物流系统建模与仿真28073

系统仿真的步骤
4.1
对象调查
4.2
实体映射
4.3 建立逻辑联系
4.4 模型调试和验证
4.5
仿真实验
4.6
优化和比较
调查被研究对象的各种特征 将被研究对象映射为仿真实体 建立仿真实体间的逻辑联系 调试模型，验证所建立的仿真模型是否正确 基于所建立的仿真模型，进行实验 提出优化方案，并与原方案进行比较
2. 系统仿真的应用
优化系统设计
性能评价与改进
失效分析
系
统
抗干扰分析
仿
真
人员培训
的
应 避免试验危险性
用
缩短试验过程
节省经费
决策支持
复杂的系统建立之前，通过改变仿真模型结构 和调整参数来优化系统设计
对既有系统的整体或部分进行性能 评价与改进，如资源利用率分析、 瓶颈分析等
分析系统失效可能造成的后果，并提出合理的 预防或应急措施
目标函数 max z 2x1 3x2
x1 2x2 8
约束条件
:
4 x1
16 4x2 12
x1 ,x2 0
1.3 系统仿真的意义
❖ 当所研究的系统造价昂贵、实验的危险性大或需 要很长的时间才能了解系统参数变化所引起的后 果时，仿真是一种有效的研究手段。
❖ 由于系统的复杂性日益增强，传统基于数学计算 的方法很难适用于目前对系统的规划和改善，因 此，基于计算机的系统仿真得到广泛应用。
善的系统。它由建模软件、仿真运行软件（语言）、输出 结果分析报告软件和数据库管理系统组成。
Flexsim简介
❖ Flexsim是美国flexsim 公司开发的一个基于Windows、面向 对象的仿真环境，用于建立离散事件流程过程，如制造业， 物料处理和办公室工作流等。Flexsim 应用深层开发对象， 这些对象代表着一定的活动和排序过程。 要应用模板里的 某个对象，只需要用鼠标把该对象从库里拖出来放在模型 视窗即可。每一个对象都有一个坐标（x，y，z）速度（x， y，z），旋转以及一个动态行为（时间）。 对象可以创建、 删除，而且可以彼此嵌套移动，它们都有自己的功能或继 承来自其他对象的功能。 这些对象的参数可以把任何制造 业、物料处理和业务流程快速、轻易、高效的描述出来。
所在区域的人口总量 所在区域的生产总值
流
（市场环境的变化）
所在区域的载货车辆拥有量
中
（技术进步的影响等）
所在区域的工业总产值 所在区域的进出口总额
心
所在区域的居民人均可支配收入
需
物流经济环境分析
所在区域的人均地区生产总值
求
所在区域的其他物流企业
进 行
物流基础设施分析
所在区域的等级公路里程 已完成物流中心仓储面积 所在区域的人均城市道路面积
的
所在区域的内河航道里程数
前
物流相关行业分析
所在区域的相关产业总产值 所在区域的相关产业的类型和数量
期
分 析
物流供给分析
所在区域实际利用外资
所在区域的总货运周转量 所在区域港口码头吞吐量
所在区域的铁路网密度
功能规划
功能
仓储
装卸
配
包装
送
配送
中
心
流通加工
运输
信息处理
设施、设备
仓库 货架 分拣输送系统 起重机 叉车 升降机 堆垛机 条码分类系统 导向系统 打包机 输送机
选址规划
选址阶段需考虑的因素
自然环境因素
经营环境因素 基础设施状况 其他因素
气地水地 象质文形 条条条条 件件件件
经商物服 营品流务 环特费水 境性用平
公
交
共
通
设
条
施
件
状
况
国环 土境周 资保边 源护状 利要况 用求
3.2 既有物流中心改进与仿真
❖ 当物流中心的原始设计具有某些缺陷，或者无法满足当前 的需求时，需要对其进行改进。然而，由于系统的复杂性， 研究者很难找出问题发生的原因，相应地，也很难对系统 进行全局优化。利用系统仿真的方法可有效解决这一难题。
4.1 调查被研究的对象
①货架的属性 层数、 列数 尺寸等
④叉车的属性 运行速度 载货量等
②来料的属性 种类、频率 时间分布等
⑤调度方法 配货、配装路 径等
③处理器的属性 处理时间 处理数量等
⑥传送带的属性 传送速度 物流尺寸等
4.2 实体映射
4.3 建立逻辑联系
根据移动实体在模型中的运动路线，用 连线或编程的方法连接各固定实体
❖ 理论研究过程中不能确定的问题可以利用仿真实 际运行，得出结论
❖ 发现在理论过程中可能出现的问题，完善方案
❖ 利用仿真模拟现实中的各种情况，采集数据得到 全面资料
