物流系統(tǒng)仿真講稿

1、物流系統(tǒng)仿真技術講義周 強武漢理工大學物流工程學院目 錄第一章 物流系統(tǒng)仿真概述1. 1 系統(tǒng)、模型與仿真1. 2 系統(tǒng)仿真的類型1. 3 系統(tǒng)仿真的一般步驟4 物流系統(tǒng)仿真語言1. 5 系統(tǒng)仿真在物流中的作用第二章 離散事件系統(tǒng)的仿真基礎2. 1 基本概念 2. 2 仿真鐘的推進與仿真策略2. 3 排隊系統(tǒng)仿真2. 4 庫存系統(tǒng)仿真2. 5 Petri網(wǎng)分析方法第三章 離散事件系統(tǒng)仿真數(shù)據(jù)分析31 終止型仿真及穩(wěn)態(tài)型仿真32 固定樣本長度法33 批均值法34 系統(tǒng)性能比較第四章 系統(tǒng)仿真技術在物流系統(tǒng)中的應用 41集裝箱碼頭物流系統(tǒng)規(guī)劃設計42廢棄物物流的系統(tǒng)設計 43 供應鏈動態(tài)分析 參考

2、文獻：1 系統(tǒng)建模. 郭齊勝等編，國防工業(yè)出版社，20062 現(xiàn)代生產(chǎn)物流及仿真. 張曉萍等著，北京：清華大學出版社，19983 系統(tǒng)仿真導論. 肖田元等著，北京：清華大學出版社，20004 離散事件動態(tài)系統(tǒng). 鄭大鐘，清華大學出版社2001年第1章 物流系統(tǒng)仿真概述物流系統(tǒng)研究的目的：對物流系統(tǒng)進行規(guī)劃、管理、控制，選擇最優(yōu)的物流方案，尋求降低物流費用，提高物流效益的途徑。研究的理論和方法：數(shù)學規(guī)劃法、統(tǒng)籌法、系統(tǒng)優(yōu)化法、系統(tǒng)仿真技術等。目前，復雜物流系統(tǒng)分析的主要有效方法是系統(tǒng)仿真技術。11 系統(tǒng)、模型與仿真111 系統(tǒng)系統(tǒng)：按照某些規(guī)律結合起來，互相作用、互相依存的所有實體的集合或總體。

3、可以將港口碼頭定義為一個系統(tǒng)。該系統(tǒng)中的實體有船舶、裝卸設備、堆場、倉庫、運輸車輛、進出大門等。船舶按某種規(guī)律到達，裝卸設備按一定的程序為其服務，裝卸完后船舶離去。船舶到達模式影響著裝卸設備的工作忙閑狀態(tài)和港口的排隊狀態(tài)，而裝卸設備的多少和工作效率也影響著船舶接受服務的質量。 系統(tǒng)有三個要素，即實體、屬性、活動。實體確定了系統(tǒng)的構成，也就確定了系統(tǒng)的邊界，屬性也稱為描述變量，描述每一實體的特征?；顒佣x了系統(tǒng)內(nèi)部實體之間的相互作用，反映了系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生變化的過程。例如：岸邊集裝箱起重機是碼頭物流系統(tǒng)的實體，它的性能參數(shù)，起重量、起升速度、行駛速度等就是它的屬性，它的工作或空閑就是活動。狀態(tài)：在任

4、意時刻，系統(tǒng)中實體、屬性、活動的信息總和。系統(tǒng)的環(huán)境：對系統(tǒng)活動結果產(chǎn)生影響的外界因素。確定系統(tǒng)的邊界。邊界明確了系統(tǒng)的范圍，邊界以外對系統(tǒng)的作用稱為系統(tǒng)的輸人，系統(tǒng)對邊界以外的環(huán)境的作用稱為系統(tǒng)的輸出。系統(tǒng)邊界的劃分在很大程度上取決于系統(tǒng)研究的目的。比如：一個碼頭物流系統(tǒng)，錨地是海域邊界、大門是陸域邊界。系統(tǒng)研究：系統(tǒng)分析、系統(tǒng)綜合、系統(tǒng)預測。系統(tǒng)的分類：（1）按特性分，物理系統(tǒng)與非物理系統(tǒng)；（2）按狀態(tài)隨時間變化分，連續(xù)系統(tǒng)與離散事件系統(tǒng)；（3）按對系統(tǒng)了解程度分，白色系統(tǒng)、黑色系統(tǒng)、灰色系統(tǒng)；（4）按照系統(tǒng)物理結構和數(shù)學性質分，線性與非線性，定常與時變，（5）按系統(tǒng)內(nèi)部關聯(lián)關系分，簡單系

5、統(tǒng)與復雜系統(tǒng)。簡單系統(tǒng)：相互關系簡單，子系統(tǒng)少，復雜系統(tǒng)：狀態(tài)變量多、子系統(tǒng)相互關聯(lián)復雜、輸入與輸出非線性特征、不確定因素多。復雜巨系統(tǒng)：子系統(tǒng)數(shù)量大，種類多，關聯(lián)復雜。社會系統(tǒng)、人體系統(tǒng)、物流系統(tǒng)。112 模型研究、分析、設計和實現(xiàn)一個系統(tǒng)，需要進行試驗。兩大類試驗方法：真實系統(tǒng)試驗、模型試驗。傳統(tǒng)上大多采用第一種方法，但第二種方法日益成為人們更為常用的方法，主要原因在于：(1)系統(tǒng)還處于設計階段，真實的系統(tǒng)尚未建立，人們需要更準確地了解未來系統(tǒng)的性能，這只能通過對模型的試驗來了解。(2)在真實系統(tǒng)上進行試驗可能會引起系統(tǒng)破壞或發(fā)生故障。(3)需要進行多次試驗時，難以保證每次試驗的條件相同，

