第3章物流系统建模
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物流系统工程-3-物流系统建模基础
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3.启发式模型 启发式模型介于这两种模型之中，既考虑现实问题和 实际经验，又能得到满意解。启发式方法是能指导实 际问题求解的原理、概念和经验法则。求解过程简便 ，但无法保证获得最优解。启发式规则有： (1)最适合建仓库的地点是那些需求最大的地区； (2)按整车批量购买的客户直接供货，不再中转； (3)如果出、入库运输成本的差异能够弥补仓储成本 ，应存放在仓库； (4)下一个进入分拨系统的仓库是那个节约成本最多 的仓库； (5)成本最高的客户是那些以小批量购买且位于运输 线末端的客户。
（1）明确问题 （2）模型假设 （3）建立模型 著名的哥尼斯堡七桥问题 （4）模型求解 （5）模型检验与调整
（二）物流系统模型的类型
1.优化模型
通过平衡订货成本和库存持有成本，给出了当产品库 存水平降到预定值时再订货的最优批量。抓住了许多 库存管理问题的核心问题。
2.仿真模型 以代数和逻辑语言做出的对系统的模拟，这种模 拟通常要利用随机的数学关系，可以说，仿真的 过程就是对系统模型进行抽样试验的过程。仿真 模型能真实地模拟系统过程，可用于物流系统中 的各种规划，如生产物流系统规划、仓库选址、 物流绩效分析、物流设备配置、物流成本分析等 ，不胜枚举。
4.系统概念模型的构造 建立概念模型的关键是将实际的系统划分成若干 执行动作单元，并找出各动作单元之间的联系和 相互作用。
通过调查和分析，明确订单处理的必需动作或必 须进行的决策活动。
由两个计划子系统和两个行动子系统 建立系统模型是解决问题过程中的一个子过程。从问 题出发到选择恰当方法解决问题，都需要运用模型。
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。
Flexsim物流系统建模与仿真ppt课件(完整版)
实体选择
设备名称
胚布打卷机1 胚布打卷机2
高压锅炉1
高压锅炉2
烘桶1
烘桶2
输送带1 输送带2
对仿真实体（可变）
Processoe2 Processoe3
Processoe6
Processoe8
Processoe11
Processoe12
Conveyor4 Conveyor9
时间
330 330
342
柔性可以表述为两个方面。第一
方面是系统适应外部环境变化的能
力，可用系统满足新产品要求的程度
来衡量；第二方面是系统适应内部变 化的能力，可用在有干扰（如机器出
现故障）情况下，系统的生产率与无 干扰情况下的生产率期望值之比来衡 量。
制造柔性的体现
01 机器柔性 03 产品柔性 05 生产能力柔性 07 运行柔性
特点
混流生产线的显著有点为既能满足市场大批 量的需要，又能同时生产多种产品，满足不 同客户的要求。但它的最大缺点是产出受到 夹具数量、比例的限制。
混流生产线的一般假设
(1)在生产能力允许的前提下尽量不调整夹 具，调整夹具时也只影响被调整的夹具产量 （调整时间为H小时），其余夹具不受影响；
(2)生产线双班，正常工作时间16小时，工 作期间夹具均衡产出；
产品
A B C
车床 5 4 4
加工时间/分钟
钻床
铣床
5
4
4
3
5
3
磨床 4 4 4
检验时间/分钟
4 3 1
概念模型
设备的平均故障间隔时间（MTBF）和平均维修时间（MTTR）均服从均 值为1500 分钟和30 分钟的指数分布，其中不合格品（5%）将返回相 应的工段进行再加工，多余的则暂存于缓存库中（图2-1）。顾客订单为： 产品A1000件、产品B500 件、产品C200 件。排产优化的目标是交货 期最短，满足订单后的缓存库存最低。
物流系统建模方法概述
13、He who seize the right moment, is the right man.谁把握机遇，谁就心想事成 。21.6.1421.6.1417:44:3317:44:33June 14, 2021
•
14、谁要是自己还没有发展培养和教 育好， 他就不 能发展 培养和 教育别 人。2021年6月 14日星 期一下 午5时44分33秒17:44:3321.6.14
•
11、一个好的教师，是一个懂得心理 学和教 育学的 人。21.6.1417:44:3317:44Jun-2114-J un-21
•
12、要记住，你不仅是教课的教师， 也是学 生的教 育者， 生活的 导师和 道德的 引路人 。17:44:3317:44:3317:44Monday, June 14, 2021
•实验法和统计分析法——数据拟合法
