（载运工具运用工程专业论文）钢材物流中心物流系统建模与仿真.pdf

摘要 摘要 近年来，全国各地纷纷出台规划，建设物流园区、物流中心。由于物流中心一般投资巨 大，牵涉众多，一旦运营不善会给社会或企业带来沉重的负担，因此对物流中心的规划进行 深入的研究具有重要的意义。 在众多类型的物流中心里，钢材物流中心由于物流技术装备配置、物流流程、系统组成 以及功能布局等方面比较适合于从现代物流的理念进行分析规划研究，从而具有现代物流中 心的代表性，同时由于钢材市场在全球范围特别是在我国的蓬勃发展和钢材物流中心在钢材 流通体系中占有的重要地位，对钢材物流中心规划的需求和意愿具有相当的广泛性和普遍 性。因此，本文以钢材物流中心为对象，结合系统仿真技术，对其物流系统的建模和仿真进 行研究，以期对我国的钢材物流中心乃至所有物流中心的运营有所帮助。 对物流系统进行建模和仿真，必须同时掌握物流系统的规划建模和系统仿真两方面的知 识，因为无论是前期系统方案的确定和模型的验证，还是后期对仿真模型的分析优化，都需 要这两方面知识紧密结合，单方面知识的匮乏会直接导致对模型理解的偏差和模型构建可信 度的降低。因此，本文首先对钢材物流中心系统规划方法进行了分析，探讨了针对钢材物流 中心的功能定位、区域布局、设备配置方案等内容，在此基础上，结合仿真技术的特点，研 究了钢材物流中一t l , 物流系统仿真与建模的基本步骤和在这个过程中的诸多关键问题，为后面 结合实例对物流系统的系统建模、仿真建模以及模型分析优化奠定坚实的理论基础。 系统模型的构建主要是收集钢材物流中心规划的基本资料，确定仿真目标，利用钢材物 流中心规划的各种理论方法确定要仿真系统的初始方案。在对钢材物流中心物流系统进行深 入调研的基础上，本文对系统方案进行规划设计，并结合p e t r i 网的理论知识进行系统建模。 系统模型仅仅是对系统的抽象化描述，它是仿真者对系统深入了解的必经过程，但还无 法在计算机上运行，为此需进行计算机二次建模。仿真建模是将系统模型规范化和数字化的 过程，同时也需要根据计算机运行的特点增加一些必要的部件。本文结合前面的系统模型， 使用a u t o m o d 软件，构建了钢材物流中心的仿真模型，并对仿真模型进行了有效性验证。 最后。本文根据前面所确定的仿真目标，结合实例对物流系统建模和仿真过程中比较重 要和常见的仿真分析内容包括钢材物流中心运营的影响因素敏感度分析、物流设备配置方案 分析优化以及随着钢材物流中心功能和规模扩大所带来的影响等进行了应用研究。 关键词：钢材物流中心：系统建模；仿真建模；系统仿真；a u t o m o d ；仿真优化 a b s t r a c t a b s t r a c t i nr e c e n ty e a r s a l lp a a so f t h ec o u n t r yb e g i nt om a k et h ep r o g r a m m i n go f m o d e ml o g i s t i c st o b u i l dl o g i s t i c sc e n t e r s s i n c et h eb u i l d i n go fl o g i s t i c sc e n t e r su s u a l l yc o s tm u c ha n di n v o l v eal o t ， t h ep r o g r a m m i n go fl o g i s t i c sc e n t r eb u i l d i n gi sv e r yi m p o r t a n tf o rt h es o c i e t yo rt h ec o r p o r a t i o n t h e r e f o r e ，t h er e s e a r c ho nt h eb u i l d i n go f l o g i s t i c sc e n t e rh a sf a r - r e a c h i n gs i g n i f i c a t i o n i nv a r i o u so fi o g i s t i c sc e n t e r s t h es t e e l sl o g i s t i c sc e n t r eb u i l d ss u i t st or e s e a r c hi nm a n y i t e m si n c l u d e st h ee q u i p m e n tl a y o u t ，t h el o g i s t i c sf l o w , t h ec o m p o s eo fs y s t e ma n dt h el o g i s t i c s f u n c t i o n a tt h es a m et i m e ，t h es t e e lm a r k e ti sd e v e l o p i n gv e r yf a s ta l lt h ew o r l d ，e s p e c i a l l yi no u r c o u n t r y , a n dt h es t e e ll o g i s t