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基于Multi-Agent System的工程施工材料供应链管理仿真研究

日期:2020年10月25日 编辑:ad201107111759308692 作者:无忧论文网 点击次数:87
论文价格:150元 论文编号:lw202010121116324323 论文字数:37544 所属栏目:工程管理论文
论文地区:中国 论文语种:中文 论文用途:硕士毕业论文 Master Thesis

本文是一篇工程管理论文,本文分析了近年来工程供应链的研究情况,梳理了该领域的研究现状,对比分析了多种供应链仿真形式,阐述了工程供应链与复杂适应性原理的基本理论,根据前人的研究对库存策略模型以及工程施工材料供应链网络模型分别进行构建。分别建立了库存策略仿真模型以及工程施工材料供应链网络仿真模型,基于 Netlogo 仿真平台完成了仿真程序的构建。通过库存策略仿真模型研究了两种不同库存策略的特点并对双方进行分析,通过工程施工材料供应链网络仿真模型研究了不同因素对工程供应链演化趋势的影响。


1 绪论


1.1 研究背景与意义

1.1.1 研究背景

工程建设项目已成为推动我国 GDP 增长的引擎之一,引汉济渭工程、全运会工程、港珠澳大桥等一大批工程项目的建设,对我国综合国力的提高具有战略意义。因此,进一步提高工程建设的管理水平是影响工程建设领域未来发展的关键,也对我国未来的发展有着重大影响。在实际工程中,施工方与材料供应商分布在不同的区域,相互间的决策过程具有独立分散的特点,缺乏有效的沟通和信息的交流。工程建设项目中各个主体之间的独立决策使得工程总体质量下降,不同工程阶段或前后工序之间因供应跟不上而导致的脱节,使得人工、工期、材料等资源严重浪费,造成了大量的资金损失,损害了建设各方的利益。在工程施工阶段,施工单位的材料采购计划通常只根据自身的施工进度状况决定,而施工进度的突发情况并不能完全预料到并加以控制,因此原材料的采购计划具有不确定性等复杂性特征。这种现有的模式中,外加市场的不稳定性、施工单位需求量的不确定性双重影响之下,导致材料分销商难以向施工单位提供稳定的供应,进而影响施工单位的施工进度,存在工程工期延误的风险。

正是在这种现状的推动下,一些学者将目光转向了已有的供应链管理。以往的供应链管理案例显示,优化供应链网络能够节省 10%左右的物流成本[1],而实施供应链管理能够给企业减少不必要的开支。这使得工程师和相关学者决定将供应链管理与工程建设相结合进行研究。工程建设的成本中,劳动和材料成本比重很大,统计显示总承包商近 80%的成本源自于劳务和材料的花费[2],在水利水电项目中主要工程材料在总投资中的占比更是超过了 50%[3],而工程供应链设计不当将使施工成本上涨约 10%[4]。综上所述,在工程建设这一重要行业中,现阶段所遇到的问题需要新的方法进行研究,使得工程供应链管理获得了学者们的研究与关注。

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1.2 国内外研究进展

1.2.1 工程供应链研究现状

工程供应链作为从上世纪 90 年代开始发展的一个新兴交叉研究方向,一开始并没有得到重视,发展较为缓慢。但进入新世纪后学术界开始对这一领域逐渐重视起来。通过文献分析整理,对于工程供应链的研究主要分为以下 4 部分:

(1)起步阶段

George Ofori[5]提出供应链管理(SCM)的概念在制造业企业中应用普遍,以实现供应链中企业的互惠互利(从基本原材料到最终客户)。但是在建筑行业中并不广为人知。作者分析了在新加坡应用 SCM 整合施工过程从而解决其紧迫的问题的潜力,提出了关于如何增强 SCM 意识以及建筑企业应用 SCM 的建议。

Barker[6]探索了地形扫描方法(TSM)在工程供应链中应用,研究表明 TSM 可用于深入了解供应链能力,是构建工程供应链计划之前至关重要的第一步。

Ruben Vrijhoef[7]通过案例研究了工程供应链,得出了三个主要结论。首先,工程供应链中往往存在不必要的损耗与浪费。其次,大多数情况下浪费无法及时发现,只有在工程供应链的其他阶段才能发现。第三,造成浪费的主要原因是对工程供应链的控制不及时所导致的。

Akintola Akintoye[8]对英国顶级建筑承包商的供应链合作与管理情况进行了问卷调查,结果表明承包商、供应商和业主之间形成了合作伙伴关系,这是工程供应链管理得到重视的标志。但总体来说工程供应链管理(SCM)仍处于起步阶段,改进的生产计划和库存战略将是 SCM 在建筑中应用的主要目标。

