 】1 6 1 供应链是一个动态的、高度变化的复杂系统，要做好供应链管理，仿真是 必不可少的工具之一，而a g e n t 技术则为供应链仿真提供了新的发展契机。基于 a g e n t 的供应链仿真技术的出现，使在供应链成员协同、协作的基础上进行供应 链设计和优化成为可能。但由于这项技术的前沿性和复杂性，对其的研究才刚 刚起步，尚处于摸索阶段。针对这种情况，本文对基于a g e n t 的供应链仿真建 模和实旌进行了系统的研究，为企业顺利实施这类仿真提供坚实的理论基础和 详尽的方法指导。 1 2 供应链与供应链仿真 1 2 1 供应链与供应链管理 供应链( s u p p l yc h a i n ) 的概念是在8 0 年代提出的，近年来随着全球制造 ( g l o b a lm a n u f a c t u r i n g ) 的出现，供应链在制造业管理中得到普遍应用，成为一种 新的管理模式。f 7 j 就概念而占，供应链是围绕核心企业，通过对信息流、物流、资金流的控 制，从采购原材料开始，制成中间产品以及最终产品，最后由销售网络把产品 第1 章绪论 送到消费者手中的将供应商、制造商、分销商、零售商、直到最终用户连成一 个整体的功能网链结构模式。它是一个范围更广的企业结构模式，它包含所有 加盟的节点企业，从原材料的供应开始，经过链中不同企业的制造加工、组装、 分销等过程直到最终用户。它不仅是一条联接供应商到用户的物料链、信息链、 资金链，而且是一条增值链，物料在供应链上因加工、包装、运输等过程而增 加其价值，给相关企业都带来收益。 根据以上供应链的概念，其结构可以简单地归纳为如图1 1 所示的模型【8 】： 需求拉动。销售点信息 供应商的供席商 用户的用户 用户 资金流 圈1 1 供应链的网链结构模型 从图1 1 可以看出，供应链是一个网链结构，由所有加盟的节点企业组成， 其中一般有一个核心企业( 可以是产品制造企业，也可以是大型零售企业，如 美国的沃尔玛) ，节点企业在需求信息的驱动下，通过供应链的职能分工与合作 ( 生产、分销、零售等) ，以资金流、物流和服务流为媒介实现整个供应链的不 断增值。 供应链主要具有以下特征： ( 1 ) 复杂性。因为供应链节点企业组成的跨度( 层次) 不同，供应链往往由 多个、多类型甚至多国企业构成，所以供应链结构模式比一般单个企业的结构 模式更为复杂。 ( 2 ) 动态性。任何企业都要根据市场需求的变化相应地调整企业战略，处于 供应链节点的企业都会动态地调整或更新。这就使得整个供应链具有动态性的 第1 章绪论 特征。 ( 3 ) 面向用户需求。供应链的形成、存在、重构，都是基于一定的市场需求 而发生，并且在供应链的运作过程中，用户的需求拉动是供应链中信息流、产 品朋臣务流、资金流运作的驱动源。 ( 4 ) 交叉性。供应链是一个网链结构，而不是线形的，这就说明供应链成员 不可能是单一性的产品或服务，处于这个供应链的成员同时又可能是另一个供 应链的成员，众多的供应链交叉组合，增加了供应链管理的难度。f 1 0 1 随着对供应链的重视，近十年来，越来越多的组织把供应链管_ 理( s u p p l yc h a i n m a n a g e m e n t ，s c m ) 作为企业运作的哲理，这一哲理使企业集中发展其核心业务， 把非核心业务直接交由外部企业完成，即实现外包。供应链管理的目的是通过 “链”上各个企业之间的合作和分工，致力于整个“链”上的物流、信息流、 资金流的合理化，从而提高整条“链”的竞争能力。 从概念上来说，供应链管理是围绕最终顾客的需求，用系统的观点对供应 链中的物流、信息流进行设计、规划和控制，对成本流进行分解与控制，并围 绕买卖双方间的物流和资金流实施信息共享和经营协调，以实现稳定、高效、 柔性的供需关系，使供应链中的成员获得相应利益的一种管理理念，其目标是 增加供应链成员的销售额或利润( 或降低成本) 、增强其获利能力与竞争优势、提 高运作效率、服务水平以及供应链的响应能力。 供应链管理主要涉及到四个主要领域：供应( s u p p l y ) 、生产计划( s c h e d u l e p l a n ) 、物流( l o g i s t i c s ) 、需求( d e m a n d ) ( 如图1 2 所示) 。