閉環(huán)供應鏈協(xié)調(diào)無模型控制方法及應用研究

摘 要：文章從大系統(tǒng)分析與預測控制的角度，研究了閉環(huán)供應鏈大系統(tǒng)環(huán)境——經(jīng)濟雙向協(xié)調(diào)控制問題。運用動態(tài)大系統(tǒng)的相關理論，結(jié)合時變系統(tǒng)辨識方法和不依賴于被控對象的自適應控制律（無模型控制律），提出了閉環(huán)供應鏈環(huán)境——經(jīng)濟雙向協(xié)調(diào)無模型控制算法，同時針對閉環(huán)供應鏈多輸入多輸出、強耦合且很難解耦的系統(tǒng)，提出了相應的多輸入多輸出非線性系統(tǒng)的無模型控制算法，并較好地將此無模型控制律應用于某紡織服裝閉環(huán)供應鏈系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制中。

關鍵詞：無模型控制；協(xié)調(diào)控制；閉環(huán)供應鏈；大系統(tǒng)

中圖分類號：F274 文獻標識碼：A

Abstract： In this paper， from the perspective of large system analysis and predictive control， the problems on the environmental——economic two-way coordinated control in closed-loop chain large system are studied. On the basis of the related theory of dynamic large system， with the identification method of time-varying system and the adaptive control law independent on the controlled object（model free control law）， the environmental——economic two-way coordinated model free control algorithm in closed-loop chain system is put forward； meanwhile， for the system of MIMO， strong coupling and very difficult decoupling for closed-loop chain， the corresponding model free control for the MIMO nonlinear system is proposed， and the model free control laws are applied to the coordinated control of a textile and apparel closed-loop supply chain system.

Key words： model free control； coordination control； closed-loop supply chain； large system

0 引 言

資源與環(huán)境問題一直是人類關注的熱點。自20世紀90年代以來，隨著傳統(tǒng)經(jīng)濟發(fā)展模式向循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展模式的轉(zhuǎn)變，學術(shù)界、企業(yè)界和政府越來越重視以廢舊產(chǎn)品回收再利用為主要特征的閉環(huán)供應鏈管理。一方面，由于產(chǎn)品更新?lián)Q代的加快，產(chǎn)品使用年限縮短[1]；其次，回收的廢舊產(chǎn)品在數(shù)量、質(zhì)量、時間上存在嚴重的不確定性，使得閉環(huán)供應鏈較傳統(tǒng)供應鏈更為復雜；第三，閉環(huán)供應鏈各節(jié)點間既相互協(xié)作又互相競爭，同時決策分散[2]。因此，為了實現(xiàn)閉環(huán)供應鏈整體經(jīng)濟與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，對鏈中的供應商、制造商、經(jīng)銷商以及產(chǎn)品回收商等節(jié)點企業(yè)的目標進行有效控制就顯得尤為重要。

大量實踐證明，在自動控制理論及應用的發(fā)展過程中，建立某些動態(tài)系統(tǒng)可以用來設計有效的控制策略的數(shù)學模型非常困難，甚至不可能。經(jīng)典的PID控制只能較好應用于單輸入——單輸出非時變線性系統(tǒng)，智能控制律的設計往往包括緊密依賴于被控對象的專家知識系統(tǒng)和某些推理機構(gòu)，而閉環(huán)供應鏈涉及到各節(jié)點的經(jīng)濟利益、資源的有效利用和環(huán)境保護問題等多個方面[3-6]。因此本文通過閉環(huán)供應鏈中環(huán)境——經(jīng)濟雙向協(xié)調(diào)控制問題的研究，運用動態(tài)大系統(tǒng)的相關理論，探討閉環(huán)供應鏈大系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制問題，提出閉環(huán)供應鏈系統(tǒng)的協(xié)調(diào)控制模型、系統(tǒng)辨識方法和自適應協(xié)調(diào)控制算法，并討論閉環(huán)供應鏈系統(tǒng)協(xié)調(diào)無模型控制律問題。

1 閉環(huán)供應鏈中環(huán)境——經(jīng)濟系統(tǒng)雙向控制的大系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)大系統(tǒng)理論的多級遞階結(jié)構(gòu)和多段控制的基本思想[6-14]，對于閉環(huán)供應鏈系統(tǒng)，本文設計并建立其協(xié)調(diào)控制的多級遞階結(jié)構(gòu)如圖1所示。該結(jié)構(gòu)共分為3級，即最高級、中間級和最低級。

最高級為閉環(huán)供應鏈協(xié)調(diào)控制級。通過遞階結(jié)構(gòu)，完成閉環(huán)供應鏈系統(tǒng)管理與控制的總?cè)蝿?，實現(xiàn)閉環(huán)供應鏈協(xié)調(diào)發(fā)展的總目標。

中間級為閉環(huán)供應鏈遞階控制級。通過分析、預測、優(yōu)化與決策等協(xié)調(diào)方法，對正向供應鏈子系統(tǒng)與逆向供應鏈子系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)控制，并向上一級（即最高級）傳遞信息，完成全過程控制，從而實現(xiàn)閉環(huán)供應鏈系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展。

