仿真课件第三章

(1)基于方程的建模仿真（Equation based Modeling Methods） 基于方程的方法主要是采用系统动力学的方法。系统动力学是美国麻省理工 学院（MIT）的系统动力学小组在50年代创立和发展起来的一门学科。 (2）基于离散事件仿真的建模方法（Di供应链rete Event Simulation based Modeling Methods） 对供应链仿真的研究主要是利用离散事件仿真，并综合利用运筹学、软计算 等优化及建模技术，重点解决供应链系统中供应链设计、位置决策、库存管 理决策等战略决策问题 （3）基于多智能自主体的建模方法（Multi-Agent SimulБайду номын сангаасtion based Modeling Methods） 智能主体（Agent，又称为代理）属于计算机和人工智能领域的范畴。
ri X ij Q1rj TC q2 j ( )1rj H1rj ( n1rj 1rj ) 1rj (1 S1rj ) ri X ij 2 iFrj iFrj Q1rj
s irj
对于制造商生产子系统，其控制成本模型如下:
TC ij TC
第三章 供应链系统建模与优化
1
3.1供应链的概念及其特征
3.1.1 供应链的概念
在《中华人民共和国国家标准·物流术语》[GB/T18354-2001]中，对供应链的 定义是“供应链(Supply Chain)是生产及流通过程中，涉及将产品或服务提供给 最终用户活动的上游与下游企业所形成的网链结构” 。我们对这个术语可以这样 来理解，即供应链是围绕核心企业，通过对信息流、物流、资金流的控制，从采购 原材料开始，制成中间产品以及最终产品，最后由销售网络把产品送到消费者手中 的将供应商、制造商、分销商、零售商直到最终用户连成一个整体的功能网链结构 模式。
3.1.2 供应链的特征 供应链作为习惯称呼，是从上、下游关系来理解从供应商的供应 商到用户的用户的关系。但事实上不可能是单一链状结构，而是交错 链状的网络结构(Supply Network)。在供应链竞争中，企业的竞争模 式是这样的：企业处于相互依赖的网络中心，这个网络中的参与者通 过优势互补结成联盟，供应链之间的竞争是通过这种网络进行竞争的 。因此，为了在供应链竞争中处于领导地位，必须在内部整合的基础 上，集中于供应链的网络管理。供应链时代的网络竞争建立在高水平 的、紧密的战略发展规划基础上，这就要求供应链中各合作者必须共 同讨论网络的战略目标和实现战略目标的方法及手段，在相互合作中 ，共同提高绩效以获得双赢。这里的双赢不是指参与的双方各取赢利 的50%，而是指所有的合作者都从合作中受益。
图3-7 子网模型
C1
F
3.2 供应链系统建模方法
3.1.1 供应链管理决策与供应链模型
在供应连管理决策中，供应链模型主要描述供应链的决策内容。供应链 中的决策通常包括:采购决策、制造决策、运输决策、存储决策和销售决策等 一般认为供应链模型至少应该能够为决策人员提供四方面的服务: (1)确定在应用条件下最优的库存和服务水平对应关系; (2)帮助决策人员分析、预测供应链中的不确定因素，确定安全库存水平和订 货策略，优化投资; (3)进行What-if分析，帮助决策人员评估各种方案以选择其中最有利的方案; (4)进行面向供应链M的设计(Design-for-供应链M )，评价不同设计和工艺对 供应链运行中库存和服务水平的影响，通过协调提高整体效益。
表3.2 供应链管理决策内容
决策 采购 制造 运输 存储 销售 短期决策内容 如何决定采购的材料种类、数量和日期等? 如何实现近期的生产任务? 如何安排运输车辆和路线? 如何制定履行定单计划? 按照何种顺序履行客户定单? 长期决策内容 如何选择供应商?供应商的具体选择 个数? 如何快速响应全球客户的需求?决定 在何处设立分厂? 如何建立供应链运输网络?是否寻找 运输商? 如何设计营销网络?如何选择建立仓 库? 销售预测;以及对预测信息的处理方法 ?