6、因而無法準確判斷試驗結果的優(yōu)劣。(4)試驗時間太長或費用昂貴。因此，在模型上進行試驗日益為人們所青睬，建模技術也就隨之發(fā)展起來。三大類模型：物理模型，就是采用一定比例尺按照真實系統(tǒng)的“樣子”制作，沙盤模型就是物理模型的典型例子；數(shù)學模型，就是用數(shù)學表達式形式來描述系統(tǒng)的內(nèi)在規(guī)律。概念模型，語言、符號和框圖等形式。模型是一個系統(tǒng)的物理的、數(shù)學的、或其他方式的邏輯表述，它以某種確定的形式（如文字、符號、圖表、實物、數(shù)學公式等）提供關于系統(tǒng)的知識。模型是真實系統(tǒng)的近似描述。113 仿真仿真意指在實際系統(tǒng)尚不存在的情況下對于系統(tǒng)或活動本質的實現(xiàn)。系統(tǒng)、模型、仿真三者之間有著密切的關系。系統(tǒng)是研究的對象

7、，模型是系統(tǒng)的抽象，仿真是通過對模型的實驗以達到研究系統(tǒng)的目的?，F(xiàn)代仿真技術是在計算機支持下進行的，因此，系統(tǒng)仿真也稱為計算機仿真。系統(tǒng)仿真的三個基本活動：系統(tǒng)建模、仿真建模和仿真實驗。系統(tǒng)仿真的三要素：系統(tǒng)、模型、計算機(包括硬件和軟件)。12 系統(tǒng)仿真的類型 121 根據(jù)模型的種類分類物理仿真、數(shù)學仿真和半實物仿真。按照真實系統(tǒng)的物理性質構造系統(tǒng)的物理模型，并在物理模型上進行實驗的過程稱為物理仿真。物理仿真的優(yōu)點是直觀、形象。物理仿真的缺點是：模型改變困難，實驗限制多，投資較大。對實際系統(tǒng)進行抽象，并將其特性用數(shù)學關系加以描述而得到系統(tǒng)的數(shù)學模型，對數(shù)學模型進行實驗的過程稱為數(shù)學仿真，亦稱

8、為計算機仿真。數(shù)學仿真的缺點是受限于系統(tǒng)建模技術，即復雜系統(tǒng)的數(shù)學模型不易建立。第三類稱為半實物仿真，即將數(shù)學模型與物理模型甚至實物聯(lián)合起來進行實驗。對系統(tǒng)中比較簡單的部分或對其規(guī)律比較清楚的部分建立數(shù)學模型，并在計算機上加以實現(xiàn)，而對比較復雜的部分或對規(guī)律尚不十分清楚的系統(tǒng)，其數(shù)學模型的建立比較困難，則采用物理模型或實物。仿真時將兩者連接起來完成整個系統(tǒng)的實驗122 根據(jù)仿真時鐘與實際時鐘的比例關系分類實際動態(tài)系統(tǒng)的時間基稱為實際時鐘，而系統(tǒng)仿真時模型所采用的時鐘稱為仿真時鐘。(1)實時仿真，即仿真時鐘與實際時鐘完全一致，也就是模型仿真的速度與實際系統(tǒng)運行的速度相同。當被仿真的系統(tǒng)中存在物理

9、模型或實物時，必須進行實時仿真，例如：各種訓練仿真器，集裝箱起重機訓練仿真器。(2)亞實時仿真，即仿真時鐘慢于實際時鐘，也就是模型仿真的速度慢于實際系統(tǒng)運行的速度。(3)超實時仿真，即仿真時鐘快于實際時鐘，也就是模型仿真的速度快于實際系統(tǒng)運行的速度。例如大氣環(huán)流的仿真、交通系統(tǒng)、物流系統(tǒng)的仿真等。123 根據(jù)系統(tǒng)模型的特性分類(1)連續(xù)系統(tǒng)仿真連續(xù)系統(tǒng)是指系統(tǒng)狀態(tài)隨時間連續(xù)變化的系統(tǒng)。一般用常微分方程或偏微分方程描述。(2)離散事件系統(tǒng)仿真離散事件系統(tǒng)是指系統(tǒng)狀態(tài)在某些隨機時間點上發(fā)生離散變化的系統(tǒng)。離散事件動態(tài)系統(tǒng)，本質上屬于人造系統(tǒng)，簡稱為DEDS(discrete event dynam

10、ic systems)。模型可采用數(shù)學方程、曲線、圖表、計算機程序等多種形式表征?；谙到y(tǒng)的模型，可分析系統(tǒng)的行為性能及其與系統(tǒng)結構和參數(shù)的關系，研究系統(tǒng)的控制和優(yōu)化。物流系統(tǒng)就是典型的離散事件系統(tǒng)。(3)虛擬現(xiàn)實虛擬現(xiàn)實（virtual reality,VR）是一種可以創(chuàng)建和體驗虛擬世界的計算機系統(tǒng)。虛擬環(huán)境是由計算機和電子技術生成的。通過視、聽、觸覺等作用于用戶，使之產(chǎn)生身臨其境的感覺。13 系統(tǒng)仿真的一般步驟第一步要針對研究目的建立系統(tǒng)模型，確定模型的邊界。第二步是仿真建模。根據(jù)系統(tǒng)的特點和仿真的要求選擇合適的算法。第三步是程序設計，即將仿真模型用計算機能執(zhí)行的程序來描述。早期的仿真往往

