制造業(yè)——物流業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展的無模型控制方法研究

鄭飛+李逢玲

摘 要：根據(jù)動態(tài)大系統(tǒng)的多層遞階結(jié)構(gòu)思想，討論了制造業(yè)——物流業(yè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的無模型控制問題，建立了相應(yīng)的無模型控制算法，并通過佛山市制造業(yè)——物流業(yè)系統(tǒng)的實(shí)證分析，證明其效果是良好的。

關(guān)鍵詞：制造業(yè)與物流業(yè)；協(xié)調(diào)發(fā)展；無模型控制

Abstract： On the basis of the idea of the multilayer hierarchical structure of dynamic large-scale system， the model free control law for the coordinated development between manufacturing industry and logistics industry are discussed and the corresponding model free algorithm is set up. And then， by the empirical analysis on manufacturing industry and logistics industry system in Foshan city， the best results are explained.

Key words： manufacturing industry & logistics industry； coordinated development； model free control

引 言

制造業(yè)與物流業(yè)的聯(lián)動與協(xié)調(diào)發(fā)展，是理論界與政府熱議的論題之一。經(jīng)濟(jì)新常態(tài)下，產(chǎn)業(yè)間的競爭日趨激烈，在深化勞動分工、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、構(gòu)建產(chǎn)業(yè)核心競爭力以及推動區(qū)域經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展等方面，物流業(yè)發(fā)揮著重要作用。制造業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)，其快速發(fā)展需要物流業(yè)的支撐，同時制造業(yè)的發(fā)展也有利于物流業(yè)的發(fā)展壯大。各地根據(jù)國務(wù)院2009年頒布的《物流業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》的精神，制定了本地的相關(guān)物流產(chǎn)業(yè)規(guī)劃。2009年12月，廣東省政府印發(fā)了《廣東省物流業(yè)調(diào)整和振興規(guī)劃》，提出促進(jìn)廣東現(xiàn)代制造業(yè)與物流業(yè)有機(jī)融合與聯(lián)動發(fā)展，為廣東省物流業(yè)的穩(wěn)定與發(fā)展制定了行動方案。2015年5月國務(wù)院發(fā)布的《中國制造2025》提出，通過“三步走”實(shí)現(xiàn)制造強(qiáng)國的戰(zhàn)略目標(biāo)。根據(jù)佛山市制造業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀，佛山市在十三五規(guī)劃中明確提出，到2020年將佛山建設(shè)成為中國制造業(yè)一線城市。

在當(dāng)前產(chǎn)業(yè)狀況和經(jīng)濟(jì)環(huán)境方面探討制造業(yè)與物流業(yè)的協(xié)調(diào)發(fā)展方面，思路多樣，主要從制造業(yè)物流外包角度、物流業(yè)的發(fā)展、兩業(yè)聯(lián)動的發(fā)展模式等方面進(jìn)行了研究，所有這些研究都認(rèn)為制造業(yè)與物流業(yè)通過相互銜接、互為依托，協(xié)調(diào)發(fā)展，不僅有利于制造業(yè)與物流業(yè)的發(fā)展，而且是調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)增長方式轉(zhuǎn)變的重要途徑。但對如何對制造業(yè)——物流業(yè)系統(tǒng)的發(fā)展實(shí)施有效控制的研究卻甚少。

由于現(xiàn)有研究制造業(yè)——物流業(yè)系統(tǒng)控制問題的資料較少，因而在把制造業(yè)——物流業(yè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展研究與現(xiàn)代控制理論結(jié)合起來的過程中，不容易建立起制造業(yè)——物流業(yè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的數(shù)學(xué)模型。人們在控制理論及其應(yīng)用過程中發(fā)現(xiàn)，對于某些被控對象，要實(shí)施有效的控制策略并不容易。經(jīng)典PID控制盡管不需要數(shù)學(xué)模型，但只能應(yīng)用于非時變的單輸入單輸出系統(tǒng)；而智能控制由于包括了領(lǐng)域的專家知識和某些推理結(jié)構(gòu)，而存在一定局限性。同時因?qū)χ圃鞓I(yè)——物流業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展的研究，不僅涉及到制造業(yè)子系統(tǒng)和物流業(yè)子系統(tǒng)本身，而且也會涉及到社會經(jīng)濟(jì)的許多其他因素，不可能面面俱到。為此，本文討論不依賴于被控對象數(shù)學(xué)模型的自適應(yīng)控制律（無模型控制）以及制造業(yè)——物流業(yè)系統(tǒng)協(xié)調(diào)發(fā)展的無模型控制方法。

1 制造業(yè)——物流業(yè)雙向控制的大系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

根據(jù)大系統(tǒng)的多層遞階結(jié)構(gòu)思想，可以設(shè)計并建立制造業(yè)——物流業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展的多級遞階結(jié)構(gòu)如圖1所示。

