智能制造系统建模与仿真：基于Anylogic 课件 第11章 基于GIS的供应链建模与仿真

第11章基于GIS的供应链建模与仿真基于GIS的供应链建模与仿真目录01020304案例描述动态仿真建立基础模型数据可视化与系统分析05实验与系统优化空间物流网络的精细化建模是提升供应链运输效率的核心挑战。本章聚焦多层级供应链系统的地理空间约束问题，基于地理信息系统（GIS）构建包含配送中心、零售终端与运输单元的三维仿真环境。通过集成路径优化算法与智能体协同决策机制，模拟订单处理、车辆调度及路径规划的完整物流链条，同时强调运输设备返程管理的空间资源优化逻辑。本案例为供应链网络的空间资源配置与动态调度研究建立可扩展的仿真范式。研究背景01案例描述本案例描述了一个简单的供应链模型。该供应链系统由三个配送中心和五个零售商节点构成。当零售商提交产品配送订单时，仓库将启动订单处理流程，并派遣货运车辆执行产品运输任务，完成配送后车辆需返回其初始基地位置。模型中所有智能体均基于地理信息系统(GIS)地图进行空间定位，货运车辆的移动路径严格遵循地图中的实际道路网络。02建立基础模型打开AnyLogic软件。选择“文件”→“新建”→“模型”。在新建模型窗口中，输入模型名为“GIS供应链”。选择存储位置。选择模型时间单位为“小时”①新建一个模型按照“面板”→“空间标记”→“GIS”→“GIS地图”的操作步骤，找到“GIS地图”，如图11-1所示；长按鼠标左键，将其拖至蓝色方块内，点击“GIS地图”右下角调整至合适大小。双击地图进入地图编辑模式，平移地图需要在移动地图时按住鼠标左键，放大或缩小需要分别向上或向下滚动鼠标滚轮。通过上述操作选择一个城市。退出地图编辑模式需要单击地图外部的灰色区域。②选择一个城市建立基础模型创建新智能体：按照“面板”→“智能体”，找到“智能体”，长按鼠标左键将其拖入操作界面中，如图11-2所示。选择“单智能体”，点击“下一步”，将智能体命名为Distributor，在“下一步”中选择“二维”中的“仓库”动画，如图11-3～图11-5所示。③创建仓库智能体类型建立基础模型创建新智能体：同创建仓库智能体类似，按照“面板”→“智能体”，找到“智能体”，长按鼠标左键将其拖入操作界面中。本模型需要多个零售商，选择“智能体群”，点击“下一步”，将智能体命名为Retailer，在“下一步”中选择“二维”中的“零售商店”动画，点击“完成”，如图11-6、图11-7所示。④创建零售商智能体类型建立基础模型创建新智能体：同创建零售商智能体类似，按照“面板”→“智能体”，找到“智能体”，长按鼠标左键将其拖入操作界面中。本模型需要多个卡车，选择“智能体群”，点击“下一步”，将智能体命名为Truck，在“下一步”中选择“二维”中车辆动画，选择三个中的任意一个都可以，本模型选择“货车2”动画，点击“完成”，如图11-8、图11-9所示。⑤创建卡车智能体类型建立基础模型创建新智能体：同创建卡车智能体类似，按照“面板”→“智能体”，找到“智能体”，长按鼠标左键将其拖入操作界面中。本模型不需要动画实体，故选择“仅智能体类型”，在“下一步”中选择“无”动画，点击“完成”，如图11-10、图11-11所示。⑥创建订单智能体类型建立基础模型设置参数，按照“面板”→“智能体”→“参数”，找到“参数”，长按鼠标左键将其拖入操作界面中。本模型的订单全部来自零售商，故将参数命名为retailer，并将其类型设置为Retailer，如图11-12、图11-13所示。⑦设置订单智能体类型建立基础模型建立基础模型在main界面点击“retailers”智能体群图标，在属性中的“群是”选择“初始空”，如图11-14、图11-15所示。