华中科技大学硕士论文模具特许连锁网格化制造系统的物流.pdf

广东工业大学 硕士学位论文 模具特许连锁网格化制造系统的物流规划与供货策略分析 姓名：柳运传 申请学位级别：硕士 专业：机械电子工程 指导教师：陈庆新 20050525 摘要 摘要 模具生产水平的高低，已经成为衡量一个国家产品制造水平高低的重 要标志，在很大程度上决定着产品的质量、效益和新产品的开发能力。 但是，我国模具制造业，就整体而言尚处于不发达阶段，根据模具生产 的特点，特许连锁模式下的模具网格化制造系统被首次提出，在这种制 造系统中，以特许连锁为商务运作模式，以制造网格为系统结构。本文 的研究对象就是这个制造系统的物料供应系统。 论文首先对模具特许连锁网格化制造系统进行了概要介绍，分析了特 许连锁经营模式的理念以及网格化制造系统的基本思想，接着分析了制 造系统对于其物料供应系统的功能要求，综述了国内外物流系统和库存 系统的研究现状。特许连锁的经营模式和网格化制造的体系结构要求其 物流系统具有开放性、可重构性、敏捷性等特点。论文根据这些分析， 运用h 0 1 0 n 基本思想，提出了基于h o l o n 的物流系统( H L S ) ，通常这种 物流系统包含三种基本的物流h o l o n ：物流资源h 0 1 0 n 、物流任务h 0 1 0 n 和物流规范h o l o n 。另外，可以引入物流辅助h 0 1 0 n 协助基本物流h o l o n 的运作。接着运用H L s 原理，对特许连锁网格化制造系统的物流系统进 行了建模分析，并结合模具生产的实际，运用u M L 讨论了物流系统的运 作机制。文中用实例说明了这种h o l o n i c 结构和控制机制对于物流系统的 可行性。 论文接着在上述物流系统的框架下重点讨论了非库存备货( 订制式供 货) 模具物料的采购策略和库存备货模具物料的库存控制策略。论文结 合模具生产的实际，以区域层有关物流h o l o n 对于这两类物料的控制策 略为研究对象。对于非库存备货类物料，建立准时采购模型，用提前拖 期惩罚费用来控制物料的准时采购，并用遗传算法进行了求解；对于库 存备货模具物料，建立了随机离散需求下的分布式库存模型，在进行求 解时，首先从单仓库确定型离散需求模型分析起，然后扩展成确定型离 散需求下的分布式库存模型，将随机离散需求下的分布式库存模型转化 广东工业大学工学硕士学位论文 成确定型离散需求下的分布式库存模型来求解，并用某种性能指标来选 取满足要求的解，降低了建模和求解的难度。 论文最后给出了全文的总结以及对于物流系统还需要进一步研究的 工作。 关键词：模具制造；特许连锁；物流系统；准时采购；分布式库存； h 0 1 0 ” A B S T R A C T T h el e v e lo fM o u l da n dD i e M a k i n g i s b e c o m i n g a v e r yi m p o r t a n t s y m b o lo fac o u n t r y sm a n u f a c t u r i n g1 e v e la n dd e t e r m i n et h eq u a l i t ya n d p r o f i t so fp r o d u c t sa n dd e s i g nc a p a b i l i t i e so f n e w p r o d u c t st oq u i t eac e r t a i n e x t e n t H o w e V e r ， t h es t a t e o f _ a r to ft h em o u l da n dd i e i n d u s t r y i no u r c o u n t r yj su n d e r d e V e I o p e d ，T h ef a n c h i s e dg r i d m a n u f a c t u f i n gS y s t e mf b f m o u l da n dd i ei n d u s t r yw a sf i r s tp u tf o r w a r dc o n s i d e r i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c s o fm o u l da n dd i em a k i n g ，I nt h i sm a n u f a c t u r i n gs y s t e m ，f r a n c h i s i n gi st h e b u s i n e s sm o d ea n dg r i di si t sm a s t e rs t r u c t u r em o d e O u rr e s e a r c ho b j e c ti s j u s tt h el o 舀s t i c si nt h i sm a n u f a c t ur i n gs y s t e m T h ef r a n c h i s e dg r i d - m a n u f a c t u r i n gs y s t e