i c sc e n t e ri sv e r yi m p o r t a n ti nt h es t e e lc o m m u n i c a t i o nm a r k e t ，s ot h e r e s e a r c ho nt h es t e e ll o g i s t i c sc e n t e rb u i l d i n gh a sb o t ht h e o r e t i ca n da c t u a lm e a n i n g t h i sp a p e rt a k e ss t e e l sl o g i s t i c sc e n 仃ea so b j e c t ，r i n gi nt h es y s t e ms i m u l a t i o nt e c h n o l o g y , t o s n j d vt h eb u i l dam o d e la n dt os i m u l a t e i nt h i sc o u r s e ，m a n yc o n t e n t ss u c ha st h es t e e ll o g i s t i c s c e n t e rp r o g r a m m i n g ，t h es y s t e mm o d e lb u i l d i n g ，t h es i m u l a t i o nm o d e lb u i l d i n ga n dt h ea n a l y s i s a b o u tt h el o g i s t i c sc e n t e ro p e r a t i o na r es t u d i e dt oh e l pt h el o g i s t i c sb u i l d i n ga n dm a n a g e m e n t t om o d e la n ds i m u l a t et h el o g i s t i c ss y s t e m ，w em u s th o l dt h ek n o w l e d g eo fb o t hs y s t e m m o d e lb u i l d i n ga n ds i m u l a t i o nb e c a u s eb o t ho f t h e mm u s tb et i e dt o g e t h e rn om a t e rt ov e r i f yt h e m o d e lo rt oa n a l y s i st h es i m u l a t i o ns o ，t h i sp a p e rf i r s ta n a l y s i st h ep r o g r a m m i n gw a yo fs t e e l l o g i s t i c sc e n t er ，s t u d i e st h ef u n c t i o no r i e n t a t i o na n dt h el a y o u t i nt h eb a s e o fi t ，t h i s p a p e r c o n t i n u et or e s e a r c ht h eq u e s t i o n sa b o u tt h ef l o wa n dm a n yk e yq u e s t i o n sa b o u tt h es t e e ll o g i s t i c s c e n t e rm o d e la n ds i m u l a t i o n a n dt h i ss e r i e st h ef i r mt h e o r e t i cb a s e m e n tf o rt h ef o l l o w i n gm o d e l b u i l d i n g ，t h es i m u l a t i o nm o d e lb u i l d i n ga n dt h e8 n a l y s l s t h eb u i l d i n go fs y s t e mm o d e l l sm o s t l yt oc o l l e c tt h eb a s ed a t u ma n de n s u r et h es i m u l a t i o n p u r p o s e ，a n dt h e nu s ea l lk i n d so f t h e o r ya b o u ts t e e ll o g i s t i c s c e n t e rt op r o g r a mt h es y s t e m si n i t i a l p r o g r a m m i n g ，i n c l u d i n gt h es y s t e mc o m p o s ea n dt h ef u n c t i o nl a y o u t ，e t c i nt h eb a s eo fi t ，t h i s p a p e rp r o g