第七章 物流系统仿真

第七章,物流系统仿真,物流系统仿真,CH7,物流系统仿真,CH7,7.1系统仿真概述,7.1.1系统仿真的概念与起源7.1.2系统仿真的发展阶段7.1.3系统仿真的定义7.1.4系统仿真的实质7.1.5系统仿真的特点及作用,7.1.1系统仿真的概念与起源,系统仿真是利用系统模型在仿真的环境和条件下，对系统进行研究、分析和试验的方法。系统仿真是本世纪40年代末以来伴随着计算机技术的发展而逐步形成的一门新兴学科。现代系统仿真技术和综合性仿真系统已经成为复杂系统特别是高技术产业不可缺少的分析、研究、设计、评价、决策和训练的重要手段，其应用范围在不断扩大，效益也日渐显著。,7.1.2系统仿真的发展阶段,直观模仿仿真实验功能仿真,7.1.3系统仿真的定义,系统仿真是建立在控制理论、相似理论、信息处理技术和计算技术等理论基础之上的、以计算机以及其它专用物理效应设备为工具、利用系统模型对真实或拟建的系统进行试验，并借助于专家经验知识、统计数据和信息资料对试验结果进行分析研究，进而作出决策的一门综合性的和试验性的学科。,7.1.4系统仿真的实质,系统仿真是一种对系统问题求数值解的计算技术。仿真是一种人为的试验手段。仿真可以比较真实地描述系统的运行、演变及其发展过程。,7.1.5系统仿真的特点和作用,系统仿真的特点主要体现在6个方面。,利用仿真模型可将复杂事物抽象化，通过仿真模型了解系统的可行性和可靠性，检验理论的正确性，寻求解决问题的途径；利用仿真可避免在实际系统上试验周期过长的弊病，节省人力、物力、财力；某些复杂系统既不能用实际试验方法，又不能用解析方法时，计算机仿真方法是唯一有效的方法；可以避免对实际系统进行破坏性实验或危险性实验；仿真可以研究单个变量或参数变化时对系统整体的影响，并且可以多次重复试验；仿真方法可用来检验理论分析所得的结果的正确性和有效性，其基本方法较易掌握，仿真的结果直观，便于理解。,7.1.5系统仿真的特点和作用,系统仿真有4个最主要的作用。,仿真的过程也是实验的过程，是系统地收集和积累信息的过程；对难以建立物理模型和数学模型的对象系统，可通过仿真模型来顺利地解决预测、分析和评价等系统问题；通过系统仿真，可以把一个复杂系统降阶成若干子系统以便于分析；通过系统仿真，能启发新的思想或产生新的策略，还能暴露出原系统中隐藏着的一些问题，以便及时解决。,物流系统仿真,CH7,7.2系统仿真的要素与类型,7.2.1仿真的要素7.2.2系统仿真的类型7.2.3系统仿真的一般类型,7.2.1仿真的要素,图7-1计算机仿真三要素及三个基本活动,7.2.2系统仿真的类型,1按应用分类,按其应用的领域及作用，系统仿真可分为：生产管理仿真、工程技术仿真、军事仿真、科学试验等。,7.2.2系统仿真的类型,2按结构形式分类,简单式串联式扩展式分析式,7.2.2系统仿真的类型,3按仿真实验的方法分类,按照仿真实验的方法，可分为物理仿真法和数学仿真法。,7.2.2系统仿真的类型,4按系统中事件出现的特性分类,根据系统中事件出现的特性，可将仿真分为随机性仿真和确定性仿真。,7.2.2系统仿真的类型,5按照系统活动的动态形式分类,连续系统仿真离散系统仿真,7.2.2系统仿真的类型,6根据仿真时钟与实际时钟的关系分类,实时仿真亚实时仿真超实时仿真,7.2.3系统仿真的一般步骤,定义问题，确定其适合仿真，且收益大于成本，则可进行规划仿真；判断系统是否拥有所需的资源且能够定义，若是，则确定系统的参数，建立模型；收集相关的数据并进行分析，在此基础上建立计算机仿真模型；对仿真及其结果加以验证，进行实验分析；分析仿真输出结果；归档并实施。在实际的仿真中，上述步骤往往需要多次反复和迭代。,物流系统仿真,CH7,7.3计算机仿真,7.3.1计算机仿真的概念7.3.2计算机仿真的局限性7.3.3计算机仿真语言及特点,7.3.1计算机仿真的概念,计算机仿真是用计算机对系统的结构、功能和行为以及参与系统控制的人的思维过程和行为进行动态、逼真的模仿。