物流系统建模与仿真
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系统建模基础
系统概述（从系统工程角度） 物流系统分析 系统模型与系统仿真 物流系统模型 物流系统建模技术
一、系统与系统工程
系统工程（Systems Engineering） 是在系统思想的指导下，综合应用自然 科学和社会科学中的有关的先进思想、 理论、方法和工具，对系统的结构、功 能、要素、信息和反馈等，运用多学科 成果，进行分析、处理和解决实际问题， 以达到最优规划、最优设计、最优管理 和最优控制的目的。
2、系统模型的分类
按照模型的形式分，模型有抽象模型和 形象模型 （1）抽象模型 用概念、原理、方法等非物质形态对系 统进行描述所得到的模型，一般来讲抽象 模型没有具体的物理结构。如用数学方法 描述的模型、用逻辑关系描述的框图、用 类比方法描述的类比模型等。
数学模型 图形模型 计算机程序 概念模型
二、物流系统分析
物流系统分析的基本含义 物流系统分析就是针对物流系统内所存在 的基本问题，用系统观点进行逻辑推理，在 确定与不确定的条件下，探索可能采取的方 案，通过分析对比，为达到物流系统的预期 目标选出最优方案的一种技术经济方法。
物流系统分析
概念
系统问题 系统分析
搬运系统 系统布置
最优系统方案
7、系统工程的核心内容
运筹学——用数学的方法来寻求合理利用 现有人力、物力、财力的最优工作方案， 统筹规划和有效的运用，以达到用最少的 费用取得最大的效果。 综合应用方法——强调运用各个学科和各 个技术领域内所获得的成就和方法，使得 各种方法相互配合，达到系统工程最优化。 系统管理理论——把研究的对象和研究过 程看作一个整体。
(3) 系统的相关性 系统的相关性是用来说明组成元素之间相 互联系、相互依赖、相互制约、相互作用 的关系的。 (4) 系统的层次性 (5) 系统的整体性 (6) 系统对环境的适应性
5、系统的分类
(1) 确定型系统和随机型系统 (2) 连续型系统和离散型系统 (3) 简单系统和复杂系统
生产经营活动的逻辑模型
系统分析的原则
外部条件与内部条件相结合 当前利益与长远利益相结合 子系统与整个系统相结合 定量分析与定性分析相结合
系统分析的过程
物流系统分析的技术方法
系统模型
（1）实物模型：现实系统的缩放，表明主要特性和 各部分关系。 优点：形象； 缺点：不易说明数量关系，尤其是不能揭示内在联系， 也不能用于优化。 （2）图示模型：网络图、物流图 优点：直观、简单； 缺点：不易优化，所变量因素数量限制（维数≤2）。 （3）模拟模型 （4）数学模型
三、物流系统模型
1、系统模型的定义 模型是为了了解系统的结构和行为通过 抽象、归纳、演绎、类比等方法，用适当 的表现形式描述出来的仿制品，即模型是 把对象实体通过适当的过滤，用适当的表 现规则描绘出的简洁的模仿品，通过这个 模仿品，人们可以了解到所研究实体的本 质，而且在形式上便于人们对实体进行分 析和处理。
4、系统分解、协调和综合的原则——做好系统的 结构、功能、指标等的分解，做好系统的内部与 外部协调以及各方面的综合工作。 5、系统创造思维原则——对新的事物给以旧的和 新的解释及解决，从而创造出新理论、新技术。
9、物流系统工程的含义
物流系统工程是指在物流管理中，从物流系统 的整体利益出发，把物流与信息融为一体，运用 系统工程的理论和方法，为物流系统的规划、管 理和控制选择最优方案。
（6）检验模型的正确性。 检验模型是否在一定精 确度的范围内正确地反映了所研究的问 题，同时进行必要修正和反复订正后投入使用。
建模的理由： 减小风险 了解和表示知识 解释“What if…” (首先必须解释”what is….”