r a mt h es y s t e mp r o g r a m m i n g a n db u i l dt h es y s t e mm o d e lu s i n gt h et h e o r ya b o u tp e l r i t h es y s t e mm o d e lj u s ti st h ep u r ed e s c r i p a t i o na n di ti sn e c e s s a r yt ok n o wt h es y s t e m i n - d e p t h b u tt h i sm o d e lc a n tb er u no nt h ec o m p u t e r , s oi t i sr e e dt ob u i l d i n gm o d e li nt h e c o m p u t e r t h es i m u l a t i o nm o d eb u i l d i n gc o u r s ei st h ec o u r s eo ft h ec r i t e r i o na n dd i g i t a lp r o c e s s a n di ti sn e e dt oi n c r e m e n ts o m en e c e s s a r yp o r ta c c o r d i n gt h ec h a r a c t e r i s t i co f c o m p u t e rr u n n i n g t h i sp a p e ru s et h ea u t o m o dt ob u i l dt h es i m u l a t i o nm o d e lo f t h es t e e ll o g i s t i c sc e n t e ra c c o r d i n gt o t h ef o r e b e a ds y s t e mm o d e l ，a n dv e r i f yt h ev a l i d i t yo f s i m u l a t i o nm o d e l i nt h el a s t ，t h i sp a p e rs t u d i e ds o m ei m p o r t a n ta n df a m i l i a ri t e m sa c c o r d i n gt h ef o r e h e a d s i m u l a t i o ng o a l ，i n c l u d i n gt h es e n s i t i v i t ya n a l y s i sa b o u tt h es t e e ll o g i s t i c sc e n t e rf a c t o r , t h e a n a l y s i sa n do p t i m i z a t i o nf o rm el o g i s t i c se q u i p m e n tl a y o u tp r o g r a m m i n ga n d t h et r a n s f o r m a t i o n f o l l o w i n gt h ef u n c t i o na n dq u a n t i t yi n c r e m e n to f t h e s t e e ll o g i s t i c sc e n t e r k e yw o r d s ：s t e e ll o g i s t i c sc e n t e r ；s y s t e m m o d e lb u i l d i n g ；e m u l a t i o nm o d e lb u i l d i n g s i m u l a t i n gr e a l i t y ；a u t o m o d ；s i m u l a t i o no p t i m i z a t i o n ； i i 东南大学学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得东南大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了谢意。 研究生签名： 东南大学学位论文使用授权声明 东南大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆有权保留本人所送交学位论文的 复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内 容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅，可 以公布( 包括刊登) 论文的全部或部分内容。论文的公布( 包括刊登) 授权东南大学研 究生院办理。 研究生签名：_ ：勉! 熊绪 导师签名 哗 第一章绪论 1 1 研究的背景及意义 第一章绪论 随着现代物流业在我国的蓬勃发展，作为物流企业和物流设施集聚的结点，物流中心也 得到了广泛的重视。