,7.3.2计算机仿真的局限性,计算机仿真技术不是最优化技术，它只是一种数值方法，只能给出系统特定条件、特定参数下的特解而不是通解。用计算机仿真方法去解决较大系统的问题成本高、时间长，对于仿真模型必须反复检验，有时还必须重新建立模型，才能使其不断完善。计算机仿真是一种评价性技术，是评价决策的工具，自身并不能产生决策和方案。,7.3.3计算机仿真语言及特点,仿真时刻的控制是自动进行的；具有随机数生成程序；可以进行多种逻辑运算和数学运算；对于构成要素的记录可自动进行记忆场所的分配；仿真结果可以很容易地表示出来。,物流系统仿真,CH7,7.4物流系统仿真,7.4.1仿真在物流系统中的应用7.4.2物流系统仿真的特点7.4.3物流系统仿真常用的方法7.4.4物流系统仿真的步骤,7.4.1仿真在物流系统中的应用,对于新设计的物流系统，可应用计算机仿真对新系统的可行性和效率作出正确的评价判断。采用计算机仿真的方法构造模型，可在复杂物流系统中解决部分难以用数学方法求解的物流问题。通过建立物流系统的仿真模型，扩展物流系统研究的边界，有助于描述物流系统的各种现象，加强直观感，从而更深刻地理解和分析物流系统。,7.4.2物流系统仿真的特点,物流系统中“流”的仿真。物流系统中的“排队”仿真。物流组织中“人”的因素仿真。,7.4.3物流系统仿真常用的方法,1.实体,在离散事件系统中的实体可分为两大类：临时实体永久实体,7.4.3物流系统仿真常用的方法,2.事件,事件是引起系统状态发生变化的行为。从某种意义上说，这类系统是由事件来驱动的。,7.4.3物流系统仿真常用的方法,3.活动,活动用于表示两个可以区分的事件之间的过程，它标志着系统状态的转移。,7.4.3物流系统仿真常用的方法,4.进程,进程由若干个有序事件及若干有序活动组成，一个进程描述了它所包括的事件及活动间的相互逻辑关系及时序关系。,7.4.3物流系统仿真常用的方法,图7-3事件、活动、进程三者之间的关系,7.4.3物流系统仿真常用的方法,5.仿真钟,用于表示仿真时间的变化。仿真钟推进方法有三大类：事件调度法、固定增量推进法和主导时钟推进法。,7.4.3物流系统仿真常用的方法,6.统计计数器,某一次仿真运行得到的状态变化过程只不过是随机过程的一次取样，它们只有在统计意义下才有参考价值。在仿真模型中，需要有一个统计计数部件，以便统计系统中的有关变量。,7.4.4物流系统仿真的步骤,1离散事件系统仿真流程,系统状态变量时钟变量事件表统计计数器初始化子程序时钟推进于程序调度子程序事件子程序统计报告子程序随机数发生器主程序,从功能结构的角度来看，离散事件系统仿真的程序通常包括以下几个部分：,7.4.4物流系统仿真的步骤,2.离散事件系统的仿真策略,事件调度法活动扫描法进程交互法,7.4.4物流系统仿真的步骤,3物流系统的仿真步骤,图7-5物流系统仿真的一般步骤,物流系统仿真,CH7,7.5物流系统仿真应用,7.5.1排队系统仿真7.5.2库存系统仿真7.5.3港口码头仿真,7.5.1排队系统仿真,1排队论的基本概念,排队论（queuingtheory），或称随机服务系统理论，是通过对服务对象到达及服务时间的统计研究，得出这些数量指标（等待时间、排队长度、忙期长短等）的统计规律，根据这些规律来改进服务系统的结构或重新组织被服务对象，使得服务系统既能满足服务对象的需要，又使费用最经济或某些指标最优。,7.5.1排队系统仿真,2排队系统模型的基本组成部分,（1）输入过程（2）排队规则（3）服务机构,7.5.1排队系统仿真,3排队系统仿真实例,表7-1列出了排队系统的实际应用情形。,7.5.1排队系统仿真,3排队系统仿真实例,表7-1列出了排队系统的实际应用情形。