关于物流系统的数学模型

现代物流模拟课程设计指导书

经济与管理学院

2010.3

目录

一课程简介 (3)

二课程目的 (3)

三课程设计方式与要求 (3)

四课程进度安排 (3)

五考核方式与成绩评定 (3)

六课程内容 (4)

（一）物流系统概述 (4)

（二）物流系统模型概述 (5)

（三）物流系统仿真 (6)

（四）现代物流模拟实验模块 (7)

模块一：物流节点选址模型与仿真 (7)

模块二：运输配送系统模型与仿真 (9)

模块三：库存控制模型与仿真 (10)

模块四：物流节点设施布局模型与仿真 (11)

七参考教材 (11)

一课程简介

《现代物流模拟》为经济管理专业的综合实验课，它通过实战式的仿真情境，将学生置身于企业生产经营活动中，并通过计算机模拟的形式，让学生亲身参与到生产企业的物流与供应链管理活动中，从战略定位，到市场营销活动，到订单活动，到采购与库存决策，到物料供应，到生产与新品研发，到销售与资金运作，从而让学生全面了解企业生产经营活动与物流、供应链管理概况，把握企业成功的关键因素。

二课程目的

通过课程设计，要求学生能综合运用物流专业知识和技能，解决具体案例情境下的物流问题，训练综合分析问题、解决问题的方法和技巧，提高综合应用能力，提高创造能力和团体合作精神。

三课程设计方式与要求

1 学生分组确定各小组成员（每4人构成一个小组），并商量确定课程设计的主题项目，主题项目为现代物流模拟实验的四个模块；

2 各小组根据已选定的主题进行系统建模与设计；

3 课程设计过程中，各小组独立完成，组内成员分工协作；

4 课程设计完成后，各小组成员提交实验报告，并由一名小组代表陈述本小组实验方案（以PPT 形式展示）。

四课程进度安排

五考核方式与成绩评定

授课教师根据学生的学习态度、出勤情况、操作技能、设计质量和实验报告的完成情况等来综合考核学生的实验成绩。评分依据：

1、学生学习态度是否良好

2、学生软件操作技能是否熟练

3、实验是否具有一定的技术含量和实现难度

4、实验结果能顺畅运行

5、是否按时完成一定质量水平的实验报告

6、实验说明是否准确详尽

7、相关资料与数据是否齐全

六课程内容

（一）物流系统概述

物流系统是指在一定的时间和空间里，由所需位移的物资与包装设备、搬运装卸机械、运输工具、仓储设施、人员和通讯联系等若干相互制约饿动态要素，所构成的具有特定功能的有机整体。

物流系统的目的是实现物资的空间和时间效益，在保证社会再生产顺利进行的前提条件下，实现各物流环节的合理斜街，并取得最佳的经济效益。

1、物流系统的构成

物流系统是由运输、储存、包装、装卸、搬运、配送、流通加工、信息处理等子系统组成的复杂的大系统。主要由物流作业系统和物流信息系统两个部分组成。物流作业系统是在运输、保管、搬运、包装、流通加工等作业中使用种种先进技能和技术，并使生产据点，物流节点，输配送路线，运输手段等网络化，以提高物流活动的效率。物流信息系统是在保证订货、进货、库存、出货、配送等信息通畅的基础上，使通讯据点、通讯线路、通讯手段网络化，提高物流作业系统的效率。

2、物流系统的基本模式

3、物流系统分析内容

（1）物流系统外部环境分析

主要是根据国内外经济科技形势，研究本系统在环境中的地位、当前国家对本系统的政策以及与本系统经营活动有关的各方面的状况，如生产力与资源分布、物流市场和货源、制造业的生产与技术水平等。

（2）物流系统内分析

物流系统内的具体分分析内容有：物资需求变化的特点、需求量、需求对象、需求构成、以及所涉及的需求联系方法；物流系统各作业部门的有关物流活动的数据，如市场分布状况、供货渠道、销售状况等；构成物流生产的新技术、新设备、新要求、新项目等；库存物资的数量，品种，分布情况，季节性变化，质量状况等；运输能力的变化，运输方式的选择，运输条件和要求等；各种物流费用的占用、支出，社会经济效益等。

