系統(tǒng)仿真技術在物流系統(tǒng)設計中的應用

1、系統(tǒng)仿真技術在物流系統(tǒng)設計中的應用廣東交通職業(yè)技術學院畢業(yè)論文姓名： 李澤東 專業(yè)： 港口物流設備與自動控制 班級： 港口物流設備與自動控制111班 所屬院系： 海事與港航學院 論文題目：系統(tǒng)仿真技術在物流系統(tǒng)設計中的應用指導教師： 關騰飛 完成時間： 2014-01-30 畢業(yè)論文任務書 學生姓名 李澤東 專業(yè)班級 111 指導教師 關騰飛 工作單位 廣東交通職業(yè)技術學院 畢業(yè)論文題目: 系統(tǒng)仿真技術在物流系統(tǒng)設計中的應用 畢業(yè)論文主要內容：系統(tǒng)仿真技術在物流系統(tǒng)設計中的應用要求完成的主要任務:物流仿真軟件系統(tǒng)可以把現(xiàn)有的或正在規(guī)劃中的物流配送中心或工廠在計算機系統(tǒng)中建成虛擬的動畫模型, 實

2、現(xiàn)一種以動畫為載體, 集作業(yè)人員、搬運設備、貨物、控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)信息合為一體的系統(tǒng)仿真平臺指導教師簽名 系主任簽名 二級學院教學副院長簽名(蓋章) 目錄緒論-4 1.現(xiàn)代物流及其特點 -42. 物流系統(tǒng)仿真應用研究的進展-62.1 生產物流系統(tǒng)仿真-62.2 供應鏈仿真 -82.3 物流配送系統(tǒng)仿真-83. 系統(tǒng)仿真在物流系統(tǒng)設計中的應用-93.1系統(tǒng)描述-93.2仿真目標-93.3仿真過程-104. 仿真優(yōu)化方法的改進-11結論-12參考文獻-13摘要對物流系統(tǒng)仿真的相關研究領域進行評述，從應用角度將物流系統(tǒng)仿真分為生產物流系統(tǒng)仿真、物流配送系統(tǒng)仿真和供應鏈仿真，分析了各領域研究的特色并介紹

3、了其應用研究成果，對現(xiàn)有研究的不足進行了評述；分析了物流系統(tǒng)仿真優(yōu)化方面的主要進展及存在的問題；概述了綜合仿真環(huán)境及其在物流系統(tǒng)仿真中的應用；提出了物流系統(tǒng)仿真的進一步發(fā)展方向。關鍵詞：物流系統(tǒng)；仿真；仿真優(yōu)化系統(tǒng)仿真技術在物流系統(tǒng)設計中的應用緒論物流系統(tǒng)是復雜的離散事件系統(tǒng)，在系統(tǒng)設計與控制過程中存在許多優(yōu)化問題，用傳統(tǒng)的解析方法難以獲得最優(yōu)解或滿意解。仿真是建立數(shù)學邏輯模型并在計算機上運行該模型進行試驗的過程，仿真建模要模仿真實系統(tǒng)(設施或過程)的行為。系統(tǒng)仿真為解決復雜物流系統(tǒng)的問題提供了有效的手段，仿真是決策者用于物流系統(tǒng)設計和操作的最有力的工具之一，它不僅可提供用于決策的定量信息而且

4、可以提高決策者對物流系統(tǒng)工作原理的理解水平，仿真技術為復雜物流系統(tǒng)設計提供了技術性和經濟性的最佳結合點和直觀有效的分析方法。目前，仿真已經成為管理科學與運籌學領域應用最廣泛的技術手段之一，在運籌學常用的建模方法中排在第二位。物流系統(tǒng)仿真是近年來國內外學術界研究的一個熱點問題。本文對物流系統(tǒng)仿真的相關研究領域進行評述，首先從應用的角度將物流系統(tǒng)仿真分為生產物流系統(tǒng)仿真、采購和銷售物流涉及的物流配送系統(tǒng)仿真、及采購、生產和銷售一體化的供應鏈仿真，分析各領域研究的特色并介紹了其應用研究成果，對現(xiàn)有研究的不足進行了評述；分析物流系統(tǒng)仿真優(yōu)化方面的主要進展及存在的問題；概述綜合仿真環(huán)境及其在物流系統(tǒng)仿真