mf o rm o u l da n dd i ei n d u s t r yi s b r i e | 1 yi n t r o d u c e di nt h i sd i s s e r t a t i o n T h eB a s i ci d e ao ff r a n c h i s i n ga n dt h e r a t i o n a l eo f g r i d a n d g r i d m a n u f A c t u r i n g a r e a n a l y z e d T h e n ， t h e d i s s e r t a t i o na n a I y s e st h ef u n c t i o no ft h ej o g i s t i cs y s t e mi nt h i sf r a n c h i s e d g r i d m a n u f a c t u r i n gs y s t e ma n ds h o w s t h er e s e a r c hs u r V e yo f l o g i s t i cs y s t e m a n di n v e n t o r ys y s t e m F r a n c h i s i n ga n dg r i d - m a n u f a c t u r i n gd e t e r m i n et h a t t h e l o g is t i c s i nt h ef r a n c h i s e d m a n u f a c t u r i n gs y s t e m m u s tb e o p e n ， r e c o n f i g u r a b l ea n da g i l e B a s e do nt h o s ea n a I y s i s ，t h ed i s s e r t a t i o np r e s e n t s ah 0 1 0 n i cl o g i s t i cs y s t e m ( H L S ) u s i n gt h eb a s i ct h e o r yo fh o l o n i cs y s t e m H L Si n c l u d e st h r e et y p e so fb a s i cl o g i s t j c h o l o n s ：1 0 9 i s t i c o r d e rh o l o n ， l o g i s t i c r e s o u r c e h o l o n ，l o g i s t i c c r i t e r i o nh 0 1 0 n I n a d d i t i o n ， w ec a n i n t r o d u c ea 1 0 9 i s t i c s t a f fh o l o nt oa s s i s tt h eb a s i ch o l o n s T h e n ， t h e i n s t a n t i a t i o no fl o g i s t i c s s y s t e m i n g r i d - m a n u f a c t u r i n gs y s t e m f o rm o u l d a n dd i em a k i n gi n d u s t r yi se s t a b l i s h e da n da n a I y z e da c c o r d i n gt ot h eb a s i c t h e o r y o fH L S T h ec o n t r o lm e c h a n i s mo ft h ei n s t a n t i a t i o ni s s p e c i f i e d u s i n g U M L T h ed i s s e r t a t i o n a t t e m p t t o p r o V e t h a tt h es a i dm o d e li s v a l u a b l ea n da p p l i c a b l et h r o u g ht e s t i n ga n dV e r i f y i n gac o m p a n y sa c t u a l p r o c e s sr e e n g i n e e r i n g A f t e r t h a t ， t h i sd i s s e r t a t i o nd i s c u s s e st h e p u r c h a s ep 0 1 i c y f o r i i i 广东工业大学工学硕士学位论文 n o n s t o c k u pm o u 】dm a t e r j a l sa n dt h ei n V e n t o r yp o 】j c yf o rs t o c k u pm o u 】d m a t e r i a l s ，T h ed i s s e r t a t i o nf o c u