计算机仿真在物流系统优化中的应用

计算机仿真在物流系统优化中的应用

1包装过程的仿真模型包装是产品的最后一个加工过程，表明生产已经结束。同时,在完成包装后,产品便具有了物流能力,标志着物流的开始。在整个物流过程中,包装可以起到保护产品和促进物流的作用,从这个意义来讲,包装对物流有决定性的作用。图1所反映的是某企业的产品包装系统,该企业生产的两种产品A和B是由不同的生产线生产的,在进行包装之前,需要进行检测,通过检测的产品才能进行包装。产品A是由一条生产线所生产的,到达该包装系统的间隔时间服从均值为5的指数分布(所有时间单位为分钟),每个批次只有一件产品,其第一件产品进入该包装系统的时间为0时刻。产品B是由另一条生产线所生产的,它以每批4件的方式成批进入该包装系统。批量的到达间隔时间服从均值为30的指数分布,第一批产品进入该包装系统的时间也为0时刻。产品A和产品B进入该系统后,在同一地方接受两个检测人员中的一个的检测。产品A的检测时间服从三角分布TRIA(1,4,8),而产品B到达检测区域时,被分解为4个单件产品后分别进行处理,每件产品的检测时间服从三角分布TRIA(3,5,10)。在检测过程中,有91%的产品能顺利通过(产品能否通过检测与其他产品通过与否无关),并被立即送往包装区域进行下一步操作;而有9%的产品没能通过检测,则被送往另一个区域,接受此处的一个工作人员的重新检测,在重新检测中,仍有20%的产品不能通过检测,它们将被直接送往废品区,而通过重新检测的产品将会送往包装区域,进行下一步操作,无论产品能不能通过重新检测,也不管是产品A还是产品B,每件产品在此区域的检测时间服从均值为45的指数分布。在包装区域,只有一个工人在此工作。对于进入此区域的产品,先选择合适的包装材料,然后将产品放置在包装材料中并进行必要的防振和固定处理。所有这些操作的处理时间因产品不同而异:对产品A的操作服从三角分布TRIA(1,3,4),而对产品B的操作服从韦布尔分布WEIB(2.5,5.3)。在包装结束后,产品将进入成品仓库储存,准备送往客户。另外,如果产品在进入检测、重新检测和包装区域的时候,如果该区域有工作人员空闲,那么这些产品将会立即得到相应的处理;如果该区域的工作人员繁忙,那么这些产品就会排队等待,形成一个先到先服务的队列(Firstinfirtout)。对上述系统建立仿真模型,并将模型运行一天,即24小时,统计以下指标:①每个区域的工作人员的繁忙程度,即繁忙时间占总时间的百分比。②每个区域的平均与最大排队等待的产品数量。③每个区域排队等待的产品的平均与最大的排队等待时间。④产品A和产品B分别进入废品区和成品仓库的数量。2施工步骤2.1地理清系统流程从何在对一个物流系统建模之前,一定要明确该系统的流程,第一个环节是什么?第二个环节又是什么?每个环节之间的关系又是什么?如果不能够清晰地理清系统的流程,那仿真模型是不可能准确建立起来的。因此,从这个角度上讲,这一步骤是建模的关键。通过以上关于此产品包装系统的描述,我们可以将此系统分为两种产品进入系统、检测区域、重新检测区域、包装区域和产品离开五个环节,各环节之间的关系以及每个环节的相关数据如图2所示。2.2检测及重新检测在图2中,我们将此系统的流程清晰地展示了出来。另外,结合Arena仿真软件中各流程图模块的作用,我们需要用到的模块有:两个“Create(创建)”模块分别表示两种产品进入系统;三个“Process(过程)”模块分别表示该系统的检测区域、重新检测区域及包装区域的处理;两个“Dispose(清除)”模块分别表示产品进入废品区和成品入库;另外,为了表示出产品是否通过检测与重新检测,还需要两个“Decide(决策)”模块来表示检测与重新检测之后的分支。这些基本流程图模块的连接如图3所示。2.3模块的编辑Arena仿真软件提供了一个直观的编辑界面,我们只需要弄清楚每个模块里面需要输入的数据以及各个模块的作用,就可以轻易地完成模型的建立,所以,它是一个非常方便的建模工具。