第8章 物流系统仿真

8.2.1系统动力学的特点

1．系统动力学基本概念 2．系统动力学的特点
系统动力学基本概念



（1）系统与边界 （2）因果链及因果关联图 （3）反馈、反馈系统与反馈回路 （4）流图
系统动力学常用的流图符号
系统动力学的特点


（1）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 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。 （2）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 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 些物质流和信息流组成的闭环（反馈）系统。

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。
本章小结


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。 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。
8.2.4基于Vensim的物 流系统动力学模型
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


（1）明确实际问题、物流系统界定 （2）根据实际物流系统，构造因果反馈环 （3）根据经验数据资料，分析反馈环，绘制 系统流图 （4）建立系统动力学模型 （5）模型检验、调试和运行 （6）仿真结果分析 （7）结论建议
Vensim软件的建模过程

（1）开始 （2）画流图 （3）建立各变量之间的因果关系 （4）对流图加注释 （5）输入方程和参数
静态分析

（1）将分析变量选入工作台 （2）原因树分析 （3）结果树分析 （4）反馈回路分析 （5）模型文档
数据集分析

（1）运行比较 （2）原因图 （3）随时间变化图 （4）数据表

（3）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。
8.2.2系统动力学建模步骤


（1）明确问题 （2）找出造成问题症状的因素 （3）找出决策与行为间的因果信息反馈环路 （4）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） （5）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）
8.1.3系统仿真在物流领域的应用

1．物流系统仿真的核心技术 2．几种常用的物流仿真软件 3．系统仿真在物流领域的应用
物流系统仿真的核心技术
（1）仿真时钟 （2）事件调度法 （3）随机数和随机变量的产生

几种常用的物流仿真软件

（1）EXTEND （2）AUTOMOD （3）SIMAnimation
Vensim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 型。使用Vensim PLE和PLE Plus可以更轻松地 学习系统动力学。Vensim version 5.4提供了 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 。 Vensim PLE Plus 和 Vensim PLE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。

DYNAMO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 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DYNAMO I。 经过不断地发展、改进，到了20世纪80 年代有Micro DYNAMO和PD PLUS， 其中 Micro DYNAMO可在微型机上独 立运行，PD PLUS在DOS操作环境下运 行。两者的语法、方程表示基本相同。
8.1.2系统仿真的原理和步骤
1．系统仿真的原理 2．系统仿真的步骤

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。
Vensim模型软件
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 展，其应用范围更加广泛。现在已经发展到可 以在Windows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。 例如Vensim就是一个典型的，应用广泛的系 统动力学软件。Vensim是美国VENTANA SYSTEMS, INC.推出的在Windows操作平台 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Vensim5.4。该软件 的Demo版可以从www.Vensim.com下载。

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。
系统仿真在物流领域的应用


（1）系统仿真应用于物流管理系统 （2）系统仿真应用于库存系统 （3）系统仿真应用于自动化物流系 统总体设计 （4）系统仿真应用于复杂物流系统
8.2物流系统仿真模型
——以系统动力学模型为例


8.2.1系统动力学的特点 8.2.2系统动力学建模步骤 8.2.3系统动力学建模软件 8.2.4基于Vensim的物流系统动力学模型
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



（1）问题描述 （2）确定仿真目标 （3）仿真建模和数据采集 （4）仿真模型的确认 （5）仿真程序的编制和验证 （6）仿真模型的运行 （7）仿真输出结果的统计分析
关键概念



物流系统 系统仿真 系统动力学 Vensim
分析思考

1.什么是系统仿真？系统仿真有哪些特点？ 2.系统仿真包含哪些步骤？ 3.举例说明系统仿真在物流领域里有哪些应用？ 4.系统动力学的特点有哪些？ 5.如何构建一个系统动力学模型？
第8章 物流系统仿真
学习目标

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


8.1系统仿真概述 8.2物流系统仿真模型
8.1系统仿真概述



8.1.1系统仿真的概念和特点 8.1.2系统仿真的原理和步骤 8.1.3系统仿真在物流领域的应用
8.1.1系统仿真的概念和特点
1．系统仿真的概念 2．系统仿真的特点

系统仿真的概念
（1）系统 （2）仿真 （3）系统仿真

系统仿真的特点


（1）可控制性、无破坏性、可复 现性和经济性。 （2）先验性。 （3）问题求解的科学性。 （4）面向过程的建模。



1．DYNAMO模型软件 2．Vensim模型软件 3．E-R模型向关系模型的转换 4．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 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 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 （MIT）的普夫（Alexander Pugh L） 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 力学专用仿真语言DYNAMO。



（6）以计算机模拟产生随系统时间变化的模 型行为 （7）将模拟的结果与真实系统进行比较 （8）修正模型设计，以符合真实情况 （9）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 （10）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
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8.2.3系统动力学建模软件
Vensim PLE软件的特点


（1）利用图示化编程建立模型。 （2）运行于Windows操作系统下，其数 据共享性强，提供了丰富的输出信息和 灵活的输出方式 。 （3）对模型提供多种分析方法。 （4）真实性检验。
Vensim PLE的用户界面
仿真模型建立的一般过程




（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。 （2）建模：画出入树或流图，填入方程 和参数。 （3）建立真实性检验，模型模拟，结构 分析。 （4）数据集分析。