供应链管理是以同步化、 集成化生产计划为指导，以各种技术为支持，尤其以i n t e m e t i n t r a n e t 为依托， 围绕供应、生产作业、物流( 主要指制造过程) 、满足需求来实施的。供应链管理 主要包括计划、合作、控制从供应商到用户的物料( 零部件和成品等) 和信息。供 应链管理的目标在于提高用户服务水平和降低总的交易成本，并且寻求两个目 标之间的平衡。 第1 章绪论 图12 供应链管理涉及的领域 1 2 2 供应链建模与仿真综述 近年来，关于供应链的研究是个热门课题，所发展的供应链系统的建模方 法也有很多。其主要目的是为了更好地设计和优化供应链，为供应链管理中的 各项分析和决策活动提供支持。 从供应链系统的建模方法的发展历程来看，经历了从简单模型到复杂模型， 从单阶段模型到多阶段模型，从单产品模型到多产品模犁，从加工中心模型、 牟间模型、企、i k 模型、国家模型到国际模型，从确定型模型( 变量已知而且是 确定的) 到随机型模型( 变量未知但假设服从某一分布) 的发展过程。 l e e ，h a u 等认为供应链模型至少应该能够为决策人员提供四方面的帮助【l 目： ( 1 ) 确定在应用条件下最优的库存和服务水平对应关系； ( 2 ) 帮助决策人员分析、预测供应链中的不确定因素，确定安全库存水平和 定货策略，优化投资； ( 3 ) 进行w h a t i f 分析，帮助决策人员评估各种方案以选择其中最有利的方 案： ( 4 ) 进行面向供应链管理的设计( d e s i g n f o r s c m ) ，评价不同设计和上艺对 供应链运行中库存和服务水平的影响，通过协调提高整体效益。 供应链运行中库存和服务水平的影响，通过协调提高整体效益。 第1 章绪论 虽然目前不同文献中使用的模型各异，但就常用的建模方法而言，基本上 可以分为基于运筹学的建模方法、基于控制论的方法和基于系统仿真的建模方 法。其中基于系统仿真的建模方法主要包括：基于方程的方法( 主要是基于系统 动力学的方法) 、基于离散事件仿真的方法、基于多智能主体的建模仿真的方法 等。1 1 4 1 1 1 5 j 【1 6 l 【1 7 l ( 一) 基于运筹学的方法 基于运筹学的方法一般使用整数规划、混合整数规划、排队论、策略评价 模型、网络流以及博弈论模型、统计分析和传统的优化方法，来描述和求解问 题，模型可以覆盖供应链管理中的所有领域，主要用于策略性决策。求解的方 法主要有分支定界法、l a g r a n g e 松弛方法、b e n d e r 分解方法和行因子化方法等。 排队论模型主要用于研究生产企业在平稳生产状态下的情况，如各个设备 或车间等的输出率等，并对资源分配进行优化，如合理安排各个设备的加工任 务、合理安排人员的加工任务等，以达到提高生产效率的目标。例如k a r m a r k a r 等人 1 8 1 、z i p k i n 【1 9 】和k a r m a r k a r t1 2 0 l 等分别利用m g 1 排队系统研究了生产批量 和生产准备时间的关系。 网络流模型主要用于研究供应链中成员的选择、布局以及供应链的协调问 题。网络提供了一种描述供应链结构的方法，用网络流模型来表示个供应链 有其独特的优点，它能很方便地表示供应链中各种活动的先后次序。使用网络 设计方法建立供应链模型主要存在两方面的问题：一方面由于用这种方法建立 的模型一股规模比较大，随着供应链的扩大、考虑范围的扩展，模型的求解也 相应地变得困难；另一方面则是它只能考虑确定和静态的问题模型，考虑随机因 素的能力十分有限，而后者在供应链中几乎无处不在。 策略评价模型主要用于研究供应链在不确定情况下的管理和协调问题。对 跨国企业而言，经常会有不确定事件发生，如汇率波动、政府政策改变或新技 术的发明等。企业会采取各种策略对此做出反应，如调整供应链中成员的数量、 采用不同的生产技术等。策略评价模型提供了一种对采取的措施和策略进行评 价的方法。策略评价模型般是随机动态规划模型，目标是使各个时期的期望 费用总和最小或总收益最大。 许多供应链模型都表示成混合整数规划模型。目标函数为生产和销售成本 等费用最小或利润最大，用整数变量表示供应链中成员的选择、生产技术的选 择、运输方式的选择等，用连续变量表示供应链中各成员的能力、各种资源的 第1 章绪论 分配等，用约束表示供应链中的物流平衡关系和供需关系等。