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1、第16讲物流系统动力学概述主讲：麦宗琪时间：2016.6.23,本章主要内容,本章学习目标,了解系统动力学的应用对象、范围和特点；理解系统动力学的基本原理；理解系统动力学的模型,1. 系统动力学的应用对象和范围,这些研究对象有什么共同特点？,共同特点,因果关系复杂,需比较,非线性,自律性,待择优,多重反馈,总结,基于动力学，能对系统内部因素及系统内外因素的相互关系予以明确认识和体现；以计算机仿真为辅助，以联系、运动和发展的理念能求解高阶、非线性的模型；而解析法则较难解，或解不可靠；对参数无需太敏感，即可认识内部关联；参数设定后可起到模拟作用；便于实现建模人员、决策者、专家及群众综合意见，融合各
2、方经验知识。,系统动力学基本原理基础理论,反馈控制、自动调节、时间滞后、噪声干扰,在若干个备选方案中作出选择,模型求解的重要手段,各种定性和定量系统工具和方法,理论之一：反馈控制,系统将来的行为是结果的函数。即根据系统输出的结果指导将来的行动。将系统输出与目标值所产生的偏差作为系统输入，然后对系统下一次输出结果产生影响并改善决策的自动调节过程。,工作原理,反馈控制过程,首先观察要研究的实际系统,搜集关于系统状态的信息，分析各要素之间的因果关系,分析各要素之间的因果关系,采取行动，行动又作用于实际系统，使系统的状态发生改变，这些变化提供的信息再次决定决策者的下一次行动，从而形成了反馈回路。,系统
3、动力学利用反馈控制的原理，用因果关系图和流程图来描述系统的内部联系，并用仿真语言来定量计算系统状态的动态变化。,建模过程,明确目的,确定边界,因果分析,建立模型,仿真实验,结果分析、对比、解释,模型修改,反馈环,绘图、建方程,考虑加入的因素，保持边界弹性,检验理论；认识系统反馈结果与动态行为，改善决策,建模细节1: 因果分析,A,B,出生人口数,人口总数,死亡人口数,人口总数,（正负）因果链：因果箭描述的递推性因果关系,因果箭,正因果箭,负因果箭,A,B,因果链,C,D,建模细节1: 因果分析,A,B,C,D,A,B,C,负反馈回路收敛性；内部稳定器,正反馈回路增长性；自我强化剂,因果关系反馈
4、回路,多重因果关系反馈回路,选择哪些因素来形成因果箭和因果反馈回路，至关重要。,建模细节2: 基本技术（流程图）,反馈回路的两种基本变量,Text,Text,Text,状态变量为流位变量，是描述系统积累效应的变量,决策变量流率变量、速率，是描述系统积累效应的变化快慢的变量,建模细节2: 基本技术（流程图）,流（Flow),流位（Level）,流率（Rate）,Source/Sink,参数（Parameter）,Auxiliary Variable,流程图符号,滞后（Delay）,信息的取出,流程图例,进行存款活动时，存款与利息的因果关系反馈回路可表示为：,可用流程图描述以上因果关系反馈回路为：
5、,其中：存款为状态变量利息为流率变量利率为辅助变量,建模细节2: 基本技术（方程）,状态变量方程：描述系统中状态变量的积累过程,L LEVEL.K=LEVEL.J+DT*(INFLOW.JK-OUTFOLW.JK),流率方程：描述系统状态变量方程中输入与输出的速度,R,辅助方程：反馈系统中描述信息的运算式，用以辅助说明流率变量的细节,A,代码表：K 当前时刻；J 前一时刻；L 下一时刻；DT 从J时刻到K时刻的计算间隔；CON（Constant）常量,建模细节2: 基本技术（方程）,常量方程：定义模型中的各种参数值,C,注意：(1)常量方程中不能出现时间下标 (2)常量可以依赖于其他常量。,赋