四、各种方法的比较分析
表3.3 各种建模方法的比较 基于运筹学的建模 近似方法 基于仿真优化的方法
方法
基本 思想
并不将系统当成对 象来对待，用线性 和代数的公式来为 相互关系和约束建 模。 LP用简单的方法， 矩阵论，IP用分支 定界约束:MIP用启 发的方法。
分散的网络用节点和连 线图形化地表示出来， 网络关系转化成为数学 模型或者线性与整数模 型。
二、近似方法 近似方法在供应链M 中主要用于经营性决策。把近似方法应用于 供应链M，是从库存管理的角度来处理问题，把其中的生产和运输环 节近似为定常过程。这样建立的供应链模型一般被称作多级库存系统 ，主要研究在同时考虑多级库存的情况下建立库存控制策略及确定控 制参数。
对供应链中多级库存问题的研究表明，它在降低库存、提高用户 服务水平等方面能够起相当大的作用，但还是存在着一些比较明显的 缺陷，如: ① 只注重供应链中的库存，而忽视了其中的生产和运输问题，更不要 说与它们之间的协调； ② 目前处理的系统结构都只限于树状结构，而不是实际的网状结构； ③ 对模型的约束太多，由于求解需要，对需求、延迟时间分布等使用 了一些近似的假设； ④ 忽略了非平稳随机因素的存在。这些缺陷限制了有关研究结果在实 际问题中的应用。 ⑤ 除多级库存理论外，在制造系统研究中用得比较多的排队网理论、 流体近似方法等也应该属于此类，它们能够考虑生产或运输环节的随 机性，而且研究得也已经比较深入，因此有可能在供应链M 研究中作 为一种有效的方法，但目前在该领域几乎还没有被使用。
(1) 线性方程(LP)模型 在线性模型中，用线性的数学关系建立问题的模型。没有引入现实的 实体，只是引入了它们之间的关系以及对所考虑的目标函数的影响。 模型没有定性的分析，模型中每个物体都是定量的。 (2)整数/混合整数规划模型(IP/MIP) IP模型和LP模型是相似的，只是决策变量必须是整数(0, 1, 2.，)。它 们较多地用于产品和设备的方面的后勤分析;不可能建立1.5个工厂或 建立2.3个仓库。 (3）网络模型 网络模型，同时也称优化模型，是供应链分布的网络图形表示形式。
TC
TC
F 2 ij
P 2ij
TC , i, j
F 2 ij
P 2 ij
e2ij (
X ij Q 2ij
) ij X ij ij X ij t 2ij
K
q 2 j [ H 2ij (
Q2ij 2
n2ij 2ij ) xijk Qijk Tijk cij
二、供应链的网状结构模型
C1 B1 B2
… ……
C2 C3
…
D1 D2 Dk
Bn
Cm
图3-3 供应链的结构模型Ⅲ
1. 入点和出点
A B
G C E F
D
H
图3-4 入点和出点
A1
A2
B1 A C B2
C B D
图3-5 包含出点和入点的厂商
E
图3-6 包含供应商和分销商的厂商
2. 子网
D A C2 B C3 C4 E
2
这个定义具有以下特点： ①它是一个范围更广的企业结构模式，它包含所有加盟的节点企业， 从原材料的供应开始，经过链中不同企业的制造加工、组装、分销等 过程直到最终用户； ②它不仅是一条联接供应商到用户的物料链、信息链、资金链，而且 是一条增值链，物料在供应链上因加工、包装、运输等过程而增加其 价值，给企业都带来收益； ③在这个网络中，每个贸易伙伴既是其客户的供应商，又是其供应商 的客户，它们既向上游的贸易伙伴订购产品，又向下游的贸易伙伴供 应产品。
一般来说，供应链还具有以下特征：
①复杂性。因为供应链节点企业的组成跨度(层次)不同，供应链往往由有多 个、多类型的企业构成，它们之间的关系错综复杂，关联往来和交易多。 ②动态性。供应链管理因企业战略和适应市场需求变化的需要，其中的节点 企业需要动态的更新和调整，这就使得供应链具有明显的动态性。 ③面向用户需求。供应链的形成、存在、重构，都是基于一定的市场需求而 发生的，并且在供应链的运作过程中，用户的需求拉动是供应链中信息流、 产品、服务流、资金流运作的驱动源。 ④交叉性。节点企业可以是这个供应链的成员，同时也可以是另外一个供应 链的成员，大多的供应链形成交叉结构，增加了协调管理的难度。 ⑤创新性。供应链夸大了原有的单个企业的物流渠道，充分考虑了供应链整 个物流过程以及影响此过程的各个环节和因素。 ⑥风险性。供应链的需求 匹配是一个持续性的难题，供应链上的消费需求和生产供应，始终存在着时 间差和空间分割。
3.1.3 供应链的结构模型
A B C D E
A
B
C
D
E
自 然 界
供 应 商
制 造 商
分 销 商
用 户
图3-1 供应链的结构模型Ⅰ
图3-2 供应链的结构模型Ⅱ
1. 供应链的方向 在供应链上除了有物流和信息流外，还存在资金流。在正常情况下， 物流的方向一般都是从供应商流向制造商，再流向分销商。在供应商 的研究中，我们也按照物流的方向来定义供应链的方向，以确定供应 商、制造商和分销商之间的顺序关系。模型Ⅱ中的箭头方向即表示供 应链的物流方向。 2. 供应链的级 在模型Ⅱ中，定义C为制造商时，可以相应地认为Ｂ为一级供应商，A 为二级供应商，而且还可依次地定义三级供应商、四级供应商…同样 ，可以认为的D为一级分销商，E为二级分销商，并依次地定义三级分 销商，四级分销商…一般地讲，一个企业应尽可能考虑多个供应商或 分销商，这有利于从整体上了解供应链的运行状态。
三、基于仿真优化的方法 系统仿真（也称计算机仿真或计算机模拟）是通过建立仿真模型 ，在计算机上再现真实系统，并模拟真实系统的运行过程而得到系统 解的研究方法。 虽然仿真模型非常准确，但是也要有一定的代价:从决策者的立场 看，在采用仿真优化模型的同时，还要有更好的决策支持方法。最坏 的情况是:很多分析人员用仿真的方法为供应链和物流问题建模, 然后 进行的人工评价和比较，而不运用任何有效的模型求解等决策支持方 法。