第四章 物流系统仿真技术与常用软件

1、第四章第四章 物流系统控制与仿真物流系统控制与仿真 学习目标：学习目标： 1.了解物流系统控制、系统仿真、物流系统仿真、 系统动力学等基本概念。 2、掌握物流系统控制、离散事件仿真、物流系统 动力学的基本原理。 第一节第一节 物流系统控制物流系统控制 一、物流系统控制的基本概念 系统控制系统控制是指在外部条件变化的情况下，保证系统 实现目标的行为。 这要通过该系统的必要组织来实现。 必要组织指的是系统结构及其要素的运行方式 受控客体受控客体:在系统形成时，其受控要素组合成受 控部分，它叫做受控客体； 控制系统控制系统:控制要素的总体构成控制部分。 控制系统有开环控制系统和闭环控制系统。若系 统

2、中具有反馈环节则构成闭环控制系统 控制控制：就是按照预定的条件和预定目标，对其过程 施加某种影响的行为。 反馈反馈：指一个系统把输入（激励）经过处理之后输 出（响应），又将其输出的结果馈送回来与输入加以 比较的过程。 物流系统控制将研究的物流系统作为被控对象，而 后研究它的输入与输出的关系，以通过反馈使被控对 象（系统）达到人们所期望的较好的物流效益。 二、二、物流系统中控制的分类 二、二、物流系统中控制的分类 （一）反馈控制反馈控制 反馈控制是一种常见的管理控制，其特征是通过 运行过程的输出进行检测，并将检测结果馈送回运行 过程中去，将纠正措施输入该运行过程中，以获得预 期的输出。因此，这种

3、反馈控制表现为时间的滞后。 如成本分析，质量检查控制，财务分析等。 （二）超前控制超前控制 超前控制也称前馈控制，是一种更加复杂的控 制。其特点是通过对运行过程输入的监视，以确定 它是否符合标准要求；前馈控制是在输出结果受到 影响之前就做出纠正，因此这种反馈更为有效。 这种控制克服了反馈控制的迟滞性，便于物流 决策人员及时采取相应措施，纠正偏差，达到预定 目标。 超前控制在物流系统中应用较为广泛，生产经营 活动要达到超前控制的目的，常用措施有： 1用人的超前控制。按岗位已定的职务要求选 拔合格人才。 2存储超前控制。根据存储规律，按照建立的 储存模型，实现超前仓储存储工作。 3投资超前控制。用

4、投资回收期法或投资效率 数学模型，对扩大企业再生产能力以及更新设备实行 超前控制。 （三）非预算性控制 非预算性控制非预算性控制是指生产经营活动中，预算外的临 时矫正行为。主要有以下几种方式： 1物流批量控制法。指的是利用库存费和订购 费的边际点原理对仓库管理进行优化控制。 2盈亏平衡控制法。利用盈亏平衡点分析的方 法对企业行为进行控制的方法。 3专家控制。靠有经验的专业人员、专家对企 业行为提出建议进行控制。 三、物流系统控制的基本内容 （一）物流系统控制的基本内容 库存控制 产品成本控制 工序质量控制 人员素质控制以及产品进度的控制。 （二）进行物流系统控制时应注意的问题 u总目标与分目标

5、的关系。企业的总目标确定后， 它是众多分目标的基准，在实行控制过程中，一切分 目标都应服从总目标。 u强调管理者和劳动者的自我控制。这也是目标管 理的特点，可以促进企业逐步地由人治走向法治的管 理轨道。 u注意人的因素与物流系统的指标信息关系。 第二节第二节 物流系统仿真物流系统仿真 一、系统仿真 系统仿真是利用系统模型在仿真环境和条件下， 对系统进行研究、分析和试验的方法。 系统仿真的目的在于利用人为控制的环境条件， 改变某些特定的参数，观察模型的反应，研究真实系 统的现象或过程 系统仿真方法是一种间接的研究方法 二、系统仿真的特点 （一）系统仿真特点 p1、复杂系统在设计和分析的各阶段产生