s e so nt h es o m et e r r i t o r i a ll o g i s t i ch o l o n st o d i s c u s st h es u p p l yp o l i c i e sf o rt h e s et w ok i n d so fm a t e r i a l sa c c o r d i n gt ot h e c h a r a c t e r i s t j c so fm o u l da n dd i em a k j n g F o rn o n s t o c k u p m a t e r i a 】s ，t h e d i s s e r t a t i o ne s t a b l i s h e saj u s t i n t i m e p u r c h a s i n g m o d e la n d a t t e m p t t o c o n t r o It h ep u r c h a s i n gs c h e d u l ew i t he a r l i n e s s t a r d i n e s sp e n a l t y T h em o d e l i s c o m p u t e dt h r o u g hg e n e t i ca l g o r j t h m F o r s t o c k u pm a t e r i a I s ， t h e d i s s e r t a t i o ne s t a b l i s h e sam o d e lo fd i s t r i b u t e d i n v e n t o r vs v s t e mw i t h s t o c h a s t i ca n dd i s c r e t ed e m a n d T o f i n da n a l g o r i t h m ， t h ed i s s e r t a t i o n a n a l y s e s am o d e lo fd e t e r m i n j s t i ci n v e n t o r ys y s t e mw n hd i s c r e t ed e m a n d f o Ts i n g l ew a r e h o u s ei nt h ef i r s ta n dt h e ne x t e n d “t oam o d e lo fd i s t f i b u t e d i n V e n t o r ys y s t e m w i t hd e t e r m i n i s t i ca n dd i s c r e t ed e m a n d T h e n ，t h e s t o c h a s t i cp r o b l e mi ss o l v e du s j n gt h er e s u l t so ft h ed e t e r m i n i s t i cp r o b l e m a n dt h es o l u t i o ni ss e l e c t e dt h r o u g haf o r m u l a t i o n T h i s a p p r o a c hr e d u c e s t h ed i f n c u l t i e so fm o d e l i n ga n dc o m p u t i n g I nt h ee n d ，t h ec o n c l u s i o n so ft h i st h e s i sa r ed r a w na n dt h ef u t u r ew o r k s a r ep o i n t e do u t K e yw o r d s ； m o u l da n dd i e m a k i n g ；f r a n c h i s i n g ；l o g i s t i c s ；j u s t i n - t i m e p u r c h a s i n g ；d i s t r i b u t e di n v e n t o r ys y s t e m ；h o l o n 第一章绪论 1 1 论文研究的背景与意义 第一章绪论 据中国模具工业协会统计，近l O 年来，我国模具行业一直以每年1 5 的 增长速度快速发展着。2 0 0 4 年我国模具总产值已经突破5 3 0 多亿元人民币， 其中有些产品已经接近或达到国际先进水平。但是，由于在模具精度、寿 命、制造周期及生产能力等方面，中国与国际平均水平和发达国家仍 有较大差距，因此，每年需要大量进口模具。综观我国模具制造业，就 整体而言尚处于不发达阶段，具体表现在以下几个方面： 1 ) 大多数模具制造企业规模小，缺乏关键设备，加工手段原始，生产效 率低下： 2 ) 企业各自为战，分散化经营，行业整体联系松散； 3 ) 模具设计、工艺与操作流程不规范，质量无法保证； 4 ) 模具企业生产管理流程不舰范，无法有效地控制模具的制造成本和交 货期； 5 ) 模具制造业属于典型的面向资源、单件订货型的制造行业，而模具企 业若花费大量的资金添置了关键设备，又往往发现其利用率不足，造成资源的 浪费； 6 ) 由于模具的订货需求不稳定且无法准确预测，而采购某些物料需要较 长的提前期，因此模具制造企业往往被迫建立各类加工刀具和标准件的安全库 存。 