第八章 Witness建模与仿真实例4

实例4：自选超市系统的建模与仿真一、真实系统描述（一）总体描述：有一家小型自选市场，顾客到达的时间间隔服从负指数分布，平均36S来一个顾客，自选市场为顾客准备了一批篮子。顾客到达市场时，如果发现有空篮子，就取一个篮子进去；否则离去。顾客选购商品的数量是随机数。经过一段时间观察，有20%的顾客买5件商品，30%的顾客买10件商品，40%的顾客买15件商品，10%的顾客买20件。顾客购货时间的长短取决于自选市场内的顾客人数，选购完毕，顾客到4个柜台中的一个柜台前结账。结账时，每件商品需10S，包装需25S，结帐完毕放回篮子，然后离去。一、真实系统描述（二）工作流程描述：如图1所示收货部收货中心供货商顾客领取购物篮超市购物到银台结账图1模型流程描述图二、系统仿真目的仿真的目的是要使篮子的领用情况达到最优化并使顾客在银台的等候结账的拥挤程度（即排队等待时间）最小化，同时降低收货中心的成本。三、系统仿真逻辑流程一是顾客到超市购物的流程。即顾客到达超市，排队领取购物篮，成功领取的顾客进入超市购物，没有领到的顾客离开超市。顾客购物后，携带所购商品和购物篮一起去银台排队结账，结帐后顾客离开超市，购物篮被超市回收循环使用。其中顾客到达的时间间隔服从负指数分布，平均36S来一个顾客。同时，自选商场为顾客准备了一批篮子。顾客到达商场时，如果有空篮子，就取一个篮子进去；否则离去。二是超市进货流程。即供货商携带商品到超市的收货中心，中心将即时使用的商品通过输送链运输到超市内部的收货部，非即时使用的商品就储存在收货中心的仓库中备用。四、系统仿真模型的设计（一）元素定义：如表1所示表1模型主要元素定义元素名称类型数量说明CustomerPart1顾客LeaveBuffer1顾客没有拿到篮子离去CQBuffer1顾客排队进入商场BQBuffer1篮子的队列GetBasketMachine1顾客取得篮子MarketBuffer1商场购物QutBBuffer1顾客排队等待结账CheckOutMachine4顾客结帐完毕离去BasketPart1篮子(非可视化)GoodQtyAttribute1顾客购买商品数量(非可视化)四、系统仿真模型的设计续表1模型主要元素参数XVariables1决定顾客购买商品数量的随机变量(非可视化)ShouhuoMachine1超市收货入库Factory1Machine1供货商1Co1Conveyor1货物运输链ShouhuozhongxinBuffer1收货中心P1Part1商品V1Variables1供货商供货数量V2Variables1送入超市商品数量Path001Path1通向收货中心路径（二）各个元素细节（Detail）的设计1、对Part元素Customer的细节设计Type:ActiveInputtoModel.InterArrival:NEGEXP(36)InputtoModel(To…)：IFNPARTS(BQ)-NPARTS(CQ)0PUSHtoCQELSEPUSHtoLeaveENDIF2、对Buffer元素Leave的详细设计Capacity=10003、对Buffer元素CQ的详细设计Capacity=10004、对Buffer元素BQ的详细设计Capacity=1000四、系统仿真模型的设计5、对Machine元素GetBasket的详细设计Type:AssemblyInput.From…:SEQUENCE/WaitCQ#(1),BQ#(1)CycleTime=80.0ActiononFinish:!changealltocustomerOutput.TO…:PUSHtoMarket四、系统仿真模型的设计四、系统仿真模型的设计6、对Buffer元素Market的详细设计Capacity=1000Option:MaxMaximumTime:600+NPARTS(ELEMENT)*2EXITRULEFORBUFFERMarket:PUSHtoQutBActionsonOutput:x=UNIFORM(0,1)IFx0.2GoodQty=5ELSEIFx0.5GoodQty=10ELSEIFx0.9GoodQty=15ELSEGoodQty=20ENDIF四、系统仿真模型的设计7、对Buffer元素QutB的详细设计Capacity=10008、对Machine元素CheckOut的详细设计Quantity:4Type:ProductionPriority:LowestInput.From…:PULLfromQutBActionsonInput:V4=V4+4CycleTime=10*GoodQty+25OutputProduction:1PartType:BasketOutput.TO…:PUSHCustomertoSHIP，BaskettoBQ四、系统仿真模型的设计9、对Part元素Basket的细节设计Type:ActiveInputtoModel.InterArrival:1.0InputtoModel(To…)：PUSHtoBQMaximum:3010、对Attribute元素GoodQty的细节设计Type:GroupInteger:111、对Variables元素X的细节设计Quantity:112、对Machine元素Shouhuo的细节设计Priority:LowestType:SingleInput.From…:PULLfromCo1atFrontCycleTime=10Output.TO…:PUSHtoMarket四、系统仿真模型的设计13、对Machine元素Factory1的细节设计Priority:LowestType:SingleInput.From…:IFNPARTS(Shouhuozhongxin)100PULLfromP1outofWORLDELSEWaitENDIFCycleTime=5ActiononFinish:V1=V1+10Output.TO…:PUSHtoShouhuozhongxinUsingPath四、系统仿真模型的设计14、对Conveyor元素Co1的细节设计Priority:LowestType:QueuingLengthinParts:20MaximumCapacity:SameaslengthInput.From…:IFNPARTS(Co1)2PULLfromShouhuozhongxinELSEWaitENDIFIndexTime:0.05Output.TO…:Wait四、系统仿真模型的设计15、对Buffer元素Shouhuozhongxin的细节设计Capacity=100016、对Part元素P1的细节设计Type:PassiveInputtoModel.ActiononCreate…ICON=128!17、对V1元素Variables的细节设计Quantity:118、对V2元素Variables的细节设计Quantity:119、对Path001元素Path的细节设计PathTraverse:10.0PathUpdate:0.1SourceElement:Factory1Destination:Shouhuozhongxin五、仿真模型的运行和数据分析（一）系统仿真运行效果图如下：五、仿真模型的运行和数据分析由QutB表可见，超市中TotalOut=59，因此篮子的利用率较低，篮子不能充分被利用,超市的运营效率不高。表1当篮子数=100时QutB元素Report表（二）数据分析：本系统进入超市的人数是由超市提供的篮子数决定的，下面比较系统在篮子数分别为100和50时的运行效果（即人数为100和50时超市的运营效果）。五、仿真模型的运行和数据分析表2当篮子数=100时CheckOut元素结果显示表由CheckOut表可显示出结账处银台的利用效率Busy为55.09%、56.20%、56.71%和59.11%，相对来讲并不高。五、仿真模型的运行和数据分析由GetBasket表可见，顾客取得篮子的效率表现为篮子的利用率忙时为Busy=1.60%，空闲为=98.40%。表3当篮子数=100时GetBasket元素结果显示表通过分析：在篮子数为100时：系统进入的顾客对篮子的利用率相对较低，即不能实现篮子全部被利用，出现篮子空闲的状态。由QutB表可见，超市中TotalOut=84，因此篮子的利用率较高，篮子可充分被利用，超市的运营效率较高。五、仿真模型的运行和数据分析表4当篮子数=50时QutB元素结果显示表五、仿真模型的运行和数据分析由CheckOut图可显示出结账处银台的利用效率Busy为79.51%、80.72%、79.69%和78.02%，相对来讲比较高。表5当篮子数=50时CheckOut元素结果显示表五、仿真模型的运行和数据分析由GetBasket图可见，顾客取得篮子的效率表现为篮子的利用率忙时为Busy=97.7%，空闲为=0.23%。表6当篮子数=50时GetBasket元素结果显示表在篮子数为50时：系统进入的顾客对篮子的利用率相对较高，即基本能实现篮子全部被利用，很少出现篮子空闲的状态。Name%Idle%Busy%Fillin%Emptying%Blocked%CycleWaitLabor%Setup%SetupWaitLabor%Broken%RepairWaitGetBasket0.2397.70.000.000.000.000.000.000.000.00六、设计中遇到的主要问题、解决方法（一）GetBasket顾客取得篮子的瓶颈分析：主要问题：超市的目的是为了满足顾客购物的需求，因此，系统的最优情况就是能让所有的顾客都能进入超市购物。但由于超市对购物篮的供应有限，且篮子的循环使用周期不能确定，从而导致不能随时满足让所有的顾客每人得到一个篮子。也就是说，当有剩余篮子时没有顾客光临，而当顾客积压时篮子又不能及时供应上，不能送到顾客手中的矛盾。解决方法：在此排队处，系统的瓶颈体现在顾客与篮子不协调的关系中。改善的方法主要有两个。一个是加大购物篮的供应量，在此，超市需投入更多的资金在储备篮子上。另一个方法就是缩短购物篮的使用周期，使循环速度加快。这就要求超市在加强管理上多下功夫，尽量减少篮子闲置的情况，并提高由银台到供应篮处的运送速度，从而使顾客与篮子能基本达到1：1的状态，从最大程度上满足顾客的购物需要。六、设计中遇到的主要问题、解决方法（二）CheckOut顾客结帐完毕离去的瓶颈分析：主要问题：顾客购物后到银台结账的概率是服从随机分布的特点。即四个银台不能同时拥有相同的结账人数，这就出现了有的银台空闲无人，而有的银台人满为患的瓶颈。解决方法：解决这个问题可以从顾客结账的函数设置入手，可以把随机函数设置为服从泊松分布的函数或其他类别的函数，从而使结账顾客安排到哪个银台遵循一定的规律，这样就可以避免由于分配不均导致的结账瓶颈，减少银台堵塞的状况。六、设计中遇到的主要问题、解决方法（三）Shouhuo超市收货入库的瓶颈分析：主要问题：当供应商携带商品到收货中心时，超市的库存增加。虽然超市的收货部只将当时需要的商品提取到超市中，但是当货物量较大时，运输设备供应出现短缺，不能一次运走，需分批次运输，这就导致了货物的积压，造成了超市收货的瓶颈，且多次反复运输，还提高了运输成本。与此同时，积压在收货中心，准备待运的货物和仓库的储备库存都大大增加了超市的库存成本，使超市收货系统偏离最优化状态。解决方法：解决这一问题的当务之急就是要处于供应链上下游的供应商和超市达成信息共享，增强供需双方信任。最重要的还是超市要对自己的库存完善管理，对供货商的供货采取限制，减少短期利益最大化行为或者采取联合库存管理模式，和其他订货者一起分担风险、成本