物流系统规划与仿真-毕业论文.doc

学 号：0120818730203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0802班姓 名李俊鸿指导教师孙 虎2012年01月10日i课程设计任务书学生姓名： 李俊鸿 专业班级： 物管0802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 1 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22.1 流程分析22.2 仿真逻辑图23 仿真模型及其模块说明33.1 仿真模型33.2 模块说明34 运行结果及其分析94.1 运行结果分析94.2 系统瓶颈分析115 系统改善方案115.1 系统改善方案（I）-超市购物模型_B125.2 系统改善方案（II）-超市购物模型_C136 课程设计小结及体会15参考资料16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。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：顾客到达时间间隔服从指数分布，均值1min；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；没有小推车的顾客购物时间为515min，购物金额在0080元之间；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；顾客结账后，小推车立即释放以备后用；超市每天营业12小时，一个月30天营业日。1.2 仿真的目的采用ExtendSim7软件建立超市服务流程仿真模型，通过模型的模拟实验，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。强化理论课程中学到的仿真建模知识，掌握ExtendSim7软件的基本操作和仿真分析方法。而通过此实验仿真，让学生进一步熟悉ExtendSim7的操作应用，强化理论课程中学到的仿真建模知识，掌握ExtendSim7软件的基本操作和仿真分析方法，达到理论知识与实践相结合。同时让学生了解仿真在服务行业的应用与重要性。2 流程分析与仿真逻辑2.1 流程分析顾客到达超市，如果发现有空的小推车，就取走一个进入到超市中。如果没有空的小推车，顾客也进入超市当中，但只能靠双手来携带物品，不但会影响到顾客可以购买总商品的价值，也会缩短顾客的购物时间。统计发现。没有小推车的顾客购物时间为5-15min，购物金额在0-80元人民币之间；而有小推车的顾客购物时间则为25-45min，购物金额在50-200元人民币之间。当顾客挑选完物品以后，就到出口的收银台交款，收银台处有一位收银员。结账后有小推车的顾客就将商品带走，将小推车返回原处以备后用，然后离开超市；没有小推车的顾客则就可以直接离开超市。2.2 仿真逻辑图进入超市有无可用推车取得推车购物无推车购物结账有无推车归还推车离开是否是否购物时间与金额由有无小推车决定变化范围图1 仿真逻辑图3 仿真模型及其模块说明3.1 仿真模型图2 超市购物仿真系统模型3.2 模块说明 1.顾客到达，Create模块 模型中采用Create模块来模拟顾客到达过程。时间间隔设定为1min。具体设置如图3所示。图3 Create模块中时间间隔的设置2.顾客获取小推车，Select Item Out模块 顾客需要根据可用小推车的数量来决定购物的方式（推车购物还是手持购物）。Resourse Pool模块的L输出端口可以显示当前可用推车的数量，用这个数量通过命名连线AvailableCarts控制顾客的走向。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的分支。这两个分支的作用是为了不同的购物时间和购物金额的分布函数。其设置如图4所示。图4 Select Item Out模块参数设置3.控制小推车，Resource Pool模块Resource Pool在Items模块库中，用于模拟可以不用区分个体而更关心 数量变化的资源群体。在此模型中用于模拟购物小推车。当资源使用完毕，需要释放并返还，供以后顾客使用。需给资源群体命名并注明初始量，具体如图5所示。图5 Resource Pool模块参数设置4.为不用类型顾客设定不用的购物时间和金额的分布函数，Set模块、Random Number 模块、Constant模块Set模块来自于Items模块库，用来设定顾客的属性。这里我们设定了3个属性，ShoppingTime表明顾客的购物时间，ShoppingValue表明顾客的购物金额，GetCarts表明是否获得了小推车。对于没有获得小推车的顾客，GetCarts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。具体如图6所示。图6 Set模块设置属性 Random Number 模块是一个随机发生器模块，位于Value模块库中。用来设定不同的随机分布。在这里，可以用这个模块设定不用类型顾客的购物时间和金额的分布函数。没有小推车的购物时间的设置如下图7所示。图7 Random Number 模块设置属性值Constant模块是个产生固定值的模块，位于Value模块库中。