5、中的應用；最后提出了物流系統(tǒng)仿真的進一步發(fā)展方向。 1.現(xiàn)代物流及其特點1.1現(xiàn)代物流系統(tǒng)物流自生產以來便存在，但是將它作為一門專門的學科來研究并引起人們重視之時卻遠遠落后于生產制造業(yè)的發(fā)展。由于物流活動貫穿于整個社會的各個經濟環(huán)節(jié)，雖然各個領域中的基本要素都存在而且相同，但是物流的基本要素都存在而且相同，但是物流的對象、目的和實施范圍不相同，使得物流方式逐步發(fā)展成為了多個類型。1.2 現(xiàn)代生產企業(yè)物流的特點 生產型企業(yè)的物流主要承擔起企業(yè)運輸、存儲、物料裝卸、配送等方面的工作，其與物流系統(tǒng)的關系就如人體內臟器官與血液循環(huán)之間的關系一樣，物流系統(tǒng)為企業(yè)的整個生產系統(tǒng)提供連續(xù)性基礎，是貫穿于各個

6、制造環(huán)節(jié)的有效紐帶。現(xiàn)代生產型企業(yè)物流特點:首先，整個物流過程屬于生產過程的一個重要環(huán)節(jié)，物流過程與生產過程密切相關，兩者之間的一體化程度較高，通?！吧涛锓蛛x”的生產型企業(yè)很少。其次，生產物流將“成本中心”作為基本原則，其對資源的占用與消耗是企業(yè)生產成本的重要構成部分，在生產過程中物流活動的頻繁使得其對成本有直接影響，物流過程秉承的是“成本中心”的理念。再次，生產型物流工作具有很強的專業(yè)化“定制”特點，生產型物流必須能夠完全適應生產的專業(yè)化發(fā)展需要，具有完全的專業(yè)適應性，并能夠通過“定制”的生產方式獲得較高的生產效率，這對物流的供應效率有重要要求。最后，生產型物流規(guī)模較小，技術性要求高，所以其

7、針對的主要是特定獨享，而且在一定的時間內對象的規(guī)模變化并不大，這要求物流系統(tǒng)具有精度高、準確度高的特點，通過運用資源管理的相關手段使得物流與生產實現(xiàn)無縫連接，最終達到精益化生產的目的。2、物流系統(tǒng)仿真應用研究的進展物流系統(tǒng)是指在一定的時間和空間里，由物資、包裝設備、裝卸搬運機械、運輸工具、倉儲設施、人員和通信聯(lián)系等若干相互制約的動態(tài)要素所構成的具有特定功能的有機整體。早期的物流系統(tǒng)仿真主要是針對生產物流過程中的控制與優(yōu)化問題來進行的，隨著供應鏈的興起與發(fā)展，更多的研究關注于集采購、生產和銷售一體化的供應鏈仿真。隨著物流網絡規(guī)模的擴大和物流量的巨大增長，配送物流的瓶頸作用越來越突出，一些學者開始

8、用仿真的手段來解決物流配送系統(tǒng)中存在的問題。下面從生產物流系統(tǒng)仿真、供應鏈仿真及物流配送系統(tǒng)仿真三方面介紹物流系統(tǒng)仿真的應用進展。2.1 生產物流系統(tǒng)仿真生產物流是指從企業(yè)的原材料采購，車間生產，半成品與成品的周轉直至成品發(fā)送的全過程中的物流活動。生產物流系統(tǒng)是一個復雜的綜合性系統(tǒng)，如何提高其效率和效益是至關重要的，系統(tǒng)仿真作為一項用于系統(tǒng)分析和研究的十分有效的技術，已經被廣泛用來對生產物流系統(tǒng)進行規(guī)劃設計，運輸調度和物料控制等。國內外學者對生產物流系統(tǒng)進行仿真時，大多采用建立基于Petri 網的網絡模型的方式，其基本思想是用庫所集P 代表系統(tǒng)中實體和活動的狀態(tài)，用變遷集T 代表系統(tǒng)中的事件。

9、Petri 網技術用于郵件處理中心，對整個處理中心的工作流程進行了分析與優(yōu)化，提高了郵件處理的效率。為物流仿真軟件體系結構的模塊化及層次化設計建立了良好的基礎，雖然Petri 網適合于建立系統(tǒng)動態(tài)模型，并且能對系統(tǒng)的動態(tài)特性進行分析，它的圖形表示也為其應用帶來很好的直觀性，但是，當系統(tǒng)比較復雜時，利用Petri 網進行建模與分析存在很大的難度，因為此時Petri 網模型將變得十分復雜并產生組合爆炸，從而給仿真帶來極大困難。因此，直接應用普通Petri 網對復雜物流系統(tǒng)進行建模和分析是不合適的，必須擴展Petri 網的定義，或直接采用實體流程圖等比較簡單的建模方法。近年來很多的學者將人工智能技術