最早的模型可能 是1 9 5 9 年h a n s s m a n n i ”j 建立的一个包括材料采购、生产及销售的模型，提出各 阶段的最优库存水平。该模型没有考虑不同产品消耗相同的材料的情况，仅适 用于简单的供应链系统。a r n t z e n 等人建立的全局供应链管理模型( g l o b a ls u p p l y c h a i n m a n a g e m e n t ，g s m ) 是到目前为止最全面的m i p 模型【2 2 l ，考虑了客户、供 应商、人力资源、各种运输模式的运输时间和费用、减免税情况、返购率和产 品本地化目标、出口法规、关税、返税率等在内的多方面因素。 在供应链系统的研究中，博弈论模型常常与运筹学的其它方法相结合，分 析供应商与制造商之间、制造商与销售商之间的相互协调问题，如研究制造商 和销售商之间的协调，确定制造商和销售商各自的对策，确定产品价格、订货 时间等，使他们都能获得比原来更好的收益。例如，c h r i s t y 和g r o u t 建立了一 个经济型的博弈模型【2 3 】，用以描述供应链中采购商和供应商的关系。该模型的 基础是一个2 2 的供应链关系矩阵，用以区分每种关系类型产生的条件。通过 该矩阵可以获得由采购商和供应商假设的相关风险。对于矩阵中的每一种风险， 作者进一步建立了博弈双方的关系，并给出了相应的解释。c v s a 等学者i z 4 j 建立 了博弈模型，描述与分析一个两级供应链中渠道合作的问题。 在国内外学者对“牛鞭效应”的研究中，一般都要用到统计分析的方法来 描述方差放大的现象【2 5 】【2 6 】【2 7 】。 我们可以看到，基于运筹学的方法一般都需要较强的假设条件与数学抽象 ( 比如统计模型中有关概率分布的假设) ，由于实际的供应链系统包含了很多复 杂的、不确定的因素( 例如，组织、个人等等) ，同时供应链协调本身的复杂性 将导致模型的结构十分复杂，现有的数学工具还不能提供获得最优解的途径， 这使得运筹学的方法不能很好的解决这一类问题，因而具有很强的局限性。 ( 二) 基于控制论的方法 基于控制论方法包括离散时间差分方程模型以及连续时间微分方程模型， 分别对应离散系统和连续系统的建模。 这些建模的思想主要是借鉴控制学科的理论，把供应链系统输入与输出的 关系用一系列的差分方程或微分方程来描述。这样一来，有很多的控制理论的 工具就可以用来分析与研究供应链系统的内在的动态特征，比如传递函数、根 轨迹图、频域分析等等，这是此类方法最大的特点。 t o w i l l 等学者把供应链看作是一系列的放大器，在经典的频域罩对供应链的 第1 章绪论 动态行为进行分析【2 8 】。在随后的研究中，他们采用控制理论的方法研究了如何 度量“牛鞭效应”影响以及如何避免“牛鞭效应”产生的问题【2 9 】。p e r e a 等学者 1 3 0 】采用基于控制理论方法对供应链中的信息流和物流进行建模，分析供应链系 统的动态行为，同时分析了一些控制定律对供应链行为的影响。r i d d a l l s 等学者 1 3 l j 在回顾了目前解决供应链集成生产库存问题的控制理论的方法特点的基础 上，提出了一种新的最优控制的方法对具有批量生产成本结构的生产库存问题 进行分析。马新安等学者【3 2 l 在给出一个供应链的多级库存控制系统模型的系统 方框图及传递函数的基础上，分析了使整个供应链稳定的临界条件。 由于方法本身的限制( 具有很强的线性假设，即采用一系列的差分方程或 微分方程来描述供应链系统输入与输出的关系，但是目前大部分的供应链不满 足这样的假设) ，当模型的规模很大、很复杂时，首先采用这种方法描述问题就 很复杂，即使能够很好的描述，要得到结果也是很困难的。 ( 三) 基于系统仿真的方法 系统仿真( 计算机仿真，也称计算机模拟) 是通过建立仿真模型，在计算 机上再现真实系统，并模拟真实系统的运行过程而得到系统解的研究方法。作 为分析评价现有系统运行状态或设计优化未来系统性能与功能的一种技术手 段，它通过运行具体仿真模型和对计算机输出信息的分析，实现对实际系统运 行状态和变化规律的综合评估与预测，进而实现对真实系统设计与结构的优化。 管理科学领域研究中的系统仿真的应用是一个相对年轻的领域。