1.系统：由两个以上相互区别或相互作用的 单元（子系统）之间有机的结合起来，完 成某一功能的综合体。
2.系统的模式
干扰 输入 输出
转换处理
反馈
环境
系统三要素：输入、处理、输出
3.系统的结构与特点
研究组成系统的各元素之间的关系——是研究 系统的中心问题，也是分析和改善系统的关键。
S A B A－－元素集 B－－关系集（行为模型 ）
4、系统的特征
(1) 系统的目的性
G gi gi G, i 1,2, p
式中，表示系统的总目标；是系统的任 意一个分目标；表示系统的分目标数。
(2) 系统的集合性
X xi xi X ,
i 1,2,n
式中，表示元素的集合，表征某个系统； 是集合中的某一个元素；表示集合中的元 素数。
8、系统工程的方法论及原则
方法论——为了达到系统的预期目标，运用系统 工程思想极其技术内容解决问题的工作步骤。
系统工程的原则：
1、由粗到细的原则——先搭建构想框架， 再逐步细化到具体的方案。 2、相互结合的原则——善于将看似无关的 问题联系起来考虑，找出它们的之间的内在 规律。 3、系统目标优化的原则——取得每个项目 的开发、设计、制作和运用、管理和决策的 最优化目标。
模型的特点
(1) 它们都是被研究对象的模仿和抽象； (2) 它们都是由与研究目的有关的、反映被研 究对象某些特征的主要因素构成的； (3) 反映被研究对象各部分之间的关联，体现 系统的整体特征。
使用模型的意义
首先，客观实体系统很难作试验，或者根 本不能作试验； 其次，对象问题虽然可以作试验，但是利 用模型更便于理解； 第三，模型易于操作，利用模型的参数变 化来了解现实问题的本质和规律更加经济 方便。因此，在系统分析中模型被广泛地 应用。
6、物流系统的构成
物流服务 系统
效果最佳
运 输
保 管
装 卸 搬 运
包 装
流 通 加 工
信 息
输入
最少
物流系统服务性的衡量标准
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ 对用户订货能很快进行配送 接受客户订货时商品的在库率高 运送中交通事故、货损、丢失和发送错误少 保管中变质、丢失、破损少 具有能很好实现运送、保管功能的包装 装卸搬运功能满足运送和保管的要求 能提供保障物流活动流畅进行的物流信息系统，能及时 反馈信息 ⑧ 合理的流通加工，以保证生产费、物流费之和最少
物流系统工程要解决的问题是：
解决物流系统的最优控制、最优设计、最优 管理问题；解决物流系统的规划、计划、预测、 分析和评价问题。
物流系统工程的方法： 物流系统分析的方法、物流系统评价的方法、 物流系统预测的方法、物流系统决策的方法、物 流系统优化的方法、物流系统网络分析的方法、 物流系统模拟的方法、物流系统排队的方法。
（3）综合评价 对比物流系统各可行 性方案，详细考虑成本、 效益等因素，权衡各方 案的利弊得失，由此选 出最优方案。
系统分析作用
图 2-6 系统开发的程序图
系统分析的特点
以整体为目标 以特定问题为对象 运用定量方法 凭借价值判断
系统分析的要素
5要素 目标 替代方案 模型 费用和效益 评价标准
10、物流系统工程的程序
物流系统工程结构图
11、物流工程技术
（一）物流系统分解技术 将复杂的物流大系统分解成若干相对简单的子系 统，再根据大系统的总体目标和要求不断协调各 个子系统的相互关系，达到物流系统的费用省、 服务好、效益高的总目标。
（二）物流系统仿真技术 通过实验来求解问题的技术，比较真实的描 述系统的运行、演变以及发展过程。 （三）物流系统的最优化技术 对众多的物流方案进行研究，从中选择一 个最优的方案。 （四）物流系统网络技术 合理设计网络问题，以网络分析为主要内容， 以电子计算机为先进手段来经营和管理物流 活动。
物流预测
生产—库存系统等
