物流工程专业导论8-物流工程中的系统科学课件

物流工程专业导论

——物流工程中的系统科学

周强教授、博导物流工程考试要求

写一个小论文:2700-3200字

内容要求:专业的认识,未来的打算

格式要求:手写,不得打印

主要内容一．系统科学的发展二．物流系统建模与分析技术三．物流工程的前沿研究方向1.1系统科学的新时代19世纪：进化的时代，热力学第二定理（物理进化论），达尔文的生物进化论；20世纪：20-30年代：相对论、量子力学。50年代以后：信息与控制的时代；控制论、信息论、系统论（一般系统论）。1.1系统科学的新时代

21世纪：复杂系统的研究时代；系统科学是一门研究事物整体的学科，是一门从事物整体性的角度观察世界、研究事物、认识问题的学问。1.1系统科学的新时代宏观与微观的整体统一问题。生产物流系统的组成单元与生产线的关系问题物流系统状态信息---信息获取技术

1.1系统科学的新时代科学探索重点方向的变化：（1）从追求简单性到探索复杂性；（2）从对存在的研究转向对演化的研究；（3）从以主要研究线性相互作用转向重点研究非线性相互作用。科学思想方法上带来的变化。1.1系统科学的新时代系统科学的对象与问题研究事物的属性！数学是研究事物的数量、形态及相互关系的学问；系统科学是研究事物整体性的学问，是关于整体的科学。整体不同于部分和（牵一发而动全身、缺一不可）1.1系统科学的新时代（1）“整体大于部分和”还是“整体不同于部分”；（2）整体与总体、全局、全体、集合。整体强调属于它的事物（元素）间必须存在特定的“组成方式”，并产生出不同于组成部分的“特殊属性”。全局反映整体的一定格局；全体表明元素数量的齐全；总体是某种性质事物的全体；集合只强调属于同一集合的元素所具有的某种共同属性，而不研究元素间通过什么样的相互作用来构成一个整体。1.1系统科学的新时代整体生存于环境中一个事物的整体性总是相对于其他事物的整体而言的，这些其他事物的全体构成了该事物的环境。整体的四大问题内部看：研究系统的结构；外部看：研究系统的性态或性能；系统运动特征：演化、发展系统价值：整体价值与价值实现1.1系统科学的新时代系统科学的四大特点基础性：为其他学科提供一般的研究思路、理论、观点和方法；与数学组成其他科学的交叉基础。数学、牛顿力学系统科学可作为管理科学、自然科学的研究基础！前沿性：从研究的内容看，复杂的社会经济系统、生命系统、智能系统（或人为系统）为对象；论文数量多；混沌、分形、狐子、元胞自动机等学科都与系统的非线性研究有关。1.1系统科学的新时代综合性：非单一性、擅长研究复杂的自然与社会系统、横断性（数学是横断学科的典型）。系统科学综合性的体现是研究与整体属性有关的问题：组成、结构（层次与关联）、属性、演化、价值。实用性：追求实效、过问价值、求得最优。系统工程——系统科学的应用。系统科学的体系基础系统论、复杂系统论、系统方法论1.2系统复杂性2）复杂性复杂性就是系统的动力学特性。复杂系统是指系统元素多、层次多、关联关系复杂，表现出非线性特征和不确定性特征的一类系统。复杂性的来源：规模、结构、环境、动力学因素、非平衡态、不可积性、不可逆过程、非线性、不确定性、主动性与能动性、智能性、人类的理性与感性。1.2系统复杂性复杂性程度的表达

观点一：状态空间维数、参量变化的阶数、演化中相互关系的次数、分数维数；观点二：分布函数、熵（1）广义集合（2）分布函数（3）复杂程度——熵1.3物流过程的复杂性——自组织化1）自组织的概念系统论观点：“自组织”是指一个系统在内在机制的驱动下，自行从简单到复杂、从粗糙向细致方向发展，不断提高自身的复杂度和精细度的过程。热力学观点：“自组织”是指一个系统通过与外界交换物质、能量和信息，而不断地降低自身的熵含量，提高其有序度的过程。1.3物流过程的复杂性——自组织化统计力学观点：“自组织”是指一个系统自发地从最可及状态向几率较低的方向迁移的过程。进化论观点：“自组织”是指一个系统在“遗传”、“变异”和“优胜劣汰”机制的作用下，其组织结构和运行模式不断地自我完善，从而不断提高其对于环境的适应能力的过程。1.3物流过程的复杂性——自组织化2）自组织的特征“他组织”与“自组织”信息共享、单元自律、短程通信、微观决策、并行操作、整体协调、迭代趋优3）自组织的机制生物进化、社会发展等自组织过程的发展方向是从混乱走向有序；热力学第二定理：一个孤立的系统必然从有序走向混乱。1.3物流过程的复杂性——自组织化4）自组织的过程自组织过程是一种降低系统的熵含量、提高其有序度的过程，是系统的状态由高几率向低几率迁移的过程。1.4复杂系统的常用模型模型类型空间变量时间变量状态变量偏微分方程PED连续连续连续耦合常微分方程COED离散连续连续耦合映象格子CML离散离散连续元胞自动机CA离散离散离散二．物流系统中的建模与分析技术2.1系统与模型