如何推动我国的模具工业的进一步发展，已经越来越受到人们的重视。文 献【1 对我国模具行业的现状进行了分析，并针对当前我国模具工业的特点提 出了特许连锁f 2 1 模式下的模其网穆化制造系统的构想( 如强1 1 所示) ；优势 模具企业作为特许人( f r a n c h i s o r ) ，弱小的模具企业以受许人( f r a n c h i s e r ) 的 身价加入到特许体系中来，组成一个符合模具工业生产要求的网格化制造系 统，以达到快速整合资源，提高模具生产效率，保证准时交货，提高我国模具 企业竞争力的目的。 三圣三些查耋三耋堡圭兰堡篁兰 口 加工单元 。 仓储单元 设计单元 运输单元 图1 1 模具特许连锁制造网格示意图 F i g 1 1T h es t r u c t u r eo fg r i d m a n u f a c t u r i n gs y s t e mf o rm o u l da n dd i e m a k i n gi n d u s t r yi nf f a n c h i s eb u s i n e s sm o d e 1 1 1 特许连锁经营的理念 中国特许经营协会( C h i n aF r a n c h i s e A s s o c i a t i o n ) 把特许连锁( F r a n c h j s i n g ) 定义如下：特许人把自己所拥有的商标( 包括服务商标) 、商号、产品、专利 和专有技术、经营模式等以特许经营合同的形式授予受许人使用，受许人按合 同规定，在特许人统一的业务模式下从事经营活动，并向特许人支付相应的费 用f2 1 。 特许连锁经营作为一种特殊的经营方式，早在1 9 世纪在美国已经得到了 实际的应用，即连锁商业系统的形成。进入2 0 世纪，美国汽车工业通过特许 连锁的方式来扩展它们的销售网络，特许连锁逐渐流行起来，并逐步扩展到其 它零售、饮食、服务等领域，成为继正规连锁、自由连锁之后的又一种经营模 式。到2 0 世纪七、八十年代，特许连锁发展日益迅猛，在美国扩展海外市场 的连带效应影响下，欧洲、日本、东南亚等许多国家也发展了自己的连锁商业。 第一章绪论 从业态方面看，如今，特许连锁经营的触角渗透到零售、餐饮、旅店旅游、 汽车用品、印刷影印、建筑家居、不动产、设备租赁、清洁维护、教育进修等 商业服务业的各个角落。特别是在服务领域，几乎是无所不包。从特许连锁占 国民经济的比重看，以美国为例，根据其上世纪9 0 年代末统计，特许连锁年 销售规模为1 1 0 0 0 亿美元，业种达7 0 0 多种。该国每6 5 分钟就诞生一家新的 特许加盟店，共有七十五万个之多。每1 2 家公司就有家是特许连锁，共有近 5 0 0 0 家特许连锁公司。G D P 排名占第七大产业 2 1 【3 。 就我国的情况看，自上世纪9 0 年代中期，特许连锁模式开始在我国推广， 2 0 0 0 年以后进入高速发展期。据中国连锁经营协会公布的数字，截至2 0 0 4 年 底，我国特许体系已突破两千个，是目前世界上特许体系最多的国家。目前， 我国特许加盟店铺数达1 2 万家，从业人员1 8 0 万人，2 0 0 4 年新增就业人数约 6 0 万人，2 0 0 4 年特许企业店铺数增长率为3 8 ，我国特许连锁已渗透到近5 0 个行业、业态【“。 一些学者认为，特许连锁经营作为知识产权( 包括商标、专利商业秘密、 技术诀窍、经营模式等) 的总体转让，实质上一种以品牌为核心、以契约为约 束的严格运作的高级营销形式。特许连锁是经营管理控制所有权的一种组织形 式，是技术和品牌价值的扩张而不是资本的扩张。品牌是特许连锁存在的基础， 品牌的增值是特许人与受许人的共同目标。特许人与受许人共同借助同一品牌 在同一管理制度( 体系) 的约束下实现品牌扩展、市场扩展，进而实现双赢或多赢 f 5 1 。 特许连锁经营与正规连锁、自由连锁、代理等其它商业模式对照，也有其 特点，主要表现在以下几个方面【2 】：特许人和受许人是由特许合同约束的契约 关系，受许人需要花费一定的费用购买特许权；各加盟店的人事和财务相互独 立，所有权归各受许人所有；经营权集中，经营模式统一，由总部统一制定企 业识别标志、管理制度及促销推广计划，受许人日常的经营活动拥有自主权， 但受许人要保证特许人规定的质量水平；总店和加盟店在商店外观、店堂设计、 产品包装等外观形象保持一致；在合同有效期内，特许总部对加盟店提供持续 不断的技术支持和指导，包括人员培训、原料供应、财会、销售方法、广告推 广等方面。 特许连锁制造系统中要求特许人具备以下优势：i ) 拥有国际化的营销网 广东丁业大学丁学硕士学位论文 络( 品牌效应) ：2 ) 拥有成熟的技术规范、设计规范和工艺操作规范；3 ) 拥 有较先进的企业生产经营和管理规范。 