物流系统建模与仿真.ppt

系统建模与仿真,-物流中心规划与设计的有效工具,主要内容,第1节系统仿真概述,第2节系统仿真的应用,第3节系统仿真与物流中心规划,第4节系统仿真方法论,第5节物流系统仿真工具简介,1系统仿真概述,针对事物表面特征的模仿,什么是仿真？,Imitate,Fake,系统仿真,Simulation,探究其本质特征和内在规律,实际系统尚不存在的情况下对于系统或活动本质的实现。(Morgenthater，1961)用能代表所研究的系统的模型进行实验。(Korn，1978)仿真是一种基于模型的“建模实验分析”的活动。(Oren，1984)目前的定义：利用模型复现实际系统中发生的本质过程，并通过对系统模型的实验来研究存在的或设计中的系统。,1.1定义,1.2系统仿真的类型,模型类型,物理模型,数学模型,计算机仿真模型,连续仿真,离散仿真,信号流,时间标尺,实时仿真,超实时仿真,亚实时仿真,研究对象,经济系统仿真,制造系统仿真,仿真时间标尺小于自然时间标尺,仿真时间标尺大于自然时间标尺,某工厂在计划期内要安排生产、两种产品，已知生产单位产品所需的设备台时及A、B两种原材料的消耗（。该工厂每生产一件产品可获利2元，每生产一件产品可获利3元。应如何安排计划使该工厂获利最多?,1.3系统仿真的意义,当所研究的系统造价昂贵、实验的危险性大或需要很长的时间才能了解系统参数变化所引起的后果时，仿真是一种有效的研究手段。由于系统的复杂性日益增强，传统基于数学计算的方法很难适用于目前对系统的规划和改善，因此，基于计算机的系统仿真得到广泛应用。,2.系统仿真的应用,系统仿真的应用,优化系统设计,性能评价与改进,节省经费,失效分析,抗干扰分析,人员培训,决策支持,复杂的系统建立之前，通过改变仿真模型结构和调整参数来优化系统设计,对既有系统的整体或部分进行性能评价与改进，如资源利用率分析、瓶颈分析等,缩短试验过程,分析系统失效可能造成的后果，并提出合理的预防或应急措施,避免试验危险性,优化系统设计,对系统的规模、布局等优化设计,性能评价与改进/资源分配问题,对既有系统的资源利用率进行分析,失效分析,机场救助,人员培训,培训人员的操作能力,使操作人员对操作过程有直观了解，,缩短试验过程,刹车失效分析,思考&谈论结合前面介绍的内容，你认为系统仿真对物流中心的规划和设计具有什么作用？,仿真物流中心的布局，节约成本，提高效率选择合适的物流设备优化物流路径及流程失效分析能力和需求分析，规模估算,系统参数设定，比较其优越性在仿真过程中，发现问题节省成本，减少损失确定规模，位置同一地区物流中心的数量外观和功能展示,反复试验，然后选择出最优方案用于人员培训避免使用真材实料，节约人员、物资应急处理，检查物流系统是否可靠理论研究过程中不能确定的问题可以利用仿真实际运行，得出结论发现在理论过程中可能出现的问题，完善方案利用仿真模拟现实中的各种情况，采集数据得到全面资料,节约成本，减少人员使用提高工作效率降低风险提供决策的依据、如实施设备选择发现历史数据、经验的不能发现的问题便于对设计方案的修正便于发现问题、解决问题有利于流程的优化合理分配资源、协调各项工作的开展、充分利用资源和技术，取得良好的经济效益,物流系统的特点,3.系统仿真与物流中心规划,跨度性,可分性,动态性,复杂性,多目标性,地域跨度、产品在产需时间上的差异,各功能要素和系统的运行受市场需求、供应渠道和价格变化的影响,处理对象的大量化和多样化、系统本身由大量种类各异的元素构成,提高设备、空间和人员等资源利用率最大限度地减少物料搬运简化作业流程缩短生产周期降低投资成本,新建物流中心的规划,既有物流中心的改进,3.1新建物流中心规划与仿真,物流中心规划设计流程,前期准备,设施设备规划,信息系统规划,作业流程规划,选址规划,功能规划,确定目标与原则,物流中心经营商品的品种、货源、流量、流向、供需情况以及物流业发展情况,长期、中期、近期集货、转运、配送技术水平,设施、设备的布局、数量，作业路线等,货物流通量的大小，所需要的设施、设备类型,提高设备等资源利用率减少物料搬运简化作业流程缩短生产周期降低投资成本,系统仿真,前期数据调研,物流需求分析,物流经济环境分析,物流基础设施分析,物流相关行业分析,物流供给分析,新建物流中心需求进行的前期分析,（宏观经济政策、管理体制）,（市场环境的变化）,（技术进步的影响等）,功能规划,仓储,装卸,包装,配送,流通加工,运输,信息处理,配送中心,功能,设施、设备,选址规划,3.2既有物流中心改进与仿真,当物流中心的原始设计具有某些缺陷，或者无法满足当前的需求时，需要对其进行改进。