课程设计报告--超市购物小推车仿真分析.doc

学 号：0120818730312课 程 设 计物流系统规划与仿真题 目超市购物小推车仿真分析学 院物流工程学院专 业物流管理班 级0803班姓 名 张 明 昌指导教师孙 虎2012年01月10日i课程设计任务书学生姓名： 张 明 昌 专业班级： 物管0803班 指导教师： 孙 虎 工作单位： 物流工程学院 题 目: 超市购物小推车仿真分析 初始条件：一家自选超市决定为顾客提供购物小推车，以方便顾客购物并增加销售额。但配置小推车需要一定的采购成本和维护成本，同时，小推车的存放和行走需要占用一定的商品摆放空间。所以，超市面临一个决策问题，即如何用尽可能少的成本（小推车），获得最大的销售额。超市需要研究在配置2060辆小推车的时候，超市一个月总的销售额，以此来决定应该配置多少辆小推车比较合适。已知条件如下： （1） 顾客到达时间间隔服从指数分布，均值1min；（2） 顾客到达时，只要有空的小推车，就取一个进入超市；否则直接进入超市；（3） 有小推车的顾客购物时间为2545min，购物金额在50200元之间；而没有小推车的顾客购物时间为515min，购物金额在0080元之间；（4） 顾客挑选完物品后，直接到出口唯一的收银台交款，收款时间为1min；（5） 顾客结账后，小推车立即释放以备后用；（6） 超市每天营业12小时，一个月30天营业日。要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）（1） 采用extendsim7软件建立超市服务流程仿真模型，通过仿真实验，观察超市总的销售额随小推车数量变化的趋势，决定当小推车数量在2060之间变化时，最佳的小推车配置数量。对于每个小推车数，运行模型5次以上，记录其总的平均销售额。（2） 观察分析系统的瓶颈，提出2项系统改善的措施，并进行仿真分析和比较。（3） 在撰写的课程设计说明书中，需要提炼出研究的背景和仿真的目的；抽象出仿真的逻辑模型；阐明仿真模块的选用及参数设置；深入分析仿真模型的运行结果，并基于仿真数据（图、表）提出或论证最佳解决方案。时间安排：序号课设内容时间安排（天）1理解课程设计任务，熟悉extendsim软件2.52建立超市服务流程的仿真模型及其调试2.53模型运行及其结果分析、撰写课设说明书4.54课程设计答辩0.5指导教师签名： 2012 年 1 月 2 日系主任（或责任教师）签名： 2012 年 1 月 2 日目 录1 研究背景和目的11.1 研究的背景11.2 仿真的目的12 流程分析与仿真逻辑12.1 流程分析12.2 仿真逻辑图13 仿真模型及其模块说明23.1 仿真模型23.2 模块说明24 运行结果及其分析24.1 运行结果分析24.2 系统瓶颈分析25 系统改善方案24.1 系统改善方案（i）34.2 系统改善方案（ii）35 课程设计小结及体会3参考资料3武汉理工大学物流系统规划与仿真课程设计说明书超市购物小推车仿真分析1 研究背景和目的以一个超市仿真模型展示仿真在服务业的应用。一家自选超市决定为顾客提供购物小推车，购物小推车方便携带物品，同时，容量较大的小推车可以在潜意识中让顾客采购更多的物品，填补购物车的空间。1.1 研究的背景一家自选超市决定为顾客提供购物小推车，以方便顾客购物并增加销售额。但配置小推车需要一定的采购成本和维护成本，同时，小推车的存放和行走需要占用一定的商品摆放空间。已知条件如下： a) 顾客到达时间间隔服从指数分布，均值1min；b) 顾客到达时，只要有空的小推车，就取一个进入超市；否则直接进入超市；有小推车的顾客购物时间为2545min，购物金额在50200元之间；而没有小推车的顾客购物时间为515min，购物金额在0080元之间；c) 顾客挑选完物品后，直接到出口唯一的收银台交款，收款时间为1min；d) 顾客结账后，小推车立即释放以备后用；e) 超市每天营业12小时，一个月30天营业日。1.2 仿真的目的通过仿真来解决超市面临的一个决策问题，即如何用尽可能少的成本（小推车），获得最大的销售额。超市需要研究在配置2060辆小推车的时候，超市一个月总的销售额，小车数量增加到多少时销售收入的增长不再明显，以此来决定应该配置多少辆小推车比较合适。在确定最佳小推车数量后，识别系统瓶颈，并通过在仿真模型中增加服务台或是制定排队规则来进一步提高超市销售额。2 流程分析与仿真逻辑 2.1 流程分析 超市小推车模型中一般流程为：顾客到达超市，若超市有空闲的小推车则携车进入，购物时间相对较长，购物金额相对较多；若是没有小推车则直接进入超市购物，但会对顾客的购物行为产生一定影响。购物结束后，则到收银台排队付款；付款结束的顾客，如有小推车则返还，没有用小推车的顾客则直接离去。顾客到达是否有可用小推车否是 推车购物手持购物排队付款顾客是否占用小推车否是释放推车离去直接离去&a2.2 仿真逻辑图b=1z&。.。a-b3 仿真模型及其模块说明3.1 仿真模型 初始模型a3.2 模块说明1.create模块模型中采用create模块来模拟顾客到达过程。