物流基础工程方法 8

主讲：张庆英物流系统工程LogisticsSystemEngineering

物流系统仿真第6章01系统仿真概述02系统仿真的内容与一般步骤0304物流系统仿真05物流系统仿真应用案例分析：配送中心仿真与分析系统仿真的概念与起源系统仿真的发展阶段系统仿真的定义系统仿真的实质系统仿真的特点和作用系统仿真概述1根据系统分析的目的，在分析系统各要素性质及其相互关系的基础上，建立能描述系统结构或行为过程的、且具有一定逻辑关系或数量关系的仿真模型，据此进行试验或定量分析，以获得正确决策所需的各种信息。仿真研究、分析和设计系统的一种有效技术凡是利用计算机在模型上而不是在真实的系统上进行实验、运行的研究方法都可认为是仿真。由于物流系统的复杂性，利用计算机进行各种复杂物流过程的模拟和控制越来越普遍系统仿真已成为物流系统研究的一种日益重要的方法和技术。仿真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，目的在于利用人为控制的环境条件，改变某些特定的参数，观察模型的反应，研究真实系统的现象或过程。仿真一种间接的研究方法仿真就是模拟真实系统仿真就是用模型来做实验（1）直观模仿系统仿真的发展阶段（2）仿真实验（3）功能仿真在这个阶段，人们只是对自然物进行直观模仿。其特点在于：模仿自然物的外部几何形状和由几何形状产生的某种功能。直观仿真只能为发展科学提供一些条件，不会产生根本性变革。（1）直观模仿通过仿真原型来认识、研究和改造原型。这一阶段常采用的方法，有以几何相似或物理相似为基础的物理仿真和以数学关系为基础的数学仿真。仿真实验的结果必须在实践中得到检验。（2）仿真实验以不同对象的功能和行为相似为基础的仿真方法。可以利用不同的结构实现相同的功能。计算机可以仿真人脑思维功能是系统仿真的主要工具。（3）功能仿真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。系统仿真（1）系统仿真是一种对系统问题求数值解的计算技术。尤其当系统无法通过建立数学模型求解时，仿真技术能进行有效的处理；（2）仿真是一种人为的试验手段。它和现实系统实验的差别在于，仿真实验不是依据实际环境，而是在作为实际系统映象的系统模型上、在相应的“人造”环境下进行的。这是仿真的主要功能；（3）仿真可以比较真实地描述系统的运行、演变及其发展过程。系统仿真实质1.可将复杂事物抽象化，检验理论的正确性，寻求解决问题的途径；2.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；3.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；4.可以避免对实际系统进行破坏性实验或危险性实验；5.可研究参数变化对系统整体的影响，并且可以多次重复试验；6.可用来检验理论分析所得的结果的正确性和有效性，基本方法较易掌握，仿真的结果直观，便于理解。系统仿真特点①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。对于一些复杂的随机问题，应用仿真技术是提供所需信息的唯一令人满意的方法；②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；③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；④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。系统仿真作用系统仿真的三项基本活动系统仿真模型的要素系统仿真的类型系统仿真的一般步骤系统仿真的内容与一般步骤2图6-1系统仿真的三项基本活动