❖ 节约成本，减少人员使用 ❖ 提高工作效率 ❖ 降低风险 ❖ 提供决策的依据、如实施设备选择 ❖ 发现历史数据、经验的不能发现的问题 ❖ 便于对设计方案的修正 ❖ 便于发现问题、解决问题 ❖ 有利于流程的优化 ❖ 合理分配资源、协调各项工作的开展、充分利用
❖ 新建系统与既有系统仿真的区别主要在于：前者是一个从 无到有的事物，其仿真建模具有高度的弹性和自由度；而 后者是一个在现实中确实存在的事物，仿真建模应尽可能 贴近其实际境况，然后根据仿真模型运行的结果发现问题、 分析问题、提出优化方案并进行验证和评估
3.3 物流中心的优化方法
E 取消(elimination)
增加一台叉车后，全局设 备利用率的情况
系统整体性能的提高 Vs 增加或更换叉车所花费的成本
5. 物流系统仿真工具简介
❖ 专门用于仿真的计算机软件，与仿真硬件同为仿真的技术 工具。仿真软件是从50年代中期开始发展起来的。仿真软 件分为仿真语言、仿真程序包和仿真软件系统三类。其中 仿真语言是应用最广泛的仿真软件。仿真程序包是针对仿 真的专门应用领域建立起来的程序系统。使用这种程序包 可免去繁重的程序编制工作。仿真软件系统以数据库为核 心将仿真软件的所有功能有机地统一在一起，构成一个完
设备利用率 B11
劳动力利用率 B12
搬运距离
B21
搬运次数
B22
路径冲突
B23
…
固定资产投资 B51
安装费用
B52
运营成本
B53
培训费用
B54
方案层
方 案 C1
方 案 C2
方 案 C3
4. 系统仿真方法论
❖ 现代仿真技ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ大多数是在计算机支持下进行的。 根据仿真的概念，制造系统仿真有三个基本的
活动，即系统建模、仿真建模和仿真实验。联 系这三个活动的是系统仿真的三要素，即系统、 建模、计算机（包括硬件和软件）。
资源和技术，取得良好的经济效益
3. 系统仿真与物流中心规划
❖ 物流系统的特点
跨度性 可分性 动态性 复杂性 多目标性
地域跨度、产品在产需时间上的差异
各功能要素和系统的运行受市场需求、供应渠道 和价格变化的影响
处理对象的大量化和多样化、系统本身由大量种 类各异的元素构成
提高设备、空间和人员等资源利用率 最大限度地减少物料搬运 简化作业流程 缩短生产周期 降低投资成本
取消不必要的流程、路径或作业点等
C 合并(combination) 将两个或以上的流程、动作等合并为一
R 重排(rearrangement) 流程、设施设备的重排；作业任务的重排
S 简化(simplification) 简化流程、路径、动作等
S 替代(substitution) 高性能替代低性能、低成本替代高成本等
3.4 系统仿真对物流中心规划的作用
方案改善效果检验 方案评价数据支持
有助于发现问题 失效分析 整体展示 人员培训
检验方案的改善效果，防止无效方案或错误方案 被实施后带来不必要的损失
在进行多方案的评价和比较时，系统仿真可提供 定量的数据
由于系统的复杂性，研究者很难发现关键问题之 所在。通过系统仿真可有效解决该难题
❖ 仿真物流中心的布局，节约成本，提高效率 ❖ 选择合适的物流设备 ❖ 优化物流路径及流程 ❖ 失效分析 ❖ 能力和需求分析，规模估算
❖ 系统参数设定，比较其优越性 ❖ 在仿真过程中，发现问题 ❖ 节省成本，减少损失 ❖ 确定规模，位置 ❖ 同一地区物流中心的数量 ❖ 外观和功能展示
❖ 反复试验，然后选择出最优方案 ❖ 用于人员培训 ❖ 避免使用真材实料，节约人员、物资 ❖ 应急处理，检查物流系统是否可靠
新建物流中心的规划
既有物流中心的改进
3.1 新建物流中心规划与仿真
物流中心规划设计流程
货物流通量的 大小，所需要 的设施、设备 类型
前期准备 确定目标与原则
功能规划 选址规划
物流中心经营商品的品种、 货源、流量、流向、供需情 况以及物流业发展情况
长期、中期、近期 集货、转运、配送…… 技术水平……
❖ 某工厂在计划期内要安排生产Ⅰ、Ⅱ两种产品，已知生 产单位产品所需的设备台时及A、B两种原材料的消耗（。 该工厂每生产一件产品Ⅰ可获利2元，每生产一件产品 Ⅱ可获利3元。应如何安排计划使该工厂获利最多?