6、一系列问 题，利用仿真模型可将复杂事物抽象化，了解系统的可 行性和可靠性，检验理论的正确性，寻求解决问题的途 径。 p2、利用仿真可避免在实际系统上试验时间过长的 弊病，节省人力、物力。 p3、某些复杂系统既不能用实际试验方法，又不能 用解析方法时，计算机仿真方法是唯一有效方法。 p4、可以避免对实际系统进行破坏性和危害性的 实验。在这种情况下，仿真方法的优点更为突出。 p5、仿真可以研究单个变量或参数变化时对系统 整体的影响，并且可以多次重复试验，这在真实系统 中是困难或不可能的。 p6、仿真方法用来检验理论分析所得的结果的正 确性和有效性，其基本方法较易掌握，仿真的结果直 观，便于理解。

7、三、物流系统仿真分类 物流系统仿真物流系统仿真就是借助计算机仿真技术，对现 实物流系统建模并进行实验，得到各种动态活动及 其过程的瞬间仿效记录，进而研究物流系统性能的 方法。其仿真方法可以分为以下几类： l物流过程的仿真研究 l物流管理的仿真研究 l物流成本的仿真研究 （一）物流过程的仿真研究 n物流过程是指运输、仓储、包装等物流的功 能过程。 n研究目的包括：在时间的过程中，这些过程 是如何推进的？推进过程发生了哪些事件？这些 事件引起系统状态发生了哪些状态变化等等问题。 用仿真工具研究这类物流的问题，归结为物流过 程的仿真研究。 （二）物流管理的仿真研究 物流管理的仿真研究是为物流管理决策

8、服务的。 例如，交通运输网络的布局规划、自动化系统 的策略运用、物流园区的规划、供应链库存控制策 略等。 （三）物流成本的仿真研究 物流成本的计算是一件极其细致、复杂的事情。 传统的制造业中，往往将物流成本与供应或销售的 成本混在一起计算。因此无法准确掌握物流成本， 也就无法根据物流成本的核算改进物流的流程和操 作。 四、物流系统仿真的主要内容 1物流系统中流的仿真物流系统中流的仿真。物流系统中有多种流， 货流、车流、船流、商流、信息流等。由于流的流动， 应采用动态仿真方法描述流的产生、流动、消失、积 累和转换等。 2物流系统中的排队仿真物流系统中的排队仿真。由一个或多个 服务台和一些等待服务

9、的顾客组成的离散系统 称为排队系统。这种仿真大多采用离散型仿真 方法来进行。 3物流组织中人的因素仿真物流组织中人的因素仿真。物流组织是 通过人的参与实现的。即使在同样规划下，不同 的人、组织，物流服务质量和运行效率仍有较大 差异。通过计算机仿真描述人的思维过程，从而 给出较优的物流组织方案。 五、连续系统和离散事件系统的仿真 l连续系统仿真连续系统仿真是系统的状态随着时间连续变 化的系统的仿真。 l离散事件系统离散事件系统是指那些系统状态变量随着时 间呈离散状态的变化。 （一）离散事件系统与连续系统的异同 时间值: 连续系统的时间基是一个确定的值 ;离散事 件系统的时间基则是可变的 输入变量

10、: 确定性变量;随机 状态变量: 连续变量 ,非连续的 状态转移函数: 存在,不存在 状态空间: 状态变量的集合所表示的空间 (均有) （二）离散事件的基本要素 1、实体（单元） 2、属性 3、事件 4、活动 5、进程 事件、活动、进程三个概念之间的关系图 可以看出，事件是发生在某一时刻的行为。活动和进程则是 发生在某个时间段的过程。 （三）离散事件系统仿真模型的组成与构造 对于大多数采用变步长时钟推进机制的离散事件系统仿 真模型中，通常都包含有以下几个组成部分： 时间推进程序 时间发生程序 随机观测生成程序库 报告生成器 主程序 系统状态 仿真钟 事件列表 统计计数器 初始化程序 六、离散事

11、件系统仿真基本步骤 1、确定仿真目标系统调研、建立系统模型 2、确定仿真算法事件调度法、活动扫描法、进程交互法 3、建立仿真模型 4、模型实验与模型确认 5、运行仿真模型终止方法：确定仿真时间长度、确定仿真时 间的数量 6、仿真结果分析分析角度：满意度、可信度 7、仿真结果输出方式：实时在线输出、仿真结束时输出 第三节第三节 物流系统仿真技术与常用软件物流系统仿真技术与常用软件 一、物流系统的相关技术 计算机仿真 计算机仿真语言 建模与仿真方法学 二、物流系统仿真常用软件 uWitness仿真软件 uAutoMod仿真软件 uFlexsim仿真软件 uArena仿真软件 uExtend仿真软件