10、引入到Petri 網建模中， Petri 網和人工智能技術相結合用于解決柔性加工生產系統(tǒng)的規(guī)劃問題，加強了Petri 網對實際系統(tǒng)行為的推理能力。面向對象的思想將系統(tǒng)分解成若干類對象，把具有相似功能和行為的實體歸并為一類對象，每個對象類之間按照消息的傳遞關系連接起來。現(xiàn)代物流系統(tǒng)是一個復雜的離散事件動態(tài)系統(tǒng)，具有復雜性、遞階性、并發(fā)性、隨機性等特點，而面向對象的技術具有分解、抽象、遞階等特性，非常適用于復雜問題的求解。在目前對物流系統(tǒng)研究中，仿真方法大多只是被用來在算例中檢驗解析方法得到的結果，不能稱為真正地對物流系統(tǒng)的仿真研究。用仿真方法研究物流系統(tǒng)，就應該用仿真語言或者商用的仿真軟件建立物

11、流系統(tǒng)的仿真模型，這樣的仿真模型比起解析方法來能更加全面地反映實際物流系統(tǒng)的特征，在此模型之上對不同的系統(tǒng)參數(shù)和策略進行仿真實驗，仿真過程所做的就是得到該策略下系統(tǒng)的性能，從而對不同的策略進行評價；還可以通過仿真實驗改變系統(tǒng)的一些參數(shù)來方便地進行物流系統(tǒng)各參數(shù)的靈敏性分析，并且以此為基礎進行系統(tǒng)的優(yōu)化。2.2 供應鏈仿真供應鏈是一個由核心企業(yè)連同它的供應商、分銷商、零售商直到最終用戶共同組成的功能網絡結構模式。由于供應鏈這類復雜系統(tǒng)中存在著很多不確定性和隨機性因素，而數(shù)學方法由于求解條件的限制，建立的數(shù)學模型有時存在著求解困難甚至不可解的結果。在此情況下，以數(shù)學模型為基礎、以求數(shù)值解或特解為特

12、征的仿真建模方法顯示出了極強的技術優(yōu)勢。近年來，伴隨著許多成熟的仿真軟件的引入和使用，各種仿真建模方法解決供應鏈問題的適用性也得到了大幅度提高。供應鏈仿真是仿真技術一個新的應用領域。但是由于實際供應鏈的復雜性，目前的供應鏈仿真只停留在理論研究階段，未能有效地應用于實際的供應鏈管理中。供應鏈仿真未來發(fā)展方向主要是在分布式仿真的支持下，增強供應鏈全過程的協(xié)作能力，從而提高供應鏈的整體效能。2.3 物流配送系統(tǒng)仿真物流配送系統(tǒng)是一個復雜的離散事件系統(tǒng)，隨著物流網絡規(guī)模的擴大和物流量的巨大增長，要求服務的客戶數(shù)量增多，覆蓋面越來越廣，對配送時間要求比較高，除了成本的因素之外，還要考慮配送時間和環(huán)境等方

13、面的因素，使其復雜性進一步增加。同時，道路交通狀況，新的配送任務等隨機因素對物流配送系統(tǒng)的影響越來越大。如果沿用傳統(tǒng)的物流方法來組織配送，會帶來諸如因反應速度較慢而導致服務質量下降、難以有效地控制物流成本、增加城市交通負擔并加重城市污染等方面的問題。國內外有一些學者在物流配送系統(tǒng)仿真方面做了初步的研究，取得了一些研究成果。整個物流配送仿真系統(tǒng)是一個聯(lián)邦，由客戶、配送中心、運輸中心、倉庫和供應商五個聯(lián)邦成員組成，各聯(lián)邦成員之間通過公布/訂購對象屬性和發(fā)送交互仿真了整個物流配送活動,得到了滿意的配送方案。物流配送系統(tǒng)中由于其存在多個NP-hard問題使得其求解起來十分困難，目前各種求解大多停留在理

14、論層面上，較少考慮實際的因素。這些算法與實際應用還有一段距離。通過仿真建模和仿真分析可以將現(xiàn)實配送系統(tǒng)中的各種隨機因素和不確定因素考慮進來，通過仿真運行，對運輸、人員成本、系統(tǒng)資源利用率等系統(tǒng)狀況進行分析，尋求系統(tǒng)改進途徑和最佳運行參數(shù)，為實際的物流配送系統(tǒng)的決策提供參考。3.系統(tǒng)仿真在物流系統(tǒng)設計中的應用3.1系統(tǒng)描述某物流配送中心，接受來自不同供應商的貨物入庫，根據(jù)訂單為N個客戶配送貨物，系統(tǒng)運行流程為：貨物在物流配送中心站臺接收，經條形碼掃描、計算機自動尋址，由自動化傳輸送貨入庫；客戶隨機向配送中心根據(jù)訂單由自動控制系統(tǒng)調出貨物，發(fā)貨出庫； 庫存量不足或庫存水平低于安全庫存時，向供應商訂