产品 Ⅰ Ⅱ 拥有量 资源
设备
1 2 8台时
原材料 A 4 0 16 kg
原材料 B 0 4 12 kg
识别设备
传送带 … 作业员
系统仿真 Simulation
1.1 定义
❖ 实际系统尚不存在的情况下对于系统或活动本质的实现。 (Morgenthater，1961)
❖ 用能代表所研究的系统的模型进行实验。(Korn，1978)
❖ 仿真是一种基于模型的“建模—实验—分析”的活动 。 (Oren，1984)
4.4 模型调试和验证
4.5 仿真实验
系统原设计方案 存在的问题
运行仿真模型
设施布局优化 物流路径优化 仓库利用率优化
…
研究者希望改进 的目标
流程瓶颈优化
增加叉车的数量 用更高性能的叉车代替现有叉车 ……
叉车能力不足 形成转运环节 的瓶颈
4.6 优化和比较
通过消除瓶颈所改善的全局设备利用率
更换一台高性能叉车后， 全局设备利用率的情况
优化系统设计
3D
对系统的规模、布局等优化设计
性能评价与改进/资源分配问题
对 既 有 系 统 的 资 源 利 用 率 进 行 分 析
失效分析
机场救助
人员培训
使培 操训 作人 人员 员的 对操 操作 作能 过力 程 有 直 观 了 解，
缩短试验过程
刹车失效分析
思考&谈论
❖ 结合前面介绍的内容，你认为系统仿真对物流中 心的规划和设计具有什么作用？
Flexsim的实体、属性和工具
Flexsim的相关操作
实
临时实体
体 类
固定实体
型
可移动实体
视景 实
体
常规
属
标签
性
统计
全局时间表
工 单表导入/导出 具
…
MTBF/TR
(1) 发生器(Source)
发生器用来创建在模型 中行进通过的临时实体。 每个发生器创建一类临 时实体，并能够为它所 创建的临时实体分配属 性，如实体类型或颜色。 模型中至少有一个发生 器。发生器可以按照每 个到达时间间隔、每个 到达时间表或一个定义 的到达序中创建临时实 体。
系统建模与仿真
----物流中心规划与设计的有效工具
主要内容
第1节 系统仿真概述 第2节 系统仿真的应用 第3节 系统仿真与物流中心规划 第4节 系统仿真方法论 第5节 物流系统仿真工具简介
1 系统仿真概述
什么是仿真？
针对事物表面特征的模仿
Imitate
Fake
配送中心
→ 分拣系统 装卸系统 … 自动化仓库 探究其本质特征和内在规律
设施、设备的 布局、数量， 作业路线等
作业流程规划 信息系统规划 设施设备规划
系统 仿真
提高设备等资源利用率 减少物料搬运 简化作业流程 缩短生产周期 降低投资成本
前期数据调研
所在区域的邮政业务总量
新
所在区域的社会消费品零售总额
建
物流需求分析
所在区域的就业总量
物
（宏观经济政策、管理体制）
❖ 目前的定义：利用模型复现实际系统中发生的本质过程， 并通过对系统模型的实验来研究存在的或设计中的系统。
1.2 系统仿真的类型
模
物理模型
型 类
数学模型
型 计算机仿真模型
信
连续仿真
号
流
离散仿真
时
实时仿真
间 标
超实时仿真
尺
亚实时仿真
研 经济系统仿真
究 对
制造系统仿真
象
……
仿真时间标尺小于自然时间标尺 仿真时间标尺大于自然时间标尺
可模拟系统处于失效的状态，系统运营者可采取 正确的预防措施和处理机制
在系统建立/改变前，模拟其整体效果，使运营者 对建立/改变后的状态有直观和感性的了解
使操作者对建立或改变后的系统有感性和直观的 了解，加快其操作技能的培养
目标层 最优方案 A
准则层 资源利用率 B1 物料搬运 B2 作业流程 B3 生产周期 B4 投资成本 B5
(2) 吸收器(Sink)
吸收器用来消除模型中已经完成全部处理的临时实体。一 旦一个临时实体进入吸收器，就不能再恢复。任何涉及即 将离开模型的临时实体的数据收集，都应在它进入吸收器 之前或在吸收器的进入触发器中进行。
如果需要循环利用 临时实体而不是消 除掉，不要使用吸 收器，而代之为一 个暂存区。进入暂 存区的临时实体可 以被移进模型中的 其它部分而实现重 新进入。