12、 uRaLC仿真软件 第四节第四节 物流系统动力学物流系统动力学 一、物流系统动力学的特点特点 2、研究问题注重从因果机制出发 因果关系是存在于各种现象之间的普遍关 系。从因果关系出发，分析各因素之间构成的 因果馈环，才能从纷乱的现象中找出发生这些 现象的内在原因和形成机制。 3、从观察系统结构入手 系统动力学认为系统结构是系统发展的内在 动力。只有了解系统的结构及变化机制，才有可 能预测系统未来的行为。因而，系统动学的模型 也被称为是“结构依存型 ”模型。 4、内生化处理 系统动力学模型从内部寻求解释系统行为的 规律，重点在于模型的内部结构。 非线性性 系统动力学能够处理复杂的非线性系统，

13、因而适合研究像社会经济系统、物流系统这样 的复杂系统。 6、延迟特性 系统动力学模型引入延迟机制，使它与描 述的实际系统行为更为接近。 能够进行政策仿真 系统动力学模型利用模型仿真剖析系统，获 取更丰富、更深刻的信息（如政策），进而寻找 解决系统问题的途径。系统动力学解决问题的过 程实质上也就是寻优过程，其最终目的是寻找系 统的较优结构，以求得较优的系统功能。 二、系统动力学基本概念与原理 3、水平变量和速率变量 n水平变量能够描述系统在任一特定时刻的状态， 对系统中控制作用的结果进行积累(或积分)。水平变 量不能在瞬间被改变。水平变量在随时间推移的各时 间点之间建立了系统的连续性。 n速率变

14、量的作用是表示水平变量变化的快慢，速 率变量不能决定水平变量现时刻的值，但能决定水平 变量变化曲线的斜率（每单位时间中的变化量） 在系统动力学模型中，水平变量用水平方程（L 方程）表示，速率变量用速率方程（R方程）表示， 速率方程是在系统中描述控制作用的决策表达式， 表示了一个决策环节所产生的控制作用。 三、系统动力学建模的基本步骤 n明确仿真目的 n设计系统因果反馈环 n绘制系统流图 n写出有关的数学方程 n选择仿真语言，并进行仿真实验 n仿真结果分析 四、因果反馈环 （一）因果键 因果键：要素A与要素B的因果关系，A是原 因，B是结果，如果A增加，B也增加，则称A、B 之间具正因果关系 +

15、 （二）反馈环 反馈环：两个以上的因果键首尾相联形成环状， 便是因果反馈环，如图是最简单的反馈环，A，B互 为因果，形成闭合环路。 一阶负反馈环：解释库存关系 则每周订货量可由下式决定： DH(MBKC)TZ 式中：DH订货速度（件周）； MB目标库存量（件）； KC实际库存量（件）； TZ调整周期（周）。 （四）二阶负反馈环 二阶的意思是负反馈环中有上水平变量，前 述的一阶负反馈环被看成为简单地逼近目标值而没 有波动的时间响应。 五、物流系统动力学分析 （一）物流系统动力学的目的 以系统动力学为框架，综合其他定性、定量方 法，应用于物流系统领域，分析物流的系统结构及 动态发展机制，进行政策试

16、验，解决宏观的带有根 本性的物流发展战略问题，这就是物流系统动力学 所要达到的目的。 物流系统结构受到国民经济结构、产业政策、需 求消费结构、自然地理环境等因素的影响，这些因 素又包含众多的因子，形成一种合力，从各个方面 影响制约交通运输系统的结构。这个系统的结构有 一定的层次性、相关性和相对性，认清该系统结构 的特性，对建立合理的物流系统结构，具有十分重 要的意义 因果关系图 经过上述系统要素分析，在深入剖析物流系 统的基础上，我们可以得到物流系统的因果关系 图。 所谓基本因果关系，即是舍弃掉一切无关紧 要的细节，由数个最能表征系统结构，从而成为 系统动态发展内在机制的因果反馈环组成的因果 关系图： 在基本因果关系图中，包括以下几个基本反馈环 复习思考题复习思考题 1、什么是物流系统控制？物流系统控制的基本内容 有哪些？P79、80 2、什么是系统仿真？什么是物流系统仿真？P81、