第七章 物流系统仿真

物流系统仿真7.1系统仿真概述7.2系统仿真的要素与类型7.3计算机仿真7.4物流系统仿真7.5物流系统仿真应用7.6案例分析：配送中心仿真与分析物流系统仿真7.1系统仿真概述7.2系统仿真的要素与类型7.3计算机仿真7.4物流系统仿真7.5物流系统仿真应用7.6案例分析：配送中心仿真与分析7.1系统仿真概述•7.1.1系统仿真的概念与起源•7.1.2系统仿真的发展阶段•7.1.3系统仿真的定义•7.1.4系统仿真的实质•7.1.5系统仿真的特点及作用7.1.1系统仿真的概念与起源•系统仿真是利用系统模型在仿真的环境和条件下，对系统进行研究、分析和试验的方法。•系统仿真是本世纪40年代末以来伴随着计算机技术的发展而逐步形成的一门新兴学科。•现代系统仿真技术和综合性仿真系统已经成为复杂系统特别是高技术产业不可缺少的分析、研究、设计、评价、决策和训练的重要手段，•其应用范围在不断扩大，效益也日渐显著。7.1.2系统仿真的发展阶段⑴直观模仿⑵仿真实验⑶功能仿真7.1.3系统仿真的定义系统仿真是建立在控制理论、相似理论、信息处理技术和计算技术等理论基础之上的、以计算机以及其它专用物理效应设备为工具、利用系统模型对真实或拟建的系统进行试验，并借助于专家经验知识、统计数据和信息资料对试验结果进行分析研究，进而作出决策的一门综合性的和试验性的学科。7.1.4系统仿真的实质系统仿真是一种对系统问题求数值解的计算技术。仿真是一种人为的试验手段。仿真可以比较真实地描述系统的运行、演变及其发展过程。7.1.5系统仿真的特点和作用系统仿真的特点主要体现在6个方面。⑴利用仿真模型可将复杂事物抽象化，通过仿真模型了解系统的可行性和可靠性，检验理论的正确性，寻求解决问题的途径；⑵利用仿真可避免在实际系统上试验周期过长的弊病，节省人力、物力、财力；⑶某些复杂系统既不能用实际试验方法，又不能用解析方法时，计算机仿真方法是唯一有效的方法；⑷可以避免对实际系统进行破坏性实验或危险性实验；⑸仿真可以研究单个变量或参数变化时对系统整体的影响，并且可以多次重复试验；⑹仿真方法可用来检验理论分析所得的结果的正确性和有效性，其基本方法较易掌握，仿真的结果直观，便于理解。7.1.5系统仿真的特点和作用系统仿真有4个最主要的作用。⑴仿真的过程也是实验的过程，是系统地收集和积累信息的过程；⑵对难以建立物理模型和数学模型的对象系统，可通过仿真模型来顺利地解决预测、分析和评价等系统问题；⑶通过系统仿真，可以把一个复杂系统降阶成若干子系统以便于分析；⑷通过系统仿真，能启发新的思想或产生新的策略，还能暴露出原系统中隐藏着的一些问题，以便及时解决。物流系统仿真7.1系统仿真概述7.2系统仿真的要素与类型7.3计算机仿真7.4物流系统仿真7.5物流系统仿真应用7.6案例分析：配送中心仿真与分析7.2系统仿真的要素与类型•7.2.1仿真的要素•7.2.2系统仿真的类型•7.2.3系统仿真的一般类型7.2.1仿真的要素图7-1计算机仿真三要素及三个基本活动7.2.2系统仿真的类型1．按应用分类按其应用的领域及作用，系统仿真可分为：生产管理仿真、工程技术仿真、军事仿真、科学试验等。7.2.2系统仿真的类型2．按结构形式分类简单式串联式扩展式分析式7.2.2系统仿真的类型3．按仿真实验的方法分类按照仿真实验的方法，可分为物理仿真法和数学仿真法。7.2.2系统仿真的类型4．按系统中事件出现的特性分类根据系统中事件出现的特性，可将仿真分为随机性仿真和确定性仿真。7.2.2系统仿真的类型5．按照系统活动的动态形式分类连续系统仿真离散系统仿真7.2.2系统仿真的类型6．根据仿真时钟与实际时钟的关系分类实时仿真亚实时仿真超实时仿真7.2.3系统仿真的一般步骤⑴定义问题，确定其适合仿真，且收益大于成本，则可进行规划仿真；⑵判断系统是否拥有所需的资源且能够定义，若是，则确定系统的参数，建立模型；⑶收集相关的数据并进行分析，在此基础上建立计算机仿真模型；⑷对仿真及其结果加以验证，进行实验分析；⑸分析仿真输出结果；⑹归档并实施。