11、采用高級語言編程。現(xiàn)在更多是采用專用仿真軟件。第四步是程序檢驗。程序調試的檢驗和仿真算法的合理性檢驗。第五步對模型進行實驗，這是實實在在的仿真活動。第六步是對仿真輸出進行分析。輸出分析在仿真活動中占有十分重要的地位，特別是對離散事件系統(tǒng)來說，其輸出分析甚至決定著仿真的有效性。輸出分析既是對模型數(shù)據(jù)的處理，同時也是對模型的可信性進行驗證。實際的仿真時，上述步驟往往需要多次反復和迭代14 離散事件系統(tǒng)專用仿真語言由于物流系統(tǒng)的復雜性，仿真技術作為這類系統(tǒng)的分析工具使用得日益廣泛。采用一般的高級語言(如FORTRAN，C)實現(xiàn)仿真程序，存在著程序量大、人機界面差、不易維護等缺點。因此人們迫切需要專用

12、仿真語言作為研究這類系統(tǒng)的支撐工具。使用仿真語言可以使用戶描述模型更為方便和直觀，仿真實驗運行更為靈活，仿真結果更易于理解。下面就目前國內(nèi)外比較有代表性的幾種仿真語言進行綜述性的說明。目前幾種主要的軟件：Arena、AutoMod、Extend、Flexsim、WITNESS、eM-Plant141 ArenaArena:可用于離散和連續(xù)系統(tǒng)。分為三種版本： Basic:定位于商業(yè)運作流程和其它系統(tǒng)，滿足高水平的分析需要，能夠與Visio結合使用。 Standard:定位于對細節(jié)要求比較高的離散和連續(xù)系統(tǒng)模型。 Professional:增強了自定義元素的功能。Arena的特點是：SIMAN仿

13、真語言為其核心；2D動畫仿真；自動對輸出結果進行比較。142 AutoModAutoMod :仿真程序，實驗平臺，分析平臺，3D動畫制作平臺；軟件特點：內(nèi)含大量針對物料處理系統(tǒng)的模塊車輛，儲存系統(tǒng)等；擁有管道和容器模塊，能夠支持連續(xù)型系統(tǒng)；系統(tǒng)元素高度采用參數(shù)表示；能夠實時的從任何角度觀看3D模型；143 FlexsimFlexsim :采用C+語言和Open GL技術開發(fā)；是以離散事件，實物仿真為目的；用于改善生產(chǎn)效率和降低成本；軟件特點：能夠按照樹狀結構進行動畫顯示，可2D和3D表現(xiàn)；所以的視角能同時發(fā)生；物體的行為能夠完全真實再現(xiàn)；能夠讓用戶引入新的條件進行效果分析；仿真便于交流；144

14、 WITNESSWITNESS是Lanner Group公司開發(fā)的功能強大的仿真軟件系統(tǒng),主要用于離散事件系統(tǒng)的仿真。它采用面向對象建模的編程方法，建模靈活，使用方便。當前，WITNESS代表了最新一代離散事件系統(tǒng)仿真軟件的水平。WITNESS經(jīng)常被用于解決諸如投資規(guī)劃、物料輸送策略、識別生產(chǎn)瓶頸、生產(chǎn)計劃與調度、人力需求規(guī)劃、成本估算等問題。WITNESS的主要特點是：（1）交互式面向對象的建模環(huán)境。將對象的圖形與邏輯關系集成在一起。在模型建立的任何時刻，允許對某些單元進行修改和定義。修改完畢，模型將繼續(xù)運行，不需要重新返回到仿真的初始時刻。（2）靈活的執(zhí)行策略。允許通過交互界面定義各種系統(tǒng)

15、執(zhí)行的策略。如排隊優(yōu)先級、物料發(fā)送規(guī)則等，優(yōu)先級層次不限。軟件提供了14種基本的輸入和輸出規(guī)則，且允許規(guī)則間相互組合。（3）工程友好性強。WITNESS所提供的物理單元，充分考慮了可能遇到的各種工程實際需要。例如，對機器單元，提供加工周期、維修時間、操作工數(shù)量、工班等。機器類型有單件加工型、裝配型、批量加工型、分離加工型等。（4）實時的彩色動畫顯示。系統(tǒng)邏輯單元建立的同時，可以建立相應的彩色圖形模型，并顯示在屏幕上。模型運行過程中可實時地動畫顯示出系統(tǒng)的運行過程，從而輔助建模和系統(tǒng)分析。（5）靈活的輸入、輸出方式。除了菜單引導下的輸入方式和報表、曲線圖、餅圖和直方圖四種方式實時輸出外，還可以與

16、寫字板、Excel等其他應用軟件相連，相互配合使用。利用這些軟件進行數(shù)據(jù)輸入和實時的輸出，便于仿真分析。甚至可以利用VisualBasic來建立自己的用戶界面。（6）豐富的模型單元。WITNESS提供了豐富的模型單元(11種物理單元，11種邏輯單元)?？梢越M成各種復雜的系統(tǒng)模型，從而適應多種系統(tǒng)仿真的需要。（7） OLE自動服務(一種相關軟件間數(shù)據(jù)共享的機制)。允許WITNESS充當OLE自動服務器，從而被其它應用程序控制，如VB和Excel。（8）子模型。整個WITNESS模型可以由許多不同人員開發(fā)的子模型組建而成，從而大大加快復雜模型的構造速度。14. 5 eM-PlanteM-Plant

