基于Arena的电子商务物流配送体系的建模与仿真研究.doc

物流技术 2010年第 29卷第 1期 (总第 208期 1引言目前, 我国的电子商务物流配送已有了一定程度的发展 。 自建配送中心 、 共同配送模式和第三方物流模式在国内已经 进行了不少的尝试, 然而同国外的电子商务物流配送相比, 我 国电子商务物流配送仍然存在着很多的问题,主要表现在 1:物流信息系统发展滞后 、物流配送低效率 、 物流装备标准化程 度低; 中国企业对物流和配送缺乏正确和充足的认识 、 对电子 商务物流的重视程度不足; 配送中心布局不合理 、 重复建设严 重; 物流业无规模优势, 资源浪费严重; 电子商务的物流配送 基础设施不完善; 电子商务企业物流的管理程度较低, 物流和 配送发展所需的制度有待进一步改革; 专业技术人才短缺 。针对以上问题, 目前还没有较好的解决办法, 网格化管理 以其独有的效用正好为电子商务物流配送资源的整合送来一副良药 。 它可将分散的资源进行有效的统一调度,并且具有简 便性 、 有效性 、 及时性和规范性等优点 。 这与整合电子商务物 流配送资源所要达到的资源共享 、 有效利用和规范管理的目 标相一致 。基于网格化管理的电子商务物流配送体系的起点为体系 用户的需求启动:需求信息通过多样化 、 统一规范的渠道到达 受理环节,经确认完整无误后形成任务包传递至任务派发环 节;任务包经分解确认权责及协作规则后再传递到任务执行 环节; 执行环节通过资源配置单独或协同完成任务, 并反馈执 行完毕信息; 最终由受理环节向需求主体确认需求满足状况 。另外,基于网格化管理的电子商务物流配送也包括监控 、 决策 、 社会配合等支持环节, 与受理等基本环节共同构成完整的 基于网格化管理的电子商务物流配送体系,并形成完整的需 求服务链 。 图 1为网格化电子商务物流配送体系图 2。把电子商务物流配送体系转换成仿真模型,通过运行仿 真模型, 评价此体系服务水平及运行效率等的优劣 。 这样可以 在体系建成之前, 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, 因此开展电子商务物流配送体系仿真 研究具有很强的实际意义 。2建模过程2.1模型描述本文略去监控和决策环节,并假设体系搭建完成并能正 常运转;体系利益相关者可熟练操作,并且无抵触或破坏行 为; 资源具有可统计性 、 可共享性 、 易操作性 、 可相互协调性及 互不包含性; 资源状态始终良好; 社会机构无故障服务 。假设电子商务物流配送体系提供 X (x=1, , x 类资源服 务, 本文将对非网格化和网格化两类流程模式进行模型描述 。(1非网格化流程模式 。 假设该模式下客户需要办理第 x 类资源服务, 需到网站受理窗口依次查询 n (i=1, , n 个企业 是否能够满足需求 。 企业 i 有受理 、 审批 、 执行等 m 个环节, 环节 j 服务台有 s j (j=1, , m 个 。 客户先到由受理窗口查询到的 企业 1办理 (服务规则先进先出 服务, 服务时间是每天 8小基于 Arena 的电子商务物流配送体系的建模与仿真研究屈乾沁 1, 关晓兰 2, 刘志萍 3(1. 北京交通大学 理学院 , 北京 100044; 2. 北京交通大学 经济管理学院 , 北京 100044;3. 北京交通大学 海滨学院 , 河北 黄骅 061100摘 要 基于离散事件的建模与仿真理论, 从定量角度对网格化电子商务物流配送体系进行探讨分析, 通过设计相应仿真逻辑模型并结合算例设定与参数赋值, 运用 Arena 仿真软件对其评价指标进行定量研究,通过分析仿真结果进行比较研究得出一 些优化策略 。关键词 电子商务 ; 物流配送 ;Arena; 仿真 中图分类号 F253.9文献标识码 A 文章编号 1005-152X (2010 01-0090-03Modeling and Simulation of E-commerce Physical Distribution System Based on Arena SimulationQU Qian-qin 1, GUAN Xiao-lan 2, LIU Zhi-ping 3(1.School of Science, Beijing Jiaotong University, Beijing 100044; 2. School of Economics &Management, Beijing