在实际的仿真中，上述步骤往往需要多次反复和迭代。物流系统仿真7.1系统仿真概述7.2系统仿真的要素与类型7.3计算机仿真7.4物流系统仿真7.5物流系统仿真应用7.6案例分析：配送中心仿真与分析7.3计算机仿真•7.3.1计算机仿真的概念•7.3.2计算机仿真的局限性•7.3.3计算机仿真语言及特点7.3.1计算机仿真的概念计算机仿真是用计算机对系统的结构、功能和行为以及参与系统控制的人的思维过程和行为进行动态、逼真的模仿。7.3.2计算机仿真的局限性•计算机仿真技术不是最优化技术，它只是一种数值方法，只能给出系统特定条件、特定参数下的特解而不是通解。•用计算机仿真方法去解决较大系统的问题成本高、时间长，对于仿真模型必须反复检验，有时还必须重新建立模型，才能使其不断完善。•计算机仿真是一种评价性技术，是评价决策的工具，自身并不能产生决策和方案。7.3.3计算机仿真语言及特点•⑴仿真时刻的控制是自动进行的；•⑵具有随机数生成程序；•⑶可以进行多种逻辑运算和数学运算；•⑷对于构成要素的记录可自动进行记忆场所的分配；•⑸仿真结果可以很容易地表示出来。物流系统仿真7.1系统仿真概述7.2系统仿真的要素与类型7.3计算机仿真7.4物流系统仿真7.5物流系统仿真应用7.6案例分析：配送中心仿真与分析7.4物流系统仿真•7.4.1仿真在物流系统中的应用•7.4.2物流系统仿真的特点•7.4.3物流系统仿真常用的方法•7.4.4物流系统仿真的步骤7.4.1仿真在物流系统中的应用•对于新设计的物流系统，可应用计算机仿真对新系统的可行性和效率作出正确的评价判断。•采用计算机仿真的方法构造模型，可在复杂物流系统中解决部分难以用数学方法求解的物流问题。•通过建立物流系统的仿真模型，扩展物流系统研究的边界，有助于描述物流系统的各种现象，加强直观感，从而更深刻地理解和分析物流系统。7.4.2物流系统仿真的特点⑴物流系统中“流”的仿真。⑵物流系统中的“排队”仿真。⑶物流组织中“人”的因素仿真。7.4.3物流系统仿真常用的方法1.实体在离散事件系统中的实体可分为两大类：⑴临时实体⑵永久实体7.4.3物流系统仿真常用的方法2.事件事件是引起系统状态发生变化的行为。从某种意义上说，这类系统是由事件来驱动的。7.4.3物流系统仿真常用的方法3.活动活动用于表示两个可以区分的事件之间的过程，它标志着系统状态的转移。7.4.3物流系统仿真常用的方法4.进程进程由若干个有序事件及若干有序活动组成，一个进程描述了它所包括的事件及活动间的相互逻辑关系及时序关系。7.4.3物流系统仿真常用的方法图7-3事件、活动、进程三者之间的关系7.4.3物流系统仿真常用的方法5.仿真钟用于表示仿真时间的变化。仿真钟推进方法有三大类：事件调度法、固定增量推进法和主导时钟推进法。7.4.3物流系统仿真常用的方法6.统计计数器某一次仿真运行得到的状态变化过程只不过是随机过程的一次取样，它们只有在统计意义下才有参考价值。在仿真模型中，需要有一个统计计数部件，以便统计系统中的有关变量。7.4.4物流系统仿真的步骤1．离散事件系统仿真流程•系统状态变量•时钟变量•事件表•统计计数器•初始化子程序•时钟推进于程序•调度子程序•事件子程序•统计报告子程序•随机数发生器•主程序从功能结构的角度来看，离散事件系统仿真的程序通常包括以下几个部分：7.4.4物流系统仿真的步骤2.离散事件系统的仿真策略⑴事件调度法⑵活动扫描法⑶进程交互法7.4.4物流系统仿真的步骤3．物流系统的仿真步骤问题描述设定目标与总体方案构造模型收集和处理信息模拟程序设计模拟程序时运行确认NY设计实验模拟运行分析模拟结果提出建议建立数据库、文件、知识库等确认是否运行NYNY图7-5物流系统仿真的一般步骤物流系统仿真7.1系统仿真概述7.2系统仿真的要素与类型7.3计算机仿真7.4物流系统仿真7.5物流系统仿真应用7.6案例分析：配送中心仿真与分析7.5物流系统仿真应用•7.5.1排队系统仿真•7.5.2库存系统仿真•7.5.3港口码头仿真7.5.1排队系统仿真1．