物流系统仿真技术及其应用剖析

三种常用智能优化算法的比较表
算法种类 性能特点
模拟退火法
禁忌搜索法
遗传算法
全局搜索能力
较强（不但向解得好的方向 搜索，而且以一定方式向其 他方向搜索）
只向使禁忌表的记忆方 法方向进行搜索
较强（不但向解得好的方 向搜索，而且以一定方式 向其他方向搜索）
缺点 参数
解
最后搜索结果比中间结果差 用于离散问题的寻优 “早熟”现象
第5章 物流系统仿真技术及其应用 5.1物流系统仿真概述 5.2 物流系统仿真理论 5.3 物流系统计算机仿真 5.4 物流系统仿真应用分析
5.1物流系统仿真概述
5.1.1系统模型与仿真的概念
1.系统模型 系统模型是反映系统内部要素的关系，反映系统某些方面本质
特征，以及内部要素与外界环境关系的系统的抽象，是对一个现 实存在的系统或计划建立的系统的某种形式的描述。 2.仿真
➢⑵仓储规模与库存管理
➢⑶物料运输调度
➢⑷物料成本估算
系统仿真在物流系统的应用，除以上4个主要方面外，
还可以用来对物流系统进行可靠性分析等。
5.2 物流系统仿真理论
❖ 5.2.1离散事件系统仿真
⒈离散事件系统仿真的概念 离散事件系统是指系统状态在某些随机时间点上发生离散
变化的系统，因而离散事件系统一般都具有随机特性，系统的 状态变量往往是离散变化的。
系统仿真就是对真实系统的模仿，这种模仿是对现实系 统某一层次抽象属性的模拟。
5.3 物流系统计算机仿真
❖ 5.3.1物流系统计算机仿真概述
➢ ⑵面向对象的离散事件系统仿真
在面向对象仿真中，组成系统的实体以对象来描述。对 象有三个基本的描述部分，即属性、活动和消息。每个对象 都是一个封装了对象的属性及对象状态变化操作的自主的模 块，对象之间靠消息传递来建立联系以协调活动。
❖ 5.2.2物流系统仿真优化理论
1.物流系统优化问题 物流系统要求在一定条件下，达到物流总费用最省、顾
时间
运输车油 量变化
库存油 量变化
装油过程 运输过程 混合系统仿真
入库过程
时间
❖ 5.1.2系统仿真的基本步骤
➢⒈问题阐述和仿真目标确定 ➢⒉建立仿真模型 ➢⒊数据采集 ➢⒋模型的确认 ➢⒌模型的编程实现与验证 ➢⒍仿真试验设计 ➢⒎模型的仿真运行 ➢⒏仿真结果的输出分析
问题阐述 确认仿真目标
仿真建模
智能优化算法，又称现代优化算法，是20世纪80年代初 兴起的优化算法，这些算法包括禁忌搜索（tabu search）、 模拟退火算法、遗传算法、人工神经网络，以及近年发展起 来的群体智能技术等，它们主要用于解决大量的实际应用问 题。它们共同的目标是求NP-hard组合问题的全局最优解。
目前引人注目的有模拟退火法（SA），禁忌搜索（TS）， 遗传算法（GA），三种随机优化方法为那些传统最优化技术 难以处理的组合优化问题提供了切实可行的解决方案。这三 种优化方法各有所长，三者的比较如下表所示。
离散事件系统一般由以下六个基本要素所组成：
⒉离散事件系统仿真方法 离散事件系统仿真，实质上是对那些由随机系统定义的，
用数值方式或逻辑方式描述的动态模型的处理过程。离散事件 系统仿真方法可分为两种：
➢ ⑴面向过程的离散事件系统仿真
面向过程的仿真方法主要研究仿真过程中发生的事件以 及模型中实体的活动。这些事件或活动的发生是顺序的，而 仿真时钟的推进正是依赖于这些事件和活动的发生顺序。
数据采集
否
模型确认
是 仿真程序编制或生成 否
模型验证
是 仿真试验设计
仿真运行
ຫໍສະໝຸດ Baidu
仿真输出与分析
仿真报告辅助决策
❖ 5.1.3系统仿真技术在物流工程中的应用
物流作为一个多因素、多目标的复杂系统，追求其整体 的优化是一个复杂的系统分析问题。现代物流越来越多地强 调物流的系统化和综合化。在物流系统研究中系统仿真技术 的应用主要有以下几个方面： ➢⑴物流系统规划与设计
立起符合实际要求的优化设计数学模型，这是优化设计的关 键。建立实际问题的优化数学模型，不仅需要掌握优化设计 方法的基本理论，更重要的是要具有该设计领域的设计经验。 2.物流系统优化方法
物流系统优化主要有运筹学方法、智能优化方法和模拟 仿真法三种方法。 ⑴运筹学方法
物流系统的运筹学优化方法一般建立在物流系统的数学 模型的基础上，物流系统数学模型中的目标函数是在一定条 件下，达到物流总费用最省、顾客服务水平最好、全社会经 济效益最高的综合目标。一般认为，运筹最优化方法是物流 系统工程方法论中的重要组成部分。 ⑵智能优化方法
客服务水平最好、全社会经济效益最高的综合目标。
➢ ⑴物流系统优化的必要性 物流系统要素之间的联系同时也是冲突、相持和协同的综合
表现。物流系统要素之间存在目标、产权、运作等方面的冲突。 这些冲突决定了我们必须进行物流系统优化研究。
➢ ⑵系统优化设计 优化设计是最优化技术与计算机技术在设计领域应用的结果，
仿真是以系统理论、形式化理论、随机过程理论、统计理论以 及优化理论为基础，借助计算机和仿真软件对实际系统行为进行 动态实验研究的方法。
根据系统特性仿真模型的类别分为离散系统仿真、连续系统仿 真和混合系统仿真三大类。
三种系统仿真类别涵义图：
汽 车
上 的
飞 机 水
人
平
数
速
度
离散系统仿真
油量
时间
连续系统仿真
温度控制参数，退火速度
禁忌表，吸收水平函数
种群规模，交叉率，变异 率等
近似最优解
近似最优解
近似最优解
⑶模拟仿真方法
仿真技术是高科技发展的前沿，是可对各种问题进行多 学科综合研究的边缘科学。
优点：
➢ 投资少、周期短、见效快、可控、安全无破坏性、极易修改 结构及参数、易于考虑多种因素。
➢ 可以克服一般研究方法由于难以考虑各种因素相互间的互动 影响，使研究结果与实际情况相距甚远的缺点，而且可以减 少投资风险和避免造成人力、资金的浪费。为此，发达国家 在众多领域中广泛采用了仿真技术。
它为工程设计提供了一种重要的科学设计方法，在解决复杂设计 问题时，它能从众多的设计方案中找到尽可能完善的设计方案。
要实现问题的优化必须具备两个条件：
①存在一个优化目标 ②具有多个方案可供选择
优化设计通常主要包括两部分内容：
①优化设计的建模技术； ②优化设计问题的求解技术
将一个实际的设计问题抽象成一个优化设计问题，并建