第三章 物流系统建模方法

相似模型： 相似模型：
是用一种原理上相似，而求解或控制处理较容易的系统，代替或近似描述另一 种系统，前者称为后者的相似模型。它一般有两种类型：一种是可以接受输入并进 行动态表演的可控模型；另一种是用计算机和程序语言表达的相似模型
解析模型： 解析模型：
是用数学方程式表示系统某些特性的模型。系统工程中常用数学模型来分析问 题。无论是在自然科学、工程技术，还是社会科学领域，没有定量分析，就没有科 学的预测与决策，就会造成决策失误。而且，数学模型具有良好的可变性和适应性， 便于使用计算机来快速分析。因此，数学模型是定量分析的基础。我们通常所说的 系统建模，大多数情况下都是建立系统的数学模型
图式模型： 图式模型：
是用图形、图表、符号等把系统的实际状态加以抽象的表现形式，如网络图 (层次与顺序、时间与进度等)、物流图(物流量、流向等)。图式模型是在满足约束 条件下的目标值的比较中选取较好值的一种方法，它在选优时只起辅助作用。当维 数大于2时，该种模型作图的范围受到限制。其优点是直观、简单；缺点是不易优化， 受变量因素的数量的限制
3.3.3 数据建模工具
ROSE建模工具 建模工具： ROSE建模工具
ROSE是Rational公司推出的支持UML的可视化建模工具，它采用用例、逻辑、组件和部署 视图支持面向对象分析和设计，在不同的视图中建立相应的UML图形，反映系统的不同特征。 ROSE工具的企业级产品不仅支持建立模型，还能将设计模型转换为C++，JAVA等面向对象语言 的代码框架。进行面向对象的项目开发时，ROSE用一系列静态或动态的视图和模型对软件设 计的各个过程进行描述，同时提供从模型到软件及从软件到模型的产生和析取的双向过程。
Petri网 3.2.3 Petri网
Petri网是对离散并行系统的数学表示。Petri网是1960年代由卡尔·A·佩特里发 明的，适合于描述异步的、并发的计算机系统模型。 Petri网既有严格的数学表述 方式，也有直观的图形表达方式，既有丰富的系统描述手段和系统行为分析技术， 又为计算机科学提供坚实的概念基础。 由于Petri网既能够说明复杂系统的运行机制，又可以用数学分析或图形表达 系统的运行过程，同时还可以解决系统并行性和存取控制问题，所以基于Petri网 理论的模型在物流系统的描述方面具有广泛的应用前景。但是Petri网模型随着网 系统节点数的增加，系统的状态空间的状态数呈指数关系增加，这使得用它描述 复杂系统成为一项费时费力的工作，而且它所建立的模型的重用性较差。
3.2 物流系统建模的方法 GRAI方法 方法（ 3.2.1 GRAI方法（Graph with Results and Interrelated） Activities Interrelated）
GRAI方法是由法国Bordeaux大学提出的，是专门为在生产系统制定 决策而开发的。GRAI由一个生产系统由一个物理系统和一个生产控制系 统组成，物理系统是一组制造单元，其功能是将原材料或部件转变为完 成的部件或一个完成的产品。生产控制系统制定决策，它由一个信息系 统和一个决策系统组成。它基于诸如定货、资源和能源等方面的信息制 定决策，以便物理系统执行其功能。GRAI的概念模型描述在信息系统、 决策系统和物理系统间的联系。信息系统是其它系统间连接的链条。 GRAI模型有一个层次化结构，因此在每一层，决策和信息都取决于执行 的任务和制定决策过程所处的时间段。因此，必须构造信息以满足每一 层决策的制定。GRAI方法适合于决策功能层的优化，但难以实现仿真。
SIM法 monitoring） 3.2.5 SIM法（selected ion monitoring）
SIM方法也是一种集成建模方法，对于制造信息系统的建模来说，SIM是一 种非常有效的建模方法。在制造系统中，SIM法通过DFDs(DataFlowDiagrams)和 GRAI格对系统建模，同时应用了IDEF0方法来弥~bDFDs方法本身的一些缺陷。 但是SIM方法没有考虑到系统的动态特性。
GIM法 Methodology） 3.2.4 GIM法（GRAI Integrated Methodology）