17、是Tecnomatix Technologies Inc眾多軟件家族中的一員。有很強的制造工程背景，它是用C+實現(xiàn)的關于生產(chǎn)、物流和工程的仿真軟件 ，提供了建模語言SimTALK ；提供了友好的圖形用戶界面、集成的環(huán)境和非流程式操作，使用戶不需要預先進行過程的定義。其特點體現(xiàn)在：（1）層次建模（hierarchy）: 層次無限套疊，支持top-down 和bottom-up方式，可以實時修改，無需編譯。（2）繼承（Inheritance）: 子對象可以直接繼承父對象的特征，便于快速修改和維護。（3）建庫：可以利用面向對象技術將公用模塊建庫，便于重用。（4）可視化（Visualization）:

18、 可以2D、3D模型相互對應聯(lián)系，通過VRML實現(xiàn)模型的三維可視化，或者提供物流過程的三維場景。可以通過VRML接口獲取其他CAD系統(tǒng)的模型。（5）仿真手段：在仿真過程中可以存儲模型狀態(tài)；在仿真過程中能夠改變模型和參數(shù)；仿真的速度可以任意設置；在仿真中能夠進行數(shù)據(jù)交換；在仿真中或仿真完成后，能夠對模型值進行圖形表示和評估；能夠對任意時間的仿真結果進行統(tǒng)計；在仿真完成后，提供各種統(tǒng)計結果 （6）具有Genetic Algorithms模塊：提供物流系統(tǒng)的遺傳算法優(yōu)化方法?？梢酝ㄟ^GA技術找到隨機變化結果。（7）多接口：可以通過ODBC與excel和access通訊，實時獲取仿真數(shù)據(jù)，畫出統(tǒng)計圖表

19、。通過SQL與數(shù)據(jù)庫接口，通過socket可以與其他不同的軟件系統(tǒng)或設備通訊。1. 5 系統(tǒng)仿真在物流中的作用151 物流系統(tǒng)規(guī)劃與設計在沒有實際系統(tǒng)的情況下，把系統(tǒng)規(guī)劃轉換成仿真模型，通過運行模型，評價規(guī)劃方案的優(yōu)劣并修改方案，是系統(tǒng)仿真經(jīng)常用到的一方面。這可以在系統(tǒng)建成之前，對不合理的設計和投資進行修正，避免了資金、人力和時間的浪費例如，一個復雜的物流系統(tǒng)，由自動化立體倉庫、AGV、緩沖站等組成。系統(tǒng)設計面臨的問題經(jīng)常是，如何確定自動化立體倉庫的貨位數(shù)：確定AGV的速度、數(shù)量；確定緩沖站的個數(shù)，確定堆垛機的裝載能力(運行速度和數(shù)量)，以及如何規(guī)劃物流設備的布局，設計AGV的運送路線等等這里

20、生產(chǎn)能力、生產(chǎn)效率和系統(tǒng)投資常常都是設計的重要指標，而它們又是相互矛盾的，需要選擇技術性與經(jīng)濟性的最佳結合點。系統(tǒng)仿真運行準確地反映了未來物流系統(tǒng)在有選擇的改變各種參數(shù)時的運行效果。從而使設計者對規(guī)劃與方案的實際效果更加胸有成竹。一個擬建設規(guī)劃的碼頭也一樣需要仿真分析。系統(tǒng)仿真技術可以把明天的工廠（港口）放到了今天。152 物料控制生產(chǎn)加工的各個工序，其加工節(jié)奏一般是不協(xié)調的。物料供應部門與生產(chǎn)加工部門的供求關系存在矛盾。為確保物料及時準確的供應，最有效的辦法是在工廠、車間設置物料倉庫，在生產(chǎn)工序間設置緩沖物料庫，來協(xié)調生產(chǎn)節(jié)奏。通過對物料庫存狀態(tài)的仿真，可以動態(tài)地模擬入庫、出庫、庫存的實際狀

21、況。根據(jù)加工需要，正確地掌握入庫、出庫的時機和數(shù)量。153 物料運輸調度復雜的物流系統(tǒng)經(jīng)常包含若干運輸車輛、多種運輸路線。合理的調度運輸工具：規(guī)劃運輸路線；保障運輸線路的通暢和高效等都不是一件輕而易舉的事。運輸調度策略存在著多種可能性。如何評價各種策略的合理性呢？怎樣才能選擇一種較優(yōu)的調度策略呢？例如，在一條生產(chǎn)裝配線上，幾個裝配工位同時提出送料申請，應該先為哪個工位服務呢？如果按裝配順序先給前面工序的工位送料，似乎是合理的。但是這樣一來，如果造成運輸路線的堵塞，使后面的工序送料延續(xù)時間太長，也可能是不合理的。又例如，在調度運輸車時，經(jīng)常要考慮調動哪一輛最合理。是對每一個申請進行判斷，選擇最近