相当多的建模过程是以统计数据或实验数 据为基础的。以收集、分析数据为基础去建 构一个系统模型的方法，称之为数据拟合法 。 • 常用的“拟合曲线”有以下几种：
1. 直线型 2. 对数函数型 3. 幂函数型 4. 指数函数型 5. 多项式型
•实验法和统计分析法——数据拟合法
•
3、Patience is bitter, but its fruit is sweet. (Jean Jacques Rousseau , French thinker)忍耐是痛苦的，但它的果实是甜蜜的。08:305.26.202108:305.26.202108:3008:30:575.26.202108:305.26.2021
C
t)
M
F(t)
系统的数学模型： M•d2x/dt2 +D•dx/dt+Kx = F(t)
物流系统建模与仿真
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物流系统建模与仿真
二、建立物流系统模型的原则
①准确性，模型必须反映现实系统的本质规律，合乎科学 根据，合乎科学规律和经济规律。
②可靠性，模型必须反映事物的本质，且有一定的精度。 ③简明性，模型的表达式应明确、简单、抓住本质。 ④实用性，使模型标准化、规范化，尽量采用已有模型。 ⑤反馈性，建模时要注意灵敏问题，即留心哪些参数或变
物流系统建模与仿真
•二、物流系统仿真模型
•1、系统动力学模型
③ 反馈回路
•
反馈回路就是由一系列的因果与相互作用链组成的闭合
回路或者说是由信息与动作构成的闭合路径。单回路的系统是
简单系统；具有三个回路以上的系统是复杂系统。
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恒温 系统
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物流系统建模与仿真
（1）需求，根据需求的时间特征，可将需求 分为连续性需求和间断性需求。根据需求的 数量特征，可将需求分为确定性需求和随机 性需求。
（2）补充，通过补充来弥补因需求而减少的 库存。从开始订货（发出内部生产指令或市 场订货合同）到库存的实现（入库并处于随 时可供输出以满足需求的状态）需要经历一 段时间。
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物流系统建模与仿真
第三节 常见物流系统模型与物流系统仿真
一、最优化模型
（一）线性规划模型
线性规划模型的形式为：
极大化（或极小化）
（4-1）
满足
（4-2）
，全部或部分j，
（4-3）
式（4-1）是目标函数，式（4-2）、（4-3）称为约 束条件。式（4-3）称为非负要求，非负要求也是一 种约束条件。目标函数和约束条件必须全部是线性式，
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物流系统建模与仿真
第3章物流系统建模.pptx
U f (xi , yi )
式中， 为U描述系统功能的效用或准则值，也叫作目标函数； 目标函数一般是希望达到最大值（如利润、效益等) 或最小值( 如成本、支出、亏损等)。 为可控xi 变量； 为不可yi控变量，对 有影响；U 为目标函数f 与变量 ，U 之间的关xi 系函yi 数。上面的关 系式加上约束条件就形成一个完整的系统模型。
其他条件不变，若每 月需求提高到800件， 最佳订购量是否为
400？
2.经济生产批量模型
❖ 相当于边生产，边销售，假设生产速率为p，需求速率为
d(p>d) ，则平均库存量变为 (Qp ( p d)) / 2
p
总成本
TC
1 2
(
p
d
)
Qp p
C1
d Qp
C2
库存持有量 p
Qp
p-d
tp
T
时间
❖ 按照成本最小原则，得
QP*
2C2d C1
p pd
T * QP* 2C2
p
d
dC1 p d
t
* p
QP* p
2C2d C1
1 p( p d)
例2 某商店经销某商品，月需求量为30件，需求速度为常数，
该商品每件进价300元，月存储费为进价的2%，向工厂订 购该商品时订购费每次20元，订购后5天才开始到货，到货 速度为常数，即2件/天。求最优存储策略。
建立模型一般可遵循如下几种思路：
（1）直接分析法
例3-1 做体积为定值A，底面长∶宽=2∶1的长方体包装箱 ，欲节省制作材料，可采取什么措施？
解 该问题可抽象为要使长方体的表面积S最小，各边边长 应取为多少这样的数学模型。
设：x、y、z分别为长方体的长、宽、高，则A=xyz，