物流系统分析的要点：解决问题的“6WH”，即： What,Why,When,Who,Where,How。 ①项目的对象是什么？即要干什么？（What） ②这个项目何以需要？即为什么这样干？（Why） ③它在什么时候和在什么样的情况下使用？即何 时干？（When） ④使用的场所在哪里？即在何处干？（Where） ⑤是以谁为对象的物流系统？即谁来干？（Who） ⑥怎样做才能解决问题？即如何干？（How）
Models
Entity Entity
所要研究的 系统
抽象 Assumptions about the nature of the system
Entity 模型
所设想的 行为（目 标）
性能度量
7、物流系统建模步骤
（1）弄清问题，掌握真实情况。要清晰准确来自百度文库了解系统的 规模、目的和范围以及判定准则，确定输出输入变量及其 表达形式。 （2）搜集资料。搜集真实可靠的资料， 对资料进行分类， 概括出本质内涵，对已研究过或成熟的经验知识和实例进 行挑选作为基本资料，供新模型选择和借鉴。
物流系统分析的步骤：
（1）问题构成与目标确定 当 研究分析的问题确定以后，首先要将问题作成 物流系统与合乎逻辑的叙述，以便进行分析研究。 （2）搜集资料探索可行方案 在问题构成之后，就要根据当前物流系统运作过 程中所产生问题的性质以及预期目标的要求，建 立起抽象、简洁而又充分体现物流系统相关特性 的若干方案。
（3）建立物流系统模型的必要性 1）模型比实体要简洁得多，它所表达的因素也 只是现实物理系统中所有因素的主要部分。 2）人们通过建立和不断改进模型，进一步理解 和认识物流系统的真实情况。 3）建立物流系统的模型是物流合理化的重要前 提。 4）建立物流系统的模型可以大大简化现有物流 系统或新的物流系统的分析过程，加快物流系 统的分析过程。
（3）确定因素之间的关系。确定本质因素之间的
相互关系，列出必要的表格，绘制图形和曲线等。
（4）构造模型。 构造一个能代表所研究系统的数 量变换数学模型。这个模型可能是初步的、简单 的，如初等函数模型。
（5）求解模型。用解析法或数值法求解模型最优解。 对于较复杂的模型，有时需编出框图和计算机程 序来求解。
（2）物流系统模型分类
状态模型 方程模型 代数模型 差分模型 数学模型 函数模型 概率统计模型 逻辑模型 流程图 抽象模型 方框图 图形模型 结构图 模型 资金流图 流图 物流图 计算机程序 思维型 概念模型 字句型 描述型 模拟模型 形象模型 实物模型 实体模型 比例模型
4、常用建模方法
（1）直接分析法 （2）数据分析法 （3）实验分析法 （4）主观想象法 （5）人工实现法 （6）模拟分析法
5、物流系统模型
（1）物流系统模型定义和特征
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 流系统的某些本质属性，描述了物流系统各要素 间的相互关系、系统与环境之间的相互作用，反 映了所研究的物流系统的主要特征。 物流系统模型具有如下三个特征：（1）实体 的抽象或模仿；（2）由与分析问题有关的因素所 组成；（3）表明因素间的关系。
系统工程中使用的模型，通常都包括有可控变量和不可控变量。有如下形式：
U f (xi , y j )
(1-10)
式中： U 表示描述系统功能质量的效用或准则值，有时称为目标函数； xi 表示可控变 量； y j 是不可控变量，对U 有影响； f 表示U 与 xi ， y j 之间的关系函数。 上述表达式中， U 代表目标值，一般希望达到最大值(如利润、效益等)或最小值(如成 本、支付、亏损等)，加上约束条件就形成一个系统模型。
（2）形象模型 形象模型分为模拟模型和实物模型。前 者的特点是具有物理结构，故又称物理模 型。
3、系统建模的一般过程
概念化 用信息载体描述
现实系统
反馈
信息
反馈
模型