最低級為環(huán)境經(jīng)濟基本模擬模型。當它向上（即中間級）傳遞基礎信息時，按經(jīng)濟系統(tǒng)和環(huán)境系統(tǒng)兩個橫斷面，分別選用適當?shù)慕?jīng)濟與環(huán)境模型，模擬經(jīng)濟子系統(tǒng)與環(huán)境子系統(tǒng)的狀況，進行環(huán)境——經(jīng)濟系統(tǒng)的評價，并為中間級提供目標要求、各種約束條件及有關數(shù)據(jù)要求等；同時按中間級的控制要求，通過對供應商、制造商、經(jīng)銷商、回收商的相關活動如技術(shù)改造、原材料成份變化、替代品的開發(fā)、新產(chǎn)品開發(fā)、廢棄物回收與利用、營銷等手段，向下對經(jīng)濟子系統(tǒng)和環(huán)境子系統(tǒng)進行具體控制。

2 閉環(huán)供應鏈中環(huán)境——經(jīng)濟系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制模型及其辨識

2.1 閉環(huán)供應鏈系統(tǒng)協(xié)調(diào)控制模型的結(jié)構(gòu)

閉環(huán)供應鏈系統(tǒng)是復雜的離散系統(tǒng)。按復雜系統(tǒng)建模的思想[6-7]，可將整個閉環(huán)供應鏈系統(tǒng)分解為兩個子系統(tǒng)（經(jīng)濟子系統(tǒng)和環(huán)境子系統(tǒng)），分別從每個子系統(tǒng)模型入手，進而給出其整體協(xié)調(diào)模型結(jié)構(gòu)。

3 閉環(huán)供應鏈中環(huán)境——經(jīng)濟系統(tǒng)自適應協(xié)調(diào)控制算法

4 閉環(huán)供應鏈系統(tǒng)的無模型控制

如前所述，閉環(huán)供應鏈系統(tǒng)包括正向供應鏈和逆向供應鏈，涉及到供應商、制造商、分銷商、零售商、消費者以及回收商等多個節(jié)點企業(yè)[2]，每個節(jié)點企業(yè)都有自己的經(jīng)濟目標和環(huán)境目標，同時為了完成閉環(huán)供應鏈協(xié)調(diào)發(fā)展的總目標，它們需緊密聯(lián)系。因此就閉環(huán)供應鏈整體而言，它是一個多輸入多輸出的強耦合且很難解耦的系統(tǒng)，我們可以使用不依賴于被控對象的控制率，來尋求這類多輸入多輸出非線性系統(tǒng)的無模型控制算法。

4.1 擬優(yōu)勢控制變量

4.2 φk的估計

4.3 無模型控制率

5 閉環(huán)供應鏈中環(huán)境——經(jīng)濟系統(tǒng)雙向控制實例

佛山某服裝企業(yè)成立于1990年，是一家以生產(chǎn)銷售童裝為主的民營企業(yè)。經(jīng)過20多年的經(jīng)營，該企業(yè)目前與供應商的關系穩(wěn)固，具有成熟的銷售網(wǎng)絡，與供應商、經(jīng)銷商之間結(jié)成了戰(zhàn)略同盟，共享信息資源，與此同時，該企業(yè)從2008年開始，在廢舊服裝回收、利用及廢棄等方面，逐漸建立并形成自己的較為完整的閉環(huán)供應鏈。根據(jù)該企業(yè)2008年到2014年的各項指標數(shù)據(jù)，按照時變系統(tǒng)的預測方法，可得到以該企業(yè)為核心的閉環(huán)供應鏈中環(huán)境——經(jīng)濟系統(tǒng)各指標的預測值，如表1和表2所示。

從以上可以看出，采用無模型控制律的控制方法，可以通過降低總資產(chǎn)報酬率、利潤增長率，加大總資產(chǎn)周轉(zhuǎn)率、銷售增長率、庫存周轉(zhuǎn)率以及科研開發(fā)力度，同時適當增加污染治理資金，提高廢舊紡織品的利用水平，從而使該閉環(huán)供應鏈中的環(huán)境——經(jīng)濟雙向控制系統(tǒng)達到預期目標。

6 結(jié) 論

本文從分析與預測控制的角度，討論了閉環(huán)供應鏈環(huán)境——經(jīng)濟協(xié)調(diào)控制問題，運用動態(tài)大系統(tǒng)的相關理論，結(jié)合時變系統(tǒng)辨識以及不依賴于被控對象的自適應律（無模型控制律），提出了閉環(huán)供應鏈環(huán)境——經(jīng)濟雙向協(xié)調(diào)無模型控制算法，同時針對多輸入多輸出的強耦合且很難解耦的系統(tǒng)，提出了相應的多輸入多輸出非線性系統(tǒng)的無模型控制算法。

本系統(tǒng)所提出的算法，邏輯清晰、結(jié)構(gòu)簡單、規(guī)范，操作方便，在閉環(huán)供應鏈協(xié)調(diào)控制有著廣泛的應用前景。此外，本文通過以某童服制造為核心企業(yè)的閉環(huán)供應鏈為實例，介紹了采用所提出的無模型控制方法進行閉環(huán)供應鏈協(xié)調(diào)控制的實際操作過程，將有助于逐步引導閉環(huán)供應鏈節(jié)點企業(yè)按照閉環(huán)供應鏈協(xié)調(diào)發(fā)展的要求，充分利用資源，進行低碳生產(chǎn)，實現(xiàn)閉環(huán)供應鏈系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展。

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