然而，由于系统的复杂性，研究者很难找出问题发生的原因，相应地，也很难对系统进行全局优化。利用系统仿真的方法可有效解决这一难题。,新建系统与既有系统仿真的区别主要在于：前者是一个从无到有的事物，其仿真建模具有高度的弹性和自由度；而后者是一个在现实中确实存在的事物，仿真建模应尽可能贴近其实际境况，然后根据仿真模型运行的结果发现问题、分析问题、提出优化方案并进行验证和评估,3.3物流中心的优化方法,取消(elimination),合并(combination),重排(rearrangement),简化(simplification),替代(substitution),取消不必要的流程、路径或作业点等,E,C,R,S,S,将两个或以上的流程、动作等合并为一,流程、设施设备的重排；作业任务的重排,简化流程、路径、动作等,高性能替代低性能、低成本替代高成本等,3.4系统仿真对物流中心规划的作用,整体展示,有助于发现问题,方案评价数据支持,人员培训,方案改善效果检验,失效分析,准则层,目标层,方案层,4.系统仿真方法论,现代仿真技术大多数是在计算机支持下进行的。根据仿真的概念，制造系统仿真有三个基本的活动，即系统建模、仿真建模和仿真实验。联系这三个活动的是系统仿真的三要素，即系统、建模、计算机（包括硬件和软件）。,系统仿真的步骤,对象调查,实体映射,建立逻辑联系,模型调试和验证,仿真实验,优化和比较,4.1,4.2,4.3,4.4,4.5,4.6,调查被研究对象的各种特征,将被研究对象映射为仿真实体,建立仿真实体间的逻辑联系,调试模型，验证所建立的仿真模型是否正确,基于所建立的仿真模型，进行实验,提出优化方案，并与原方案进行比较,4.1调查被研究的对象,货架的属性层数、列数尺寸等,来料的属性种类、频率时间分布等,处理器的属性处理时间处理数量等,叉车的属性运行速度载货量等,调度方法配货、配装路径等,传送带的属性传送速度物流尺寸等,4.2实体映射,4.3建立逻辑联系,根据移动实体在模型中的运动路线，用连线或编程的方法连接各固定实体,4.4模型调试和验证,4.5仿真实验,运行仿真模型,设施布局优化,流程瓶颈优化,仓库利用率优化,物流路径优化,增加叉车的数量用更高性能的叉车代替现有叉车,叉车能力不足形成转运环节的瓶颈,叉车能力不足形成转运环节的瓶颈,4.6优化和比较,通过消除瓶颈所改善的全局设备利用率,更换一台高性能叉车后，全局设备利用率的情况,增加一台叉车后，全局设备利用率的情况,系统整体性能的提高,Vs增加或更换叉车所花费的成本,5.物流系统仿真工具简介,专门用于仿真的计算机软件，与仿真硬件同为仿真的技术工具。仿真软件是从50年代中期开始发展起来的。仿真软件分为仿真语言、仿真程序包和仿真软件系统三类。其中仿真语言是应用最广泛的仿真软件。仿真程序包是针对仿真的专门应用领域建立起来的程序系统。使用这种程序包可免去繁重的程序编制工作。仿真软件系统以数据库为核心将仿真软件的所有功能有机地统一在一起，构成一个完善的系统。它由建模软件、仿真运行软件（语言）、输出结果分析报告软件和数据库管理系统组成。,Flexsim简介,Flexsim是美国flexsim公司开发的一个基于Windows、面向对象的仿真环境，用于建立离散事件流程过程，如制造业，物料处理和办公室工作流等。Flexsim应用深层开发对象，这些对象代表着一定的活动和排序过程。要应用模板里的某个对象，只需要用鼠标把该对象从库里拖出来放在模型视窗即可。每一个对象都有一个坐标（x，y，z）速度（x，y，z），旋转以及一个动态行为（时间）。对象可以创建、删除，而且可以彼此嵌套移动，它们都有自己的功能或继承来自其他对象的功能。这些对象的参数可以把任何制造业、物料处理和业务流程快速、轻易、高效的描述出来。