⑧设置零售商智能体类型，使零售商相隔固定时间产生订单双击智能体群图标，进入零售商智能体面板，按照“面板”→“智能体”→“函数”，找到“函数”，长按鼠标左键将其拖入操作界面中，命名为“generateOrder”，并在函数体中写入：Ordersorder=newOrders();order.retailer=this;Distributordistributor=main.distributors.random();send(order,distributor);表示创建订单、指定零售商并随机选取一个仓库供货，随后将订单发送给仓库。按照“面板”→“智能体”→“事件”，找到“事件”，长按鼠标左键将其拖入操作界面中。单击“event”，在右侧的属性界面，选择“触发类型”为“速率”，速率为每小时2次，并在“行动”中写入“generateOrder();”，表示时间每小时执行两次产生订单的函数。具体操作如图11-16、图11-17所示。⑧设置零售商智能体类型，使零售商相隔固定时间产生订单建立基础模型按照“面板”→“智能体”→“参数”，找到“参数”，长按鼠标左键将其拖入操作界面中，命名为“numOftruck”；单击该参数，在属性界面，将“类型”设置为int，如图11-18所示。按照“面板”→“智能体”→“集合”，找到“集合”，长按鼠标左键将其拖入操作界面中，命名为“TruckFleet”；单击该集合，在属性界面的“元素类”中选择Truck，表示给集合的元素全是“Truck”类，如图11-19所示。⑨设置仓库智能体类型，将仓库和车辆智能体组合到一起建立基础模型按照“面板”→“智能体”→“参数”，找到“参数”，长按鼠标左键将其拖入操作界面中，命名为“owner”，并在属性页面中的“类型”中选择Distributor，如图11-20所示。判断车辆是否繁忙，按照“面板”→“智能体”→“变量”，找到“变量”，长按鼠标左键将其拖入操作界面中，命名为“busy”，需在其属性的“类型”中选择boolean，如图11-21所示。⑩设置车辆智能体类型，设置状态图，完善车辆行为建立基础模型记录订单，按照“面板”→“智能体”→“变量”，找到“变量”，长按鼠标左键将其拖入操作界面中，命名为“order”，需在其属性的“类型”中选择“Orders”，如图11-22所示。⑩设置车辆智能体类型，设置状态图，完善车辆行为建立基础模型搭建车辆流程状态图，其逻辑为收到消息后，从仓库迁移到订单所在的零售商，到达指定位置后卸货，完成后返回仓库。按照“面板”→“智能体”→“状态图进入点”，找到“状态图进入点”，长按鼠标左键将其拖入操作界面中，再找到“状态”，长按鼠标左键将其拖入操作界面中，将其与状态图进入点连接为一个整体，并命名为“atDistributor”如图11-23、图11-24所示。⑩设置车辆智能体类型，设置状态图，完善车辆行为建立基础模型如上一步操作，依次创建“MoveToRetailer”“Unload”“Back”状态，并使用“面板”→“智能体”中的“变迁”将各状态连接起来，如图11-25所示。⑩设置车辆智能体类型，设置状态图，完善车辆行为建立基础模型此时状态图的框架已经完成，具体流程仍需设置。点击“AtDistributor”，在属性界面的“进入行动”中填写“busy=false;”，“离开行动”中填写“busy=true;”，用以判断仓库中车辆是否繁忙，如图11-26所示。设置“transition”的“消息类型”为“Orders”，并在“行动”中填写“order=msg;”，表示将消息传给order，如图11-27所示。⑩设置车辆智能体类型，设置状态图，完善车辆行为建立基础模型点击“MoveToRetailer”，在属性界面的“进入行动”中填写“moveTo(order.retailer);”，表示车辆移动至零售商，如图11-28所示。设置“transition1”的“触发通过”为“智能体到达”，表示智能体到达时进入下一步，如图11-29所示。⑩设置车辆智能体类型，设置状态图，完善车辆行为建立基础模型点击“Back”，在属性界面的“进入行动”中填写“moveTo(owner);”，表示车辆移动回仓库，如图11-30所示。