由于建模 理论、建模方法和建模工具等方面的不断发展和突破，这一领域得到了越来起 多的研究者的重视。基于系统仿真的方法可用于分析全面的供应链模型，由于 不存在数学求解上的问题，因此建立的模型可以考虑各种复杂因索，并受到了 越来越多学者的重视。 系统仿真作为一种系统建模方法与工具有着诸多优点，这种工具在理论发 现和理论的严格描述方面具有很大的潜力。仿真模型不仅可用于系统预测，而 且有助于系统决策。特别是对规模较大、难以进行数学分析或者物理试验的弄 统，应用系统仿真模型更能显示其优越性。 作为未来企业管理决策的一项“战略技术”，系统仿真为传统管理决策难以 解决的问题提供了新的方法和思路。同时，系统仿真是以多种学科理论为基础， 以计算机及其仿真软件为工具进行实验研究的理论和方法论体系。社会经济系 统作为一类典型的复杂系统，它的求解、分析更加依赖于仿真技术。 第1 章绪论 目前，研究供应链仿真的机构总体上可以分为两类，一类是i b m 等软件公 司，它们多进行的是商业化研究，仿真器具有良好的用户界面、强大的功能1 3 3 l ， 目前在供应链研究中应用的主要仿真软件包括： ( 1 ) 通用仿真软件。主要包括a r e n a ，e x t e n d ，g p s s h ，m i c r os a i n t 等。 ( 2 ) 制造系统仿真软件，主要包括a r e n ap a c k a g i n ge d i t i o n ，a u t o m o d ， p r o m o d e l ，q u e s t ，t a y l o re 1 ) ，w i t n e s s ，e x t e n d + m a n u f a e u r i n g 等。 ( 3 ) 服务业( 流程) 仿真软件，主要包括p r o c e s s m o d e l ，s e r v i c e m o d e l ， s i m p r o c e s s ，w o r kf l o w a n a l y z e r ，e x t e n d + b p r 等。 ( 4 ) 供应链专用仿真软件，主要包括i b ms u p p l yc h a i na n a l y z e r ，s u p p l y c h a i ng u r u 等。 另外一类是c a m e g i em e l l o n 大学、p e n n s y l v a n i a 州立大学、t o r o n t o 大学等 学校，主要出于学术研究的需要，开发具有自身特点的仿真器，采用的技术各 具特色。例如，c a r n e g i em e l l o nu n i v e r s i t y 利用了m u l t i a g e n t 技术为供应链制作 了仿真器的框架，可以对供应链的大部分战略和政策问题进行仿真，是一个较 好的决策支持工具，目前仍然在进一步研究与开发中。 下文就供应链管理中常用的仿真建模技术进行系统地分析与研究。 ( ) 基于方程的方法 基于方程的方法主要是采用系统动力学的方法。系统动力学是美国麻省理 工学院( m i t ) 以j a yf o r r e s t e r 教授为首的系统动力学小组在5 0 年代创立和发 展起来的一门学科，它的研究对象主要是复杂的、非线性的、具有多重反馈的 连续系统。在发展的初期称为“工业动力学”。随后又出现了研究城市的发展、 人口变迁以及环境污染的“城市动力学”和研究全球社会和经济问题的“世界 动力学”。1 9 7 2 年，j a y f o r r e s t e r 教授正式提出“系统动力学”的名称。 系统动力学建模的一个重要步骤是系统的因果关系分析，它就是确定系统 中各变量之间的因果关系，并用因果关系图表示。因果关系有e 与负，表示了 原因变化对结果产生的正向或负向的影响，但是这种分析仅是定性分析，要进 行动态仿真还需建立系统动力学模型。系统动力学模型包括流程图和d y n a m o 方程。流程图是采用了专门符号表示系统变量之阃的关系，它是以因果关系图 为基础又加上了动态的相互影响过程的描述。d y n a m o 方程在流程图基础上写 出，它是d y n a m o 语言建立的方程，它是系统动力学的定量模型。在d y n a m o 方程中采用差分方程来描述系统行为，它引入了三个时问点即过去( j ) 、现在 第1 章绪论 ( k ) 、将来( l ) 三个时刻。