GIM方法是以GRAI模型为基础的CIM集成方法，是分析设计生产管理系统的 方法。它是在GRAI方法的基础上发展起来的描述和分析整个企业的一种集成建模 方法。它以概念参考模型、形式化建模方法和结构化方法为基础，集成了GRAI、 MERISE、IDEF0三种建模方法的优点。在GIM模型中包含了系统的功能模型、信 息模型、决策模型和物理模型。目前已经有一种IMAGIM的计算机编辑程序支持 GIM法。但是GIM法也存在一些不足：如注重系统分析与设计，而对实施和操作 考虑不多；注重计算机系统实现工厂的集成，对人的因素考虑不多；建模框架缺 少通用性层次等。
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3.1.2 物流系统建模的步骤
基本原则： 基本原则：
（1）保持足够的精度：模型应把本质的东西反映进去，把非本质的东西去 掉，但又不影响模型反映现实的真实程度 。 （2）简单实用：模型既要精确，又要力求简单。若模型过于复杂，一则难 以推广，二则求解费用高。 （3）尽量使用标准模型：在模拟某些实际对象时，如有可能应尽量借鉴一 些标推形式的模型，这样可以利用现有的数学方法或其他方法，有利于问题的解 决。
CSArrow类 CSArrow类
顺序图和合作图中消息的记录和绘制
3.3.2 集成化企业建模工具IEMTools 集成化企业建模工具IEMTools
视图模型之间的关系图： 视图模型之间的关系图
不同视图模型的创建采用逐步建立和完善的方式进行，并以过程视图作为关 键控制了维护模型之间的一致性问题。视图模型采用软件构件的开发与集成方式， 目的是形成具有柔性的动态企业模型。在整个建模过程中，过程视图是核心视图， 产品视图是它的先导视图。 过程视图建模实现企业全部业务过程模型的建立。 组织视图建模实现企业组织模型的生成、定义、描述，用组织树来描述组织 结构信息。 资源视图实现资源模型的生成、定义、描述和管理维护，为过程模型提供资 源约束和支持。 功能视图建模从过程模型提取相关信息，使用IDEF1X方法为关系数据库语法 和数据库结构设计提供工具支持，建立概念化方案设计所必须的语义结构。 信息模型是两层次的建立过程，先建立逻辑模型，再建立物理模型。
ARIS方法 3.2.6 ARIS方法 （Architecture of Integrated System） Information System）
ARIS整合性信息系统架构是由德国萨尔大学企业管理研究所所长及 IDS－ Scheer公司执行长的August－Wilhelm Scheer 教授所提出的。其设计理念，是希望 提出一个整合性的概念，目的是把描述企业程序的所有基本观念通通纳入。因此 可想见，所描述出的模型必是非常庞大与复杂，为减少其复杂性，就必须依不同 的观点来切割这个复杂的模型。在一种观点下无数的交互关系将被先省略，只专 注于观点内的事物。之后各观点的模型会整合成完整的分析，而不会有任何的重 复。
第三章 物流系统建模方法
3.1 物流系统建模的含义和步骤 3.1.1 物流系统建模的含义
物流系统应具有如下三个特征： 物流系统应具有如下三个特征：
第一，是对现实系统的抽象或模仿 第二 第二，是由反映系统本质或特征的主要要素构成的 第三 第三，中体现了这些主要要素之间的关系
实物模型
是现实系统的放大或缩小，它能表明系统的主要特性和各个组成部分之间的 关系。这种模型的优点是比较形象，便于共同研究问题，它的缺点是不易说明数 量关系，特别是不能揭示要素的内在联系，也不能用于优化
步骤：
（1）明确问题：要建立物流系统的数学模型，就要能采用适当的形式描述 变量之间的关系，并用数学结构来表达问题，该数学结构所展示的模型的解是与 问题解决的方式相对应的。因此，在建模时，首先要弄清问题，掌握实际情况， 确定输出输入变量及其表达方式。 （2）搜集资料：对资料进行分类，概括出本质内涵，分清主次变量，同时 确定变量之间的关系，列出必要的表格，绘制出图形和曲线等。
3.2.2 IDEF方法 IDEF方法 IntegratedDefinitionFunctionModeling） （IntegratedDefinitionFunctionModeling）