22、的車輛，還是照顧到一個時間段內(nèi)可能出現(xiàn)的申請，以平均運輸路線最短為目標調度呢？運輸調度是物流系統(tǒng)最復雜，動態(tài)變化最大的，很難用解析法描述運輸?shù)娜^程系統(tǒng)仿真是比較有效的方法。建立運輸系統(tǒng)模型，動態(tài)運行此模型，再用動畫將運行狀態(tài)、道路堵塞情況、物料供應情況等生動地呈現(xiàn)出來。仿真結果還提供各種數(shù)據(jù)，包括車輛的運行時間、利用率等。通過對運輸調度過程的仿真，調度人員對所執(zhí)行的調度策略進行檢驗和評價，就可以采取比較合理的調度策略。154 物流成本估算物流過程是非常復雜的動態(tài)過程物流成本包括運輸成本、庫存成本、裝卸成本成本的核算與所花費的時間直接有關。物流系統(tǒng)仿真是對物流整個過程的模擬。進程中每一個操作的

23、時間，通過仿真推進被記錄下來。因此，人們可以通過仿真，統(tǒng)計物流時間的花費，進而計算物流的成本。這種計算物流成本的方法，比用其他數(shù)學方法計算，更簡便、更直觀。而且，同時可以建立起成本與物流系統(tǒng)規(guī)劃、成本與物料庫存控制、成本與物料運輸調度策略之間的聯(lián)系。從而用成本核算結果(或說用經(jīng)濟指標)來評價物流系統(tǒng)的各種策略和方案，保證系統(tǒng)的經(jīng)濟性。實際仿真中，物流成本的估算可以與物流系統(tǒng)其他統(tǒng)計性能同時得到。 系統(tǒng)仿真在物流系統(tǒng)的應用，除以上四個主要方面外，還可以用來對物流系統(tǒng)進行可靠性分析等。第二章 離散事件系統(tǒng)的仿真基礎2.1 基本概念1實體實體是描述系統(tǒng)的三個基本要素之一。兩大類實體：臨時實體和永久實

24、體。在系統(tǒng)中只存在一段時間的實體叫臨時實體。這類實體由系統(tǒng)外部到達系統(tǒng)，通過系統(tǒng)，最終離開系統(tǒng)。如物流系統(tǒng)中的貨物、碼頭中的船舶就是臨時實體，它按一定規(guī)律到達，經(jīng)過碼頭裝卸(可能要排隊等待一段時間)后即離開系統(tǒng)。永久駐留在系統(tǒng)中的實體稱為永久實體。如物流系統(tǒng)中的AGV、緩沖站、倉庫及碼頭中的裝卸設備。只要系統(tǒng)處于活動狀態(tài)，這些實體就存在，或者說，永久實體是系統(tǒng)處于活動的必要條件。臨時實體按一定規(guī)律不斷地到達(產(chǎn)生)，在永久實體作用下通過系統(tǒng)，最后離開系統(tǒng)，整個系統(tǒng)呈現(xiàn)出動態(tài)過程。2屬性屬性是實體特征的描述變量，是實體擁有的全部特征的一個子集。3狀態(tài)狀態(tài)是對實體活動的特征狀況或性質狀態(tài)的劃分，表

25、征量為狀態(tài)變量。比如，顧客有“等待服務”和“接受服務”兩種狀態(tài)。4事件描述離散事件系統(tǒng)的另一個重要概念就是“事件”，事件就是引起系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化的行為。從某種意義上說，這類系統(tǒng)是由事件來驅動的。在物流系統(tǒng)中，“貨物到達”為一類事件，因為由于貨物到達，系統(tǒng)的狀態(tài)倉庫貨位的狀態(tài)”可能從空變到占用，或者另一系統(tǒng)狀態(tài)排隊等待入庫的貨物數(shù)量發(fā)生變化。5活動活動，通常用于表示兩個可以區(qū)分的事件之間的過程，它標志著系統(tǒng)狀態(tài)的轉移。在港口物流系統(tǒng)中，船舶的到達事件與該船舶開始接受裝卸服務事件之間可稱為一個活動，該活動使系統(tǒng)的狀態(tài)（隊長）發(fā)生變化，船舶開始接受裝卸服務到該船舶裝卸完畢后離去也可視為一個活動，它使

26、隊長減1或使務臺由忙變閑。6進程進程由若干個有序事件及若干有序活動組成，一個進程描敘了它所包括的事件及活動間的相互邏輯關系及時序關系。如港口物流系統(tǒng)中，一條船到達碼頭系統(tǒng)、經(jīng)過排隊、接受服務、直到服務完畢后離去可稱為個進程。事件、活動、進程三者之間的關系可用下圖表示。 進程 排隊活動 服務活動 船舶到達事件 服務開始事件 服務結束事件 圖2.1 事件、活動、進程三者之間的關系7隊列處于等待狀態(tài)的實體序列稱為隊列。表2.1 典型系統(tǒng)基本概念系統(tǒng)實體屬性活動事件狀態(tài)變量銀行出納員、顧客賬戶、支票、余額存款、取款顧客到達、顧客離去、服務出納員忙度、等待顧客數(shù)量超級市場購物籃、結賬臺、顧客售價、購貨單

27、、貨物、位置選購、交款顧客到達、找到貨物、付帳離去結帳臺忙度、等待的顧客數(shù)、等待時間港口碼頭、泊位、起重機、船碼頭號、泊位號、起重量、船舶號裝卸貨到港、靠碼頭、裝卸貨、離港起重機忙閑度、港內(nèi)停留船舶數(shù)及停留時間急救室護士、醫(yī)生、病人、病床病情類型、護士和醫(yī)生的服務速度、病人發(fā)病率病人就診病人到達、離去、檢查、診斷護士和醫(yī)生的忙度、就診的病人數(shù)、病人的等候時間通信信道、接收站、發(fā)送站、信息站名、速率、信息量、距離傳輸信道忙、信道閑、發(fā)送信道忙閑度、傳輸?shù)却龝r間庫存庫房、管理員、物品容量、庫房號、地點進貨、出貨作業(yè)到達、機器故障庫存水平、缺貨量、費用22 仿真鐘的推進與仿真策略2. 21 仿真鐘的

