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(本科）第8章 物流系统仿真教学ppt课件第8章 物流系统仿真 学习目标学习目标n通过本章的学习，了解和把握系统仿真的概念和特点，掌握系统仿真的原理和步骤，了解系统仿真在物流领域的应用，掌握系统动力学的特点与建模步骤，系统动力学的建模软件Vensim以及如何用该软件构造物流系统仿真模型等问题。 内容提要内容提要n8.1系统仿真概述n8.2物流系统仿真模型8.18.1系统仿真概述系统仿真概述n8.1.1系统仿真的概念和特点n8.1.2系统仿真的原理和步骤n8.1.3系统仿真在物流领域的应用8.1.18.1.1系统仿真的概念和特点系统仿真的概念和特点n1系统仿真的概念 n2系统仿真的特点系统仿真的概念系统仿真的概念n（1）系统）系统 n（2）仿真）仿真n（3）系统仿真系统仿真系统仿真的特点系统仿真的特点n（1）可控制性、无破坏性、可复）可控制性、无破坏性、可复现性和经济性。现性和经济性。 n（2）先验性。先验性。 n（3）问题求解的科学性。）问题求解的科学性。 n（4）面向过程的建模。）面向过程的建模。 8.1.28.1.2系统仿真的原理和步骤系统仿真的原理和步骤n1系统仿真的原理n2系统仿真的步骤 系统仿真的原理系统仿真的原理 从系统仿真的实施过程来看，系统仿真是通过对所研究系统的认识和了解，抽取其中的基本的关键参数，建立与现实系统相对应的仿真模型，经过模型的确认和仿真程序的验证，在仿真试验设计的基础上，对该模型进行仿真实验，以模拟系统的运行过程，观察系统状态变量随时间变化的动态规律性，并通过数据采集和统计分析，得到被仿真系统参数的统计特性，据此推断和估计系统的真实参数和性能测度，为决策提供辅助依据。 组成系统仿真技术的三个要素是系统、模型、计算机。与之相联系的主要活动是建模、模型程序化、仿真实验和分析。 系统仿真的步骤系统仿真的步骤n（1）问题描述 n（2）确定仿真目标 n（3）仿真建模和数据采集 n（4）仿真模型的确认n（5）仿真程序的编制和验证n（6）仿真模型的运行n（7）仿真输出结果的统计分析 8.1.38.1.3系统仿真在物流领域的应用系统仿真在物流领域的应用n1物流系统仿真的核心技术 n2几种常用的物流仿真软件 n3系统仿真在物流领域的应用 物流系统仿真的核心技术n（1）仿真时钟）仿真时钟 n（2）事件调度法）事件调度法 n（3）随机数和随机变量的产生）随机数和随机变量的产生 几种常用的物流仿真软件 n（1 1）EXTEND EXTEND n（2 2）AUTOMOD AUTOMOD n（3）SIMAnimation 系统仿真在物流领域的应用系统仿真在物流领域的应用 n（1）系统仿真应用于物流管理系统）系统仿真应用于物流管理系统 n（2）系统仿真应用于库存系统系统仿真应用于库存系统 n（3）系统仿真应用于自动化物流系系统仿真应用于自动化物流系统总体设计统总体设计 n（4）系统仿真应用于复杂物流系统系统仿真应用于复杂物流系统 8.28.2物流系统仿真模型物流系统仿真模型 以系统动力学模型为例以系统动力学模型为例 n8.2.1系统动力学的特点n8.2.2系统动力学建模步骤n8.2.3系统动力学建模软件n8.2.4基于Vensim的物流系统动力学模型8.2.18.2.1系统动力学的特点系统动力学的特点 n1系统动力学基本概念 n2系统动力学的特点系统动力学基本概念系统动力学基本概念 n（1）系统与边界）系统与边界 n（2）因果链及因果关联图）因果链及因果关联图 n（3）反馈、反馈系统与反馈回路）反馈、反馈系统与反馈回路n（4）流图）流图 系统动力学常用的流图符号系统动力学常用的流图符号 系统动力学的特点系统动力学的特点 n（1）系统动力学把相关问题作为信息反馈系）系统动力学把相关问题作为信息反馈系统来研究，认为在每个系统中都存在着信息反统来研究，认为在每个系统中都存在着信息反馈机制。这正是维纳控制论的主要观点，系统馈机制。这正是维纳控制论的主要观点，系统动力学以此为理论基础。动力学以此为理论基础。 n（2）系统动力学把一切社会经济系统的运动）系统动力学把一切社会经济系统的运动都假想成流体的运动。系统的运动包括物质的都假想成流体的运动。系统的运动包括物质的运动和信息的运动。其中，物质的运动形成物运动和信息的运动。其中，物质的运动形成物质流，信息的运动形成信息流。