设定为指数分布（exponential）,时间间隔是1min.2.resource pool模块该模块在item库中，用来模拟可以不用区分个体而更关心数量变化的资源群体，如本例中的小推车，设定初始数量为20.3.queue模块需要将queue模块中的select queue behavior设置为resource pool queue。这个模块用来模拟顾客占用小推车的动作。当顾客到达这个模块时，处于排队等待状态，一旦所需要的推车可以获得，那么队列最前面的顾客就可以离开队列，同时可用小推车的数量就减少一个。当顾客在购物时，这个小推车一直被占用。4.resource pool release模块用来模拟顾客释放小推车。当顾客经过这个模块时，可以小推车的数量就会增加一个。5.select item out 模块顾客需要根据可用小推车的数量来决定购物方式。resource pool的l输出端可以显示当前可用推车的数量，用这个数量通过命名连线available carts控制顾客走向。没有获得小推车的顾客走上面分支，获得小推车的顾客走下面分支。这两个分支的作用是为了设定不同购物时间和购物金额的分布函数。根据select item out模块中的get cart属性值，来判断顾客是否占用了小推车。如果占用了，就通过下面分支中的resource pool release模块进行释放；否则就直接通过上面分支离开超市。 6.set模块set模块用来设定顾客的属性。这里设定了3个属性：shopping time表明购物时间；shopping value表明顾客的购物金额；get cart表明是否获得了小推车。对于没有获得小推车的顾客get cart取值为0，获得小推车的顾客取值为1.这个属性将在顾客离开超市时用来判断是否需要释放小推车。7.random模块这是一个随机数发生器模块，位于value模块用来设定不同的随机分布。本例中，用来设定不同类型顾客的购物时间和金额的分布函数。8.activity模块无论是否占用小推车，顾客都需要在超市中停留一段时间，并有不同的购物支出。顾客在超市中的停留时间是通过activity模块中的delay时间设置的。因为每个顾客的购物时间不同，那个延迟时间就有每个顾客的shopping time 属性来决定。maximum items in activity设定为infinity。 顾客采购后，需要到收银处交款，所以这个行为可以通过一个队列和一个activity模块来完成。activity 模块中maximum items in activity设定为1，表明只有一位收银员。9.get模块和holding tank模块 get模块位于item模块库中，用来读取顾客的属性值。这里我们读取每个顾客的shopping value属性值。 holding tank 模块位于value模块库中，用来对输入进行加总，本例中用来统计所有顾客购物金额的总和。4 运行结果及其分析对小推车从2060分别进行仿真，对于每个特定的资源数各运行5次，记录每次运行结果，以其平均值作为资源n的平均结果4.1 运行结果分析初始推车数量总销售额平均值201295317 211313487 221277267 231295636 241374943 251385163 261399032 271335170 281476210 291539158 301575898 311314202 321564271 331471757 341591181 351616186 361677827 371688393 381576464 391518199 401579096 411653860 421637386 431637656 441616488 451791293 461703703 471675479 481718995 491733440 501702171 511792210 521934957 531911719 541960150 551940245 561768262 572124768 581818886 592032304 601978261 照此方法运行20-60之间的资源数，运行5次，由于随机种子的原因，每次得到的数据都不同，取每次的平均值。以小推车的数量和对应运行5次取平均值可得： 小推车数量从20到60不断增加的时候，销售额是随着其数量的上升波动增加的，在这段数据区域中，在小推车数量为57时达到了销售额的最大值2124768。4.2 系统瓶颈分析在小推车的数量为57时，销售额达到了最大，再增加小推车的数量，销售额的数量增长不再明显。考虑到系统中收银台资源只有一台，此处制约了顾客和小推车的释放速度，从而影响总销售收入和整个超市的运营，故收银台为系统的瓶颈资源。5 系统改善方案 为进一步提高系统性能，解决系统瓶颈问题，使得超市的销售额有显著的增加，有以下两种改进方案增加收银台和制定排队策略。 5.1 系统改善方案（i）增加收银台的数量，此处增加一个收银台，并设置排队规则。平衡输出，顾客优先选择队列长度较短的队列接受服务，优化系统性能。