模型化的过程是对现实系统进行分析和观察，通 过概念化获取信息，这是对系统的认识过程。对获 取的信息经加工、处理，进一步深化认识后抽象出 模型并用确定的形式进行描述，这是提高认识的过 程。由于对系统的认识是逐步提高的，因此模型化 的过程是认识——提高——再认识——再提高的过程
系统概述（从系统工程角度） 物流系统分析 系统模型与系统仿真 物流系统模型 物流系统建模技术
一、系统与系统工程
系统工程（Systems Engineering） 是在系统思想的指导下，综合应用自然 科学和社会科学中的有关的先进思想、 理论、方法和工具，对系统的结构、功 能、要素、信息和反馈等，运用多学科 成果，进行分析、处理和解决实际问题， 以达到最优规划、最优设计、最优管理 和最优控制的目的。
2、系统模型的分类
按照模型的形式分，模型有抽象模型和 形象模型 （1）抽象模型 用概念、原理、方法等非物质形态对系 统进行描述所得到的模型，一般来讲抽象 模型没有具体的物理结构。如用数学方法 描述的模型、用逻辑关系描述的框图、用 类比方法描述的类比模型等。
数学模型 图形模型 计算机程序 概念模型
二、物流系统分析
物流系统分析的基本含义 物流系统分析就是针对物流系统内所存在 的基本问题，用系统观点进行逻辑推理，在 确定与不确定的条件下，探索可能采取的方 案，通过分析对比，为达到物流系统的预期 目标选出最优方案的一种技术经济方法。
物流系统分析
概念
系统问题 系统分析
搬运系统 系统布置
最优系统方案
7、系统工程的核心内容
运筹学——用数学的方法来寻求合理利用 现有人力、物力、财力的最优工作方案， 统筹规划和有效的运用，以达到用最少的 费用取得最大的效果。 综合应用方法——强调运用各个学科和各 个技术领域内所获得的成就和方法，使得 各种方法相互配合，达到系统工程最优化。 系统管理理论——把研究的对象和研究过 程看作一个整体。
(3) 系统的相关性 系统的相关性是用来说明组成元素之间相 互联系、相互依赖、相互制约、相互作用 的关系的。 (4) 系统的层次性 (5) 系统的整体性 (6) 系统对环境的适应性
5、系统的分类
(1) 确定型系统和随机型系统 (2) 连续型系统和离散型系统 (3) 简单系统和复杂系统
生产经营活动的逻辑模型
系统分析的原则
外部条件与内部条件相结合 当前利益与长远利益相结合 子系统与整个系统相结合 定量分析与定性分析相结合
系统分析的过程
物流系统分析的技术方法
系统模型
（1）实物模型：现实系统的缩放，表明主要特性和 各部分关系。 优点：形象； 缺点：不易说明数量关系，尤其是不能揭示内在联系， 也不能用于优化。 （2）图示模型：网络图、物流图 优点：直观、简单； 缺点：不易优化，所变量因素数量限制（维数≤2）。 （3）模拟模型 （4）数学模型
三、物流系统模型
1、系统模型的定义 模型是为了了解系统的结构和行为通过 抽象、归纳、演绎、类比等方法，用适当 的表现形式描述出来的仿制品，即模型是 把对象实体通过适当的过滤，用适当的表 现规则描绘出的简洁的模仿品，通过这个 模仿品，人们可以了解到所研究实体的本 质，而且在形式上便于人们对实体进行分 析和处理。
4、系统分解、协调和综合的原则——做好系统的 结构、功能、指标等的分解，做好系统的内部与 外部协调以及各方面的综合工作。 5、系统创造思维原则——对新的事物给以旧的和 新的解释及解决，从而创造出新理论、新技术。
9、物流系统工程的含义
物流系统工程是指在物流管理中，从物流系统 的整体利益出发，把物流与信息融为一体，运用 系统工程的理论和方法，为物流系统的规划、管 理和控制选择最优方案。
（6）检验模型的正确性。 检验模型是否在一定精 确度的范围内正确地反映了所研究的问 题，同时进行必要修正和反复订正后投入使用。
建模的理由： 减小风险 了解和表示知识 解释“What if…” (首先必须解释”what is….”