系统

模型

仿真系统是研究的对象模型是系统的抽象仿真是通过对模型的实验以达到研究系统的目的属性变量资源队列实体事件仿真时钟系统仿真模型的基本要素属性变量资源实体系统仿真模型的基本要素组成系统的物理单元实体具有的本质特性反映系统属性的信息实体获得服务所需要的资源队列事件仿真时钟系统仿真模型的基本要素实体等待服务而形成的队列引起系统变化的行为，包括实体的到达、离开、仿真的结束等表示仿真时间变化的时钟。不连续的两个事件发生之间，仿真时钟从一个事件的发生时刻直接推进到下一个事件的发生时刻1．按应用分类2．按结构形式分类3．按仿真实验的方法分类4．按系统中事件出现的特性分类5．按照系统活动的动态形式分类6．根据仿真时钟与实际时钟的关系分类系统仿真的类型生产管理仿真工程技术仿真军事仿真科学试验存储仿真排队仿真预测仿真更新仿真训练仿真应用领域及作用运筹学1．按应用分类2．按结构形式分类3．按仿真实验的方法分类4．按系统中事件出现的特性分类5．按照系统活动的动态形式分类6．根据仿真时钟与实际时钟的关系分类系统仿真的类型简单式串联式扩展式分析式1．按应用分类2．按结构形式分类3．按仿真实验的方法分类4．按系统中事件出现的特性分类5．按照系统活动的动态形式分类6．根据仿真时钟与实际时钟的关系分类系统仿真的类型物理仿真法数学仿真法1．按应用分类2．按结构形式分类3．按仿真实验的方法分类4．按系统中事件出现的特性分类5．按照系统活动的动态形式分类6．根据仿真时钟与实际时钟的关系分类系统仿真的类型随机性仿真确定性仿真1．按应用分类2．按结构形式分类3．按仿真实验的方法分类4．按系统中事件出现的特性分类5．按照系统活动的动态形式分类6．根据仿真时钟与实际时钟的关系分类系统仿真的类型连续系统仿真离散系统仿真1．按应用分类2．按结构形式分类3．按仿真实验的方法分类4．按系统中事件出现的特性分类5．按照系统活动的动态形式分类6．根据仿真时钟与实际时钟的关系分类系统仿真的类型实时仿真亚实时仿真超实时仿真起重机仿真训练器起重机仿真训练器起重机仿真训练器船舶驾驶仿真训练器开始适合仿真？问题定义收益>成本？拥有资源？系统能够定义？是是确定系统参数数据可获得？通过验证和确认？否结束结束规划否结束否结束否结束结束否结束否建立模型是数据收集与分析建立计算机仿真模型是实验分析仿真实验仿真结果输出图6-2系统仿真的一般步骤是是系统仿真的一般步骤1）确定模型的边界；2）仿真建模，选择合适的算法；3）程序设计，将仿真模型用计算机程序描述；4）程序检验，程序调试和仿真算法的合理性检验；5）对模型进行实验；6）仿真输出结果分析。实际的仿真时，上述步骤需多次反复迭代仿真在物流系统中的应用物流系统仿真的特点物流系统仿真常用的方法物流系统的仿真策略与步骤物流系统仿真3仿真不仅仅是可视化，而是通过数据分析和过程模拟、再通过可视化进行呈现、形成数据报表。随着自动化和智能化的发展，物流行业也更需要量化的分析，从而物流仿真的需求也将越来越大。物流工程师需要将专注力放在物流流程的构建与优化上，高效且准确地完成物流系统的设计，不用花费时间在繁琐的算法构建和程序实现上。所以，成熟稳定的物流仿真工具可以作为辅助，去帮助工程师实现物流系统分析的目的。物流仿真构建的过程可以引导人们去从系统的角度思考问题，前一个工序和后一个工序是怎样衔接，相互之间会有什么影响，或者是会系统产生什么样的影响。这样就可以逐渐形成系统化思维，在从事和管理物流工作的时候也会思考得更加全面。仿真可以是对现实的验证和优化，也可以是对未来的模拟和预测，总之是一种理性分析的结果，能够为决策提供支持。企业中仿真的应用也可以提高沟通效率，如果用可视化的方式呈现，结果一目了然，远比枯燥的数据和长篇的文字报告更加直观。企业根据自身的情况也可以借助第三方利用仿真工具去协助进行物流规划。物流系统的仿真对象与内容流排队人物流系统中有多种流：货流、车流、船流、商流、信息流等。可采用动态仿真的方法描述“流”的产生、流动、消失、积累和转换等。由一个或多个服务台和一些等待服务的顾客组成的离散系统称为排队系统。在物流系统中，船舶靠泊码头泊位及车辆运营的仿真等都属于这类仿真。这种仿真大多采用离散型仿真方法来进行。物流组织是通过人的参与实现的，人、组织的不同，物流服务质量和运行效率可能存在较大差异。通过仿真描述人的思维和行为的过程，可给出较优的物流组织方案。物流系统仿真的方法连续型仿真离散型仿真连续系统离散系统离散系统的状态变量仅在离散时间点上有跳跃变化。连续系统是指：系统的状态在时间上平滑地变化。离散型仿真离散事件仿真的要素实体事件活动过程临时实体按一定规律不断地到达（产生），在永久实体作用下通过系统，最后离开系统，整个系统呈现出动态特性。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由若干个事件及若干活动组成。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与时序关系。系统是由事件来驱动实体事件活动过程图6-4事件、活动、进程三者之间的关系“事件”是描述离散型物流系统的一个重要概念。从某种意义上说，这类系统是由事件来驱动的。“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。“进程”由若干个事件及若干活动组成。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与时序关系。事件活动进程图6-5离散事件系统仿真程序流程结构图而仿真语言或仿真软件包中提供了上述大部分功能，通过组合可以很快地开发出所需的仿真程序。使用通用高级语言进行离散事件系统仿真程序设计时需要用户自行编程，工作量大。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事件调度法活动扫描法进程交互法离散事件系统

的仿真策略以事件为分析系统的基本单元，通过定义事件以及每个事件的发生对系统状态的影响，按时间顺序执行每个事件并策划新的事件来驱动模型的运行。活动的开始和终止是系统状态变化的标志。活动的激发与终止不仅取决于时间因素，还与实体有关采用进程来描述系统。它将模型中能主动产生活动的实体历经系统时所发生的事件及活动按时间顺序进行组合，从而形成进程表。一个实体一旦进入进程，它将完成该进程全部的有关活动。图6-6物流系统仿真的一般步骤并非每一次的仿真都包括图中所有的步骤仿真方法不一定要严格遵循图中的顺序任一步骤均可根据仿真实际情况转向其他某一步骤。排队系统仿真库存系统仿真物流系统仿真应用4物流系统仿真应用排队系统仿真库存系统仿真排队系统（queuingsystem）由服务机构和服务对象（顾客）构成。服务对象到来的时刻和为其服务的时间（即占用服务系统的时间）都是随机的。输入过程排队规则服务机构

排队系统模型又称服务系统单服务台仿真模型NY船舶到达时间间隔(Ai)泊位空闲否？开始装卸船舶离去排队等待装卸完毕单泊位船舶服务仿真模型表6-1排队系统举例序号到达的顾客要求服务内容服务机构1不能运转的机器修理修理工2修理技工领取修配零件发放修配零件的管理员3文件稿打字打字员4电话呼唤通话交换台5提货单提取存货仓库管理员6驶入港口的货船装（卸）货装（卸）货码头（泊位）港口集装箱物流系统仿真软件通过对现有的或拟建中的集装箱码头工作过程的模拟分析，得到关于设备的利用率、船舶等待时间、泊位生产率等统计结果，为港口规划和管理决策提供依据。港口拖轮总体优化配置仿真软件通过对港口拖轮作业过程的模拟分析，得到