式中， 为U描述系统功能的效用或准则值，也叫作目标函数； 目标函数一般是希望达到最大值（如利润、效益等) 或最小值( 如成本、支出、亏损等)。 为可控xi 变量； 为不可yi控变量，对 有影响；U 为目标函数f 与变量 ，U 之间的关xi 系函yi 数。上面的关 系式加上约束条件就形成一个完整的系统模型。
其他条件不变，若每 月需求提高到800件， 最佳订购量是否为
400？
2.经济生产批量模型
❖ 相当于边生产，边销售，假设生产速率为p，需求速率为
d(p>d) ，则平均库存量变为 (Qp ( p d)) / 2
p
总成本
TC
1 2
(
p
d
)
Qp p
C1
d Qp
C2
库存持有量 p
Qp
p-d
tp
T
时间
❖ 按照成本最小原则，得
QP*
2C2d C1
p pd
T * QP* 2C2
p
d
dC1 p d
t
* p
QP* p
2C2d C1
1 p( p d)
例2 某商店经销某商品，月需求量为30件，需求速度为常数，
该商品每件进价300元，月存储费为进价的2%，向工厂订 购该商品时订购费每次20元，订购后5天才开始到货，到货 速度为常数，即2件/天。求最优存储策略。
建立模型一般可遵循如下几种思路：
（1）直接分析法
例3-1 做体积为定值A，底面长∶宽=2∶1的长方体包装箱 ，欲节省制作材料，可采取什么措施？
解 该问题可抽象为要使长方体的表面积S最小，各边边长 应取为多少这样的数学模型。
设：x、y、z分别为长方体的长、宽、高，则A=xyz，
第三章 物流系统建模方法
CSArrow类 CSArrow类
顺序图和合作图中消息的记录和绘制
Cactor、CUsecase类 Cactor、CUsecase类
负责角色类或用例类的记录和绘制
CObj类 CObj类
对象的记录和绘制，该类与OO语言中对象概念不同，它不是某个类的对象， 而是为描述顺序图和合作图中对象元素概念的自定义类
3.2 物流系统建模的方法 GRAI方法 方法（ 3.2.1 GRAI方法（Graph with Results and Interrelated） Activities Interrelated）
GRAI方法是由法国Bordeaux大学提出的，是专门为在生产系统制定 决策而开发的。GRAI由一个生产系统由一个物理系统和一个生产控制系 统组成，物理系统是一组制造单元，其功能是将原材料或部件转变为完 成的部件或一个完成的产品。生产控制系统制定决策，它由一个信息系 统和一个决策系统组成。它基于诸如定货、资源和能源等方面的信息制 定决策，以便物理系统执行其功能。GRAI的概念模型描述在信息系统、 决策系统和物理系统间的联系。信息系统是其它系统间连接的链条。 GRAI模型有一个层次化结构，因此在每一层，决策和信息都取决于执行 的任务和制定决策过程所处的时间段。因此，必须构造信息以满足每一 层决策的制定。GRAI方法适合于决策功能层的优化，但难以实现仿真。
ARIS方法 3.2.6 ARIS方法 （Architecture of Integrated System） Information System）
ARIS整合性信息系统架构是由德国萨尔大学企业管理研究所所长及 IDS－ Scheer公司执行长的August－Wilhelm Scheer 教授所提出的。其设计理念，是希望 提出一个整合性的概念，目的是把描述企业程序的所有基本观念通通纳入。因此 可想见，所描述出的模型必是非常庞大与复杂，为减少其复杂性，就必须依不同 的观点来切割这个复杂的模型。在一种观点下无数的交互关系将被先省略，只专 注于观点内的事物。之后各观点的模型会整合成完整的分析，而不会有任何的重 复。
第三章 物流系统建模
22
二 物流系统建模思路
4. 主观想象法 当系统结构性质不明确，又无足够的数据，系统上又无法 做实验，对这类问题，可以利用“主观想象”来人为地实现 一个模型。
例如，我们想研究未来若干年以后的大系统，诸如经济系统、军事系 统、生态系统、能源系统等。
由于这些属于复杂的巨系统，因素极多，又不肯定； 但我们又想通过模型来预测它们的未来状况； 此时可以先主观地(具备科学的依据)设想一些情况，然后构造一个简单的 模型，据此推出—些结果； 再由专家进行分析研究，反过来修正模型； 然后再据此模型推出一些结果，再请教专家； 如此住复多次，随着认识的逐步深化，模型逐渐逼近一个真实的系统。
19
二 物流系统建模思路
根据本题的要求，用直接分析法可以得出： 从仓库P（x,y）到用料点Pi(xi,yi)运输距离为：（两点间的距离公式）
Li = ( xi x) 2 + ( yi y ) 2
从仓库P（x,y）到用料点Pi(xi,yi)运输费用为：（根据题目，运输费用与 运输量和运输距离的乘积成正比）
* 1 * 2 * T n
最优解 X = x ，x ，，x ... 最优值 F ( X * )