用d t 表示仿真步长，用水准方程、速率方程、辅 助方程、补充方程、常量方程与算法方程共同组成系统动力学的d y n a m o 方 程。该方程由d y n a m o 语言计算求解，得到系统随时间而变化的动态曲线。 在针对供应链系统的应用方面，很多学者做了相关的工作。例如j a yf o r r e s t e r 教授应用系统动力学模型研究了企业库存和订货之间的关系问题【州，r o b e r t l 3 5 等学者应用系统动力学模型研究与分析供应链的动态行为，t o w i l ”j 构建了研究 供应链动态行为的系统动力学模型。 但是，由于系统动力学的仿真模拟方法擅长于描述和处理系统的存量和流 量，适合研究以物流交互为主的动态系统，因此它并不适合研究以信息流交互 为主的供应链系统， ( 二) 基于离散事件仿真的分析方法 对供应链仿真的研究主要是利用离散事件仿真( d e s ，d i s c r e t ee v e n t s i m u l a t i o n ) ，并综合利用运筹学、软计算等优化及建模技术，重点解决供应链系 统中供应链设计、位置决策、库存管理决策等战略决策问题，普遍采用可重用 的模块化设计，利用图形过程建模方法建立系统模型，在增强系统柔性的同时， 降低用户使用仿真器的复杂度。 离散事件系统定义为一组元素( 实体，e n t i t y ) 的集合，为了达到目的，这 些元素以某些规则相互作用、关联而集合在一起。例如，在一个供应链模型中， 我们可以把原材料定义为实体，它们经过机器( 资源) 的加工、仓库的存储， 最终变成产品到达顾客那里，在流动的过程中，实体的属性也发生了变化。这 类系统的状态变化，是由一些离散时间点上发生的事件( e v e n t ) 所引发的，在工 程技术和管理决策领域存在着许多这种类型的系统。如在一个汽车厂的装配线 上，每一个零件上线，每一个组装环节的完成，每一辆新车的组装下线都是事 件，它们导致了装配线系统的状态变化。 离散事件系统的时间是连续变化的，而系统的状态仅在一些离散的时刻上 由于随机事件的驱动而发生变化，由于状态是离散变化的，而引发状态变化的 事件又是随机发生的，因此这类系统的模型很难用数学方程来描述，尤其是对 于供应链系统而言。 离散事件系统的另一个主要特征是随机性，在这类系统中事件的产生时间， 事件所引起的影响等均有随机性。早期的蒙特卡罗法是对随机系统作静态求解， 它在某一时问点进行随机仿真，而不是整个时问的动念求解。由于系统的离散 第1 章绪论 性与随机性，采用现有的工具对该类系统的数学描述及数学求解就显得非常困 难。而计算机仿真成了这类系统分析、求解的主要手段【蜘。 对于离散事件系统而言，离散事件仿真是一种方便而有效的研究方法，也 是一种适用性强的系统建模技术和实验分析手段。离散事件系统仿真技术能够 较好地解决离散事件系统的性能分析和系统结构设计的问题。它是管理科学领 域中的最常用的仿真方法之。 在供应链系统的建模与分析方面，由于采用基于离散事件仿真的建模方法， 例如p e t r in e t s 模型可以方便的构造供应链模型，进而分析与研究供应链系统， 所以该方法得到了很多学者的应用。例如a m i n 与a i t i o k 应用了离散事件仿真语 言s i m a n 建立了一个多产品、多阶段的制造系统，主要研究了任务分配的策略 问题【3 8 i 。 ( 三) 基于多智能自主体的建模方法 随着人工智能以及智能自主体技术的发展。利用具有一定自主推理、自主 决策能力的多智能自主体( m u l t i - a g e n t ) 以及由其组成的多智毹主体系统( m a s ， m u l t i a g e n ts y s t e m ) ，用来仿真、优化、实施、控制企业供应链的运行，己经成 为研究和实施供应链管理的重要方法之一1 3 9 】。 智能自主体( a g e n t ，又称为代理) 属于计算机和人工智能领域的范畴。m a s 源自于人工智能中的分布式问题求解，它可以看成是一种由问题求解器松散组 合而成的一个网络，这个网络通过各个问题求解器的协调工作，能够解决超越 单个问题求解器能力和知识范围的问题。 