设置“transition3”的“触发通过”为“智能体到达”，表示智能体到达时进入下一步，如图11-31所示。⑩设置车辆智能体类型，设置状态图，完善车辆行为建立基础模型设置车辆对订单的处理。进入仓库操作界面，拖入一个“函数”组件，并命名为“FindTruck”，选中“返回值”，并将类型设置为“Truck”。函数体中写入：for(inti=0;i<TruckFleet.size();i++){Trucktruck=TruckFleet.get(i);if(!truck.busy){returntruck;}}returnnull;意为判断每辆车是否繁忙，繁忙时无操作，不繁忙时返回车辆。此函数的目的为寻找空闲车辆，具体操作如图11-32所示。⑩设置车辆智能体类型，设置状态图，完善车辆行为建立基础模型设置仓库智能体链接。点击connections，如图11-33所示，在其属性界面的“通讯”中的“接收消息时”内填写函数（图11-34）：Trucktruck=FindTruck();if(truck!=null){send(msg,truck);}表示接收到消息后判断是否寻找到车辆，若找到，则进入车辆智能体界面运行状态图流程。⑩设置车辆智能体类型，设置状态图，完善车辆行为建立基础模型按照“面板”→“空间标记”，找到“GIS点”，如图11-35所示，长按鼠标左键将其拖入GIS地图中，拖动8个放置在不同城市，表示仓库与零售商。可选择任意城市。⑪设置仓库与零售商位置建立基础模型按照“面板”→“智能体”→“集合”，找到“集合”，长按鼠标左键将其拖入操作界面中，命名为“collectionDistributor”；以同样的操作创建另一个集合，命名为“collectionRetailer”。单击“collectionDistributor”集合，在右侧属性面板的“元素类”选择其他，填写“GISPoint”，利用元素选择器选择3个GIS点放入集合中，表示3个仓库，如图11-36所示。以同样的操作在“collectionRetailer”集合中放入5个GIS点，表示5个零售商，如图11-37所示。⑪设置仓库与零售商位置建立基础模型按照“面板”→“智能体”→“函数”，找到“函数”，长按鼠标左键将其拖入main操作界面中，命名为“initial”，函数体内填写内容如图11-38。⑪设置仓库与零售商位置建立基础模型表示按照仓库和零售商的数量添加个体到智能体中，并将其放置在对应的GIS节点上。仓库中设置了车队，按照订单数量产生车辆以运送货物。最后单击main操作界面的空白处，在“启动时”内输入“initial();”，如图11-39所示，本模型完成。⑪设置仓库与零售商位置建立基础模型03动态仿真点击“运行”，观察模型运行情况，可见车辆在仓库与零售商之间运货。04数据可视化与系统分析数据可视化与系统分析按照“面板”→“智能体”→“变量”，找到“变量”，长按鼠标左键将其拖入Orders操作界面中，命名为“startTime”；以同样的操作新建另一个变量，命名为“stayTime”，如图11-40所示。分析订单处理时间的具体操作按照“面板”→“智能体”，找到“直方图数据”和“直方图”，分别长按鼠标左键将其拖入main操作界面中，将直方图数据命名为“订单处理时间”，如图11-41、图11-42所示。分析订单处理时间的具体操作数据可视化与系统分析双击main操作界面的trucks智能体群，进入Truck操作界面，点击“Unload”和“Back”之间的变迁，在右侧属性界面的行动中填写函数：order.stayTime=time()order.startTime;main.data.add(order.stayTime);用以收集订单处理时间的数据，如图11-43所示。分析订单处理时间的具体操作运行模型，可以看到直方图中直观显示了订单处理时间数据，如图11-44所示。分析订单处理时间的具体操作数据可视化与系统分析05实验与系统优化实验设计与数据收集