15、貨、補貨入庫，同時計算機缺貨損失費等各項費用。3.2 仿真目標 對系統(tǒng)進行仿真模擬目的是，一方面通過對配送中心庫存的四項主要成本費用（保管費、訂貨費、缺貨損失費及總費用）進行動態(tài)運算使其降為最低，以便設計最經濟合理的庫存方案；另一方面是通過仿真還可以了解貨物在整個傳輸、儲存、分揀等動態(tài)的各種統(tǒng)計性能和技術參數(shù)，驗證整個工藝流程是否存在“瓶頸“環(huán)節(jié)。3.3、仿真過程 仿真工具選用目前在物流領域廣為適應的AUTO MOD V10.0仿真軟件，該軟件具有交互面向對象的建模環(huán)境，能夠以三維圖形化方式定義模型及邏輯關系、仿真結果以表格、曲線圖、直方圖輸出的同時還可以以動畫方式顯示在屏幕上，便于直觀分析。

16、A）建立仿真模型 可視化定義倉庫系統(tǒng)、傳輸設備、貨物等模型單位，設定各種不同的變量及變量系統(tǒng)參數(shù)，具體包括貨物到達時間間隔、貨物轉載時間、傳輸時間、運輸車忙閑狀態(tài)、貨物平均排隊時間，滯留時間等。鑒于貨物多為隨機到達，因此一般用泊松分布來描述，即用貨物在一定時間間隔內到達的概率來衡量。仿真軟件對于貨物接收、入庫、出庫、裝卸、搬運這類典型服務于被服務的問題，則按排隊規(guī)則考慮。最后定于控制變量，設定仿真時間。B） 仿真運行C）仿真結果輸出與分析除輸出仿真結果數(shù)據(jù)以外，還可以動畫模型貨物在傳輸過程中的虛擬運行狀況，觀察物流自動倉儲系統(tǒng)整體有無運行“瓶頸”。4.1 仿真優(yōu)化方法的改進利用仿真優(yōu)化的方法解

17、決物流系統(tǒng)設計和控制過程中的優(yōu)化問題。仿真優(yōu)化方法的研究重點應該是從系統(tǒng)的角度將優(yōu)化算法與仿真模型結合起來，并且融入智能化的因素。通過建立允許犯錯與最終完善的自我學習優(yōu)化機制使仿真模型的運行效率得到改善，這種優(yōu)化機制能夠保證每次運行優(yōu)化的結果是有效的，并且能夠捕捉到改進的機會，并通過協(xié)同運作保證優(yōu)化方案的實施；優(yōu)化可以動態(tài)運行，并且可以借助經驗知識運行；利用人腦的經驗學習機制與系統(tǒng)論的思想相合，使最優(yōu)從局部擴展到整體。最后，通過自學習的優(yōu)化機制和仿真環(huán)境下的持續(xù)運行，找到問題的滿意解。物流系統(tǒng)仿真優(yōu)化從理論上需發(fā)展新的數(shù)學分析和建模工具，完善算法的收斂性、收斂速度和魯棒性分析以及參數(shù)設計理論，

18、并將仿真優(yōu)化理論系統(tǒng)化；從算法設計上應用基于新的仿真優(yōu)化思想和技術開發(fā)高效的新方法或將不同類型方法綜合使用來開發(fā)混合優(yōu)化方法。4.2 可視化仿真環(huán)境的開發(fā)與研究可視化仿真用于為數(shù)字仿真過程和結果增加文本提示、圖形、圖像、動畫表現(xiàn)，這種技術的采用使仿真過程更加直觀，仿真結果更容易理解，還能對仿真過程的正確性進行驗證。在物流系統(tǒng)仿真尤其是物流配送系統(tǒng)仿真中，引入地理信息系統(tǒng)(GIS)，將GIS 中的數(shù)據(jù)信息與仿真平臺進行集成，在仿真過程中直接調用GIS 數(shù)據(jù)信息，構造可視化的動態(tài)物流仿真系統(tǒng)，更好地為物流系統(tǒng)決策提供服務。5 結論系統(tǒng)仿真作為解決復雜物流系統(tǒng)問題的有效手段，已經廣泛應用于生產物流系統(tǒng)、供應鏈及物流配送系統(tǒng)等研究領域，對物流配送系統(tǒng)仿真也進行了初步的研究；在物流系統(tǒng)仿真優(yōu)化方面也已經取得了一定的研究成果，但其進展比較緩慢，在解決物流系統(tǒng)問題時還存在算法效率不高、智能化程度不高、還沒有解決大規(guī)模實際問題的能力等方面的缺陷；綜合仿真環(huán)境已經成為物流系統(tǒng)仿真的主要工具。物流系統(tǒng)仿真應在分布式交互仿真、基于Mu