各地政府纷纷出台物流规划，对物流园区、物流中心进行规划建设，一 些有实力的大企业也投资建设专业的物流中心、配送中心。但从实际情况来看，许多物流中 心在建设完成后，其运营发展却存在各种各样的问题。究其原因，主要有两个方面的因素： 一是宏观因素，如脱离当地的经济发展条件和基础设施的设计、规划选址及相互关系处理等 方面缺乏全局思考等：二是微观因素，如物流中心本身的布局、物流流程设计、生产组织方 案的选择等。由于物流基础设施一般投入巨大，牵涉众多，所以一旦运营不善，势必造成社 会资源的严重浪费或成为企业的沉重包袱。因此，从宏观和微观两个层次加强对物流中心规 划建设的研究，对节约社会资源，降低物流成本，改善杜会和企业的物流运作，都具有重大 的意义。 当前，仿真技术已经成为分析、研究各种复杂系统的重要工具，它广泛应用于工程领域 和非工程领域瞄l 。仿真可定义为：在全部时间内，通过对系统的动态模型性能的观测来求 解问题的技术。随着对物流合理化和物流效率要求的不断提高，对物流系统的规划设计和仿 真的研究，日益受到人们的重视。在没有实际系统的情况下，把系统规划转换成仿真模型， 通过运行模型，评价规划方案的优劣并修改方案，是系统仿真经常用到的一个方面，这可以 在系统建成之前，对不合理的设计和投资进行修正，避免了资金、人力和时间的浪费1 2 s 。 此外，系统仿真可以让人们对系统模型运行的效果，多次修改参数，反复仿真，这对于物流 系统这种多目标、多层次、多因素的系统来说更加有意义。而从系统的角度来看，物流中心 整体的布局、流程、运作都可纳入一个完整的系统。因此，在微观层次上对物流中心本身进 行规划设计的研究，进而对规划方案进行全面的系统仿真分析，对实现物流中心规划的合理 化和运作的高效化，具有积极的作用。 物流中心根据不同的分类方式可以分为很多类型，本文选择钢材物流中心为研究对象主 要基于以下两个方面的考虑：首先是相对于我国已建的各种物流中心来说，钢材物流中心一 般物流新技术应用比较广泛，配置的物流设备较为先进，其物流流程、系统组成以及功能布 局等方面比较适合于从现代物流的理念进行分析规划研究，从而使得钢材物流中心具有现代 物流中心的代表性，对其规划与仿真的研究具有一定的理论意义：其次从国内外钢材物流中 心规划建设的情况来看，由于钢材市场在全球范围内特别是在我国的蓬勃发展和钢材物流中 心在钢材流通体系中占有的重要地位，对钢材物流中心规划建设的需求和意愿具有相当的广 泛性和普遍性，但目前我国对钢材物流中心的规划建设无论是宏观选址方面的研究还是微观 的功能区域布局以及相关评价优化的研究，都还处于起步的阶段，因此，选择钢材物流中心 对其进行建模和仿真的研究具有一定的实用意义和社会意义。 本文首先对钢材物流中心内部功能区的合理布置、总体物流流程的确定、物流技术设备 的合理选择和配置等进行初步的规划研究，然后对系统仿真在钢材物流中心规划中的应用、 系统仿真的流程步骤、系统仿真的目标函数及评价指标体系的建立、各种子系统模型的建立、 东南大学硕士学位论文 不同设备布局等组成方案的仿真分析评价等方法进行研究，最后结合实例确定建模的初始方 案，结合目前国外应用相对成熟的三维仿真软件a u t o m o d 对规划方案进行计算机建模和仿 真分析优化。 1 - 2 国内外研究应用的概况 l 、物流中心规划的国内外研究概况 物流中心( l o g i s t i c sc e n t e r ) 的兴起源于- - 战以后，零售业的多店铺化、连锁化及多业 态化( 百货、超市、专卖店等) 对物流作业的效率提出了更高的要求，原来相互分割、缺乏 协作的仓储、运输、批发等传统物流企业无法适应现代物流业的发展，专业性的物流配送经 营实体物流中心便应运而生l “。目前，美、日、欧等发达国家经过长期的发展已经形 成了完善的物流基础设施、高效的物流信息平台和比较发达的第三方物流企业组成的社会化 物流服务体系，物流中心的规划建设和运营已经发展的相对比较成熟，相应地，对物流中心 的规划研究也初步形成了一个比较完整的体系。我国因为经济基础和各种基础设施总体上的 薄弱，物流经济并不是很成熟，物流中心的规划建设尚处于一个初级阶段，因此在对物流中 心的规划所进行的研究上，尽管所涉及的方面也比较广泛，但在研究深度等方面还存在一定 的欠缺。不过从总体来说，目前对物流中心的规划研究还主要是集中在宏观的层次上，如区 域物流中心的选址布局、物流中心与城市发展之间的互动关系、物流中心的宏观政策扶持等 方面。微观层次上主要有物流中心规划流程方法方面的研究，如德国的f r a u n h o f ei m 总结 提出的m s f l b 物流中心规划方法论 2 1 ；物流中心的规模确定方面的研究，如袁庆达等基于 遗传模拟退火算法建立数学模型以计算物流中心规模：物流中心系统布置设计方面的研究， 如美国的r m u t h e r 提出的s l p 方法m j 及国内孙学琴对其在物流中心规划中的应用所做的探 讨等。 2 、系统仿真的发展应用历史 系统仿真是建立在系统理论、控制理论、相似理论、数理统计、信息技术和计算技术等 理论基础上的，以计算机和其他专用物理效应设备为工具，利用系统模型对真实或假想的系 统进行试验，并借助于专家经验知识、统计数据和系统资料对实验结果进行分析研究，做成 决策的- - f l 综合性和实验性的学秘 f 2 ”。