IDEF概念是在结构化分析方法基础上发展起来的，是由美国KBSI提 出一系列建模、分析、仿真方法的统称。它是一种复杂系统分析与设计 的通用方法。开始时该方法包括三部分：IDEF0，IDEF1和IDEF2，现在已 扩展成一个系列，从IDEF0~JIDEF14。 IDEF0：功能模型。该模型结构化地描述了所研究系统的活动和处理 进程。 IDEF1：信息模型。该模型表达了制造系统环境的信息结构和语义 IDEF2：仿真模型设计。该模型表述环境或系统时变行为的特征，常 用于系统模拟，建立动态模型。 IDEF3：过程描述设计。它解决了IDEF0不能反映时间和时序的问题， 因此可以和仿真软件相结合，用来检验过程的合理性并指导 过程重构，实现优化。 IDEF4：面向对象设计。 IDEF5：本体论描述获取。
（3）建立模型：在充分了解资料的基础上，构造一个能代表所研究系统的 数量变换数学模型。 （4）求解模型：模型建立后，需要应用数学方法或其它方法来求出问题的 答案，这是一项技术性很强的工作。要得到问题的解，既可以用数学算法，也可 以利用计算机仿真方法。这里重要的是模型的解要存在，或者能将模型的解转化 为实际问题的解决答案。 （5）检验模型：由于使用模型的目的不同，模型解的含义与要求也不同， 因此，需要对模型的假设条件、解的可靠性等各方面进行分析和检验。对于以预 测、控制等为目的的问题，还需要对模型解的误差进行分析，要求在允许的误差 范围内使用模型及模型的解。如果通过了检验，则说明模型是可以使用的，否则， 就需要对模型进行修改。
3.3 物流系统问题的建模工具 3.3.1 Use Case可视化建模工具 Case可视化建模工具
基本结构： 基本结构
CStr类： CStr类
是一个辅助类，记录角色和用例的名称，并用布尔型变量标示出是角色还是 用例
CComRelation类： CComRelation类
记录用例与角色的交互，用于描述角色与用例之间的关系。CComRelation类 代表角色或用例中某两个元素的关系，通常有以下5种： （1）角色——角色：角色一般化关系，表示几个角色有一些共性 （2）角色——用例：通信关系，表示角色启动用例的执行 （3）用例——角色：通信关系，表示用例为角色提供某种信息 （4）用例——用例：使用关系，表示一个用例使用另一用例提供的功能 （5）用例——用例：扩展关系，一个用例扩展另一个用例提供的功能
CSArrow类 CSArrow类
顺序图和合作图中消息的记录和绘制
Cactor、CUsecase类 Cactor、CUsecase类
负责角色类或用例类的记录和绘制
CObj类 CObj类
对象的记录和绘制，该类与OO语言中对象概念不同，它不是某个类的对象， 而是为描述顺序图和合作图中对象元素概念的自定义类
CIM-OSA方法 方法（ 3.2.7 CIM-OSA方法（Computer Integrated Architecture） Manufacturing - Openness System Architecture）
CIM-OSA是由欧共体的22家公司和大学组成的ESPRIT-AMICE组织经过六年 多的努力而开发出的一个CIM开放体系结构。其目的是提供一个面向CIM系统生 命周期的、开放式的CIM参考体系结构，从多个层次和多个角度反映了CIM企业 的建模、设计、实施、运行和维护等各个阶段，提供了CIM系统描述、实施方法 和支持工具，并形成了一整套形式化体系。与其他CIM体系结构相比，CIM-OSA 具有全面性、完整性、开放性、标准化和形式化等优点，因而受到国际上的好评， 并成为国际准化组织的一项预标准。
CArrow类 CArrow类
与CComRelation类一一对应，是它的图形化形式，用于绘制用例与角色的交 互
Cactor、CUsecase类 Cactor、CUsecase类
负责角色类或用例类的记录和绘制。
CObj类 CObj类
对象的记录和绘制，该类与OO语言中对象概念不同，它不是某个类的对象，而 是为描述顺序图和合作图中对象元素概念的自定义类