David G Proverbs[9]通过研究欧洲承包商的施工实践,建立了成本最小化模型。认为对于施工方来说,进行工程供应链管理特别是施工阶段的供应链管理(即材料分销商,工厂和设备提供商等)是降低总体施工成本的有效手段。提出了“下游战略联盟”(DSA)的设想,同时 Carolynn Black[10]也认为合作而非对抗的策略可以有效地减少建筑工程在施工阶段的成本,Geoffrey Briscoe[11]则对工程供应链合作关系中的技能,知识和态度要求进行了探究。

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2 工程供应链及其仿真的相关理论


2.1 工程供应链基本理论

2.1.1 工程供应链的起源

供应链管理 SCM(supply chain management)是从上世纪 80 年代初,日本汽车企业丰田提出的准时生产(Just In Time)模式为源头发展而来,并由此提出了 SCM 这一新的理念。SCM 目的在于消除供应链上各主体间的沟通障碍,提高供应链中企业的整合程度并优化利用现有资源,为占领更多市场提供机会,为企业本身和社会创造更大的价值。

在此之后斯坦福大学(Stanford University)的访问学者 Koskela[49]第一次提出将 SCM运用到工程建筑行业,根据 Koskela 的思想初步形成了工程供应链管理(ConstructionSupply Chain Management,CSCM)的理论基础。正式提出理论要归功于 Bertelsen[50],William 和 Fischer[51]等学者,他们对工程供应链管理的理念、方法以及研究领域等进行了阐述,从此国内外的学者正式开始了对工程供应链管理的研究。

2.1.2 工程供应链的定义
工程供应链已经研究了近三十年,但是学者们对其的定义并不相同。Edum 等[52]将一个工程项目从开始立项直至建筑到达使用年限的整个过程统称为工程供应链,分为立项阶段,建设阶段,交付使用阶段,维修保养阶段和废弃处理阶段。

Xue 等[53]则认为工程供应链包含了在工程项目中各参与方的组织协调关系,不单单指施工方和材料供应方之间的交流,还包括业主、设计单位等成员之间的信息交流。

Vrijhoef 等[54]指出工程供应链应该特指在项目施工时工程材料成为建筑之前所经历的供应链,并将其划分为永久和临时两种供应链。并将 CSCM 的研究归纳为施工过程与供应链管理相结合,对工程供应链本身的优化管理以及工程材料运输过程管理 3 个方面。

O’Brien 等[55]将 CSCM 化分为产业经济学和工程供应链建模两部分,产业经济学对于分析市场及其对企业和供应链产生的影响有很大的帮助,工程供应链建模有助于从微观层面研究工程供应链并对其作出改进。

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2.2 复杂适应性系统理论

2.2.1 复杂适应性系统的定义

复杂性科学(Science of Complexity)是基于学科交叉提出的理论。国内研究复杂性科学的先驱是著名学者钱学森先生,他开创了开放复杂巨系统(open complex giant system,OCGS)为核心思想的钱学森学派,该学派认为复杂系统拥有适应性的特征,是一种不断朝着秩序演化的系统。

在国外,1984 年在盖尔曼(Gell-Mann)等科学家的筹备下,将研究物理、生物以及计算机科学等方面的学者聚集在一起,圣达菲研究所(Santa Fe Institute,SFI)由此成立。他们试图运用学科交叉的方法探究复杂性系统。在桑塔菲研究所成立 10 周年的一场讲座上,复杂适应性系统理论由霍兰德(Holland)研究员正式提出,以“适应性造就复杂性”为核心思想提出了一种新的思考方向。CAS 的理论基础来源于拥有适应能力且高度自治的个体,称其为主体(Agent)。

Agent 具有各自的目的和行为规则,通过环境的作用以及与其他个体的交互,不断调整自身行为与环境相适应,从而推动系统进化,使系统表现出各种复杂性,并涌现出系统的宏观行为。

主体能够依据自身的行为结果而改进其行动规则,通过这种适应能力在环境中生存。自适应性主体组成的系统将会随着其在系统内部的交互,进而展现为整个系统的改变、涌现等相应的进程。

根据复杂适应性系统理论,霍兰德把复杂系统看作由众多具有自主行为能力的 Agent构成的系统,系统宏观的表现是由系统中个体的运动组成的。但宏观现象又不仅仅是个体行为简单的线性叠加,也不是统计描述,而是通过系统内主体的适应性活动表现出来的。复杂适应性系统理论把微观与宏观、偶然与必然通过独立个体的适应性行为联系起来,摆脱了传统系统论的线性叠加和统计行为的束缚,为宏观系统复杂行为的研究提供了一个新的工具,是复杂系统科学思维方式的革命。

表3-1 相关参数设置

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3 基于 MAS 的工程施工材料库存管理研究................................17

3.1 引言...............................17

3.2 基础库存策略模型......................................17

4 基于 MAS 的工程施工材料供应链仿真模型构建........................28

4.1 工程施工材料供应链仿真模型框架设计...................................29

4.1.1 解析所研究问题..........................29

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