这样形成的模具特许连锁制造系统必然会造成多赢的局面：1 ) 对于特许 企业，首先可以准时提供优质的模具，保证售后服务，为客户提供满意的服务； 其次可以提升品牌效益；进而为这些特许模具企业带来了越来越多的市场机 会，从而能够获得更多的利润。2 ) 对于加盟企业，可以将自身的技术和生产 管理提升一个台阶，提高资源的利用率，降低物流成本，提高员工的技术素质 和管理才能，稳定企业员工队伍。3 ) 对于模具客户，可以获得更短的模具交 货期。 1 1 2 网格与制造网格的基本思想 网格( g r i d ) 【6 】是从电力网格中借鉴过来的一个概念，原本是希望计算力和 计算资源能够像电力一样，“打开电源开关就可以使用”，不用去关心是谁、如 何提供的这些服务。网格的目标是抽象并量化计算资源，随时随地能够通过网 络“定额”完成“定量”的计算相关的工作。网格的本质特征是： 1 ) 分布与资源共享：分布是网格最本源的特征，网格是通过集中分散的 资源来完成计算的，资源的共享是一种集中资源的手段。 2 ) 高度抽象：把计算力和所有的计算资源高度抽象成为用户可见的“电源 接线板”，其它的东西对用户透明。 3 ) 自相似：在大尺度上和小尺度上有相同或者类似的规律。 4 ) 动态性和多样性：和电力网格一样，用户的需求是变化的，所以动念 性是网格需要考虑的一个基本问题。 5 ) 自治性与管理的多重性：网格节点内部的自治和外部的受控整合是网 格的一个特征，分层的资源需要层次化的管理，而分层来自于网格节点的归属 问题和性能方面的考虑。 网格分为计算网格、数据网格、访问网格、信息网格、服务网格等。网格 是一个集成的计算与资源环境7 1 ，或者说就是一个计算资源池。它能够充分吸 纳各种计算资源，并将它们转换成一种随处可得的、可靠的、标准的、同时还 是经济的计算能力8 1 。除了各种类型的计算机，这里的计算资源还包括网络 第一章绪论 通信能力、数据资料、仪器设备、甚至是人等各种相关的资源，基于网格的问 题求解就是网格计算。就网格计算的体系结构，目前有五种形式：1 抽象层 次结构：2 积木块结构；3 概念空问结构；4 混合结构；5 O G S A ( O D e n G r i d S e r v i c e s A r c h i t e c t u r e ) 。其中最重要和最有影响力的是：在抽象层次结构中的 五层沙漏结构和O G s A 。o G s A 的意义，就在于它将网格从以科学与工程计算 为中心的学术研究领域，扩展到更广泛的以分布式系统服务集成为主要特征的 其他活动领域，其核心是以“服务”为中心。在O G S A 框架中，将一切都抽象为 服务，包括计算机、程序、数据、仪器设备等。这种观念，有利于通过统一的 标准接口来管理和使用网格。为了实现网格的上述目的，网格体系结构的构造， 必须既支持应用的多样性，又能够支持基础平台的异构性。开放式网格服务结 构，是目前最新的一种网格体系结构，被称为是下一代的网格体系结构。其基 本思想是以服务为中心，采用统一的W e bS e r v i c e 框架，将复杂的应用分解成 一系列简单的服务请求，并通过不同的网格服务来实现这些服务请求，这样就 可以将应用过程、资源的配置过程和具体物理资源的管理过程相分离，从而在 异构的物理资源平台上达到实现不同的应用功能的途径。以服务为中心，对应 用过程、资源的配置过程与物理资源的管理过程进行分层的思想，是网格体系 结构的基本原则，这样可以使得分布式系统具有可扩展性、可移植性、可维护 性和容错性1 9 J 。 制造网格【6 l 是现代集成制造哲理和敏捷制造模式在网络化经济环境下的 一种具体物化形式，目标是快速设计、快速制造、快速检测、快速响应和快速 重组，克服空间上的距离给不同企业间的协同带来的障碍，在最大程度上实现 设计、制造、信息、技术资源的共享，以及协同制造过程中物流、信息流、价 值流的优化运行，它能为实现敏捷制造和虚拟企业的运作提供支持，形成具有 数字化、柔性化、敏捷化等基本特征的优势互补的协同企业。而在这样的制造 网络支持下，整个制造网格系统中的制造企业群体将以较低的成本、较短的开 发周期，制造出符合市场需求的高质量产品。 实际上，特许连锁模式下的模具制造网格就是网格的一个应用。其基本原 则仍然是以服务为中心，对应用过程、各种资源的配置过程、以及具体物理资 源的管理与操作过程进行分层处理的思想。它与网格计算有所不同，由于模具 制造属于面向资源的单件全订货型生产方式，资源的能力在模具制造过程中扮 广东 二业大学工学硕士学位论文 演着举足轻重的角色。文献 1 提出的模具制造网格将物理意义上的制造资源 与相应的基本管理方法相结合，形成承诺具有提供某类服务“能力”的制造网 格单元，并对其进行标准化封装处理，这样做可以获得以下好处：易于进行资 源的快速高效配置；易于实现制造过程的标准化；易于进行制造系统的分层管 理；易于进行系统的扩展和维护。这样的制造系统将扮演一个综合各种制造技 术，揉合各种软硬件平台，屏蔽各种过程差异的角色。总而言之，网格化制造 无疑是建立在生产过程标准化、操作管理过程规范化基础之上的，并且可以与 许多不同的企业协作经营模式相匹配。 目前，网格在应用方面取得了一定的进展。