用来给Set模块提供GetCart的属性值为0或者是1，用于决定顾客是否有小推车。具体设置如图8所示。图8 Constant模块设置GetCart属性值5.顾客占用推车，Queue模块 Queue（Resource Pool）模块来自于Items模块库。需要将Queue模块中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，一旦所需要的小推车获得，那么队列前面的顾客就可以离开队列，同时，可用小推车的数量减少一个。当顾客在购物时，这个小推车一直被占用。顾客占用小推车Queue模块的设置对话框如下图9所示。图9 Queue设置6.顾客购物，Activity模块无论是否占用推车，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设定Activity模块中的Delay时间实现的，因为每个顾客购物时间不同，这个延时时间就由每个顾客ShoppingTime属性来决定。同时需要注意的是，Maximum items in activity设定为Infinity（无穷大），表明超市内的人数没有限制。其设置如图10所示。图10 购物Activity模块设置7.排队付款，Queue模块和Activity模块顾客采购后，需要到收银处交款，所以，这个行为可以通过一个队列模块和一个Activity模块来完成。需要注意的是Activity模块中Maximum items in activity设定为1，表明只有一位收银员。具体设置如图11所示。图11 Activity模块参数设置8.统计购物总金额，Get模块，Holding Tank模块Get模块在Items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ShoppingValue属性值。具体如图12所示。图12 Get模块参数设置Holding Tank模块位于Value模块库中，用来对输入进行加总。在这个例子中，用来统计所有顾客购物金额的总和。为了更显著地显示购物总和，我们将这个模块中的结果克隆到模型的表单中，也就是9.释放推车，Select Item Out模块根据Select Item Out模块中GetCart属性值，来判断顾客是否占用了推车。如果占用了，就通过下面分支的Resource pool release模块进行释放；否则就直接通过上面分支离开超市。具体设置如图13所示。图13 Select Item Out模块参数设置10. Resource pool release模块Resource pool release模块来自于Items模块库。这个模块用来模拟顾客释放小推车。当顾客通过这个模块时，可用小推车的数量就会增加一个。具体设置如图14所示。图14 Resource pool release模块释放小推车设置11.Exit模块Exit模块来自于Items模块库，这个模块用来模拟顾客离开超市，完成购物。12.Plotter模块Plotter模块用来显示所要观察的数据值的变化情况，可以用图显示出来，非常直观，也有表格，可以看到每一个时刻的具体值。在这个模型中用了两个Plotter模块，因为有些变量的变化值的幅度太大，在同一个表里显示出来不是不好区分，突出不了重点。4 运行结果及其分析4.1 运行结果分析在建好的仿真模型上进行实验，并记录和观察当超市提供20、30、40、50、60的时超市的月总销售金额。为方便分析，同时记录排队结账队列的均值以及收银台利用率。通过模型中的Resource Pool设定超市提供的初始推车数量，从20-60，并记录总销售金额的数据及结账队列均值与收银台利用率（为了减小误差，每个推车数量分别运行5次）。运行结果为下列一组表格：一、初始推车数量为20时推车数量销售收入小推车利用率服务台利用率2014190880.9880.9962013493380.9840.9932012592470.9870.9942013471890.9840.9932012815480.9850.994平均值13312820.9860.995表1 初始推车数量为20时的数据表二、初始推车数量为30时推车数量销售收入小推车利用率服务台利用率3013001240.9890.9983012526100.9920.9983017231430.9710.9853012537400.9910.9993015217110.9820.996平均值14102660.9850.995表2 初始推车数量为30时的数据表三、初始推车数量为40时推车数量销售收入小推车利用率服务台利用率4016361930.9760.9944017613660.9700.9904015636000.9830.9974017103410.9760.9954014992060.9810.994平均值16341410.9770.994表3 初始推车数量为40时的数据表四、初始推车数量为50时推车数量销售收入小推车利用率服务台利用率5018487750.9490.9905020830300.9380.9885015736350.9800.9965013605420.9910.9985015153350.9870.998平均值16762630.9690.994表4 