Jiaotong University,Beijing 100044; 3. Haibin College, Beijing Jiaotong University, Huanghua 061100, China Abstract:This paper, on the basis of the modeling and simulation of discrete incidents, explores and analyzes quantitatively the physical distribution system under griddized E-commerce environment and, after designing its logical model and assigning the relevant parameters in a numerical study, applies the Arena simulation software to a quantitative study on the evaluation indices of the model, a subsequent comparative study of the simulation results yielding some desirable optimization strategies.Keywords:E-commerce; physical distribution; Arena; simulation收稿日期 2009-11-26作者简介 屈乾沁, 北京交通大学理学院学生, 研究方向:信息与计算科学 ; 关晓兰, 北京交通大学经济管理学院博士研究生, 研究方向:管理科学 信息化理论与方法 ; 刘志萍, 北京交通大学海滨学院助教, 硕士研究生, 研究方向:电子商务 。doi:10.3969/j.issn.1005-152X.2010.01.030技术与方法90-图 1网格化电子商务物流配送体系时, 一周 5天, 若所有服务台忙, 则形成单一队列, 若有服务台 空闲立即提供服务 。 若企业 1不能满足客户的需求, 则返回网 站受理窗口, 继续搜索下一个企业 2, 企业 2服务类似企业 1, 依此类推, 直至客户需求得到满足 。(2 网格化流程模式 。 该模式按照网格化管理理论整合业 务流程, 集成企业协同办公过程, 形成统一的受理中心和分包 中心, 实现企业功能模块化 、 沟通顺畅及业务集成 。 客户单点 一次搜索登录即完成需求提交,服务部门按流程规则办理服 务 。 用户可 24小时访问体系系统提交需求 。 为简化起见, 将用 户提交的需求看作是一个个不同的待加工的产品,它和所需 要的资源呈现一一对应的关系, 即一个资源为一个需求服务 。 暂不考虑一个需求对应两个及以上资源的情况 。用户办理第 x 类服务,登陆系统并提交需求的时间忽略 为 0, 体系各部门按运作规则办理服务 。 受理中心接收到需求 请求并进行相应处理后将任务包向后传至协调控制中心 。 协 调控制中心将任务包分发到各资源管理机构,由资源管理机 构进行资源服务 (若 x 类资源占用已满, 则令其单队列等待; 若 x 类资源有空余则安排用户使用 。 各部门的服务时间均服 从统一的概率分布, 因而方便起见, 可将整个体系的运作作为 一个黑匣子处理, 只计算一个总的响应时间 (T 响 。 用户接受 服务的时间为运输时间 (T 运 +占用时间 (T 占 +释放时间 (T 释 。 运输时间定义为体系调用资源起至用户开始使用的 时间; 占用时间为用户使用资源的时间; 释放时间为用户占用 资源结束至体系资源管理机构释放资源的时间 。 可将这三种 时间总括为一个服务时间, 即资源繁忙时间 (T 忙 。2.2逻辑模型为了描述方便,我们将电子商务物流配送体系简写为 ELS (E-commerce Logistics System , 受理中心 、 协调控制中心 和资源管理机构分别简写为 RC (Reception Center 、 CCC (Co-ordinate Control Center 和 RMA (Resource Management Agen-cies 。根据上面的模型描述,非网格化流程模式仿真逻辑模型 如图 2所示 。 该模式响应周期包括途中 、 等待及服务 (资料处 理 +现场执行 等时间; 服务方便性与各个企业接入点 、 服务 规则有关 。