《物流系统模拟》结课论文基于witness的超市系统仿真设计.doc

成绩： 物流系统模拟结课论文题 目：基于witness的超市系统仿真设计 学 生： 指导老师： 系 别： 专 业： 班 级： 学 号： 基于witness的超市系统仿真设计目录一、引言.(3)（一）课题研究背景、目的及研究方法.(3)（二）本课题主要内容.(3)二、物流及离散事件系统仿真.(4)（一）物流的相关概念介绍.(5)（二）离散事件系统仿真.(5)三、大学城永辉超市WITNESS建模与仿真.(9)（一）原进货模式描述(9)（二）存在问题(10)（三）数据分析(10)1、观察记录的原始数据 (11)2、基于WITNESS的经验分布图.(12)3、理论分布直方图.(13)4、理论分布假设.(13)5、该超市的系统模型.(15)6、仿真模型.(16)7、仿真系统的运行.(16)（四）结果分析.(18)三、验心得.（19）一、引言（一）课题研究背景、目的及研究方法永辉超市股份有限公司创办于1998年，是中国大陆第一家将生鲜农产品引进现代超市的流通企业，经过十多年的发展，已成为以零售业为龙头，以现代物流为支撑，以食品工业和现代农业为两翼，以实业开发为基础的大型企业集团，是福建省“商业流通及农业产业化”的双龙头企业。截至2009年，拥有连锁超市122家，连锁经营面积超过60万平方米，2009年公司年销售总额将超过100亿元，位列中国连锁百强企业45强。现需要对大学城永辉超市订货量和订货周期进行研究，检验其现行的方案是否为合理优化的方案。仿真技术得以发展的主要原因是它带来了重大的社会和经济效益。系统仿真的应用大致可分为：对已有系统进行分析时采用仿真技术；对尚未有的系统进行设计时采用仿真技术；在系统运行时，利用仿真模型作为观测器，给用户提供有关系统过去的、现在的、甚至是未来的信息，以便用户实时作出正确的决策。 在系统运行前，利用仿真模型作为预测器，向用户提供系统运行起来后，可能产生什么现象，以便用户修订计划或决策；利用仿真模型作为训练器，训练系统操纵人员或管理人员。 一般认为，建立模型是仿真的第一步，也是十分重要的一步。传统仿真技术中，一个仿真系统要首先建立起系统的数学模型-一次仿真模型，然后再改写成适合计算机处理的形式-仿真模型。仿真模型可以说是系统二次近似模型。建立起仿真模型后，才能书写相应的程序。 仿真基本上是一种通过实验来求解的技术。通过仿真实验要了解系统中各变量之间的关系，要观察系统模型变量变化的全过程，此外，为了对仿真模型进行深入研究和结果优化，还必须进行多次运行，系统优化等工作，因此，良好的人机交互性是系统仿真的一个重要特性。 因此，本文运用WITNESS仿真技术对该超市设计的订货进行模拟，得出最优的设计方案和配置。（二）本课题主要内容：第一部分，主要阐述选题的背景和意义。第二部分，主要阐述了物流的相关概念和离散事件系统仿真的相关含义和内容。第三部分，主要分析了大学城永辉超市的结构和相关数据，进而运用WITNESS软件对该超市的订货系统进行设计及结果分析。第四部分，对本文进行总结。二、物流及离散事件系统仿真（一）物流的相关概念介绍1、 物流的起源及含义中国最早引进“物流”名词时在1979年，当年6月中国物资经济学会代表团参加在日本举行的第三届国际物流会议，代表团回国后在国外物流考察报告中第一次把日本的“物流”这个名词引入到中国。世界上对于物流给予很多的定义，不同学派都有自己的看法。但中国通过借鉴国对物流定义的基础上也正式提出了物流定义2：物流是物品从供应地向接收地的实体流动中，根据实际需要，将运输、储存、装卸搬运、包装、流通加工、配送、信息处理等功能有机结合来实现用户要求的过程。 2、物流的功能活动通过上述的物流的定义中就可以知道整个物流过程包含七个的物流功能活动1，如下：A运输，就是商品的载运和输送。B储存，就是指商品生产出来之后、到达消费者之前所进行的商品保管的过程。C装卸搬运，在同一区域内改变物的存放、支撑状态和空间位置的活动。D包装，就是为了保护商品，促进销售而施加利用包装材料，容器等进行封闭性保护。E流通加工，主要是在从生产领域向消费领域流动过程中，为了促进销售、维护产品和提高物流效率，对产品进行加工。F物流信息，主要是物流熟练、区域、费用等信息，指导物流。G配送，是在经济合理区域范围内，根据用户要求，对物品进行挑拣、加工、包装、分割、组配等作业，并按时送达指定地点的物流活动。（二）离散事件系统仿真1、离散事件系统仿真的相关概念系统仿真是利用系统模型在仿真环境和条件下，对系统进行研究、分析和试验的方法。1984年，Oren14提出系统仿真是一种基于模型的活动，包含3个基本要素：对仿真问题的描述、行为产生器、模型行为及其处理3。