[管理学]物流系统建模与仿真ppt.ppt

第一节、系统建模与仿真概述 第二节、仿真工具 第三节、物流系统建模与仿真实例 第八章 物流系统建模与仿真 一、为什么需要进行系统仿真？ 二、建立模型的原则 三、系统模型的分类 四、系统仿真的步骤 五、离散事件系统仿真基本概念 六、离散事件系统仿真的方法 第一节 系统建模与仿真概述 系统不存在。 在系统上进行的实验会造成巨大的破坏和损失。 系统无法恢复。 实验条件无法保证。 一、为什么需要进行系统仿真？ 清晰性 相关性 准确性 可辨识性 集合性 二、建立模型的原则 三、系统模型的分类 1. 问题定义 2. 制定目标 3. 描述系统并对所有假设列表 4. 罗列出所有可能替代方案 5. 收集数据和信息 6. 建立计算机模型 7. 校验和确认模型 8. 运行模型 9. 分析输出 四、系统仿真的一般步骤 四、系统仿真的一般步骤 五、离散事件系统仿真基本概念 离散事件系统的状态只在离散的时间点上发生变化，而且这 些离散的时间点是不确定的，具有很强的随机性。 首先考察一个简单的例子：某理发店只有一个理发师。在正 常工作的时间内，如果没有顾客到达理发店，则理发师空闲；如 果有顾客到达理发店，则理发师为顾客进行理发服务。如果顾客 到达理发店时，理发师正在为其他顾客服务，则新来的顾客在一 旁排队等候。显然，每个顾客到达理发店的时间是随机的，而理 发师为每个顾客进行理发服务的时间也是随机的，从而每个队列 中的顾客等候的时间也是随机的，这是一个典型的离散事件系统 的例子。 离散事件系统建模过程中的一些基本概念包括： （1）实体 （2）事件 （3）成分 （4）活动 （5）进程 （6）仿真钟 （7）随机变量 从处理手段上看，离散事件系统仿真方法可分为两类： （1）面向过程的离散事件系统仿真：主要研究仿真过程 中发生的事件以及模型中实体的活动。 （2）面向对象的离散事件系统仿真：在面向对象仿真中 ，组成系统的实体用对象来描述。对象有三个基本的描 述部分，即属性、活动和消息。 六、离散事件系统仿真的方法 一、计算机仿真软件的发展 二、物流系统建模与仿真软件简介 三、复杂系统仿真软件选择的原则 四、物流与供应链仿真软件WITNESS简介 第二节 仿真工具 1第一阶段 从50年代到60年代初期 2第二阶段 60年代到70年代 3第三阶段 70年代到80年代初期 4第四阶段 80年代中期开始一体化建模与仿真 环境研究 一、计算机仿真软件的发展 典型的系统仿真软件 ： （1）20-sim （2）arena （3）Automod （4）Awesim （5）Easy5 （6）Idef （7）Intrax （8）Manufacturing Engineering （9）Matlab （10）Modsim （11）Promodel （12）Prosolvia （13）Quest （14）SDI Supply Chain （15）Witness(SDX) 二、物流系统建模与仿真软件 软件选择中需要考虑如下问题： 1一般性问题 2输入方面 3处理过程的考虑 4系统环境方面 5成本方面 6基本要求 三、复杂系统仿真软件选择的原则 1WITNESS系统的建模元素 2规则 3WITNESS建模与仿真的步骤 4WITNESS建模与仿真过程应用举例 四、物流与供应链仿真软件 WITNESS简介 （1）离散型元素 （2）连续型元素 （3）运输逻辑型元素 （4）逻辑元素 （5）图形元素 1WITNESS系统的建模元素 （1）输入规则（Input Rules） （2）输出规则（Output Rules） （3）劳动者规则（Labor Rules） 2规则 （1）定义系统元素 （2）显示系统元素 （3）详细定义 （4）运行 （5）报告 （6）归档 （7）优化 3WITNESS建模与仿真的步骤 4WITNESS建模与仿真过程应用举例 在实例模型中，小部件（widget）要经过称重、冲洗、 加工和检测等操作。执行完每一步操作后小部件通过充当运 输工具和缓存器的传送带（conveyer）传送至下一个操作单 元。小部件在经过最后一道工序“检测”以后，脱离本模型 系统。仿真一周，试求该系统的产出量和各设备的利用率。 