上世纪4 0 年代，冯诺依曼正式提出了系统仿真的概 念，随后，1 9 5 2 年美国成立了仿真学会，1 9 6 3 年出版了仿真领域最具权威性的学术刊物 “s i m u l a t i o n 一。同时，在1 9 6 1 年，g w m o r g e n t h a t e r 首次对“仿真”进行了技术性定义， 即“仿真意指在实际系统尚不存在的情况下对于系统或活动本质的实现”。另一个典型的对 “仿真”进行技术性定义的是k o m ”。他在1 9 7 8 年的著作连续系统仿真中将仿真定义 为“用能代表所研究的系统的模型作实验”。1 9 8 2 年，s p r i e r 迸步将仿真的内涵加以扩充， 定义为“所有支持模型建立与模型分析的活动即为仿真活动”。o r e n 在1 9 8 4 年在给出了仿 真的基本概念框架“建模一实验分析”的基础上，提出了“仿真是一种基于模型的活动” 的定义，被认为是现代仿真技术的一个重要概念。实际上，随着科学技术的进步，特别是信 息技术的迅速发展，“仿真”的技术含义不断地得以发展和完善，从a a l a n 和b p r i t s k e r 撰 写的“仿真定义汇编”一文我们可以清楚地观察到这种演变过程。不过，无论那种定义，仿 真基于模型这一基本观点是共同的，“系统、模型、仿真”三者之间有着密切的关系。系统 是研究的对象，模型是系统的抽象，仿真是通过对模型的实验以达到研究系统的目的。 随着计算机的发展，在发达国家。系统仿真技术的应用已经非常普遍，上世纪9 0 年代， 美国提出2 2 项国家关键技术。系统仿真技术列为1 6 项，美国国防部提出的2 1 项关键技术， 系统仿真技术列为第6 项；在日本，根据上世纪8 0 年代的统计，企业运用系统工程解决管 理与决策问题时，采用系统仿真方法的已经超过8 0 ；英国制造业也普遍采用系统仿真方 2 第一章绪论 法解决物料控制、人力配置、调度评估、投资策略及均衡生产等问题。在我国，仿真技术 总体来说还处在起步阶段，对于仿真技术的应用和研究主要集中在高校和科研机构等科研教 育领域，一些实力雄厚的大型企业也开始逐步重视对仿真技术的开发应用和研究，如海尔集 团国际自动化物流系统中心的规划设计过程中就应用了物流仿真软件对设计方案进行了仿 真，昆船公司在对物流产品设计时的对象节拍控制机型参数优化时的过程中也运用物流仿真 软件进行了仿真分析研究等”“。 3 、国内外钢材物流中心的规划建设概况 从欧美日本等市场经济发达国家实践看，第三方的钢材物流中心在钢材流通销售中发挥 着重要作用。这些国家钢材加工分销业已发展成熟。美国钢材消费量的6 0 以上约5 0 0 0 万 吨是通过钢材服务中心储存、加工和销售的，其加工服务中心已成为提高钢材售后服务水平 和在延伸服务中获取效益不可或缺的一部分咿j 。如北美洲的h 型钢代理商，通过加工服务 中心，实施以物流、信息流、资金流为一体的全方位管理，把运输、仓储，切割、包装、装 卸等组合成一条环环相扣的链条，将航运、铁路，公路运输紧密连接，按需、按时、按质、按 量以最低的成本。把所需的品种、规格组合配套送抵用户，从而实现利润最大化；德国蒂森公 司拥有6 0 个仓储中心，有5 0 0 辆运输车辆，加工服务类型主要有将各类钢材或减为长段， 或提供剪裁、热处理、校平等服务功能；美国瑞森公司是著名的现代钢材物流企业，其属下 拥有3 0 家左右的加工配送中心。统一使用瑞森品牌，几乎能为北美、南美所有的钢材用户 提供服务，满足客户的加工、配送、信息指导、仓储、运输等需求。 在我国，由于经济的强劲稳定增长，重化工业的快速发展，重大基础设施和住宅的大规 模建设，拉动了我国钢铁生产和消费大幅增长。2 0 0 3 年我国钢产量在世界上第一个突破2 亿吨，2 0 0 5 年钢产量达到3 4 9 亿吨，目前国内建设的钢材加工配送中心已达2 0 0 家。包括 上海宝井、长春一汽宝友等，但这些钢材加工配送中心主要服务对象集中在外资和合资企业， 钢材物流中心这种新型的物流服务方式还没有得到国内大多数制造厂家的认同，很多仍持观 望态度，只有一小部分开始作出尝试，而从理论上对钢材物流中心的规划建设包括宏观选址、 微观的功能布局、规划建设的综合评价优化等研究更是处于一个刚起步的阶段，但从长远来 看，完善我国的钢材流通体系。提高钢材流通效率，建设钢材物流中心乃是大势所趋。 4 、物流仿真软件的发展 系统仿真技术发展到今天，已经越来越多地集成到对重要运作的决策中。系统仿真在各 行各业的物流管理技术与手段中己取得了不可替代的地位。随着日益增长的技术需求，对功 能强大、方便、灵活、可靠的决策支持工具的需求愈加迫切。自1 9 5 5 年第一个仿真软件问 世以来，目前已经涌现了多种多样化的物流仿真软件。按照新技术出现的时间顺序，可将仿 真软件的发展分为六个阶段，即通用程序设计语言阶段、仿真程序包及初级仿真语言阶段， 完善的商品化的仿真语言阶段、一体化( 局部智能化) 建模与仿真环境阶段、智能化建模与 仿真环境阶段、支持分布交互仿真的综合仿真环境阶段口”。从总体来看，仿真软件体现了 以下几种发展趋势。