现只以“Create1”模块的编辑为例,来说明Arena建模的方便。“Create1”模块表示产品A进入此包装系统。在这个模块中,需要反映出三个内容:将产品A定义成Arena可以识别的实体;产品A的到达间隔时间;产品A进入此包装系统的情况。其编辑的界面及内容如图4所示。关于其他模块的编辑,此处不再介绍。虽然,基本模型中的各个模块已经能反映出此包装系统的运行过程,但是,根据系统的运行特点,结合需要统计的指标,我们还需要再添加两个“Assign(赋值)”模块、两个“Decide”模块、四个“Record(记录)”模块。在完成这些流程图模块及数据模块的编辑之后,此包装系统的仿真模型就建立完成了,如图5所示。2.4在主体模型中添加动画在模型完成后,为了使模型的运行过程更加直观,便于理解,需要对模型适当地添加一些动画效果及文本修饰。但是,需要记住:动画是在模型中的各个模块基础上所添加的,不能因为追求绚丽的动画效果而盲目地添加动画。在这个模型中,结合实际,运用Arena仿真软件的相关工具,添加的动画及文本如图6所示。3模型运行的次数在完成上述四个步骤之后,模型已经建立完成。但是,在运行模型之前,必须结合需要统计的指标,确定出模型中收集的数据,并设置运行的时间长度。否则,模型会无限制地运行,而且也得不到需要统计的指标。另外,为了得到模型的可靠数据,因此把模型运行100次,统计出这100次仿真运行的综合数值。根据系统的要求,对该模型的运行条件设置如图7所示。4结束时的运行在模型的运行过程中,我们可以看到产品A、产品B在检测区域、重新检测区域、包装区域的排队等待及加工过程。在运行结束时,即模型在运行到第100次的第1440分钟时就自动停止,结束时的画面如图8所示。在图8中,红色的小球产品A,蓝色的小球表示产品B。观察图8,在模型运行结束的时候,在重新检测区域有一件产品B在处理,还有十九件产品在排队等待;在包装区域还有一件产品A在处理;另外,总共有10件产品进入了废品区、462件产品进入了成品仓库。5仿真报告的界面在模型运行结束后,根据提示,进入仿真报告的界面,如图9所示。在仿真报告的界面里,我们需根据系统需要统计的指标,查看相关的数据。为了使统计的数据更加可靠,我们只研究在100次仿真运行过程中的平均值,其最终的结果如表1所示。6系统的不足和相应的解决措施6.1工作时间越大,零件待排上述所建立的仿真模型,已经模拟出系统描述的所有内容。但是,根据仿真模型所提供的报告(即表1和表2中的数据),我们可以明显地发现,此系统存在如下两个问题。①重新检测人员的繁忙程度太高,达到了91.81%,这说明,在24个小时的工作时间里,这个工人有将近22小时的时间在工作,只有将近两个小时的时间休息。如果在实际系统中,这非常容易产生疲劳,从而引发安全等事故。②在重新检测区域里,排队等待的产品数量较大,平均每分钟有6.6090个零件在排队,从而导致在区域里排队等待产品的排队等待时间也非常高,平均每个零件需要排队等待204.65分钟。如果在实际系统中,在这个区域里,需要为排队等待的产品设置一块很大的暂存区域,这样,就使得此产品包装系统的空间被大量的排队等待产品所长期占据,会减缓其物流的速度。6.2重新检测区域内的指标变化为什么会出现上面所提到的两个问题?归根结底,还是因为在重新检测区域里的工作人员太少。因此,在重新检测检测区域,我们再增加了一名工作人员,修改并运行仿真模型后,得出的各项指标如表2所示。比较表1和表2里面的数据,我们可以发现,在重新检测区域里增加一名工作人员后,重新检测区域中的各项指标变化明显:重新检测人员的繁忙程度由91.81%下降到61.45%;排队等待的产品数量由6.6090个/分钟下降到1.0084个/分钟;排队等待时间由204.65分钟/个下降到30.4257分钟/个,而其他指标没有太大的变化。这说明在重新检测区域里增加一名工作人员是一个有效的解决措施。当