28、推進兩大方法：事件調度法、固定增量推進方法。（1） 事件調度法仿真模型中的時間控制部件用于控制仿真鐘的推進。在事件調度法中，事件表按事件發(fā)生時間先后順序安排事件。時間控制部件始終從事件表中選擇具有最早發(fā)生時間的事件記錄，然后將仿真鐘修改到該事件發(fā)生時刻。對每一類事件，仿真模型有相應的事件子程序。每一個事件記錄包含該事件的若干個屬性，其中事件類型是必不可少的，要根據(jù)事件類型調用相應的事件子程序。在事件子程序中，處理該事件發(fā)生時系統(tǒng)狀態(tài)的變化，進行用戶所需要的統(tǒng)計計算，如果是條件事件，則應首先進行條件測試，以確定該事件是否確能發(fā)生。該事件子程序處理完后返回時間控制部件。這樣，事件的選擇與處理不斷地

29、進行，仿真鐘不斷地從一個事件發(fā)生時間推進到下一最早發(fā)生事件的發(fā)生時間，直到終止仿真的條件或程序事件發(fā)生時停止仿真。例22 單泊位碼頭系統(tǒng)，設Ai=ti-ti-1為第i-1條與第i條船舶到達之間的間隔時間；Si=碼頭為第i條船舶裝卸的時間長度；Di=第i條船舶排隊等待的時間長度；Ci=ti+Di+Si為第i條船舶離去的時間；ti 第i條船舶到達類事件發(fā)生的時間；bi = 第i個任何一類事件發(fā)生的時間；qi = 第i個事件發(fā)生時的隊長，Zi = 第i個事件發(fā)生時碼頭設備的狀態(tài)，其中Zi=1表示忙，Zi=0表示閑。定義如下系統(tǒng)事件類型：類型1 船舶到達事件，類型2 船舶接受服務事件，類型3 船舶接受

30、服務完畢并離去事件。定義程序事件為仿真運行到9000個時間單位(例如分鐘)結束。該系統(tǒng)的模型可用如圖22的流程來描述。一般說來，Ai，Si是隨機變量，要根據(jù)其分布函數(shù)來產(chǎn)生，為了便于解釋，假定我們已經(jīng)得到了這些隨機變量的樣本值為 A1=900，A21920，A3=1440，A4=2400，A5=1320， S1=2580，S2=2160，S3=2040，S4=1680，船舶到達時間間隔 (Ai)系統(tǒng)初始狀態(tài)：q0=0，Z0=0為了加深讀者對事件表這一離散事件泊位空閑否？系統(tǒng)仿真核心問題的理解， N下面列出了單泊位碼頭系統(tǒng)的事件表。 Y排隊等待開始裝卸裝卸完畢 經(jīng)過Si船舶離去圖2.2 單泊位碼

31、頭系統(tǒng)仿真模型表2.2 單服務臺的事件表時間 事件 泊位狀態(tài) 排隊0 仿真開始 0 0 900船舶1到達 1 0 2820 船舶2到達 1 13480船舶1服務完畢 0 1 3480船舶2接受服務 1 0 4260 船舶3到達 1 1 5640船舶2服務完畢 0 1 5640船舶3接受服務 1 0 9000 仿真結束 結合表2.2列出的事件表，按下一事件推進法該模型的仿真鐘推進過程如圖2.3 S1 S2 S3 S4 D2 D3 D4 D5 B0 b1 b2 b3 b4 b5 b6 b7 b8 b9 t0 t1 t2 c1 t3 c2 t4 c3 t5 150 t A1 A2 A3 A4 A5圖

32、2.3 事件調度法仿真鐘推進依次下去，直到下一事件為仿真結束的程序事件為止。（2） 固定增量推進法選擇適當?shù)臅r間單位T作為仿真鐘推進時的增量，每推進一步進行如下處理：A. 該步內(nèi)若無事件發(fā)生，則仿真鐘再推進一個單位時間T；B. 若在該步內(nèi)有若干個事件發(fā)生，則認為這些事件均發(fā)生在該步的結束時刻。為便于進行各類事件處理，用戶必須規(guī)定當出現(xiàn)這種情況時各類事件處理的優(yōu)先順序。這種方法的缺點是，仿真鐘每推進一步，均要檢查事件表以確定是否有事件發(fā)生，增加了執(zhí)行時間，其次，該步任何事件的發(fā)生均認為發(fā)生在這一步的結束時刻，如果T選擇過大，則會引入較大的誤差，而且要求用戶事先確定各類事件的處理順序，增加了建模的

33、復雜性。 固定增量推進法主要用于系統(tǒng)事件發(fā)生時間具有較強周期性的模型，如定期訂貨的庫存系統(tǒng)，以年、月為單位的經(jīng)濟計劃系統(tǒng)等。222 仿真策略（1）事件調度法事件調度法是面向事件的方法。仿真方法主要是研究系統(tǒng)狀態(tài)變化的。有事件發(fā)生就會有狀態(tài)變化。事件調度法是通過定義事件，并按時間順序處理所發(fā)生的一系列事件。記錄每一事件發(fā)生時引起的系統(tǒng)狀態(tài)的變化來完成系統(tǒng)的整個動態(tài)過程的仿真。由于事件都是預定的，狀態(tài)變化發(fā)生在明確的預定的時刻，所以這種方法適合于活動持續(xù)時間比較確定的系統(tǒng)。（2）活動掃描法活動掃描法是面向活動的?；顒娱_始和結束是系統(tǒng)狀態(tài)變化的標志。而活動開始與結束不僅取決于時間因素，還取決于其他的