当前国外正在应用或者进行中 的网格项目有f 6 ：美国科学格网( D O Es c i e n c eG r i d ) 、远程分布式计算与通信 ( D i s t a n c ea n dD i s t r i b u t e dC o m p u t i n ga n dC o m m u n i c a t i o n ，D i s C o m 2 ) 、地球系 统格网( E a r t hs v s t e mG r i dI I ，E S G ) 、国家地震工程仿真格网( N e t w o r kf o r E a r t h q u 8 k eE n g i n e e r j n gS i m u l a t i o nG r i d ，N E E SG r i d ) 、天体物理虚拟天文台 ( A s t r o n o m i c a lV i r t u a lO b s e r v a t o r v ，A V 0 ) 、英国国家格网( U K N a t i o n a lG r i d ) 、 德国的计算资源统一接口项目( u n i f o r mI n t e r f a c e t o C o m p u t i n gR e s o u r c e s ， u N I C O R E ) 、亚太地区格网( A P G “d ) 等。我国国内已开展了“国家高性能计 算环境”和“先进计算基础设施北京上海试点工程”两个项目【l 0 1 ，对网格计算进 行研究，这两个项目分别由中国科学院和清华大学牵头。前者已经研制出曙光 2 0 0 0 和曙光3 0 0 0 超级服务器；后者研制出清华A C I 系统，并且已经通过验收。 1 2 物流系统及研究综述 本文将焦点放到模具特许连锁网格化制造体系的物流系统上，研究这个制 造系统中的物流组织结构该如何划分，制造系统的物流任务是如何在物流组织 中进行协调并完成，并着重研究这个制造系统的物料供货策略。 1 2 1 制造企业的物流系统 通常，一个物流系统的基本功能包括【l l 】：运输、配送、存储、装载、包 装、流通加工、物流信息处理等。制造系统的物流是指从制造原材料进厂，经 过存储、加工、制造、包装直至产成品出厂整个过程中物料的存储、流转和转 第一章绪论 移。具体来讲，制造企业的物流管理范围包括以下四个方面( 如图1 2 所示) I ll 儿1 2 】1 1 3 J ： 1 ) 供应物流，即制造过程所必需的原材料、零部件、辅助材料等物料的 采购、进货运输、库存管理、供料运输与管理等活动。 制造企业的供应物流是以原材料、零部件的库存控制为核心展开的。库存 管理依据制造企业的生产计划和库存状况制定库存控制策略和物料供应计划， 库存管理确定在什么时候采购多少数量的何种物料。制造企业的采购业务则依 物料供应计划展开，首先需要对原料供应市场的信息进行收集和整理，选择供 应商，并且在得到物流管理部门的审核通过的情况下进行原材料、外购件等物 料的采购。原料供应依据生产消耗定额定时供料、送料。仓库管理依据规章制 度进行收料、发料和物料保管。供应物流管理还包括物料供应过程中各种信息 的采集、处理、统计分析及管理。 2 ) 生产物流，指原材料、零部件、辅助材料等投入到生产后，经过下料、 发料、运送到各加工点和存储点，以在制品的形态，从一个生产单位( 仓库) 流到另外一个生产单位，按照规定的工艺过程进行加工、存储。它起于原材料、 外购件的投入，终止于成品仓库，贯穿于企业的整个生产过程。 生产物流的管理包括生产过程中的物料管理、物流作业管理、物流系统状 态监控及信息管理。物料管理指管理生产过程中所需的各种物料，如毛坯、工 具、半成品、成品等。作业管理指依据生产加工需要，计划和调度各种运输设 备、规划运输路线，使所需物料及时通畅运达指定位置。状态监控指监测生产 物流系统进行中的物流状态( 包括设备状态、物料状态、运输线路情况等) ， 及时采取措施，排除故障，保障物流正常进行。信息管理指对生产过程中各种 物流信息的采集、处理、统计分析及管理。 生产物流的合理化要求生产物流过程具有连续性、平稳性和节奏性，使得 生产过程平稳和均衡，缩短生产周期，降低在制品库存。 3 ) 销售物流，即产成品到客户之间的物流，包括产成品的库存管理、包 装、配货、送货、销售订单处理等活动。 销售物流是企业物流与社会物流的衔接点，并与销售系统密切结合。销售 物流管理的基本目标是产成品包装的标准化、产成品库存保管、出入库的规范 化、产成品销售配送的优选化( 即运输方式、运输线路、运输车辆、运输时间 广东工业大学工学硕士学位论文 的优化选择) 。 4 ) 回收、废弃物流，包括废旧物资、边角余料等的回收利用，食业废弃 物料的运输、装卸和处理。 回收、废弃物流管理，是要详细掌握废弃物料的数量，并进行分类统计， 各种废弃物料尽量加以回收利用，无法回收利用的废弃物料则在环保的原则下 进行遗弃处理。 制造企业的物流系统比较复杂，总处在个不确定的环境中，受许多随机 事件的影响，是一个以离散事件为主的系统。物流系统的管理通过物流信息服 务，将物流系统的各个环节，包括运输、设备、采购及获取、包装、仓储、库 存计划与控制、需求预测、用户服务、订单处理、废弃利用与处理、生产、销 售等等联系起来，协调一致，以提高物流整体作业效率。