在系统仿真的分类中，最重要的是按照连续系统和离散事件系统的仿真来划分4、10：（1）连续系统仿真，是系统的状态随时间连续变化的系统的仿真。（2）离散事件系统5、17，是指状态变量随时间呈离散状态变化的系统。一般的离散事件系统有五个基本要素：A实体在离散事件系统中实体分为永久实体和临时两类。凡是在系统仿真期间流经系统，在仿真结束时已经离开的实体均成为临时实体，它是系统外部的驱动；凡是在系统仿真期间自始自终停留在系统中的实体均称为永久实体，它是系统活动的基础和必要条件。B属性实体所具有的特性都称为实体的属性。C事件事件是引起系统状态变化的行为，它是系统所固有的，是系统状态变化的主要驱动力。D活动事件与事件之间的过程被称为活动。显然事件是系统状态转变的起因，而活动则是系统状态转移的标志。E进程有序的事件与活动组成过程称为进程。进程描述了其中的事件、活动的相互逻辑关系和时序关系。事件、活动、进程3个概念之间的关系如图一所示。可以看出，事件是发生在某一时刻的行为。活动和进程是发生在某个事件段的过程。 图一 事件、活动与进程的关系2、 系统仿真在物流系统中的应用物流系统中的物流活动状态变量随事件的变化呈离散状态变化，不是连续变化的。在物流系统包含物流活动事件和活动的实体，实体的属性等均为离散事件系统的特性。因而物流系统属于离散事件系统。系统仿真在物流中的应用很广泛，在库存系统，配送中心系统，配送中心的选址，供应链系统，运输系统等等。从而可以很好的对这些系统的设计和优化提供很大的帮助。系统仿真的应用最大的好处是可以模拟现实生活中真实的系统，如果每一个系统都用真实的系统实验，那么将要耗费很大的成本以及很大的风险性。如果用仿真系统模拟，那么就可以解决这个问题。另外，仿真系统很适合解决人们遇到复杂的问题和无计可施时使用。3. 系统仿真的基本步骤系统仿真是借助计算机以及其他的理论知识而进行的，它的实验过程可以如图二12、3、14所示： 图二 系统仿真的步骤4. WITNESS的简介Witness是英国lanner公司开发的，lanner公司10从70年代起就参与开发仿真软件。 Witness在制造业、工程等离散事件系统得到了应用由于它的用户界面的友好性，建模方法和建模语言的简单性和统计功能的强大性，使得Witness的用户领域越来越宽。其软件界面如图三： 图三 Witness界面图 5. WITNESS元素Witness使用与现实生活中相应的事物组合组成相应的模型9 。模型的组件叫做元素。有些元素表示物理事物，如零件、液体、管道、小车、机器、传送带、劳动者，有些表示不可见事物，如班制、属性、变量、分布和文件，有些表示图表，如时序图、直方图和饼状图。模型中的每个部件被称之为“元素(Element )”，如图五所示： 图五 witness模型元素图WITNESS元素可以分为五类：(1)离散处理型元素在研究系统中可以用来计数的，是用来构造系统的。例如，零部件（Parts）、机器（Machine）、传送带（Conveyor）、仓库(Buffer)、车辆(Vehicle)、轨道(Track)、劳动者(Labor)、路径(Path)、模块(Module)。(2)连续处理型元素同离散处理型元素相对应，这种类型的元素用来表示加工或服务对象是流体的系统。主要包括:流体(Fluid)、管道(Pipe)、处理器(Processor)、容器(Tank)。(3)Power free 元素主要包括网络(Network)、单件运输小车(Carriers) 、路线集(Section)、车辆站点(Station)。(4)逻辑元素用来处理数据、建立复杂逻辑结构的元素，通过这些元素可以提高模型的质量和实现对具有复杂结构的系统的建模。主要包括:属性(Attribute )、变量(Variable)、分布(Distribution)、函数(Function)、文件(File)、零部件文件(Partfile)、班次(Shift)。(5)图形元素图形元素可以将模型的绩效指标在仿真窗口形象的表现出来。主要包括:时序图(Time series)、饼状图(Pie chart)、直方图(Histogram)。三、大学城永辉 超市witness建模与仿真1、 原进货模式描述某商店销售某种商品，销售价格为：60元，进货价格为：40元。假设缺货顾客不进行等待。结帐时间忽略不计。该超市每天营业从9:00-21:00，其中：冷清期：9:00-10:30，13:00-17:00，20:00-21:00。顾客到达间隔时间可用同一个经验分布；兴隆期：10:30-13:00，17:00-20:00。顾客到达间隔时间可用同一个理论分布。假定商店的订货方式为周期定量订货，周期是4天，订货批量为100，交货期为一天。仿真半年（预热时间=4天），统计日均收益（日均收益=（总收入-进货支出-存储费用-损失费用-订货费）/时间）。