初始推车数量为50时的数据表五、初始推车数量为60时推车数量销售收入小推车利用率服务台利用率6022996470.8930.9906019996310.9340.9926017655900.9570.9956014750540.9830.9976022409430.9150.993平均值19561730.9360.993表5 初始推车数量为60时的数据表六、不同初始推车数量的数据比较推车数量销售收入小推车利用率 服务台利用率201331282 0.986 0.995 301410266 0.985 0.995 401499206 0.981 0.994 501676263 0.969 0.994 6019561730.936 0.993 表6 比较数据表图15 改善前收入-推车数量曲线图观察以上数据统计表可知，随着小车数量的增加，月总销售金额逐渐上升，但是增长的幅度变小了，在初始小推车的数量为40时，可用小推车的数量处于基本够用状态，有些时刻还会出现没有小推车了情况，而初始小推车的数量为50时，就出现了可用小推车的数量出现了多余了，相比初始小推车数量为40的情况，后者的总销售收入却大幅度提高了。再到初始小推车数量为60时，剩余小推车的数量更多了，而总销售金额增长的幅度小了许多。因此，如果同时考虑到增加小推车数量所带来的购置成本及占用空间，选初始小推车数量为50时的情况下，总利润会比较大。4.2 系统瓶颈分析观察收银台的利用率可知，从20-60，收银台的利用率基本上都接近1。在研究最优小推车数量时，发现收银台处出现了瓶颈，这说明了排队付款的人很多，一个收银台忙不过来，这就导致了大量的顾客在收银台处排队，一旦这一个收银台出现故障，务必会使超市的整个系统瘫痪，去超市购物的顾客出不来，所以再研究最优小推车的数量时，我们也要考虑整个系统的最优。通过对超市购物仿真模型的构建、运行和数据分析，我们可以清晰直观地研究小推车的容量和多少对超市收入的影响。通过分析，我们看到，随着小推车数量的增加，超市的收入也基本上呈上升趋势，但是销售金额的增长呈现出边际收益递减的趋势。实验之初，小推车的数量是制约超市销售金额的主要因素，因此随着小推车数量的增加，超市收入也快速增加。但是之后，收银台数量严重不足，造成了顾客通过能力急速下降，成为整个系统的瓶颈，严重制约了超市销售收入的增加。在系统中，瓶颈是会随着条件的改变而发生转移的，起初是小推车制约着总销售额的增加，随小小推车数量增加，瓶颈逐渐转移到了收银台，收银台处成为了总销售额增长的障碍，当我们再次增加一个收银台或者是提高了收银台的处理时间，其结果是的可用小推车的数量增加了很多，使得排队付款的队列短了，总销售额也增加了许多，这也证明了瓶颈确实转移到了收银台。5 系统改善方案为了增加超市的销售总额，我们就要促使顾客购买更多的商品以及增加每天光临的顾客数量。由此找出超市购物模型的两处瓶颈，其一为上述所说的小推车数量，通过增加小推车数量可以显著增加超市每天的销售总额。另一个就是收银台数量，增加收银台数量可以大大节约顾客排队付款的时间，从而加快小推车的周转速度，同时避免因为队列过长而造成顾客的流失。此外，合理的排队策略也可以加快小推车的周转速度以及提高超市的总利润。5.1 系统改善方案（I）-超市购物模型_B首先，我们可以将收银台的数量增加为2个（或者把收银台的延迟时间减少为0.5分钟）,分别增加一个Queue、Activity以及select item out 、select item in、max&min模块，并且建立一个层级模块，最终建立超市购物模型_B，如下所示：图16 超市购物模型B其结果如下图1718所示：图17 显示收银台1的队长（蓝色）和收银台2队长（红色）在这个平衡输出队列模型中，不但把收银台的数量增加到了2个，而且select item out、max&min模块的配合使用使各个收银台的队列长度基本保持相等。这样便大大提高了收银台的通行能力，缓解了单个收银台面临的压力。并且收银台的通行效率的提高又进一步缩短了推车的循环时间，提高了推车的利用率，进而提高了整个系统的效率，达到了增加利润额的目的。5.2 系统改善方案（II）-超市购物模型_C在超市购物模型_B的层级模块基础上各个收银台增加一个Math模块。具体方法为：Math模块的输入端与各个Queue的L端、收银台的F端连接，max&min输入端与两个Math模块的输出端命名连接；max&min输出端与select item out相连，以控制实体进入较短的队列。如下图所示：图18 超市购物模型_C改善之后再运行模型，取几个代表值验证一下改善后的模型，部分数据如下面的数据表所示（详细数据详见附excel表）。一、初始推车数量为20时推车数量销售收入推车利用率 服务台1利用率服务台2利用率201826559 0.950 0.608 0.394 201826614 0.951 0.608 0.394 201825921 0.950 0.608 0.389 201812272 0.951 0.605 0.386 201816093 0.951 0.603 0.383 均值18214920.951 0.606 0.389 表七 初始推车数量为20时数据记录二、初始推车数量为30时推车数量销售收入推车利用率 服务台1利用率服务台2利用率302272825 0.919 0.614 0.398 302254870 0.918 0.606 0.390 302259498 0.918 0.609 0.390 302249773 