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1、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 物流工程是一个伴随现代社会发展而产生的新兴 交叉学科，处在不断发展和演化中，它融合了多门前 沿科学的知识，涉及到机械、控制、信息、管理、交 通运输等多个传统工程领域，贯穿了现代系统科学的 思想内涵，具有前沿性、综合性、复杂性、涌现性、 实用性等特征。总的来看，社会对物流工程人才的需 求，需要具备如下特征：基础知识厚实、工程能力强 、适应能力强、创新能力强。 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
2、前沿研究方向 一系统科学的发展 1.1 系统科学的新时代 1.2 系统复杂性 1.3 物流过程的复杂性自组织化 1.4 复杂系统的常用模型 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
3、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 科研工具与科学方法的创新 实验科学：实验装置、实验台 科学计算：计算机模拟、模拟现实、虚拟现 实 开放的大科学。 现代系统科学的研究需要计算机！ 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
4、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
5、 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
6、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 基本概念 1）复杂性的哲学认识： 复杂性与简单性 复杂性是现代科学中最复杂的概念。 不同层次的复杂性：纯粹物理系统的复杂性属 于最低层次的复杂性。 针对具体的复杂系统进行研究：开放的复杂巨 系统、规则支配的复杂自适应系统。 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
7、。 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
8、 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
9、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 动态系统的变量类型：空间变量、时间变量 、状态变量。一般是连续的，在实际研究中 常进行离散化。 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
10、技术 2.1 系统与模型 系统：按照某些规律结合起来，互相作 用、互相依存的所有实体的集合或总体。 系统三要素：实体、属性、活动。 系统的状态、环境、边界 研究系统一般要建立模型。 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。 上海外高桥五期集装箱码头物流系统仿真模型上海外高桥五期集装箱码头物流系
11、统仿真模型 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 主要研究内容(重点领域、强势方向) 机械动态设计方法研究: 动力学建模与分析、结构应力场计 算、 。 虚拟设计技术研究: 三维立体图象、动力学、运动学的结合 可靠性设计方法研究: 基于概率统计方法的应力强度设计 优化设计方法研究: 机构运动轨迹的优化、重量优化、 参数化设计：岸边集装箱起重
12、机、典型机构的参数化设计 研究主要结合的对象 港口起重机: 门座起重机、散货专用机械、岸边集装箱起重 机 其他机械: 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
13、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
14、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
15、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(Radio Frequency Identification Technology)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、