34、因素(條件因素)?；顒訏呙璺ǖ牟襟E為：設置系統(tǒng)仿真鐘TIME，即控制系統(tǒng)仿真時間。設置成分仿真鐘ta 表示各成分活動持續(xù)的預定時刻，用來控制成分活動的持續(xù)時間。其中ta TIME表示成分活動可以或早該發(fā)生，是否發(fā)生唯一取決于條件是否滿足。設置條件處理模塊成分活動開始與結束的條件是否滿足。設置成分活動子程序處理活動開始與結束時系統(tǒng)的狀態(tài)變化?；顒訏呙璺ǖ奶幚磉^程是：掃描所有的活動。對ta TIME的成分進行條件檢測，看其活動開始與結束的條件是否滿足，滿足則是可激活成分。對所有激活的成分，處理其相應的活動子程序，即修改系統(tǒng)的有關狀態(tài)，并修改成分仿真鐘。推進系統(tǒng)仿真鐘TIME。繼續(xù)(1)一(4)的步

35、驟，直至仿真結束。（3）進程交互法進程交互法面向進程。進程是由若干有序的事件，以及由相鄰事件組成的若干活動組成的過程。一個成分進入系統(tǒng)，完成各項活動的過程可以由一個進程來描述。進程交互法是事件調度法與活動掃描法的結合。它是以模型的各個主動成分的活動為主線來調度事件生成的順序的。它的處理方法是：設置一張當前事件表CEL，它包含了從當前時間點開始有資格執(zhí)行事件的記錄。但是該事件是否發(fā)生的條件尚需要判斷。設置一張將來事件表FEL，它包含在將來某個仿真時刻發(fā)生事件的記錄。設置系統(tǒng)仿真鐘TIME和成分仿真鐘。進程交互法的處理過程為：推進系統(tǒng)仿真鐘TIME。把滿足ta TIME的所有事件從FEL移至CEL

36、中。取出CEL中的每一個事件，判斷其所屬的進程及在進程中的位置。判斷該事件發(fā)生的條件是否滿足。如果條件允許該進程盡可能連續(xù)推進，直到進程結束，該成分離開系統(tǒng)。該進程推進過程中，遇到條件不滿足時，記錄下進程的位置，并退出該進程。重復(3)，CEL中的事件處理完畢。重復(1)(7)，直到仿真結束。上述所介紹的三種仿真策略，事件調度法、活動掃描法和進程交互法各有優(yōu)缺點。在離散事件系統(tǒng)仿真中均得到廣泛的應用。許多仿真語言允許用戶在同一仿真語言中用不同的算法建模。一般來說，如果系統(tǒng)中的成分相關性較少，宜采用事件調度法，相反則宜采用活動掃描法；如果系統(tǒng)成分的活動比較規(guī)則，則宜采用進程交互法。23 排隊系統(tǒng)

37、仿真231 排隊系統(tǒng)的基本概念排隊論又稱為隨機服務理論。在物流系統(tǒng)中，同樣也會遇到排隊問題。如，貨運中心的車輛、碼頭船舶或卡車的排隊問題等。在排隊系統(tǒng)中，下列概念是經(jīng)常遇到的：（1）實體（顧客）到達模式實體到達模式一般用到達時間間隔來描述，可分為確定性到達及隨機性到達。隨機性到達采用概率分布來描述，最常采用的是泊松分布。平穩(wěn)泊松過程可這樣描述：在(t，t+s)內(nèi)到達的實體數(shù)k的概率為 (21)其中N(t)表示在(0, t)區(qū)間內(nèi)到達實體的個數(shù)，t0，s0，k=0，1，2，, 為到達速率。若實體到達滿足平穩(wěn)泊松過程，則到達時間間隔服從負指數(shù)分布，其密度函數(shù)為 （t0） (22)其中=1/為到達時

38、向間隔均值。(2) 服務模式服務臺為顧客服務的時間可以是確定性的，也可能是隨機的，后者采用服務時間的概率分布來描述。(3) 排隊規(guī)則即服務臺完成當前的服務后，從隊列中選擇下一實體的原則，一般有FIFO 先到先服務；LIFO 后到先服務；按優(yōu)先級別服務 根據(jù)隊列中實體的重要程度選擇最優(yōu)先服務者。(4) 服務流程當系統(tǒng)中有多個服務臺，有多個隊列時，服務臺如何從某一個隊列中選擇某一個實體服務則稱為服務流程問題，它包括各隊列之間的關系，如實體可否換隊以及換隊規(guī)則等。排隊系統(tǒng)中的上述4個特征，一般用符號GIGS來表示，其中：GI(geaeral independent)表示到達模式，若為平穩(wěn)泊松過程，其