系统就是由这质流，信息的运动形成信息流。系统就是由这些物质流和信息流组成的闭环（反馈）系统。些物质流和信息流组成的闭环（反馈）系统。 n（3）系统动力学特别适于研究与处理高系统动力学特别适于研究与处理高阶数、多回路、非线性的复杂系统问题。阶数、多回路、非线性的复杂系统问题。 8.2.28.2.2系统动力学建模步骤系统动力学建模步骤 n（1 1）明确问题）明确问题n（2 2）找出造成问题症状的因素）找出造成问题症状的因素 n（3 3）找出决策与行为间的因果信息反馈环路）找出决策与行为间的因果信息反馈环路n（4 4）定出可采纳的正式政策（这些政策必须是）定出可采纳的正式政策（这些政策必须是来自于系统目前可用之信息）来自于系统目前可用之信息）n（5 5）建立数学模型（模型包含各决策政策、信）建立数学模型（模型包含各决策政策、信息来源及系统内各元素间的互动关系）息来源及系统内各元素间的互动关系） n（6 6）以计算机模拟产生随系统时间变化的模）以计算机模拟产生随系统时间变化的模型行为型行为n（7 7）将模拟的结果与真实系统进行比较）将模拟的结果与真实系统进行比较n（8 8）修正模型设计，以符合真实情况）修正模型设计，以符合真实情况n（9 9）针对系统问题症状的改善，重新设计模）针对系统问题症状的改善，重新设计模型内各元素间的组成关系与政策型内各元素间的组成关系与政策n（1010）参考模型政策模拟的结果，应用于真实）参考模型政策模拟的结果，应用于真实系统以期改变系统现状及改善和解决问题系统以期改变系统现状及改善和解决问题8.2.38.2.3系统动力学建模软件系统动力学建模软件 n1DYNAMO模型软件 n2Vensim模型软件 n3E-R模型向关系模型的转换 n4关系数据库的逻辑设计步骤 DYNAMO模型软件 用系统动力学流率基本入树或流图方用系统动力学流率基本入树或流图方法建立结构模型及相关方程后，如何得法建立结构模型及相关方程后，如何得到仿真结果，是用系统动力学进行复杂到仿真结果，是用系统动力学进行复杂系统动态分析最后必须面对的问题。系系统动态分析最后必须面对的问题。系统动力学创建伊始，美国麻省理工学院统动力学创建伊始，美国麻省理工学院（MIT）的普夫（的普夫（Alexander Pugh L）就依据系统动力学中无限分割、以不变就依据系统动力学中无限分割、以不变代变和递推的思想方法，设计了系统动代变和递推的思想方法，设计了系统动力学专用仿真语言力学专用仿真语言DYNAMO。nDYNAMODYNAMO的基本思想是充分认识系统中的的基本思想是充分认识系统中的反馈和延迟，并按一定规则建立流图式反馈和延迟，并按一定规则建立流图式的结构模型，从而实现对复杂大系统的的结构模型，从而实现对复杂大系统的模拟。最初的软件命名为模拟。最初的软件命名为DYNAMO I。经过不断地发展、改进，到了经过不断地发展、改进，到了20世纪世纪80年代有年代有Micro DYNAMO和和PD PLUS，其中其中 Micro DYNAMO可在微型机上独可在微型机上独立运行，立运行，PD PLUS在在DOS操作环境下运操作环境下运行。两者的语法、方程表示基本相同。行。两者的语法、方程表示基本相同。Vensim模型软件 系统动力学语言也同其他计算机语言一样，系统动力学语言也同其他计算机语言一样，从发杂到简化，随着系统动力学软件的不断发从发杂到简化，随着系统动力学软件的不断发展，其应用范围更加广泛。现在已经发展到可展，其应用范围更加广泛。现在已经发展到可以在以在Windows环境下操作的系统动力学仿真环境下操作的系统动力学仿真软件，实际应用人员不再需要了解其语言本身。软件，实际应用人员不再需要了解其语言本身。例如例如Vensim就是一个典型的，应用广泛的系就是一个典型的，应用广泛的系统动力学软件。统动力学软件。Vensim是美国是美国VENTANA SYSTEMS, INC.推出的在推出的在Windows操作平台操作平台下运行的系统动力学软件包，其版本不断升级，下运行的系统动力学软件包，其版本不断升级，目前该软件的最近版本为目前该软件的最近版本为Vensim5.4。该软件该软件的的Demo版可以从下载。版可以从下载。 Vensim Vensim是一个的可视化的建模工具，可用是一个的可视化的建模工具，可用于抽取、验证、模拟、分析和优化动态系统模于抽取、验证、模拟、分析和优化动态系统模型。使用型。