首先，仿真软件越来越重视与外界的数据的交换：其次，软件的动画显 示功能不断增强：第三，越来越多的软件提供专门的输入、输出分析工具，为用户建立输入 数据模型和对系统进行统计分析提供更多的方便：第四，仿真软件的更进一步发展是提供优 化功能，仿真优化模块成为越来越多的仿真软件不可缺少的功能模块。 目前市场上流行的各种物流仿真软件有通用仿真软件( g e n e r a l - - p u r p o s es i m u l 撕0 1 1 s o i t w a r e ) 和面向应用的仿真软件( a p p l i c a t i o n - - o r i e n t e ds i m u l a t i o ns o f t w a r e ) 两类，根据 j a m e sj s w a i m 的广泛调查，在台式电脑上运行的仿真软件产品已有四五十种”j 。目前几个 应用较多的大型仿真软件有英国l a n n e r 公司推出的w i t n e s s ，美国b r o o k sa u t o m a t i o n 公司 开发的a u t o m o d ，美国s y s t e mm o d e l i n g 公司开发的a r e l l t a 和美国i m a g i n et h a t 司开发的通 用仿真平台e x t e n d ，美国3 i 公司设计开发的s i m a n i m a t i ，美国f l e x s i ms o f t , r a r ep r o d u c t s 3 东南大学硕士学位论文 公司开发的f l e x s i m ，日本a i s 公司开发的r a i _ c 等。 1 3 主要研究内容 1 钢材物流中心系统组成和物流流程研究 本部分首先对物流中心和钢材物流中心的发展概况和趋势进行分析，然后对钢材物流中 心的物流流程及其特点进行分析研究，得出具有普遍意义和一定代表性的物流流程图，并对 钢材物流中心进行系统划分。对其子系统组成进行研究分析，确定钢材物流中心各个子系统 的功能及其相互之间的关系，为其后的钢材物流中心的功能区域的布局与物流技术装备的选 择布置及各个子系统的参数选择和模型建立等奠定基础。 2 钢材物流中心的功能区域布局及装备选择配置 本部分主要结合钢材物流中心的系统组成和物流流程的研究讨论钢材物流中心的各种 功能区域组成及相互之间的关系衔接，研究功能区域划分和布局的原则与影响因素，分析不 同的布局方式对钢材物流中心运作的影响。同时对钢材物流中心内常用的各种物流机械设备 进行分析研究，结合功能区域的布局探讨如何合理选择与布置各种物流技术装备，同时对各 种物流技术装备的运行机理及在运行过程中的参数进行分析。 3 系统仿真技术及在钢材物流中心规划中的应用 本部分主要介绍系统仿真技术的发展历史，现状发展趋势以及仿真软件的发展概况， 并对本论文采用的物流仿真软件a u t o m o d 进行介绍说明，然后探讨了物流仿真软件与钢材 物流中心规划相结合的步骤、方法及注意问题。 4 系统仿真的目标函数和评价指标体系的建立研究 对系统进行仿真，目标就是分析系统规划的合理性，可行性和系统的效率，从而为系统 方案、设备配置和生产管理方式策略的选择提供依据。本部分主要通过对钢材物流中心物流 流程和功能区域布局及设施设备选择布置的研究，结合数学模型和系统工程等理论，提出系 统的仿真目标，建立合理全面的系统评价指标体系。 5 仿真模型的建立、运行及评价优化 本部分主要是通过对以上各部分的研究，结合实例确定模型各个子系统的基本运行参 数，确定不同的规划方案，包括功能区域布局、设备选择布置、人员配置、运营策略等，并 以此作为利用a u w m o d 所建模型的输入变量，然后调试运行模型，输出变量，结合系统仿 真的目标函数和评价指标体系对如何分析评价输出结果，如何改进完善规划方案以及规范完 善仿真优化评价的步骤等进行系统的研究。 1 4 研究的技术路线 1 确定研究的总体目标。总体目标主要包括论文研究目的、内容范围和主要研究成果等。 对研究内容进行分目录梳理，确定研究的层次结构和大致轮廓，有着总领全局的作用。 2 广泛阅读国内外相关资料。主要包括物流中心的规划，钢材物流中心的功能区域布局、 物流技术装备、规划运营发展，仿真技术的发展应用以及仿真软件的学习等资料。把握相关 领域的发展动态，确定本文研究的主要内容及存在的主要问题。 3 对钢材物流中心的规划进行分析研究。主要包括钢材物流中心的系统组成、物流流程、 功能区域布局及物流设备的选择布置等。 4 研究系统仿真技术与钢材物流中心规划的结合。对系统仿真技术和物流仿真软件的发 展概况及与钢材物流中心规划的应用结合进行介绍，对系统仿真的方法、步骤、注意问题等 4 第一章绪论 进行研究。 5 确定系统评价指标体系。结合数学模型和系统工程等理论，对系统和系统仿真的目标 进行分析，提出评价指标体系。 6 确定各种运行参数和设计方案。通过对功能区域布局和物流技术装备的研究，结合实 际的钢材物流中心，确定系统建模所需要的各种运行参数，并规划不同的功能区域布局、人 员配置、设备布置所组成的生产组织方案，以进行系统全面的仿真。 7 对模型进行仿真分析。通过运行模型，输出变量。根据仿真目标函数和评价指标体系， 对系统规划方案进行评价，对存在的问题进行改进，并通过反复的仿真分析及改进，得出满 意的方案设计 8 总结全文，得出结论，并指出以后研究的方向和需要注意的问题。 