6、值方程：为状态变量赋予初始值,N,注意：(1)赋值方程中不能出现时间下标 (2)模型中每一个状态变量方程都必须赋予初始值， 因此每个L方程后都必须跟随一个N方程,系统动力学建模例,早期软件文本编程方式，需要用流程图描绘出系统模型后，在流程图里用不同的符号表示不同类型的函数，之后才编写程序，因此较为复杂。由美国Ventana Systems公司开发的一款可视化系统动力学软件。与DYNAMO相比，Vensim提供了相对简单灵活的方式，在绘制流程图的过程中，同时已建立了模型的数学关系，无需使用许多图形符号。,DYNAMO,Vensim,Vensim操作界面,绘图说明,Vensim系统建模,绘制因果关
7、系图绘制流程图建立方程 利息存款*利率; ,4. 仿真运行及结果分析,第17讲物流系统动力学概述主讲：麦宗琪时间：2016.6.30,例1: 物流系统动力学建模,物流系统动力学模型中最基本的是一阶和二阶反馈回路。如：,【例82】已知一库存系统，当前库存量为2000件，期望库存量为8000件，每周向供应商订货，欲用5周时间调整到期望库存，用Vensim建立一个一阶负反馈回路对这个系统进行仿真。【例83】已知一库存系统，当前库存量为2000件，期望库存量为8000件，每周向供应商订货，货物的在途时间为10周，库存调整时间为5周，用Vensim建立一个二阶负反馈回路对这个系统进行仿真。,一阶负反馈回
8、路,第一步：因果关系分析当库存量增加时，库存量与期望库存量之间的差额减少，两者形成负因果箭当库存差额增加时，订货速率（即每周的订货批量）增加，两者形成正因果箭；当订货速率增加时，库存量将变大，两者形成正因果箭。,二阶负反馈回路,同理，库存量与库存差额形成负因果箭，库存差额与订货速率形成正因果箭；不同的是，当订货速率增加时，在途库存量变大，两者形成正因果箭，最后在途库存量的增加引起入库率（每周入库的商品量）的增加，形成正因果箭。,一阶负反馈回路,第二步：绘制流程图库存量为状态变量，订货速率为流率变量，库存差额、期望库存量和库存调整时间为辅助变量。,二阶负反馈回路,库存量和在途库存量为状态变量，订
9、货速率和入库率为流率变量，库存差额、期望库存量、库存调整时间和库存在途时间为辅助变量。,第三步：输入方程式库存调整时间5（周）期望库存8000（件）初始库存量2000（件）库存差额期望库存量-库存量订货速率库存差额/库存调整时间库存量INTEG（订货速率）,一阶负反馈回路,二阶负反馈回路,库存调整时间5（周）期望库存8000（件）初始库存量2000（件）库存在途时间10（周）库存差额期望库存量-库存量订货速率库存差额/库存调整时间入库率在途库存量/库存在途时间在途库存量INTEG（订货速率入库率）库存量INTEG（入库率）,四、仿真分析,当库存量越来越接近期望库存量时，订货速率越来越小，最后库
10、存量在第20周左右逐渐逼近期望库存量，该库存系统是一个渐进稳定的系统，其中的一阶负反馈回路起到了自我平衡的作用。,一阶负反馈回路,二阶负反馈回路,二阶负反馈回路与一阶负反馈回路一样，能实现库存量向期望库存量靠近的功能，但不同之处在于，二阶负反馈回路的调整过程是振荡衰减逐渐逼近目标值的。,一、VMI系统行为模式分析二、VMI系统的因果反馈关系三、VMI系统模型流程图四、各个模块的系统动力学构造方程式,例2：VMI模式下供应链系统动力学建模,一、VMI系统行为模式分析,供应商,分销商,基于预测的订单,产品,图8-23 传统库存管理模式,分销商,供应商,实时的客户需求信息,按实际需求发货,图8-24
11、 VMI库存管理模式,在VMI库存管理模式下，系统限定成员主要包括:,供应商,分销商,生产商,订单拉动式生产,一般是由分销商按照一定的评估标准在优秀的、有实力的供应商中挑选出来的,掌管分销商在各地的库存，与分销商一次议价建立长期的需求协议,VMI系统中的四类库存：,1,2,生产商在制品库存,供应商库存,3,4,供应商库存,分销商库存,二、VMI系统的因果反馈关系,三、VMI系统模型流程图,四、各个模块的系统动力学构造方程式（略，见课本）,供应商模块,生产商模块,分销商模块,练习中的思考,本系统整体或局部问题是否能通过动力学的基本原理来建模分析？概述一下因果关系的分析、流程图的绘制和方程的建立理念。,谢谢！,