在圖1中，最低級（第一級）為制造業(yè)——物流業(yè)基本模擬模型與局部控制系統(tǒng)。它是一個模型族。在大量調(diào)查的基礎(chǔ)上，使用行業(yè)發(fā)展預(yù)測模型、投入產(chǎn)出模型等，可以模擬制造業(yè)與物流業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀，進(jìn)行制造業(yè)——物流業(yè)系統(tǒng)的評價，將基礎(chǔ)信息目標(biāo)要求、各種約束條件及有關(guān)數(shù)據(jù)要求等傳遞給中間級（第二級）；同時接受中間級的控制要求，對子系統(tǒng)內(nèi)的被控對象進(jìn)行控制，如配套市政建設(shè)、產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級、推進(jìn)綠色生產(chǎn)、政策法規(guī)體制等。

中間級（第二級）為制造業(yè)——物流業(yè)雙向協(xié)調(diào)控制模型。該級的功能是：（1）分析協(xié)調(diào)滿足制造業(yè)——物流業(yè)系統(tǒng)多目標(biāo)要求的各種約束條件；（2）通過大系統(tǒng)自適應(yīng)協(xié)調(diào)控制手段，向下對制造業(yè)——物流業(yè)系統(tǒng)進(jìn)行雙向協(xié)調(diào)控制，向上提供制造業(yè)——物流業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展的最優(yōu)（或次優(yōu)）策略方案及綜合數(shù)據(jù)信息。

最高級（第三級）為多層次領(lǐng)導(dǎo)決策層。該層通過協(xié)調(diào)發(fā)展指數(shù)，采用無模型控制方法，根據(jù)當(dāng)時的社會經(jīng)濟(jì)狀況，建立相應(yīng)的綜合評價指標(biāo)和最優(yōu)的實(shí)施方案，從而實(shí)現(xiàn)制造業(yè)——物流業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)，為決策者決策服務(wù)。

2 制造業(yè)——物流業(yè)雙向協(xié)調(diào)控制模型

制造業(yè)——物流業(yè)系統(tǒng)是復(fù)雜的離散系統(tǒng)。根據(jù)復(fù)雜系統(tǒng)建模的基本思想，從子系統(tǒng)入手，進(jìn)而給出整個系統(tǒng)的模型結(jié)構(gòu)。因此，首先從制造業(yè)——物流業(yè)大系統(tǒng)的兩個子系統(tǒng)（制造業(yè)子系統(tǒng)和物流業(yè)子系統(tǒng)）入手來建立整體系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)。

設(shè)Xk，Uk分別表示第k時刻第i個子系統(tǒng)輸出向量、輸入向量，則子系統(tǒng)的模型結(jié)構(gòu)為：

3 佛山市制造業(yè)——物流業(yè)雙向協(xié)調(diào)控制

佛山市是珠江三角洲僅次于廣州與深圳的高速發(fā)展的地級市，為了實(shí)現(xiàn)2020年成為國內(nèi)制造業(yè)一線城市的目標(biāo)，必須做大做強(qiáng)物流業(yè)，發(fā)揮第三利潤源泉——物流的作用，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)與物流業(yè)的協(xié)調(diào)發(fā)展。根據(jù)時變參數(shù)系統(tǒng)的預(yù)測方法及《佛山市統(tǒng)計年鑒》中的數(shù)據(jù)，對佛山市制造業(yè)——物流業(yè)系統(tǒng)各指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測，結(jié)果如表1、表2所示。

實(shí)現(xiàn)佛山市制造業(yè)——物流業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展，不是一蹴而就、盲目冒進(jìn)就可以完成的，是個漸進(jìn)的過程，因此在進(jìn)行控制時只能進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。假設(shè)2019年各狀態(tài)指標(biāo)的期望值為：

x=170 000 000， x=260， x=6 000， x=300 000 000， x=90 000 000

x=11， x=195 000， x=850 000， x=42 000， x=6 900 000， x=7 400

根據(jù)不依賴被控對象數(shù)學(xué)模型的控制方法（無模型控制），可以得到2018年佛山市制造業(yè)——物流業(yè)控制系統(tǒng)相應(yīng)的次優(yōu)控制值為：

制造業(yè)全社會固定資產(chǎn)投資（萬元）u=11 089 753

交通運(yùn)輸倉儲業(yè)和郵電業(yè)全社會固定資產(chǎn)投資（萬元）u=4 278 615

由此可以看出，采用無模型控制方法，佛山市2018年可以在適當(dāng)增加制造業(yè)與交通運(yùn)輸倉儲業(yè)和郵電業(yè)全社會固定資產(chǎn)投資的情況下，就可使制造業(yè)——物流業(yè)控制系統(tǒng)的各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到預(yù)想的目標(biāo)。

4 結(jié) 論

本文提出的制造業(yè)——物流業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展的無模型控制方法，用“小擾動”手段，結(jié)合佛山市的實(shí)際，理論性強(qiáng)，結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)用，可操作性強(qiáng)，能夠有效地應(yīng)用到大系統(tǒng)的次優(yōu)控制策略中，在制造業(yè)——物流業(yè)協(xié)調(diào)發(fā)展方面具有廣闊的應(yīng)用前景。由于所選指標(biāo)的局限，可能由于未考慮的因素，因?yàn)樽罱K的次優(yōu)控制結(jié)果與佛山市的實(shí)際情況會有出入，但并不會影響模型本身的理論性與實(shí)際操作性。

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