详细的技术路线图如图l 所示。 图1 - 1 总体技术路线图 5 东南大学硕士学位论文 1 5 本章小结 本章从目前我国物流中心规划建设的概况及存在问题这一宏观背景入手，首先阐述了选 择钢材物流中心进行建模仿真研究的意义，分析了系统仿真技术对钢材物流中心规划建设的 重要作用，然后对国内外对物流中心的规划建设的研究、国内外钢材物流中心的建设概况以 及系统仿真技术和系统仿真软件的发展进行了分析，在此基础上确定了本文研究的主要内 容，并明确了本文研究的技术路线 6 第二章钢材物流中心物流系统规划方法 第二章钢材物流中心物流系统规划方法 2 1 钢材物流中心规划总体介绍 2 1 1 规划的总体原则 钢材物流中心的规划必须遵循一定的原则，通过对客户需求的分析，实现能力与成本的 合理权衡，使该系统既能满足库存量和输送能力的需求，又能够降低规划成本，因此在规划 时应主要遵循以下原则： 1 总体规划原则：在对钢材物流中心进行布局规划时，要对整个系统的所有方面进行 统筹考虑。对钢材物流中心进行物流、商流、信息流的分析，合理地对三流进行集 成与分流，从而更加高效、准确地实现物流中心内外的物料流通与资金周转。 2 最小移动距离原则：保持物流中心内各项操作之间的最经济距离。钢材和操作人员 流动距离应尽量缩短，以节省装卸搬运等物流时间，降低物流费用。 3 直线前进原则：要求合理安排钢材装卸搬运设备以及相关的操作流程，以使钢材的 搬运和存储尽量按自然顺序逐步进行，避免迂回、倒流等情况的发生。 4 充分利用空间场地的原则：包括物流中心的垂直与水平方向，在安排不同类型的门 式起重机、操作人员、各种类型的钢材时应予以适当的权衡和配合，以充分_ 手! f 用空 间场地。 5 生产力均衡原则：维持物流中心内的装卸搬运设备、流通加工设备及各个功能区域 之间的均衡，使物流中心整体都能维持一个合理的速度进行。 6 顺利运行原则：通过对物流中心空间环境的布局，尽量保持钢材流通加工过程的顺 利进行。 7 弹性原则：能够保持一定的空同以利于相关设备的技术改造和工艺的重新布置以及 相应的维护空间。 8 能力匹配原则：相关设备的存储和输送能力要和钢材物流中心整体的需求及频率相 协调，从而避免设备能力的浪费。 9 安全性原则：规划时要考虑操作人员、各种设备在运营过程中的安全和便捷。 2 1 2 规划的阶段划分 钢材物流中心的规划主要有两个阶段，即前期准备阶段和系统规划设计阶段，各个阶段 都有其要达到的目标。 1 前期准备阶段：为了保证钢材物流中心的成功规划，必须成立一个相关的机构来协调和 指挥物流中心的建设工作。同时考虑到物流中心的专业性，技术性，系统性和未来的发 展变化等因素，还应与专业技术人员和专家学者紧密合作。全面听取有关建设的合理建 议，以保证规划的顺利实施。本阶段主要是开展基本资料的搜集和调研工作。资料的搜 集过程可分为两个阶段：即现行资料的搜集和未来规划资料的搜集。 i ) 现行资料的搜集：现行资料的搜集主要是针对钢材物流中心的现时需求进行的，主 要包括以下一些内容：钢材物流中心的业务种类、营业范围、供应厂商等基本运行 资料；钢材产品种类、品种规格等商品资料；订单的数量、单位、订货日期等订单 资料；各种钢材商品形态、储存特性等商品特性资料；钢材销售资料；钢材物流中 7 东南大学硕士学位论文 心内部一般和特殊的物流流程；钢材的搬运装卸特性等资料等。 2 )未来规划资料的搜集：除收集现行资料外，还应搜集钢材流通行业未来发展的趋势 及需求变化的相关资料，主要包括国家中长期发展计划及钢材产业政策、外部环境 的发展变化及国外先进技术理念等的使用；未来钢材需求预测及未来消费增长趋 势：钢材商品大类和品种的变化趋势；钢材物流中心未来可能发展的规模和水平等。 2 系统规划设计阶段：在这个阶段中，主要工作是对第一阶段所搜集基本资料的分析、钢 材物流中心规划条件的设定，作业程序和功能的规划、物流设施设备的选择配置、区域 布置规划、信息系统规划、建设保障措施及政府应给予的相关政策支持等。这种系统规 划设计实际上是逻辑分析的反复过程。在此过程中，对初步资料的进行分析运算，初步 得到初始规划和布置方案。经过科学的方法进行反复分析论证，逐步修正初始方案，从 而得到较明确的规划方案。 1 )基本规划资料分析：主要包括对钢材物流中心的订单变化趋势进行分析，对订单的 品项和数量分析，物品特性与储运单元分析及物流与信息流分析等内容。 2 )作业功能的规划：主要包括物流流程的分析研究规划，作业区域的功能规划以及相 关作业区域的能力规划等。 3 )设旅设备的选择配置：对于钢材物流中心来说，其设施主要分为物流作业区设施， 辅助作业区设施和厂房建筑周边设施三个部分；而设备主要有储存设备、物料搬运 设备、流通加工设备及其他物流附属设备等。 4 )区域布置规划：主要是指对空间区域的布置规划和作业区域的区块布置以及确定各 作业区域的面积和界限范围。内容包括：活动关系分析、作业空间规划、各区域位 置的设计、物流路线分析等。 5 ) 信息系统规划：主要包括信息系统的功能规划以及钢材物流中心信息系统的框架结 构等方面的内容。 6 )建设保障措施规划：包括对钢材物流中心争取当地政府的何种优惠政策扶持的建 议，物流中心的市场培育机制、发展建设机制以及运作主体相互协调的策略等内容。 