改进模型b选取代表性数据与初始模型a数据进行比较，如表1-1小推车数量总销售额平均值2平均值125 2048227 2039486 2029156 2056432 2037612 2042183 1385163 40 1742032 2141976 2591686 2558723 2571057 2321095 1579096 57 2702133 2696640 2704807 2688549 2711205 2700667 2124768 表1-1从表中可以清楚的看出，增加收银台和设定排队规则后，在既定的模型条件下，超市购物的总销售额明显增加了，提高了系统性能，优化了模型，是一种可行的方法。5.2 系统改善方案（ii） 设定到达的顾客75%需要推车，25%不需要推车。然后再进行顾客需要小推车则推车购物，没有小推车时直接手持购物的选择；不需要小推车的顾客则直接手持购物。将小推车物尽其用，分配给有需求的顾客，增加利用率的同时，提高系统性能。改进模型c：小推车数量总销售额平均值3平均值2平均值125 1305604 1471806 1510507 1141161 1331879 1352191 2042183 1385163 40 1653588 1624341 1624341 1638334 1812676 1670656 2321095 1579096 57 1977472 1977472 2127747 1894609 2015436 1998547 2700667 2124768 与模型a，模型b相比，本模型也许并没有明显的销售收入增加。那是因为与模型a、b相比，模型c跟贴近实际，对顾客群进行了细分。考虑到不同顾客具有不同的需要，有的顾客需要小推车，有的顾客则只需直接手持购物，将小推车充分分配给需要的顾客，物尽其用，在提高小推车利用率，降低成本，增加顾客满意度的同时，提高了整个超市的运营效率及利润的获得，是较客观的一种方法。5 课程设计小结及体会 1. 经仿真运行可知，由于随机种子的存在每次运行结果都不一样，取多次运行平均值作为结果评价，发现当小推车的数量增至一定数量时，总销售额的增加不再明显，遇到了系统瓶颈。2. 可以通过增加收银台数量和指导排队规则来改善系统性能，经多次运行发现，增加服务台后，销售收入明显高出了只有一个收银台的情况。3. 在进行排队规则的制定后，由数据结果可知，在增加收银台的基础上进一步提供了系统性能，销售收入进一步增长。4. 运行出的数据结果做出的图形呈波动上升趋势，由于随机种子的存在导致了这种现象的发生。5. 对顾客是否需要小推车进行分类，以一定的概率来确定，如25%不需要小推车，75%需要小推车，在这种情况下进行仿真，进一步提高小推车的效用，增加了模型的灵活性，在联系客观实际的基础上增强了模型的可行性，如果考虑小推车的成本及其他因素的情况下，从利润角度，优化了模型。体会：我在做小推车模型时，刚开始很茫然，但是后来经过对整个模型逻辑的理解，认真研究推车模型的运行条件如总运行时间的确定等属性后对于各个模块属性进行了设置。然后遵循初始条件，细心观察。比如购物时间，购物金额是服从均匀分布，这都要在属性里进行设置的，才是将具体实际抽象到模型中去。我们在建立模型时很容易忽略一个问题，只注意着模型要包括哪些模块，如此之类的，忽视了要对总运行时间与时间单位进行设置。如run/simulation setup/end time.如果没有对此处进行设置，系统默认的是1000，而本例中应是21600，就会导致运行结果较小，后来检查整个模型后才发现是这个问题，所以首先要确定好全局参数，进行总体把握。也就是我们通常所说的做事情的大前提或者是基本条件。经过数据分析，发现总销售额在小推车数量增加到一定数量后变化不太明显。于是要进行系统优化。优化的方式可以增加收银台的数量及排队规则制定，优先选择队列较短的收银台接受服务。这样可以提高小推车的利用率，并加快顾客和小推车的释放速度，从而提高销售额。经过改进也确实取得了期望的销售额。联系生活实际，对顾客群体进行划分，即顾客细分，有些顾客群不需要用小推车，如果将不需要那部分所占用的资源，全部用于有需求的顾客，则可以增加系统运作效率，从而在满足顾客需求和提高小推车利用率的同时，促进销售额的提高。总的来说，整个课程设计不仅让我们再次熟悉了extendsim及其基本模块，也培养了我们做事要有全局观，需考虑周到认真细致的好习惯，最重要的是进一步了解如何分析分摊，通过数据图表来进行深入分析，并透过现象看本质，如何联系生活实际并抽象出逻辑模型运用于仿真，从而寻找解决问题的方法，这一点才是课程设计的意义，也相信这一点会让我们以后思考、解决问题时更有针对性更准确。 参考资料【1】 law a m，kelton w d .仿真建模与分析（英文版）【m】.第三版，北京：清华大学出版社，2000.【2】 张晓萍.物流系统仿真原理与应用【m】.北京：中国物资出版社，2005.【3】 隽志才，孙宝风.物流系统仿真【m】.北京：电子工业出版社，2007.【4】 张智勇，杨磊，物流系统仿真.北京：清华大学出版社， 2011.【5】 刘兴