0.917 0.603 0.383 302273449 0.920 0.611 0.394 均值22620830.919 0.608 0.391 表八 初始推车数量为30时数据记录三、初始推车数量为40时推车数量销售收入推车利用率 服务台1利用率服务台2利用率402557786 0.838 0.606 0.378 402569863 0.844 0.610 0.383 402575179 0.845 0.612 0.390 402560341 0.842 0.609 0.383 402563574 0.843 0.610 0.388 均值25653480.842 0.609 0.384 表九 初始推车数量为40时数据记录四、初始推车数量为50时推车数量销售收入推车利用率 服务台1利用率服务台2利用率502674148 0.791 0.616 0.390 502676450 0.719 0.613 0.382 502688210 0.720 0.617 0.382 502694916 0.723 0.614 0.389 502680445 0.718 0.613 0.381 均值26828340.734 0.615 0.385 表十 初始推车数量为50时数据记录五、初始推车数量为60时推车数量销售收入推车利用率 服务台1利用率服务台2利用率602675857 0.600 0.613 0.381 602713683 0.604 0.612 0.390 602695970 0.601 0.611 0.385 602704023 0.605 0.615 0.387 602679392 0.598 0.613 0.380 均值26937850.602 0.613 0.385 表十一 初始推车数量为60时数据记录六、不同初始推车数量的数据比较推车数量销售收入推车利用率 服务台1利用率服务台2利用率2018214920.951 0.606 0.389 3022620830.919 0.608 0.391 4025653480.842 0.609 0.384 5026828340.734 0.615 0.385 6026937850.602 0.613 0.385 表十二 不同初始推车数量的数据比较图19 改善后收入-推车数量图从对数据表的分析中，我们发现改善之后波动较小，比较平稳，说明了改善之后对模型确实有提升效果。并且发现销售额增加了478642元人民币，可用小推车的数量也回收的很快，在这种情况下，可以适当了减少一些购物小推车的数量，节省了较大的一部分成本。6 课程设计小结及体会小结：通过构建超市购物仿真模型并运行和分析数据，我们可以清晰直观地研究推车的数量对超市收入的影响。通过分析，我们看到，随着推车数量的增加，超市的收入也基本上呈上升趋势，但是销售金额的增长呈现出边际收益递减的趋势。实验之初，小推车的数量是制约超市销售金额的主要因素，因此随着小推车数量的增加，超市收入也快速增加。但是之后，收银台数量严重不足，造成了顾客通过能力急速下降，成为整个系统的瓶颈，严重制约了超市销售收入的增加。在系统中，瓶颈是会随着条件的改变而发生转移的，起初是小推车制约着总销售额的增加，随小小推车数量增加，瓶颈逐渐转移到了收银台，收银台处成为了总销售额增长的主要障碍，当我们再次增加一个收银台或者是缩短了收银台的处理时间，其结果是可用推车的数量和总销售额都增加了很多，使得排队付款的队列短了，总销售额也增加了许多，这也证明了瓶颈确实转移到了收银台。体会：本学期我们学习了物流系统规划与仿真，这是我们大学期间学的最后一门课，孙老师很负责任的很给我们讲课，传授我们知识，教我们如何进行系统规划，如何建立、分析仿真模型。再加上进来两个星期的动手操作，我已经基本熟悉了ExtendSim软件，掌握了软件里面的许多功能。这次我们做的是超市购物推车仿真模型，结合课本上的说明，根据孙老师课堂上讲的，我就将需要的模块拖到了模型中，我们做的这个模型用到了Item、Value、Plotter三个模块库中的部门模块。然后把模块用线连接起来，这样模块的雏形就出来了，但是肯定不是能够运行的，因为里面的参数都还没有设置。接下来就是设置各个模块的参数，做到这里我就遇到了一些难题，因为不是对模块非常熟悉，所以有的时候就不理解里面参数的意义，导致了建立模型的错误，经过向老师、研究生和同学请教，基本上弄懂了自己错在哪里。参数设置好后，就要运行模型，打开Simulation Setup窗口，设置模型运行的时间，根据条件，超市每天营业12小时，一个月30天营业日，也就是一个月运行21600分钟，即设置Endtime为21600。这样就可以运行了，为了方便更改某些特殊的参数，我们需要将这些参数克隆出来，但我一直没有搞懂如何克隆。通过这次的动手，我就渐渐地明白了克隆、加方框、设置命名标签的字体等辅助性的操作。最后就是要统计数据，进行分析，完成此次的仿真，提出最优的解决方案。 经过自己动手做仿真模型，我确实学到了不少了东西，我们做的模型基本是理想中的模型，与现实情况还是有差别的，比如说现实情况中，没有推车的顾客有可能没有买东西，那么他就可以直接在收银台出不用排队直接离开，并且如果超市过于拥堵，可能会有顾客以后不再来这个超市购物，从而影响到超市的长期收入。但是我们模拟的系统要就没有买东西的顾客也要在收银台排队，并且在收银台处也要停留一分钟，并且没有考虑超市拥堵的长期成本。但这些只是个别