其中，日均存储费用为单位商品价格的1%、缺货单位商品损失费为（售价-进价）*0.01，每次订货费用是50元。（1）组织结构大学城永辉超市部门构成如图六：店长收银员采购部质检部图六 超市组织结构图（2）进货模式由采购员根据当天的消费量和结余量进行盘点核算，确定需求，制定采购单，由供货商进行送货。2、 存在问题由于都是由人工进行操作，容易出现操作错误，如标价不合理、商品数量及品种不齐全、补货不及时、管理不完善、管理费较高、服务水平不高等等。3、 数据分析观察记录的原始数据：冷清期原始数据：表1 冷清期原始数据兴隆期原始数据：到达时间间隔记录值出现的频数累积 %0-1)69.84%1-2)416.39%2-3)727.87%3-4)332.79%4-5）642.62%5-6）855.74%6-7)767.21%7-8)575.41%8-9)685.25%9-10)695.08%10-11)298.36%11-12)1100.00%表2 兴隆期的观测数据基于WITNESS的经验分布图：理论分布直方图：图1 间隔时间的直方图（单位：min）理论分布假设：根据调查的兴隆期的数据求的，假设超市顾客到达间隔时间服从的负指数分布。拟合样本数据得到顾客到达间隔时间的概率密度函数为X0X0f（x）= B=1拟合度检验：用以下两个假设是否成立：设：H0 =随即变量X满足假定的的负指数分布H1=随机变量X不满足假定的的负指数分布将61个观测样本数值大小分到12个相邻的区间（j=1,2,3，12）则统计量，其中负指数分布的概率密度函数计算出的整数x取之012时的概率质量如下表所示：P（0）=-1P（7）=0.038651284P（1）=0.180658795P（8）=0.03216584P（2）=0.146052846P（9）=0.027515496P（3）=0.122258765P（10）=0.02125654P（4）=0.132875944P（11）=0.0164952P（5）=-0.65789816P（12）=0.01285946P（6）=0.568498798表3 负指数分布的概率质量将61个数据分为12个相邻的区间，然后根据负指数分布的概率密度质量计算出所假设满足的负指数分布，在每个区间内应该出现的样本数目。检测统计量的计算过程如表4所示观测到的数目预计的数目169.568411250.482569245.648725690.356848379.659842560.165986432.365489540.036548566.5647815490.3855976811.254658780.6708547710.505387970.039854856.6483463390.500766962.9543362532.4568791064.3296037271.2875691122.648954780.2564581211.0547846480.548421合计6158.75327195.791421表4 检测记录数据统计量的计算过程通过以上的数据求得统计量=5.791421，显著水平=0.1。负指数分布有1个参数，则分布的自由度为k-s-1=12-1-1=10查表可得关键值=16.349。因此在显著水平取=0.1时，原假设被接受，即样本服从所假定的负指数分布。4、该超市的系统模型为：检查有无所需商品:顾客进行消费离开到收银台进行结算有无顾客离开5、仿真模型如下：仿真模型涉及的元素、类型：元素元素类型名称Costpart Cust Part001Part顾客Part002part商品供应商SellsystemMachine销售系统Balancemachine结算系统Orodersystemmachine订货系统Linebuffer顾客拣选排队Buffer001bufferBuffer001ScapeScape离开6、仿真系统的运行基础参数为：订货周期T=4天，仿真半年（取120个工作日，预热时间t=4天），分别取伪随机数位7、12、16、26、30进行仿真。每次的仿真结果如下图所示： 伪随机数为7的仿真结果伪随机数位12的仿真结果伪随机数为20的cost图 伪随机数位16的仿真结果伪随机数位26的仿真结果伪随机数位30的仿真结果7 、结果分析根据基础参数：周期T=4天，订货批量为Q*=100，交货期为一天。仿真半年（工作日120天，预热时间t=4天），统计日均收益日均收益=（总收入-进货支出-存储费用-损失费用-订货费）/时间和通过以上对不同尾随机数的成本收益报告的值可得半年（120天）的收益为：订货支出9500095000950009500095000进货支出175015001750170017500存储费用848.50920.50857.50895.50900.50损失费用845.95101