排队论的基本概念排队论（queuingtheory），或称随机服务系统理论，是通过对服务对象到达及服务时间的统计研究，得出这些数量指标（等待时间、排队长度、忙期长短等）的统计规律，根据这些规律来改进服务系统的结构或重新组织被服务对象，使得服务系统既能满足服务对象的需要，又使费用最经济或某些指标最优。7.5.1排队系统仿真2．排队系统模型的基本组成部分（1）输入过程（2）排队规则（3）服务机构7.5.1排队系统仿真3．排队系统仿真实例序号到达的顾客要求服务内容服务机构1不能运转的机器修理修理工2修理技工领取修配零件发放修配零件的管理员3文件稿打字打字员4电话呼唤通话交换台5提货单提取存货仓库管理员6驶入港口的货船装（卸）货装（卸）货码头（泊位）表7-1列出了排队系统的实际应用情形。7.5.1排队系统仿真3．排队系统仿真实例序号到达的顾客要求服务内容服务机构1不能运转的机器修理修理工2修理技工领取修配零件发放修配零件的管理员3文件稿打字打字员4电话呼唤通话交换台5提货单提取存货仓库管理员6驶入港口的货船装（卸）货装（卸）货码头（泊位）表7-1列出了排队系统的实际应用情形。7.5.2库存系统仿真1．库存的基本概念库存是指一切目前闲置的、用于未来的、有经济价值的资源，具体包括成品、原材料、在制品、在途品、生产前物料、备品备件等。7.5.2库存系统仿真2．库存系统的基本类型单周期库存与多周期库存独立需求库存与相关需求库存确定型库存与随机型库存7.5.2库存系统仿真3．库存系统的仿真1）确定管理目标。2）按观察得到的累积频率确定需求量和订货前置期（即发出订货到货物到达时间间隔）的密度函数。3）收集已知数据，如保管费、订货费以及损失费等；4）确定仿真钟推进方法5）将不同方案作为仿真参数输入系统，重复仿真运行过程，比较不同的输出结果，提出决策建议。库存系统的仿真过程大体分为以下几个步骤：7.5.3港口码头仿真1．港口物流与码头的规划设计•港口物流系统是指在一定的港口空间里，由所需输送的货物和有关港口起重设备、输送工具、人员以及通信联系等若干相互制约的动态要素构成的具有特定功能的有机整体。•港口码头是由船舶、堆场、货物集疏运等子系统构成的复杂系统。•利用仿真工具对港口码头进行仿真研究，可以优化资源配置，提高码头的作业效率，改善港口物流系统的功能和效率。7.5.3港口码头仿真2．港口堆场规划仿真实例某内河港煤炭码头有两个装船泊位，每个泊位配备额定能力为2500吨/小时的装船机一台，两条卸车线各配置额定能力为1000吨/小时的翻车机一台，堆场堆存能力为14万吨，堆场堆取料作业采用斗轮堆取料机，各装卸机械之间通过皮带输送机相连接。该煤炭码头的年输出能力为800万吨，由于码头设施的堆存能力不足，导致压车压船，造成一定的经济损失。使用计算机仿真技术来确定合理的堆场规模。7.5.3港口码头仿真2．港口堆场规划仿真实例⑴数据的收集与整理①列车到达时间间隔②驳船到港间隔时间③其它资料⑵仿真模型的建立与验证⑶仿真结果分析步骤：物流系统仿真7.1系统仿真概述7.2系统仿真的要素与类型7.3计算机仿真7.4物流系统仿真7.5物流系统仿真应用7.6案例分析：配送中心仿真与分析7.5案例分析：配送中心仿真与分析配送中心不同于传统的仓储设施，配送中心具有售货中心、分货中心的职能。为了更有效地、更高水平地送货，配送中心往往还有比较强的流通加工能力。该案例中，配送中心从三个供应商进货，向三个生产商发货。研究该配送中心的即时库存成本和利润，并试图加以改善。7.5案例分析：配送中心仿真与分析1.系统数据供货商（三个）：•当三个供应商各自供应的产品在配送中心的库存小于10件时开始生产，库存大于20件时停止生产。•供应商一和供应商二分别以4小时一件的效率向配送中心送产品，供应商三提供一