,Flexsim的实体、属性和工具,实体类型,固定实体,临时实体,可移动实体,实体属性,常规,视景,标签,统计,工具,单表导入/导出,全局时间表,MTBF/TR,(1)发生器(Source),发生器用来创建在模型中行进通过的临时实体。每个发生器创建一类临时实体，并能够为它所创建的临时实体分配属性，如实体类型或颜色。模型中至少有一个发生器。发生器可以按照每个到达时间间隔、每个到达时间表或一个定义的到达序中创建临时实体。,(2)吸收器(Sink),吸收器用来消除模型中已经完成全部处理的临时实体。一旦一个临时实体进入吸收器，就不能再恢复。任何涉及即将离开模型的临时实体的数据收集，都应在它进入吸收器之前或在吸收器的进入触发器中进行。,如果需要循环利用临时实体而不是消除掉，不要使用吸收器，而代之为一个暂存区。进入暂存区的临时实体可以被移进模型中的其它部分而实现重新进入。,(3)暂存区(Queue),暂存区用来在下游实体尚不能接收临时实体时暂时存储它们。默认工作方式是先进先出式，即当下游实体变为可用时，已经等待那个实体的等待时间最长的那个临时实体首先离开暂存区。暂存区设有分批选项，可以积累临时实体到一个批次再释放它们。,(4)处理器(Processor),处理器用来在模型中模拟对临时实体的处理过程。处理过程仅被简单地模拟为一段强制的时间延迟。总延迟时间被分成预置时间和处理时间。处理器可以设置中断停机，并且经过随机或定期的时间间隔之后恢复在线状态。当处理器中断停机时，所有正在处理的临时实体都会被延迟。处理器一次可以处理多个临时实体。,平均故障间隔时间,平均修复时间,(5)合成器(combiner)和分解器(Separator),合成器用来把模型中行进通过的多个临时实体组合在一起。它可以将临时实体永久地合成在一起，也可以将它们打包并在以后某个时间点上分离。合成器首先从输入端口1接收一个临时实体，然后才会从其它输入端口接收后续的临时实体。只有当用户要求的后续临时实体全部到达后，才开始对预置/处理时间计时。,(6)输送机(Conveyor),输送机用来在模型中沿一系列路径移动临时实体。通过创建输送机的不同分段来定义路径。每个分段可以是直段，也可以是弧段。弧段用转过的角度和半径定义。直段由长度定义。这样可以使输送机具有其所需要的弯曲度。,Type1.00为直段Type2.00为弧段,末端相对于始端所升高的高度,弧段的半径,支撑柱的高度,(7)货架(Rack),货架用来像在仓库货架上一样存储临时实体。货架的列数和层数可以由用户定义。用户可以指定位置来放置进入货架的临时实体。货架也可以用来当作一个仓库的地面堆存，使用列号来指定在地面上放置临时实体的x位置，用层来指定放置临时实体的y位置。,(8)运输机(Transporter)和操作员(Operator),运输机主要用来从一个实体到另一个实体搬运临时实体。它有一个货叉，可以在向货架中捡取或放下临时实体时抬升到相应的高度。如果需要，它可以一次搬运多个临时实体。,(9)起重机(Crane)等,起重机在固定的空间内工作，沿着互相垂直的x、y和z三个方向运动。它用来模拟有轨梁导引的起重机，如门式、桥式和悬臂式起重机。在默认情况下，起重机吊具在捡取或放下临时实体，移动到下一个位置前，会上升到某一个高度。,视景,指定实体的三维形状,指定实体的二维形状,指定实体在模型布局中的空间位置和尺寸大小,常规,可在此更改实体名称,输入端口输出端口中间端口,可根据实体的端口连接情况，检验所建立的模型是否具有逻辑错误,统计,单位时间内该实体接收的临时实体数量,统计分页包括四部分。第一个部分显示常规信息，如容量、停留时间和状态。其它三个部分显示这些信息的图形。,全局时间表,点击工具栏上的“工具箱”按钮，或者选择“工具”菜单的“工具箱”选项，均可访问时间表。时间表用来进行模型中指定实体的状态更改的设定，如设定停机时间。每一个时间表可以控制多个实体，每个实体又能被多个时间表所控制。一个模型可以包含多个时间表。,第一状态开始改变起，到时间表被重复执行时止所经历的时间。如果第一行包含时间8，重复时间为24,那么第一次停机时间将发生在时刻8，而时间表将在时刻32，56，90等时刻被重复执行。,指定停机方式,如何用Flexsim建立一个模型(1),第一步：从库里依次拖出一个发生器、暂存区、运输机、处理器、输送机