图 2非网格化 ELS 仿真逻辑模型图由前面可知, 网格化 ELS 涉及的功能实体包括体系用户 、 管理机构和社会机构三大类 。 按 ELS 构建的思路, 可将体系分 为 “ 协调控制中心 -资源管理机构 -受理中心 ” 三个管理层次 。 图 3为网格化 ELS 的仿真逻辑模型图 。图 3网格化 ELS 仿真逻辑模型图该逻辑模型的建立严格遵循一般建模的科学步骤,并且 完全以理论事实为基础, 尊重客观条件, 因而是合理正确的 。 2.3仿真模型假设非网格化和网格化两种服务模式的业务一样,人员 配置一样, 以使二者的仿真具有可比性 。 同时为了体现仿真的 比较效果,本文算例仿真的参数赋值主要以非网格化模式为 基准, 其参数设置能使非网格化模式处于较高的忙碌状态, 流 程各节点间资源配置也较为均衡,网格化管理的参数参照非 网格化模式以及现实中的均值赋值,以使仿真也具备一定的 现实参考意义 。仿真算例假设服务周期为每天 8小时,网格化模式用户 可 24小时提交需求 。 另外假设系统事件的到达及流程中各处 理节点的处置时间均服从指数分布 。 (这里的时间数据的变化 是独立的, 平均值的估计不是太大, 因此选择指数分布 非网格化模式算例仿真模型如图 4所示 。图 4非网格化模式仿真模型上述非网格化模式仿真模型中的三个子模型是类似的, 这里只列出子模型 1如图 5所示 。图 5非网格化模式仿真模型的子模型 1网格化算例仿真模型如图 6所示 。屈乾沁, 等:基于 Arena 的电子商务物流配送体系的建模与仿真研究 技术与方法 91 -物流技术 2010年第 29卷第 1期 (总第 208期 3系统仿真分析3.1仿真测评指标本仿真采用下列五个常用服务质量测评指标来度量该体系的服务, 这五个指标均由仿真系统生成, 具体如下 3:(1 平均排队长度L q 平均排队长度, 即稳态系统中任一时刻等待服务的顾 客数的期望值 。L q (t为 t 时刻队长, T 为运行时间 。(2 平均队长L 平均队长, 即稳态系统任一时刻所有顾客数的期望值 。 S (t 为正接受服务顾客, t 时刻稳态队长等于 L q (t和 S(t之和, Arena 将系统内顾客平均人数或事件数之和记为 WIP 。 (3 平均等待时间W q 平均等待时间, 即 (在任意时刻 进入稳态系统的顾客 等待时间的期望值 。Z i 为顾客 i 等待时间, K 为系统服务顾客总数 。(4 平均逗留时间W 平均逗留时间, 即 (在任意时刻 进入稳态系统的顾客 逗留时间的期望值 。S i 为顾客服务时间 。(5 资源利用率指的是对不同系统资源的使用程度 。B(t为资源运行状态, 忙碌取 1, 空闲取 0。前四个是常用的稳态性能评价指标 4, 可从用户和体系服 务过程角度测评服务响应能力和服务拥挤度,后一个指标可 以从体系运作结果的角度测评物流配送资源利用率和服务强 度 。 因而, 这些指标可以全面而合理地体现出网格化 ELS 的运 作能力和实际效果 。3.2仿真输出结果的分析 4根据上述逻辑模型及输入数据,利用 Arena 软件进行系 统仿真运行, 设系统每天工作 8小时, 每次仿真 1天, 仿真 5次, 仿真结束后系统将自动生成 .txt 的文件, 并输出模型中所 设置的所有统计内容, 得出报告形式的结果, 对其进行整理分 析, 得到一组仿真结果, 分别如图 7(a、 (b、 (c、 (d所示 。(b(c(d图 7不同模型各输出性能指标的比较由以上的结果分析可以看出, 非网格化模式下, 用户的平 均排队时间和平均逗留时间与网格化模式下相比,时间稍微 长一些, 这也不难理解, 因为非网格化模式下, 各企业的服务 也都是通过计算机单独控制的 。 但是, 我们从上面的结果中还 可以看出更重要的一点, 系统的平均队长 (WIP 及资源平均利 用率这两个指标都是网格化模式下要优于非网格化模式 。 因 此, 网格化管理思想用于电子商务物流配送体系还是可行的 。 此模型能够清楚表达电子商务物流配送资源的需求服务 过程, 可以看到用户需求 、 需求响应 、 需求资源得到服务和用 户离开的工作状态 。 改变影响用户需求到达或者服务时间的 参数, 可以得到不同的结果 。 通过不断地修改参数, 最终会得 到最优化结果的 。4结论本文提出了一种基于网格化管理的电子商务物流配送研 究的方法, 并建立了模型, 运用仿真 Arena 软件进行了仿真模 拟分析 。 仿真结果表明, 该体系能够清楚地表达服务机构的工 作状态,能够达到模拟仿真电子商务