m a s 强调分布式自主决策，强调各个智能自主体之间协作解决问题的能力， 这些特点正好契合于企业供应链在实际运行中所表现出来的自治性、分布性、 并行性、弱耦合性的特征。 m a s 作为一种新的系统仿真工具、一种有效的分布式求解工具、以及一种 新的信息系统的基础框架，已经被引入到供应链研究领域中来。目前，许多学 者主要在供应链的建模和实施两个方向上开展理论研究和应用研究。根据引入 m u l t i - a g e n t 的不同目的，这些研究可以分为： a 建模与仿真方面的应用 建立供应链的m u l t i a g e n t 仿真模型，通过仿真实际供应链的运行，为供应 链过程重组和供应链运行管理提供决策支持，是m u l t i a g e n t 在供应链管理中的 一个重要应用方向。m u l t i a g e n t 模型是一种新型的、强有力的决策支持工具， 1 0 第1 章绪论 它能够为决策者评价供应链运行效率，进行w h a t i f 分析，提供高效而易用的决 策支持。 s w a m i n a t h a n 等1 4 l j 首次把m u l t i a g e n t 建模和仿真技术与其它供应链仿真技 术作了一个比较，指出m u l t i a g e n t 方法是一种低成本、高效率、可重用的供应 链建模与仿真技术。相对于其它基于先进先出事件队列处理机制的仿真方法而 言，m u l t i a g e n t 系统所具有的自治性、分布性、协作性的特点，更能够描述供 应链随机性大和多点分布决策的特征。 k u b o t a 等1 4 2 1 用m u l t i - a g e n t 模型仿真了制造工厂内部的机器、传送带、自动 导引车、仓库等实体的运作过程和控制逻辑并把模型扩展到企业外部的供应 商，分析了供应商行为对某个生产制造环节的影响。通过对供应链模型仿真数 据的分析，决策者能够发现生产制造环节中可能出现的瓶颈问题。 林福仁等【4 3 j 利用s w a r m 多主体开发工具，建立了企业外部供应链网络的 m u l t i a g e n t 模型。通过该模型，他们集中研究了不同的供应链策略，如需求管 理策略、信息共享策略、物料分配策略等，对企业定单完成过程的影响。经过 实验比较，他们给出了提高企业定单完成率的定性的结论。林福仁等人的尝试， 验证了m u l t i a g e n t 仿真模型能够从企业战略决策的层次，迅速地帮助决策人员 评估决策所产生的效益和比较决策的优劣，从而很好的支持管理人员的决策活 动。同时，他们在供应链的多主体模型中引入了增强学习算法，使得系统能够 学习以前的经验，采取最优豹策略以提高定单完成过程的效率1 4 ”。 m a r k s f o x 所领导的多伦多大学企业集成实验室，于1 9 9 3 年首先提出智能 自主体取代人来管理企业内部供应链的设想，提出了相应的m u l t i - a g e n t 系统框 架模型【4 5 1 。在这个设想的指导下，f o x 等人建立了“集成供应链管理”研究项目， 在此后的几年中，开发出了一套基于规则的主体协同语言c o o l ( c o o r d i n a t i o n l a n g u a g e ) 和一套m u l t i a g e n t 开发平台a b s ( a g e n tb u i l d i n gs h e l l ) ，并把它们 应用于供应链的建模与仿真当中【4 6 】。 b 计划调度与优化求解方面的应用 企业供应链的各个环节一般都具有独立的计划调度能力，但是只有把这些 独立分散的计划调度能力协调、整合在一起，才能使整条供应链的运行得到优 化。利用多智能主体系统协调供应链各个环节的计划调度，是研究历史较长， 而且应用性最强的一个领域。在基于多智能主体的计划调度系统中，每个智能 自主体代表不同的资源，如机器设备、运输车辆、工人等，并且负责该资源的 第1 章绪论 计划与调度。 目前，自主体之间广泛采用协议网络规范，通过对各种资源进行竞价，达 到优化资源配置，协调计划调度的目的。为了解决协议网络发现和解决冲突能 力弱的缺点，许多学者还同时引入了基于黑板的任务协同机制，或者对协议网 络规范做出改良，提出了诸如扩展的协议网络规范，市场驱动型协议网络等改 进方案。陈剑f 4 7 l 等建立基于m u l t i a g e n t 的顺序型企业供应链系统，在此基础上， 考察了协议支付对企业供应链整体效益的影响。 