使用Vensim PLEVensim PLE和和PLE PlusPLE Plus可以更轻松地可以更轻松地学习系统动力学。学习系统动力学。Vensim version 5.4Vensim version 5.4提供了提供了一个简单而灵活的基于因果链和流图的建立仿一个简单而灵活的基于因果链和流图的建立仿真模型的方法。真模型的方法。Vensim PLE PlusVensim PLE Plus和和Vensim Vensim PLEPLE从界面到功能几乎一致，仅增加了一部分从界面到功能几乎一致，仅增加了一部分额外的功能，增大了用户可以模拟的系统范围。额外的功能，增大了用户可以模拟的系统范围。Vensim PLE软件的特点 n（1）利用图示化编程建立模型利用图示化编程建立模型。n（2）运行于运行于WindowsWindows操作系统下，其数操作系统下，其数据共享性强，提供了丰富的输出信息和据共享性强，提供了丰富的输出信息和灵活的输出方式灵活的输出方式 。n（3）对模型提供多种分析方法。）对模型提供多种分析方法。n（4 4）真实性检验。）真实性检验。 Vensim PLE的用户界面 仿真模型建立的一般过程仿真模型建立的一般过程n（1）进行系统分析，设立流位流率系，建立结构模型和方程、确定参数。n（2）建模：画出入树或流图，填入方程和参数。n（3）建立真实性检验，模型模拟，结构分析。n（4）数据集分析。 Vensim软件的建模过程 n（1）开始 n（2）画流图 n（3）建立各变量之间的因果关系 n（4）对流图加注释n（5）输入方程和参数 静态分析 n（1）将分析变量选入工作台 n（2）原因树分析 n（3）结果树分析 n（4）反馈回路分析 n（5）模型文档 数据集分析 n（1）运行比较运行比较 n（2）原因图原因图 n（3）随时间变化图随时间变化图 n（4）数据表数据表 基于基于VensimVensim的物流系的物流系统动力学模型统动力学模型 1基于Vensim的物流系统动力学分析步骤 2基于Vensim的物流系统动力学模型 基于Vensim的物流系统动力学分析步骤n（1）明确实际问题、物流系统界定 n（2）根据实际物流系统，构造因果反馈环 n（3）根据经验数据资料，分析反馈环，绘制系统流图n（4）建立系统动力学模型 n（5）模型检验、调试和运行n（6）仿真结果分析n（7）结论建议本章小结本章小结n现代系统仿真是以系统理论、形式化理论、随机过程与统计学理论和优化理论为基础，以计算机为工具，对具有不确定性因素的现实系统或未来系统进行动态实验研究的理论和方法。n通过系统仿真可以解决许多传统方法难以解决的问题，特别是在求解复杂系统时，系统仿真更是显示出了不可忽视的优越性。它具有良好的可控制性、无破坏性、可复现性和经济性，具有科学的先验性、问题求解的科学性，在仿真建模具有面向过程的特点。n系统动力学解决问题的独特性在于：系统动力学是基于因果关系和结构决定行为的观点，从系统内部的微观结构入手进行建模，同时借助计算机仿真技术来分析研究系统结构功能与动态行为的内在关系，从而找出解决问题的对策。而物流活动的一个显著特征就是系统性，通过将系统动力学应用于物流领域，可以较为深入地从定性和定量的角度分析物流活动的动态发展运行机制，用统计数据揭示出物流系统内部的规律性，进而对制定物流决策提供辅助和参考。n现代物流的发展极大地促进了社会经济的发展，随着我国加入WTO和世界经济一体化，物流的作用将越来越重要。将系统动力学方法引入对物流系统的分析过程，就是要用系统的观点和思路来分析、思考物流领域中的各环节的行为方式及其结果，从全局、整体的角度考察物流系统中各变量的行为规律，了解各变量的变化趋势，而不仅仅局限于某一物流环节或要素。这对于当前解决物流系统存在的问题、制定相关物流决策、提高物流整体环节运行效率、提升我国物流产业整体的服务水平，都具有积极的现实意义。 关键概念关键概念n物流系统物流系统n系统仿真系统仿真n系统动力学系统动力学nVensim 分析思考分析思考 1.1.什么是系统仿真？系统仿真有哪些特点？什么是系统仿真？系统仿真有哪些特点？2.2.系统仿真包含哪些步骤？系统仿真包含哪些步骤？3.3.举例说明系统仿真在物流领域里有哪些应用？举例说明系统仿真在物流领域里有哪些应用？4.4.系统动力学的特点有哪些？系统动力学的特点有哪些？5.5.如何构建一个系统动力学模型？如何构建一个系统动力学模型？