2 1 3 规划的主要内容 钢材物流中心的规划主要分为宏观和微观两个层次，宏观主要包括对大环境的物流需求 供给分析及相关社会经济环境分析、钢材物流中心节点的选址以及各个钢材物流中心结点之 间的协调与合作、政府相关的保障措施等方面的内容，目前国内外对宏观层次上的钢材物流 中心规划研究比较多。微观层次主要包括对钢材物流中心的功能定位规划、内部的系统组成 和物流流程研究、钢材物流中心内部的区域布置和相关物流设备配置安排以及对规划方案的 评价优化等方面的内容。 本文中的钢材物流中心规划主要是指微观层次上的规划。其中，对钢材物流中心的总体 发展目标、发展方向等进行规划是整个物流中心规划的基础，在此基础上通过对钢材物流中 心各方面的需求分析确定其功能定位；对钢材物流中心的系统组成研究主要是根据中心自身 规划的战略定位、市场定位及功能定位确定所要设置的子系统组成以及对相应的职能承担规 划；物流流程研究主要包括物流中心总体的物流通路及一些增值业务的业务流程关系这两 部分内容主要是为确定物流中心内部的区域布置提供依据；对规划方案的评价优化主要是初 步的规划设计方案确定以后，依托规划设计方案对物流的流程及相关装备配置等生产组织方 案进行评价优化。因此，确定钢材物流中心的内部功能区域布置及相关装各配置以得出初始 的布局方案是钢材物流中心规划的核心部分，也是本文进行钢材物流中心建模与仿真研究的 基础。 8 第二章钢材物渣中心物流系统规划方法 2 2 功能定位规划及总体物流流程确定原则和方法 2 2 1 功能定位规划的原则 对钢材物流中心进行功能定位规划，首先要做相关的市场需求调查，通过对功能需求调 查结果分析，了解钢材物流中心服务对象的物流功能需求的类型和层次。从而在结果分析基 础上，结合专家、管理者、其他成功案例等相关方面的经验与知识，确定功能定位，同时还 要体现如下原则： 1 前瞻性原则：指功能定位既应满足现在客户的需求，又要满足未来客户的需求； 2 综合性原则：指功能定位应综合问卷调查的结果、市场定位、物流产业的发展趋势， 经济结构的调整及外来竞争压力等许多因素综合确定； 3 阶段性原则：指物流功能的设置应体现不同规划阶段的特点，能根据不同阶段内的 需求变化进行扩展： 4 层次性原则：指功能设置应体现出层次性，在物流基础性的服务功能的基础上拓宽 到增值服务层次的功能。 2 2 2 功能定位方法 钢材物流中，i f , 的功能从总体上来分，主要有两种：物流服务功能和辅助服务功能。物流 功能的设置包括基本物流功能和增值物流功能。基本物流功能主要是指普通的包装、运输、 仓储、配送、装卸、搬运、流通加工等功能。这些基本功能是展开物流活动的基础，其它增 值物流功能的设置是在此基础上的拓展和延伸。辅助服务功能主要是为了辅助钢材物流中心 的运作管理以及各项物流功能流畅运作而设置的一些功能，主要包括设备维修保养、物业管 理、生活服务、站场管理等等。这些功能主要是面向中心内部，是中心运作管理和展开物流 活动不可缺少的。 对钢材物流中心的功能进行细分的方法比较多。比较常用的就是通过对各方面的功能需 求进行调查分析，然后对调查结果进行模糊聚类分析。 i 市场需求调查：市场调查是功能定位过程中必不可少的一个环节。只有在深入彻底市场 调查的前提下，功能的设定才有规可循，也只有这样，才有可能获得成功。市场调查的 形式和方法有很多种，但是最重要也是最有效的办法是问卷调查。在问卷调查中，主要 有以下几个方面的内容。 1 1 调查目的：功能需求调查的目的主要是通过调查目标市场对钢材物流中心服务功能 的需求程度，来辅助设定钢材物流中，1 1 , 的功能。调查的核心是了解目标市场对问卷 设置的各项服务功能重要程度的认识以及差异。 调查对象：根据钢材物流中心所选择的服务目标市场以及市场定位，调查对象主要 是所服务对象中典型客户。钢材物流中心在选择目标市场时，采用的进入目标市场 模式不同，调查对象的范围也就不同。在确定调查对象时，尽可能的涉及所服务对 象的各个方面。 3 1调查内容：调查的内容主要是调查功能需求。一是当前的功能需求调查；二是未来 几年的功能需求调查。根据钢材物流中心选择的目标市场以及其市场定位，列出钢 材物流中心可提供的各项服务功能。 4 ) 问卷设计：问卷设计必须有针对性，必须充分考虑所调查人群的文化水平、年龄层 次和协调合作可能性，问题的数量要适当。同时在问题设计的时候也要注意逻辑性 9 东南大学硕士学位论文 的问题，不能产生矛盾的现象，并且应该尽量避免假设性问题，保证调查的真实性。 对问题的回答尽可能的采用数字和符号等形式，减少调查者的书写量。另外问卷设 计要便于数据的统计和分析。 习问卷发放与回收：问卷调查表格的发放与回收应尽可能的在政府部门的组织下进 行。这样便于调查问卷的发放与回收，有利于提高调查对象对问卷调查的重视程度。 2 模糊聚类分析：模糊聚类分析主要是由于直接根据问卷调查等市场需求调查得出的结果 一般不太清晰，相互之间存在交叉等，因此需要对所列出的功能进行聚类。步骤如下： 1 )第一步，数据预处理。将每份有效问卷调查表格所得的数据进行统计。数据处理时 将现在的物流功能需求与未来( 如未来5 年) 的物流功能需求分开处理。 2 )第二步，计算均值与标准差。均值表示调查对象对该项功能的重要度总体评价，标 准差表