[
]
3
二. 对模型的进一步认识
现实世界的系统原型 比较 检验 模型 现实世界的分析、预测 、决策、控制
抽象、翻译 模型（数学模型） 分 析 求 解 结论 现实世界与模型的关系
解释现实问题
建模就是将现实世界中的系统原型概括形成模型 分析模型得出结论 利用结论来解释现实问题 与现实进行比较，重新认识现实，修改模型
数学模型包括以下几种类型： 方程式型模型。（通过状态方程、代数方程等来表达） 函数型模型。（如柯布-道格拉斯生产函数） 概率统计型模型。（利用已有的数据按概率、统计的方法建立的模 型） 逻辑型模型。（用逻辑变量按逻辑运算法则建立的模型） 数学模型的特点： 数学模型是最抽象的模型，是进行定量化分析的基础 其次，数学模型是科学实验的重要补充手段，重要的预测工具 最后，数学模型是科学管理的重要工具
物流系统建模及模型化技术概述(PPT 71张)
M 1 0 1
S 0 1 0
上述这种与有向图形对应的，并用1和0表现元素的矩阵称为邻接矩阵
33
S1
S4
S3
S2
S5
S1
S2
S3
S4
S5
图2
有向连接图
0 0 A s3 0 s4 0 s5 0 s1 s2
0 0 1 1 0
1 0 0 0 0
1 0 0 0 0
1 1 0 0 0
*
X D Rn u 1, 2 , , m v 1, 2 , , p
* 1 * 2 * T n
X x ，x ， ...， x F (X *)
6
从以上实例中，可以看出模型有以下特点：
模型反映了真实系统的特征及其变化规律 模型是实体的抽象或模仿 模型反映同类事物的共性 模型忽略了与分析无关的因素
44
经小组成员讨论得出各要素间关系（邻接矩阵）
45
计算得到可达矩阵
18
根据本题的要求，用直接分析法可以得出： 从仓库P（x,y）到用料点Pi(xi,yi)运输距离为：（两点间的距离公式）
2 2 L ( x x ) ( y y ) i i i
从仓库P（x,y）到用料点Pi(xi,yi)运输费用为：（根据题目，运输费用与 运输量和运输距离的乘积成正比）
的特征要素、相关信息和变化规律的一种抽 象表述，反映物流系统某些本质属性。
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物流系统模型的特征：
（1）是物流系统中现实实体的抽象或模仿；
（2）由一些与物流系统分析有关的因素所组成；
（3）用来表明物流系统中各因素间的关系。
建立模型的目的 就在于通过模型 将复杂的事物简单化， 通过模型认识和掌握 系统规律和特征。
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建立模型一般可遵循如下几种思路：
（1）直接分析法
例3-1 做体积为定值A，底面长∶宽=2∶1的长方体包装箱 ，欲节省制作材料，可采取什么措施？
解 该问题可抽象为要使长方体的表面积S最小，各边边长 应取为多少这样的数学模型。
设：x、y、z分别为长方体的长、宽、高，则A=xyz，
且x：y=2:1，
由此可得
物料的玛格数的计算步骤是：计算物料体积→ 确定玛格数基本值→确定修正参数→确定玛格 数。
玛格数的计算公式为
M A A(B C D E F ) 4
式中，B为物料的松密程度或密度；C 为形状；D为损 伤危险性；E 为情况；F为价值因素；A为物料的玛格
数基本值。
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4．物流流程分析
流程线路图主要用于物流“搬运”和“移动”路线的分析， 研究从工作站或设备的布置上缩短搬运距离。
y
x 2
z
2A x2
因为表面积为S=2xy+2xz+2zy
令
f (x)
x2
4A x2
(x
x2 )
x2
6A x
（2）数据分析法 （3）实验分析法 （4）人工实现法 （5）主观想象法 （6）混合法
不同条件下应采用的建模方法不同，但建立任何一 个模型的过程都离不开“有目的地深入了解真实情况→ 实验观察，大量收集资料→找出关键要素→弄清变量关 系→构造并建立模型→付诸实践，反馈效果”这样的基 本操作步骤。
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1.外部衔接分析
2. 输入因素P、Q、R、S、T
物
3. 物料分类及当量物流量
流
系
4.物流流程分析
统
分
平面图
流程图
物流图
相关图
析
模
式
5. 物流系统状态分析
流量矩阵
距离矩阵
F-D图
设备及容器
6. 可行性方案建立及调整 7. 多方案评价及选择
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第3章 物流系统建模