1.系统：由两个以上相互区别或相互作用的 单元（子系统）之间有机的结合起来，完 成某一功能的综合体。
2.系统的模式
干扰 输入 输出
转换处理
反馈
环境
系统三要素：输入、处理、输出
3.系统的结构与特点
研究组成系统的各元素之间的关系——是研究 系统的中心问题，也是分析和改善系统的关键。
S A B A－－元素集 B－－关系集（行为模型 ）
4、系统的特征
(1) 系统的目的性
G gi gi G, i 1,2, p
式中，表示系统的总目标；是系统的任 意一个分目标；表示系统的分目标数。
(2) 系统的集合性
X xi xi X ,
i 1,2,n
式中，表示元素的集合，表征某个系统； 是集合中的某一个元素；表示集合中的元 素数。
8、系统工程的方法论及原则
方法论——为了达到系统的预期目标，运用系统 工程思想极其技术内容解决问题的工作步骤。
系统工程的原则：
1、由粗到细的原则——先搭建构想框架， 再逐步细化到具体的方案。 2、相互结合的原则——善于将看似无关的 问题联系起来考虑，找出它们的之间的内在 规律。 3、系统目标优化的原则——取得每个项目 的开发、设计、制作和运用、管理和决策的 最优化目标。
模型的特点
(1) 它们都是被研究对象的模仿和抽象； (2) 它们都是由与研究目的有关的、反映被研 究对象某些特征的主要因素构成的； (3) 反映被研究对象各部分之间的关联，体现 系统的整体特征。
使用模型的意义
首先，客观实体系统很难作试验，或者根 本不能作试验； 其次，对象问题虽然可以作试验，但是利 用模型更便于理解； 第三，模型易于操作，利用模型的参数变 化来了解现实问题的本质和规律更加经济 方便。因此，在系统分析中模型被广泛地 应用。
6、物流系统的构成
物流服务 系统
效果最佳
运 输
保 管
装 卸 搬 运
包 装
流 通 加 工
信 息
输入
最少
物流系统服务性的衡量标准
① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ 对用户订货能很快进行配送 接受客户订货时商品的在库率高 运送中交通事故、货损、丢失和发送错误少 保管中变质、丢失、破损少 具有能很好实现运送、保管功能的包装 装卸搬运功能满足运送和保管的要求 能提供保障物流活动流畅进行的物流信息系统，能及时 反馈信息 ⑧ 合理的流通加工，以保证生产费、物流费之和最少
物流系统工程要解决的问题是：
解决物流系统的最优控制、最优设计、最优 管理问题；解决物流系统的规划、计划、预测、 分析和评价问题。
物流系统工程的方法： 物流系统分析的方法、物流系统评价的方法、 物流系统预测的方法、物流系统决策的方法、物 流系统优化的方法、物流系统网络分析的方法、 物流系统模拟的方法、物流系统排队的方法。
（3）综合评价 对比物流系统各可行 性方案，详细考虑成本、 效益等因素，权衡各方 案的利弊得失，由此选 出最优方案。
系统分析作用
图 2-6 系统开发的程序图
系统分析的特点
以整体为目标 以特定问题为对象 运用定量方法 凭借价值判断
系统分析的要素
5要素 目标 替代方案 模型 费用和效益 评价标准
10、物流系统工程的程序
物流系统工程结构图
11、物流工程技术
（一）物流系统分解技术 将复杂的物流大系统分解成若干相对简单的子系 统，再根据大系统的总体目标和要求不断协调各 个子系统的相互关系，达到物流系统的费用省、 服务好、效益高的总目标。
（二）物流系统仿真技术 通过实验来求解问题的技术，比较真实的描 述系统的运行、演变以及发展过程。 （三）物流系统的最优化技术 对众多的物流方案进行研究，从中选择一 个最优的方案。 （四）物流系统网络技术 合理设计网络问题，以网络分析为主要内容， 以电子计算机为先进手段来经营和管理物流 活动。
物流预测
生产—库存系统等