制造系统物流管理与 控制的核心是在给定系统设计条件下进行物流的管理与运作，就是如何利用现 有的物流设备与资源对生产过程中的物料流和资金流、信息流进行科学的规 划、管理、控制，以达到系统规定的目标，如降低物流成本、提高物流效率及 物流质量等。 为实现制造企业物流系统的控制目标，通常采取的物流控制方式有： 1 ) 合理安排物流设施的空间布局。合理布置物流设施的目的是减少物料 流的迂回、交叉以及无效的往复运输、避免物料运输中的混乱、路线过长等a 2 ) 合理控制库存。库存控制的对象包括供应物料库存、在制品库存和产 成品库存。库存管理要满足三个目的，即降低库存水平、保证物料供应和降低 物流费用。这三个目标相互制约，互相影响，必须加以综合考虑，使库存保持 在合理水平。 3 ) 均衡生产。从物流的角度来看，均衡生产就是生产物流流量的均衡， 杜绝生产中的浪费。均衡生产的最佳状态是“一个流”。即从原材料投入到成 品产出过程，在制品始终处于不停滞、不间断、不超越、有节奏的个一个的 流动状态，是工序间在制品库存向零挑战的生产组织方式。 4 ) 合理配置和使用物流设施与资源。配备合适的物流机械与设备，并加 以合理使用( 例如合理配载运输车辆、优化运输路线等) ，提高物流作业效率， 增强物料搬运能力，提高物流系统的能力与服务水平。 5 ) 健全物流信息系统。建立完善的物流信息系统，使得各种物流信息在 第一章绪论 系统内准确、及时、畅通地流动。 一欺肚例翟I 一 土7 例们“ I 二闩旨例2 一二 二 一 供 叫原材卜叫生产过一叫产成卜l 一- 应 1 料存lI 程在制I品储l 顾客 商 叫储卜叫品存储f 叫存卜 I JI - _ i J L 卜_ 一一j 一一一- J 一一一_ J 一一一J 卜物料流I 信息流 图1 。2 制造企业的物流系统 F i g 1 2T h el o g i s t i cs y s t e mi nm a n u f a c t u r i n gs y s t e m 1 2 2 物流系统的建模与仿真技术研究概述 物流系统的建模与仿真一直是物流方面研究的重点，主要是应用系统科 学、运筹学、管理科学和最优控制理论等方面的知识，建立物流系统规划设计、 库存管理、配送决策、运输调度、物料搬运子系统等方面的优化决策和仿真模 型。 对于生产物流的仿真研究，国内的学者大多采用建立基于P e t r i 网的网络 模型的方式来研究物流系统，其基本思想是用库所集P 代表系统中实体和活 动的状态，用变迁集T 代表系统中的事件。例如，清华大学的吴耀华、颜永 年提出了一种基于P e t r i 网动态模型的物流系统的P e t r i 网模型，可以将物流 系统的物理过程通过网系统形象地表示出来。山东工业大学自动化系的常发 亮、刘长有分析了自动化立体仓库输送系统的若干调度问题，建立了该离散系 统的仿真P e t r i 网模型。上海交通大学自动化研究所李霄峰等针对宝钢炼钢连 铸物流系统及制造业的复杂物流系统，采用分层有色p e t r i 网进行建模【1 “。 9 广东工业大学工学硕_ L 学位论文 此外，有的国内学者还引入了面向对象的离散事件系统建模和仿真方法。 例如，山东工业大学的张丹羽等基于面向对象方法学，采用窗口界面技术，提 出了一种面向对象和基于图形的建模仿真环境的技术方案，面向对象技术解决 了F M S ( 柔性制造系统) 中的模型复杂性高和可重用性差的问题；上海交通 大学自动化研究所戴晓明等基于面向对象方法开发了离散事件动念系统仿真 工具D E D S s i m ，它运用c 0 M ( c o m p o n e n t o b j e c t M o d e l ) 组件技术，采用图形窗 口环境，通过拖放方式组态系统，联线方式建立模型间逻辑联系，并具备系统 扩展功能，已经在某一炼钢连铸物流系统得到了成功地运用1 5 。 随着经济全球化，新技术、新产品和新需求的不断出现，制造企业面临的 是一个更加复杂的生态环境。人们对于物流系统的研究不再局限于单个的企业 内，而是将目光投到了整个供应链上。供应链I l6 】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络链状结构模式。与传统的物流系统相 比，供应链管理环境下的物流系统是从供应链整体角度进行物流规划，增加物 流信息共享的程度，强调合作和协调，要求响应敏捷，能提供灵活多样的物流 服务。 目前国外对物流研究的重点主要集中在整个供应链或者物流链的管理和 控制。很多国外学者用仿真技术来分析供应链。D o b r i l aP e t r o v i c 等17 】 1 剐开发 了一个特殊的仿真工具s C S I M ，用来分析生产供应链在不确定面前的行为和 性能。F e l i xTsc 等 1 9 】建立了一个供应链仿真模型，比较集中订单下达策略， 找出其中的最优策略。 供应链环境下，物流系统的业务流程需要在多个企业及其多个信息系统之 间进行互操作，供应链的动态构建使得物流业务在动态环境中发生，大量的数 据信息和动态决策过程需要物流系统高效及时地进行处理。代理技术( A g e n t ) 所具有的自治性、主动性、社会交互性等特性，为物流系统的研究提供了新的 解决方案。 