4、物流系统分析步骤

（二）物流系统模型概述

物流系统模型是对物流系统特征要素、有关信心和变化规律的一种抽象表达，描述了系统各要素间的相互关系、系统与环境只讲的相互作用，以反映系统的某些本质。物流系统模型具有一些特定的特征，主要表现在：

（1）实体的抽象或模拟。物流系统模型是对实际物流系统要素的抽象和模仿。

（2）由与分析问题有关的因素组成，即物流系统模型是预期系统组成要素密切相关的，抽象后的要素必须能构成系统模型。

方案改进

（3）用来表明构成因素之间的关系。物流系统模型不是抽象后的要素的简单罗列，而是抽象后的要素关系的反映

使用模型的意义在于：通过物流系统模型代替客观系统做实验。

1、物流系统建模的方法：

（1）系统优化方法：线性规划、整数规划、非线性规划等

（2）模型仿真方法：数学公式、逻辑表达式、图标、坐标等抽象概念

（3）启发式方法：针对优化方法的不足，运用一些经验法则

（4）网络技术（计划评审）法：网络图

（5）预测技术方法：定性（德尔菲法、模糊评判法、主观概率法、历史类比法等），定量（时间序列、增长系数、相关系数、因果分析法等）

2、物流系统建模步骤

（1）弄清问题，掌握真实情况

（2）搜集整理资料

（3）确定个因素之间的关系

（4）构造模型

（5）求解模型

（6）检验模型的准确性

（三）物流系统仿真

物流系统的复杂性决定了对其进行描述的复杂性和困难程度，即使建立了数学模型也难以求解，甚至无法求解。计算机仿真为解决这个问题提供了新的办法和途径，通过找出适合物流系统特征的技术方法对其进行完整科学的描述：（1）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、资金流等。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）物流系统中排队的仿真

由设施设备及其后续工作所组成的系统属排队系统，如车辆运营中的车辆与站台。这类仿真大多采用离散型仿真方法来进行。

（3）物流系统组织中人的因素的仿真

通过计算机仿真描述人的思维过程，给出较优的物流系统组织方案。

1、物流系统的仿真方法

（1）连续型仿真方法，是指系统的状态在时间上平滑地变化。主要用于物流系统发展战略的研究、运量预测等与时间密切相关的连续系统。

（2）离散型仿真方法，是指系统状态在某些随机时间点上发生离散变化的系统。引起变化的行为称为“事件”。具体地，离散型仿真方法主要分为以事件为基础、以活动为基础和以过程为基础的仿真方法。以事件为基础的仿真模型是通过定义系统在事件发生时间的变化来实现的。其核心是时钟推进和事件调度的机制。以活动为基础的仿真模型是通过描述系统的实体所进行的活动，以及预先设置导致活动开始或结束的条件，这种仿真模型适用于活动延续时间不定，并且由满足一定条件的系统状态而决定的情况。以过程为基础的仿真模型综合了以事件为基础的仿真和以活动扫描为基础的仿真两者的特点，描述了作为方针对象的实体在仿真时间内经历的过程。

2、物流仿真软件

AutoMod、Flexsim、Extend、Arena、RaLC、Matlab等

（四）现代物流模拟实验模块

模块一物流节点选址模型与仿真（静态物流分析）

选址在整个物流系统中占有非常重要的地位，主要属于物流管理战略层的研究问题。选址决策就是确定所要分配的设施的数量、位置以及分配方案。这些设施主要指物流系统中的节点，如制造商、供应商、仓库、配送中心、零售商网点等。选址决策就是确定所要分配的设施的数量、位置以及分配方案等。