本模型系统的流程视图如图： widgetweighC1washC2 produceC3inspectship 图8-5 加工系统模型流程图 该模型的建立步骤： （1）定义元素 名称WidgetWeighWashProduceInspectC1C2C3 类 型 PartMachineMachineMachineMachineConveyorConveyorconveyor 数量11111111 （2）显示元素 由于是动画仿真系统，因此 对系统的每一个对象要进行可视化定义。系统 提供了图形库和颜色集，用户可以根据自己的 想象选择合适的图形和颜色；同时，用户还可 以自己绘制系统中各个对象的图形。本步骤需 要选定各个对象，然后可视化对象并进行定位 。 （3）详细定义 本步骤要分别定义每 个元素detail对话框中的参数。 （4）机器的详细定义 本模型中对机器 主要定义它们的机器类型、加工周期、 进入规则和送出规则。 （5）仿真运行 运行一周（5天*8小时* 60分钟=2400分钟） （6）仿真分析 一、垃圾回收物流系统介绍 二、系统框架 三、数据信息 四、仿真系统逻辑结构 五、WITNESS仿真模型的建立 六、仿真运行与结果分析 七、系统优化 第三节 物流系统建模与仿真实例： 垃圾回收物流系统 城市某一区域，共有7个居民小区，每个小区有一个固 定垃圾投放处，两个垃圾箱分别投放完全废弃垃圾和可回 收利用垃圾；每天有专门公司（垃圾处理公司）派运输车 收集垃圾，将垃圾从居民区运送至中转站，再由中转站运 至目的地垃圾处理中心。 仿真研究如何设计物流系统，能够使收集系统在满足 时间约束、载重约束的条件下，使系统的物流总成本最小 。通过对多种系统配置方案(收集方式、车辆载重、人员数 等)的仿真，寻求达到最低系统总成本的最优系统配置。 该回收系统中可以分解为两个子系统，一个为从居民 小区回收至中转站；一个为从中转站回收至处理中心。这 两个子系统具有一定的相似性，都是从固定点收集物料， 在车辆容量限制、工作时间的限制下，用最短路径完成运 输任务，因此，研究收集子系统具有一定代表性。 一、垃圾回收物流系统介绍 二、系统框架 1地理及需求信息 2与收集车辆有关的信息 3与垃圾相关的信息 4收集垃圾的成本函数 三、数据信息 1地理及需求信息 收集点信息 收集点名称 收集点居民数people(i)(千人 ) 距离停车场 距离distance(ip)（km ） 距离垃圾转运站距离 distance(it)(km) Dump0011.5616 Dump0021.451627 Dump0031.652624 Dump0041.853836 Dump0051.42826 Dump0062.051614 Dump0071.6108 点间距离 路径起点路径终点距离（km ） 符号 Tran_stationCorp park11Distance(pt) Dump001Dump002 10Distance(12) Dump002Dump003 10Distance(23) Dump003Dump004 12Distance(34) Dump004Dump005 10Distance(45) Dump005Dump006 12Distance(56) Dump006Dump007 6Distance(67) 2与收集车辆有关的信息 项目 载 重 t 固定成本 ：万元 可变 成本 元 /km 载重速 度 km/h 空载速 度 km/h 人 员 人 人员 工资 元/天. 人 收集时 间 min 卸载时间 min 车型1 x12+x1x1 6072P1603+y*6/p1 3+x1*6/p1 车型2 x2 2+1.2x2x26072p260 2+y*8/p1 2+x2*6/p2 3与垃圾相关的信息 人均垃圾量：平均每人每天产生的垃圾数量； 垃圾比例：各种垃圾成分所占比例。 假设人均垃圾量服从均值为1.2kg/天的 埃尔郎分布ERLANG(MEAN，3，PRN)， 垃圾成分分为两类： 一类为可重复利用资源，一类为无用需销毁垃圾， 两者比例即垃圾比例为1：2。 