英国电信实验室智能代理研究小组基于多代理系统( M u l t i I a g e n ts y s t e m ) 的原理开发出Z e u s 多代理设计开发平台( T h e z e u s A g e n t B u i l d i n gT o o l k i t ) ，来 模拟、优化、控制企业供应链的运行。F r a n c e 等人【2 0 1 将多A g e n t 系统应用到运 1 0 第一章绪论 输领域，用A g e n t 技术对城市交通问题建立优化调度模型。K o h o u t 等人川对 于车辆路径问题( v e h i c l er o u t i n gp r o b l e m ，V R P ) 用A g e n t 建立了模型，并提出了 随机改善的启发式方法。A n t h o n y 等人f ”】通过扩展的合同网协议( e x t e n d e d c o n t r a c t i n gp r o t o c 0 1 ) 的协商机制，运用A g e n t 技术建立了一个支持物流计划与 生产计划的模型，模型中不仅考虑了生产调度，而且考虑了物流服务的实用性 及费用。国内也有不少研究人员用A g e n t 技术对物流系统进行了研究。朱卫锋 等【23 J 用多A g e n t 系统对复杂物流系统建立了一个分布式多代理仿真结构模型。 陈军安 2 4 】等用多A g e n t 系统建立了物流信息系统管理模型。周宏等人2 5 1 则构 建了基于多A g e n t 的网络物流配送决策系统结构，并分析了该系统中A g e n t 间的 运作方式。 鉴于H o l o n 控制系统( 第二章将详细介绍) 兼具递阶控制系统和分布式系 统的优点，已有研究人员借鉴H 0 1 0 n i c 制造系统的研究成果，将H o l o n 思想引入 到物流系统的研究中来，例如文献f 2 2 所建立的模型是具有H o l o n i c 结构多 A g e n t 系统。文献 2 6 】所介绍的T E L E T R u C K 系统是德国D F K I 公司为一家运输 公司设计的运输配送智能软件系统。该系统利用多A g e n t 技术解决最优的货物 运送方案，它能够动态进行调度，计算最优的运输路线和车辆调配方案，同时 也能监控各个线路和车辆的运送情况并进行相应的凋整。但是该系统有别于一 般的多A g e n t 系统，其a g e n t 是h o l o n i c 组织结构的a g e n t ( h o l o n i ca g e n t s ) ，即以 a g e n t 为内核的h o l o n i c 结构。这两篇文献主要是从多a g e n t 系统的角度进行分析 的，都没有明确提出物流h o l o n 之间的协调和控制机制。 另外，物流系统的规划设计也一直是物流研究的一项重要内容。主要包括 布局问题( s y s t e ml a y o u tp l a n n i n g ，S L P ) 、选址一分派问题( 1 a y o u ta s s i g n m e n t p r o b l e m ，L A P ) 、车辆一路径问题( v e h i c l er o u t i n gp r o b l e m ，V R P ) 和选址一路径 问题( 1 0 c a t i o nr o u t i n gp r o b l e m ，L R P ) 等【1 4 】。这些问题一般是用运筹学知识来建 模和求解，所建立的模型有确定性和非确定性模型，求解算法有精确算法也有 近似算法，主要目的是选取恰当的设施数目、设旋位置，合理确定设施能力、 分派服务对象、安排车辆及路径，可以降低整个供应链的物流成本，提高供应链 管理的水平，加快对客户需求的响应速度，提高服务质量，增强客户对物流环节 的满意度，降低供应链运作成本。 广东工业大学工学硕士学位论文 1 2 3 库存系统的研究概述 库存理论将物料需求分为相关需求和独立需求。前者指某一物料的需求常 常是其他物料需求的直接结果，后者指各物料的需求是互不相关的。对于独立 需求库存控制采用的策略是订货点控制策略即何时进行订货策略，其常用 的库存补给策略有四种：( 1 ) 连续检查库存的( Q ，s ) 策略( 2 ) 连续检查库存 的( s ，s ) 策略( 3 ) 周期检查库存的( T ，s ) 策略( 4 ) 周期检查库存的( T ，s ，s ) 策略。其中Q 是采购批量，s 是安全库存，S 是最大库存量，T 是检查周期。 对于以上各补给策略中的参数，需要建立库存模型求解出来。常用的库存 模型按需求量和提前期的特点划分为确定性库存模型和随机性库存模型。确定 性模型的需求量可以用一个常数或者变量来表示，提前时间或者不存在或者存 在但确定，求解较为简单，例如最经典的经济订货批量模型( E O Q ) ；随机性 模型的需求量和提前期是随机变化的、不确定的，求解较困难，例如卖报童问 题模型。 近二三十年来，国内外学者对配送网络中的库存系统进行了广泛的研究， 一个仓库( 或中心仓库) ，多个零售商的情况受到特别关注【27 1 。A x s a t e r 和z h a n g 假设仓库采用常规的点库存批量订货策略，同质的零售商采用联合补充的策 略，其成本较高。D