,7.5.2库存系统仿真,1库存的基本概念,库存是指一切目前闲置的、用于未来的、有经济价值的资源，具体包括成品、原材料、在制品、在途品、生产前物料、备品备件等。,7.5.2库存系统仿真,2库存系统的基本类型,单周期库存与多周期库存独立需求库存与相关需求库存确定型库存与随机型库存,7.5.2库存系统仿真,3库存系统的仿真,1）确定管理目标。2）按观察得到的累积频率确定需求量和订货前置期（即发出订货到货物到达时间间隔）的密度函数。3）收集已知数据，如保管费、订货费以及损失费等；4）确定仿真钟推进方法5）将不同方案作为仿真参数输入系统，重复仿真运行过程，比较不同的输出结果，提出决策建议。,库存系统的仿真过程大体分为以下几个步骤：,7.5.3港口码头仿真,1港口物流与码头的规划设计,港口物流系统是指在一定的港口空间里，由所需输送的货物和有关港口起重设备、输送工具、人员以及通信联系等若干相互制约的动态要素构成的具有特定功能的有机整体。港口码头是由船舶、堆场、货物集疏运等子系统构成的复杂系统。利用仿真工具对港口码头进行仿真研究，可以优化资源配置，提高码头的作业效率，改善港口物流系统的功能和效率。,7.5.3港口码头仿真,2港口堆场规划仿真实例,某内河港煤炭码头有两个装船泊位，每个泊位配备额定能力为2500吨/小时的装船机一台，两条卸车线各配置额定能力为1000吨/小时的翻车机一台，堆场堆存能力为14万吨，堆场堆取料作业采用斗轮堆取料机，各装卸机械之间通过皮带输送机相连接。该煤炭码头的年输出能力为800万吨，由于码头设施的堆存能力不足，导致压车压船，造成一定的经济损失。使用计算机仿真技术来确定合理的堆场规模。,7.5.3港口码头仿真,2港口堆场规划仿真实例,数据的收集与整理列车到达时间间隔驳船到港间隔时间其它资料仿真模型的建立与验证仿真结果分析,步骤：,物流系统仿真,CH7,配送中心仿真与分析,7.5案例分析：配送中心仿真与分析,配送中心不同于传统的仓储设施，配送中心具有售货中心、分货中心的职能。为了更有效地、更高水平地送货，配送中心往往还有比较强的流通加工能力。该案例中，配送中心从三个供应商进货，向三个生产商发货。研究该配送中心的即时库存成本和利润，并试图加以改善。,7.5案例分析：配送中心仿真与分析,1.系统数据,供货商（三个）：当三个供应商各自供应的产品在配送中心的库存小于10件时开始生产，库存大于20件时停止生产。供应商一和供应商二分别以4小时一件的效率向配送中心送产品，供应商三提供一件产品的时间服从36小时均匀分布。,7.5案例分析：配送中心仿真与分析,1.系统数据,配送中心发货：当三个生产商各自的库存大于10件时停止发货。当生产商一的库存量小于2时，向该生产商发货；当生产商二的库存量小于3时，向该生产商发货；当生产商三的库存量小于4时，向该生产商发货。,7.5案例分析：配送中心仿真与分析,1.系统数据,配送中心成本和收入：进货成本3元/件；供货价格5元/件；每件产品在配送中心存货100小时费用1元。生产商（三个）：三个生产商均连续生产。生产商一每生产一件产品需要6小时；生产商二每生产一件产品的时间服从39小时的均匀分布；生产商三每生产一件产品的时间服从28小时的均匀分布。,7.5案例分析：配送中心仿真与分析,2.概念模型,图7-9配送概念模型,7.5案例分析：配送中心仿真与分析,3.Flexsim模型的建立,第1步：模型实体设计第2步：在模型中加入实体第3步：连接端口第4步：Source参数设置第5步：Processor（供货商）参数设置第6步：Rack参数设置第7步：Queue参数设置第8步：Processor（生产商）参数设置第9步：编译第10步：重置模型第11步：运行模型,7.5案例分析：配送中心仿真与分析,4.数据分析及结论,配送中心的建立以盈利为目的，盈利的多少是决定配送中心是否优化的根本因素。降低配送中心的