2.2物流系统建模技术的应用

二、物流系统中的建模与分析技术模型：

模型是一个系统的物理的、数学的、或其他方式的逻辑表述，它以某种确定的形式（如文字、符号、图表、实物、数学公式等）提供关于系统的知识。

数学模型、物理模型、概念模型二、物流系统中的建模与分析技术2.2物流系统建模技术的应用

分析物流系统的整体效率，识别系统的瓶颈，优化物流系统的配置及性能参数。三．物流系统的前沿研究方向3.1先进设计理论及方法

3.2机械工况监测与故障诊断

3.3机械结构疲劳损伤与可靠性

3.4现代机电控制与机器人技术

3.5现代港口物流技术与装备

3.6物流系统规划与仿真

3.7物流系统自动化与智能化

3.8生产调度与管理3.1先进设计理论及方法学科业绩多次获得国家、交通部、省级科技进步奖、发明奖,次数最多研究者知识能力的要求与培养数学、理论力学、材料力学、结构力学、机械设计、计算机编程技术、3.2机械工况监测与诊断主要研究内容(重点领域)典型机械的故障诊断方法研究:振动、声发射、超声波、磁检测技术、铁谱技术等,典型对象有:钢丝绳、皮带、大轴承、滑轮、…起重机金属结构的裂纹检测与监测技术（工程难题）:振动、声发射、超声波、磁检测方法、光纤应力测量技术、…故障信号的信息处理技术:统计分析、谱分析、非平稳信号处理、数据融合技术、……远程监测技术:信号远程传输技术、信息接口研制、远程监测与控制系统开发、……传感装置集成技术研究:感应、放大、变换、采集、无线发射、……3.2机械工况监测与诊断设备监测与诊断综合方法研究:多种方法综合应用、多源信息融合理论、设备在线监测系统的开发、……设备管理:设备管理体制、设备维修体制、设备管理信息系统、大型港口设备维修决策模型、……研究主要结合的对象港口机械、其他机械、……学科业绩

多次获得省部级科技进步奖

研究者知识能力的要求与培养数学、理论力学、结构力学、材料力学、机械、金属结构、计算机编程、测试技术、仪器与计算机硬件、信息与信号3.3机械结构疲劳强度与可靠性主要研究内容(强势方向)金属结构疲劳研究:疲劳损伤理论、疲劳裂纹的检测与控制、疲劳寿命预测技术、钢丝绳疲劳试验研究:滑轮疲劳试验研究:卷筒疲劳试验研究:研究主要结合的对象港口机械、其他机械学科业绩

多次获得省部级科技进步奖,钢丝绳滑轮卷筒研究水平为国际一流

研究者知识能力的要求与培养数学、材料力学、结构力学、试验技术、材料失效理论3.4现代机电控制与机器人技术主要研究内容传感器网络技术:多源信息处理、网络结构形式、机器人移动控制技术:防碰撞技术、方向确定与控制机电控制方法研究:模糊控制、精确控制、预测控制定位控制技术研究：行走定位、运动定位、防摇控制节能控制技术：起重机节能控制技术、皮带机节能控制技术、控制技术的可靠性分析、研究主要结合的对象港口机械、其他机械研究者知识能力的要求与培养数学、力学、控制理论、流体动力与液压系统、计算机软硬件、电子电路、机械控制、3.5现代港口物流技术与装备主要研究内容(重点领域)新型港口起重机的研制:臂桥架式起重机、港口机械的参数化设计:典型机构参数化设计、港口起重机典型机构特性研究：钢丝绳与滑轮匹配技术、多层卷绕卷筒应用技术研究、……RFID(RadioFrequencyIdentificationTechnology)在集装箱生产物流中的应用研究：中间件的研制、信息系统的接口、读写器的研制、……港口新型装卸工艺技术研究：集装箱码头的自动化工艺、立体仓库工艺、煤炭码头堆场的圆筒仓工艺、煤炭集装箱化装卸工艺、……研究者知识能力的要求与培养3.6物流系统规划与仿真主要研究内容(重点领域)港口生产物流系统的规划与仿真:平面布局、装卸工艺、道路交通、系统的建模方法、模型试验与数据分析。集装箱码头、专业散货码头、件杂货码头、……物流生产过程的虚拟现实技术:三维动画、立体图象、计算机图形的实现方法、……物流配送中心的规划与仿真研究：平面优化布局、……物流园区的规划与仿真：临港物流园区、区域物流园区。选择地址、物流量预测、功能确定、仿真研究、……生产物流建模与仿真研究：物流生产系统的设备优化配置研究、……

3.6物流系统规划与仿真学科业绩近几年多次获得航海学会、港口协会等省部级科技进步奖,成为物流工程学院的一个强势学科研究者知识能力的要求与培养数学、不确定性数学、工业系统生产流程、系统建模、计算机编程、计算机图形学、……3.7物流系统自动化与智能化主要研究内容物流设备的控制技术:模糊控制、节能控制技术（超级电容在起重机上的应用）、新型控制技术在港口起重机上的应用研究、……物流园区的节能控制技术:物流系统的安全生产监控技术：安全信息获取技术（传感技术）、监控系统研制与开发、（参照"4.4现代机电控制与机器人技术"）研究者知识能力的要求与培养数学、控制理论、液压与气动技术、电子电路、测试技术、计算机控制、……3.8生产调度与管理主要研究内容配送中心的车辆调度:行驶路径优化、车辆配置、……集装箱码头设备调度:岸桥调度、集装箱卡车调度、场桥调度集装箱码头堆场集