1、物流节点选址的目标

（1）成本最小化，与物流节点选址相关的成本主要有：运输成本、土地成本、库存成本。

（2）物流量最大化

（3）服务最优化：速度和准时率

（4）发展潜力最大化：考虑物流节点生产扩展的可行性、顾客需求增长的潜力等

（5）综合评价目标，单纯考虑成本、服务或发展潜力可能都不能满足投资决策者的需要，这时可采用多目标决策方法。

2、物流节点的选址原则

（1）充分考虑服务对象的分布

（2）经济发展中心地区或城市

（3）各种交通方式重叠和交汇地区

（4）物流资源较优地区

（5）土地开发资源较好地区

（6）符合区域物流特点

（7）有利于整个物流网络的优化

（8）有利于各类节点的合理分工、协调配合

（9）地区管理和人才资源较好地区

3、选址决策的影响因素

外部因素：宏观政治及经济因素、基础设施与环境、竞争对手等；内部因素：企业的发展战略，产品、技术或服务的特征。

4、物流节点选址的程序

常见约束条件有：资金、交通运输条件、能源条件、政府对土地用途的规划、经济政策、竞争对手等

收集整理资料包括：客户分布、客户生产经营状况、产品特征、物流量、交通状况、运输费率、运输批量/频率、土地价格、物流节点的建设成本、客户对运输的时效性要求等

5、物流节点选址的主要问题和方法：

在建立一个选址模型钱，需首先确定以下几个问题：

（1）选址的对象是什么？

（2）选址的目标区是怎样的？

（3）选址目标与成本函数是什么？

（4）有一些什么样的约束？

物流节点选址的常用方法：专家选择法、解析法、仿真法

6、常用物流节点选址模型

（1）连续点选址模型：交叉中值模型、微分法、非线性系统最优化模型

（2）离散点选址模型：覆盖模型（可分为集合覆盖模型和最大覆盖模型）、P—中值模型、

（3）一元节点选址：图解法、因素评分法

（4）多元节点选址：数学规划法、CFLP法（Capacitated Facility Location Problem）

7、物流节点选址仿真（详见参教2）

模块二：运输配送系统模型与仿真

运输系统由运输线和停顿点组成，运输线表示连接停顿点之间的运输设备，停顿点表示工厂、仓库、配送中心等物流节点。配送系统包括集货、储存、分拣、理货、配货、配装、送达等基本活动。

1、运输配送模型主要描述物流决策中：

①最优的运输工具选择（包括运输方式选择、承运人选择及物流配载中最佳车辆的选择等）

②物流运输计划编制（包括物流节点服务范围、物资调运等）

③物流配送计划编制（包括车辆线路问题、车辆调度问题等）

涉及的模型有：

（1）物资调用模型（根据运输问题的特征构建模型，用表上作业法求解运输问题）

（2）运输方式选择模型（因素分析法模型、权重因素分析法模型、层次分析法模型）

（3）车辆配载模型（步骤：①建立货车匹配层次结构图；②构造判断矩阵和层次单排序；③一致性检验；④层次总排序）

（4）配送区域划分模型（直线上的配送区域划分模型、平面上的配送区域划分模型）

（5）路线选择模型（以车流为基础模型、以物流为基础的模型、聚覆盖模型）

2、运输配送系统仿真（示例：用遗传算法求解协同配送问题，详见参教2）

模块三：库存控制模型与仿真

1、库存决策的关键问题：

①确定订购点

②确定订购量

③确定库存基准（包括最低库存量和最高库存量）

库存决策需要考虑：市场对产品的需求状况、依据历史数据或其他数据对

未来需求的预测。

2、库存控制模型

1）独立需求库存控制模型：

①确定型库存模型（此类模型有4种：不允许缺货，瞬时到货模型；允许缺货，延时到货模型；不允许缺货，延时到货模型；允许缺货，瞬时到货模型）

②随机型库存模型（分为两种情况：需求是离散型随机变量和需求是连续型随机变量）

2）相关需求库存模型

又称非独立需求库存控制模型，即物料需求计划模型MRP，它是生产企业用来制定物料需求计划、进行生产管理的一种方法。

MRP的基本原理是：由主生产进度计划（MPS）和主产品的层次结构逐层逐个地求出主产品所有零部件的出产时间、出产数量。

MRP逻辑原理图

3、库存决策控制模型仿真（①库存策略模型仿真；②随机库存模型仿真，

详见参教2）

模块四：物流节点设施布局模型与仿真

物流节点设施布局规划是指在物流设施计划任务的指导下，将物流设施所涉及的所有对象，即物流节点（物流园区或物流中心等）自身、物流计划任务执行人员、所需设备和相关的物料管理作业设施，在信息的辅助下，达成物流节点系统设施的最佳效果。设施的平面布局模型也称二维选址模型，主要研究在一个给定区域内确定具有一定面积要求的各个设施的最佳位置问题。

1、物流节点设施布局模型

①系统布局设计模型（SLP）

②关系表布局模型

③CORELAP布局模型

2、物流节点设施布局仿真

七参考教材

《现代物流模拟课程设计指导书》

《现代物流模拟》浙江大学出版社陈达强、胡军主编