4收集垃圾的成本函数 nTLC=ccost(1)+ccost(2) nccost(i)=price(i)+cost(i)+timecost(i)+p(i)* 365*60 ntimecost(i)=(runtime(i)-240)*timeweigh 四、仿真系统逻辑结构 Initial submodelcallcart submodelcollecting submodelUnload submodel Dispose submodel 图8-7 系统逻辑结构图 五、WITNESS仿真模型的建立 n 实体元素列表 n逻辑元素 n仿真运行与结果分析 元素名称类型说明 dumpa(1) dumpa(7)Part七个小区不可回收的垃圾 dumpb(1) dumpb(7)Part七个小区可回收利用的垃圾 dumpcart(1)Vehicle专门 回收dumpa的垃圾回收车 dumpcart(2)Vehicle专门 回收dumpb的垃圾回收车 buffera(1) buffera(7)Buffer各小区不可回收垃圾的垃圾箱 bufferb(1) bufferb(7)buffer各小区可回收利用垃圾的垃圾箱 CorpparkTrack公司停车场 Transfer_stationBuffer垃圾转运站 road(i，j)Track由节点实体i向节点实体j方向的道路 road(j，i)track由节点实体j向节点实体i方向的道路 Geta(1)geta(7)Track车辆 将通过它们来进行垃圾a的回收 Getb(1)getb(7)Track车辆 将通过它们来进行垃圾b的回收 实体元素列表 逻辑元素变量列表 变量名称 类型说明 People(7)integer各小区的居民数量 capacitycart(2)integer两种垃圾车每次可收集的垃圾数量，即载重量 ndemand(2)integer每天对两种垃圾车的需求次数 labor(2)integer两种垃圾车的随车工作人员数 SalaryReal工作人员每天工资 price(2)Real两种垃圾车的购买 价格 costrate(2)Real两种垃圾车的运行费率 unloadspeed(2)Real两种垃圾车的空载速度 loadspeed(2)Real两种垃圾车的实载 速度 loadnum（2）integer两车辆 到达垃圾收集点可收集的垃圾数量 nfree(2)integer两车辆 剩余载重能力 Nparts7)integer每一垃圾收集点在特定仿真时点剩余垃圾量 loadtime(2)Real两车辆 收集垃圾所需的时间 unloadtime(2)Real两车辆 卸载垃圾所需的时间 runtime(2,3)Real存储车辆 的时间 参数，runtime(k,1)存储仿真钟的当前数值，runtime(k,2)存储车辆 k在当天的运行时间 ，runtime(k,3)存储车辆 k在仿真过程中总的运行时间 TimeweighReal时间惩罚 因子 timecost(2)Real时间惩罚 成本 sumcostReal目标函数objfun中用于统计 系统运行的总费 用 垃圾回收物流仿真系统可视化界面 方案参数配置表 项目 方案 车辆 名称载重量 （吨） 随车人 员（人 ） 时间惩 罚因子 方案一Dumpcart(1)312 Dumpcart(2)1.512 方案二Dumpcart(1)532 Dumpcart(2)2.532 六、仿真运行与结果分析 仿真统计数据表 方案 运行 距离 （km） 运行 时间 （h） 时间 成本 （万元） 收集 时间 （h） 卸载 时间 （h） 可变 成本 （万元） 固定 成本 （万元） 人员 工资 （万元） Cost(i) （万元） TLC （万元） 一 Dumpcart(1 ) 73691231010.274440722.152.239.5 66.3 Dumpcart(2 ) 7433622639.681321711.23.82.226.8 二 Dumpcart(1 ) 546571366-1.134215727.376.639.8 63 Dumpcart(2 ) 544891292-23328613.656.623.2 七、系统优化 垃圾回收物流系统仿真优化参数设置 垃圾回收系统最优方案数据表 总物流成本 （万元） 车1 吨位 车2 吨位 车1 人员数 车2 人员 数 运输总