目前，在计算机集成制造( c i m s ) 领域，对这种基于m u l t i - a g e n t 系统的分 布式计划调度系统作了大量的研究。传统的以单一数据流和控制流为主的企业 供应链过程建模和仿真方式，在单一主体的智能行为下只能达到过程方案的局 部优化效果。一些学者利用m u l t i - a g e m 分布计算的特点，在对供应链建模之后， 用m u l t i a g e n t 系统进行分布式协同求解，能够求出供应链运行的全局优化方案 1 4 8 1 。 c 运行与实施方面的应用 利用智能自主体构建企业的信息基础平台，利用m u l t i a g e n t 作为供应链协 调和通信的主体，控制和管理企业供应链的运行，以提高供应链管理的自动化 和智能化程度，是m u l t i - a g e n t 应用于供应链管理的一个重要研究方向。 随着近年来对代码可移动性的研究，移动代理越来越为人们所关注。移动 代理是一种智能自主体，但是它能够通过计算机网络，在计算机之间自由移动 并且自主执行。这种移动性，使得用户的代理程序能够真正驻留在对方的计算 机中，代表用户进行信息处理，更真实地反映了实际处理的状况，使得处理更 具灵活性、智能性，提高了异步处理的效率h j 。 有研究人员【5 0 】提出一类自治性和智能性更强的供应链m u l t i a g e n t 体系结 构。这种系统体系不要求有一个负责通信和协调的中介自主体存在，每个自主 体都具有充分的信息通信和任务求解与计划协调的能力。各个企业能够在多自 主体系统之上开发自己的应用信息系统，由m u l t i a g e n t 作为地位平等的买卖者 代表各自主体的利益，动态的参加到供应链的运行中来。 第1 章绪论 1 3 论文研究的意义 随着企业对供应链管理的要求越来越高，供应链仿真作为供应链选择与优 化的重要工具之一，也逐渐成为研究的热点之一。 在供应链中，各个成员之间的关系既具有竞争性，又具有合作性。每个成 员甚至于成员单的部门都具有智能体的特征，其行为是在与其他企业协同、协 作，对各种信息进行分析，并迸行自我决策的基础上形成的。而采用传统仿真 方法建模后的成员一般不具有主动性和智能性，不具有决策分析的能力。a g e n t 作为分布式人工智能概念模型，具有自己行为、目标和知识，是在一定环境下 能自主运行的实体，具有主动性、独立性、智能性、反应性、交互性等特点。 多个a g e n t 通过协同机制构成多a g e n t 系统( m a s ) 。m a s 运作是在对系统中的 各个a g e n t 的目标、资源和知识等进行合理安排的基础上这些a g e n t 通过相互 协同和协作，并各自独立地运行，在实现各自的目标基础上来完成m a s 的总体 目标，与现实的供应链运作具有相似的特征。因此，基于a g e n t 的供应链仿真具 有优越性。 基于a g e n t 的供应链仿真相比其他方式的供应链仿真具有灵活性更高，更 能反映供应链主体的行为和智能等优点，在2 0 世纪末开始受到众多学者的关注， 但是人们对其的研究还是刚刚起步，在研究方法上还不够成熟，处于不断的探 索阶段。锋对这种情况，论文集中对基于a g e n t 的供应链仿真建模和实施的方 法进行系统的研究，为企业顺利实施此类供应链仿真提供坚实的理论基础和方 法指导。 1 , 4 论文内容及论文框架 本文在综合分析国内外研究的基础之上，集中对基于a g e n t 的供应链仿真 的方法进行研究。本文的主要研究思路是：在分析供应链仿真系统，多代理系 统的基础之上，集中探讨基于a g e n t 的供应链仿真框架，并在框架内说明了实 现基于a g e n t 的供应链仿真系统的关键技术，最后利用案例进行实证分析。 基于以上分析，给出论文的研究体系结构： 第一章是绪论。论文在绪论部分给出了论文的研究背景，指出现代企业的 竞争已经从单个企业的竞争转变为企业所在的供应链之间的竞争，从而提高供 第t 章绪论 应链的绩效水平成了企业的当务之急。接着，论文对于供应链的基本概念和特 征、供应链管理的概念和特征进行了详细介绍，并分析了在供应链仿真和建模 方面国内外的研究现状，阐明了基于a g e n t 的建模仿真方法的是一种前沿的、有