物流系统分析的要点：解决问题的“6WH”，即： What,Why,When,Who,Where,How。 ①项目的对象是什么？即要干什么？（What） ②这个项目何以需要？即为什么这样干？（Why） ③它在什么时候和在什么样的情况下使用？即何 时干？（When） ④使用的场所在哪里？即在何处干？（Where） ⑤是以谁为对象的物流系统？即谁来干？（Who） ⑥怎样做才能解决问题？即如何干？（How）
Models
Entity Entity
所要研究的 系统
抽象 Assumptions about the nature of the system
Entity 模型
所设想的 行为（目 标）
性能度量
7、物流系统建模步骤
（1）弄清问题，掌握真实情况。要清晰准确来自百度文库了解系统的 规模、目的和范围以及判定准则，确定输出输入变量及其 表达形式。 （2）搜集资料。搜集真实可靠的资料， 对资料进行分类， 概括出本质内涵，对已研究过或成熟的经验知识和实例进 行挑选作为基本资料，供新模型选择和借鉴。
物流系统分析的步骤：
（1）问题构成与目标确定 当 研究分析的问题确定以后，首先要将问题作成 物流系统与合乎逻辑的叙述，以便进行分析研究。 （2）搜集资料探索可行方案 在问题构成之后，就要根据当前物流系统运作过 程中所产生问题的性质以及预期目标的要求，建 立起抽象、简洁而又充分体现物流系统相关特性 的若干方案。
（3）建立物流系统模型的必要性 1）模型比实体要简洁得多，它所表达的因素也 只是现实物理系统中所有因素的主要部分。 2）人们通过建立和不断改进模型，进一步理解 和认识物流系统的真实情况。 3）建立物流系统的模型是物流合理化的重要前 提。 4）建立物流系统的模型可以大大简化现有物流 系统或新的物流系统的分析过程，加快物流系 统的分析过程。
（3）确定因素之间的关系。确定本质因素之间的
相互关系，列出必要的表格，绘制图形和曲线等。
（4）构造模型。 构造一个能代表所研究系统的数 量变换数学模型。这个模型可能是初步的、简单 的，如初等函数模型。
（5）求解模型。用解析法或数值法求解模型最优解。 对于较复杂的模型，有时需编出框图和计算机程 序来求解。
（2）物流系统模型分类
状态模型 方程模型 代数模型 差分模型 数学模型 函数模型 概率统计模型 逻辑模型 流程图 抽象模型 方框图 图形模型 结构图 模型 资金流图 流图 物流图 计算机程序 思维型 概念模型 字句型 描述型 模拟模型 形象模型 实物模型 实体模型 比例模型
4、常用建模方法
（1）直接分析法 （2）数据分析法 （3）实验分析法 （4）主观想象法 （5）人工实现法 （6）模拟分析法
5、物流系统模型
（1）物流系统模型定义和特征
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 流系统的某些本质属性，描述了物流系统各要素 间的相互关系、系统与环境之间的相互作用，反 映了所研究的物流系统的主要特征。 物流系统模型具有如下三个特征：（1）实体 的抽象或模仿；（2）由与分析问题有关的因素所 组成；（3）表明因素间的关系。
系统工程中使用的模型，通常都包括有可控变量和不可控变量。有如下形式：
U f (xi , y j )
(1-10)
式中： U 表示描述系统功能质量的效用或准则值，有时称为目标函数； xi 表示可控变 量； y j 是不可控变量，对U 有影响； f 表示U 与 xi ， y j 之间的关系函数。 上述表达式中， U 代表目标值，一般希望达到最大值(如利润、效益等)或最小值(如成 本、支付、亏损等)，加上约束条件就形成一个系统模型。
（2）形象模型 形象模型分为模拟模型和实物模型。前 者的特点是具有物理结构，故又称物理模 型。
3、系统建模的一般过程
概念化 用信息载体描述
现实系统
反馈
信息
反馈
模型
模型化的过程是对现实系统进行分析和观察，通 过概念化获取信息，这是对系统的认识过程。对获 取的信息经加工、处理，进一步深化认识后抽象出 模型并用确定的形式进行描述，这是提高认识的过 程。由于对系统的认识是逐步提高的，因此模型化 的过程是认识——提高——再认识——再提高的过程