第3章 物流系统建模
❖ 系统:在客观世界中广泛存在，其构成因素及影 响因素的多寡、关系的繁简和规模的大小相差 悬殊。
（2）形象模型。形象模型是具有具体物理结构的模型，常称为 物理模型，它为人们提供一个系统的直观形象。包括：模拟模 型、实物模型。
3.2物流系统模型的建立
物流系统建模原则
物流系统是各种各样的，因此，建立模型问题十 分复杂，但不管建立什么样的模型，应遵循以下原 则。
* 准确性。准确地反映现实系统的本质规律。 * 可靠性。 * 简明性。模型表达方式应明确、简单扼要。 * 实用性。易于操作，方便使用。
U f (xi , yi )
式中， 为U描述系统功能的效用或准则值，也叫作目标函数； 目标函数一般是希望达到最大值（如利润、效益等) 或最小值( 如成本、支出、亏损等)。 为可控xi 变量； 为不可yi控变量，对 有影响；U 为目标函数f 与变量 ，U 之间的关xi 系函yi 数。上面的关 系式加上约束条件就形成一个完整的系统模型。
第2章 物流系统分析
❖概述 ❖生产物流系统分析基础 ❖物料搬运系统分析 ❖企业物流系统分析❖ 企业物流中心。随着自动化搬运、储存设备的发展， 及 信息网络应用的日益普及，物流中心对自动化程度的要 求也逐渐提高。
❖ 企业物流中心型态及作业流程分析。企业物流中心型态包 括:
❖ 模型:是对实体系统的抽象描述。 ❖ 物流系统的模型:是对物流系统实体的抽象描述，
它是物流决策与管理人员对物流系统进行有效 分析、规划或决策的重要手段。
3.1物流系统模型
物流系统模型的定义与特征
❖ 定义：物流系统模型是对物流系统的特征要素、变化规律和 相关信息的一种抽象表达，它反映了物流系统某些本质属性 ，描述了物流系统各要素间的相互关系、系统与环境间的相 互作用，反映了所研究的物流系统的主要特征。
1）MDC。由制造厂商所成立的物流中心，产品货物的管理。 2）WDC。由批发商或代理商所成立的物流中心，客户订单的管理。 3）REDC。由零售商向上整合所成立的物流中心，销售点的管理。 4）TDC。由货运公司所成立的物流中心，储位的管理。
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2.4.1企业物流系统分析方法
1. 外部衔接分析 2．输入因素P、Q、R、S、T
P（Products）指系统物料的种类。 Q（Quantity）指数量。 R（Routing）指路线。包括工艺路线、生产流程、各工
件的加工路线以及形成的物流路线。 S（Service）表示辅助生产与服务过程的部门。 T（Timing）表示物料流动的时间。
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3．物料分类及当量物流量
（1）物料分类。物料分类具体内容，参见2.3.3物料搬运系统分 析技术中的物料分析部分。
（2）当量物流量 物流强度也称物流量，是指一定时间内通过两个物流节点间
的物料数量。 当量物流量是指在物流运动过程中一定时间内按规定标准修
正、折算搬运和运输量。其计算公式为：
f qn
式中，f为当量物流量；q为一个搬运单元的当量重量；n为单 位时间内流经某一区域或路径的单元数。
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（3）玛格数(Magnitude)
❖ 特征：①是实体的抽象或模仿。 ②是由于分析问题有关的因素所组成。 ③是用来表明这些因素间的关系。
物流系统模型的分类
（1）符号模型。符号模型是用数字、字符、运算符号组成的表 达式或表格、图形，没有具体的物理结构。符号模型包括： 1）数学模型。 2）图形模型。图形模型又可细分为流程图、方框图、结构图 及流图等。 3）计算机程序模型。 4）概念模型。
物流系统建模的要求
保持足够的精度：是指模型应把本质的东西反映进 去，把非本质的东西去掉，但又不影响模型反映现 实的真实程度； 简单实用：指模型既要精确，又要力求简单。 尽量借鉴标准形式：是在模拟某些实际对象时，如 有可能应尽量借鉴一些标准形式的模型。
物流系统建模的思路
建模是一种创造性工作，它既有大量的技术内容，又有反 映现实，反映作者思想的艺术内容。建模就是将现实世界中的 系统原型概括抽象成用某种形式表现的模型。模型的变量，通 常都包括有可控变量和不可控变量。模型可以表示如下：
5．物流系统状态分析 6. 可行性方案建立及调整 7. 多方案评价及选择
多方案评价及选择，就是在定量预计各种方案在不同环境下 所产生的效果的基础上，考虑各种有关的定性因素，并运用 已经确定好的评价准则，将多个方案进行比较和评价，显示 出每一个方案的利弊得失和效益成本，从而获得对所有可行 方案的综合评价结论。