39、到達時間間隔服從指數(shù)分布，用M表示(馬爾柯夫過程)，若為Erlang分布，則用Ek表示，k表示Erlang分布的維數(shù)，若是確定性時間間隔，則用D表示。G(general)表示服務時間的分布，分布函數(shù)的符號與GI相同。S表示單隊多服務臺的數(shù)目，且按FIFO規(guī)則服務。例如，一個具有指數(shù)分布的到達時間間隔，服務時間也服從指數(shù)分布，且按FIFO規(guī)則服務的單臺單隊排隊系統(tǒng)可記為MM1。232 排隊系統(tǒng)的統(tǒng)計性能研究排隊系統(tǒng)的目的是為了得到系統(tǒng)的統(tǒng)計性能，比較普遍使用的性能指標有以下4種：(1) 穩(wěn)態(tài)平均延誤時間d (23)其中Di為第i個實體的延誤時間，n是接受服務的實體數(shù)。平均延誤時間就是實體在隊列中

40、平均等待時間。(2) 實體通過系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)平均滯留時間 (24)其中Wi為第i個實體通過系統(tǒng)時的滯留時間，它等于實體在隊列中的等待時間Di與該實體接受服務的時間Si之和。(3) 穩(wěn)態(tài)平均隊長Q (25)其中Q(t)為t時刻的隊列長度，T為系統(tǒng)運行時間。(4) 系統(tǒng)中穩(wěn)態(tài)平均實體數(shù)L (26)其中L(t)為t時刻系統(tǒng)中的實體數(shù)，它是在隊列中的實體數(shù)Q(t)與正在接受服務的實體數(shù)S(t)之和。上述4個性能指標存在的條件是服務臺的利用率R的概率為C0QC2D。在此基礎上求最小總費用，即令，可得 以上討論的隨機庫存系統(tǒng)仍然是非常簡單的。對許多實際的隨機系統(tǒng)而言，難以得到其解析的表達式，因而也就很難對其性

41、能進行定量評價，而往往只能通過仿真的手段。244 隨機庫存系統(tǒng)仿真舉例某公司經(jīng)銷單類產(chǎn)品，顧客需求時間為均值01個月的指數(shù)隨機變量，需求量也是隨機變量，其概率函數(shù)為 (221)該公司的訂貨策略是，按月訂貸，每月月初檢查庫存水平，若庫存水平I超過下限L，則不訂貨，若低于下限則訂貸，訂貸量介于庫存上限S與I之間，記訂貨量為Z，則 (222)若訂貨，則從訂貨到貨物入庫的時間是0510月之間的均勻分布的隨機變量?，F(xiàn)需要比較如下9種訂貨策略，以便確定何種策略費用最少：表22 訂貨策略 L 20 20 20 20 40 40 40 60 60 S 40 60 80 100 60 80 100 80 100

42、模型中考慮如下幾種費用：(1) 訂貨費 設每件訂貨費用為m，訂貨附加費用為K(若無定貨，則K=0)，則每月訂貨費為 C1K+mZ (223)(2) 保管費 用h表示每件每月的保管費，顯然，只有當庫存水平I(t)0時才需要計算保管費： (224)其中n為仿真運行的月數(shù)，C2為平均每月的保管費。(3) 缺貨損失費 用p表示每件缺貨損失費，顯然，只有當I(t)2)。如果每次運行時采樣次數(shù)為P，則有 （3.1）其中，Xij第j次運行中第i次觀測值。 （3.2）重復運行N次可以得到容量為N的樣本Xj，樣本均值為： （3.3） （3.4）假設N次運行的結果X1，X2，XN，滿足獨立同分布的條件，而且是正態(tài)

43、隨機變量，則隨機變量X的期望值E(X)的估計值為 （3.5）式（3.5）中，是0，1區(qū)間的一個給定值，是的置信區(qū)間100(1-)是置信度。若=0.05，則置信度為95。當=005時，式（3.5）的含義是：經(jīng)過N次仿真運行，每次運行得到一個區(qū)間。在N個區(qū)間中，包含的占95?；蛘哒f，在N次運行中，每次得到一個區(qū)間，該區(qū)間屬于那些包含的區(qū)間的可靠程度為95。一個機床加工系統(tǒng)，工件到達與加工時間服從指數(shù)分布，對其獨立運行10次，每次長度為200，初始條件是初始隊長L(0)0，加工機床狀態(tài)為空，仿真運行結果如下表。表3.1 仿真運行結果 J12345678910Dj(200)10.42714.46912

44、.7808.70312.7279.2068.05328.0396.22813.931Qj(200)2.0982.7182.3891.5962.5851.7551.7246.5231.2272.679由此可以看到 從而可得平均排隊等待時間的期望值D(200，l(O)=0)及平均隊長的期望值Q(200，l(0)=0)在=0.10時的估計值為 因而可以認為，D(200，J(0)=0)以將近90的置信度位于區(qū)間8.919，15.993上，Q(200，l(0)=O)以將近90的置信度位于區(qū)間1.661，3.417上。值得注意的是，由于（3.5）式是基于隨機變量X1，X2，XN滿足獨立同分布，且是正態(tài)分布

45、的前提條件，根據(jù)中心極限定理，仿真運行的次數(shù)N不能太少，否則，將不滿足Xj是正態(tài)隨機變量的假設；另一方面，每次仿真運行的采樣次數(shù)P也不能太少，否則會造成由于初始狀態(tài)的影響產(chǎn)生均值估計的偏差，導致置信區(qū)間覆蓋的概率顯著降低。因此，需要合理的確定P值和N值。33 批均值法批均值法是一種穩(wěn)態(tài)型仿真。它把仿真運行劃分為長度(采樣次數(shù) )相等的M段。每一段看作一次獨立的仿真運行。得到樣本平均值X1，X2，XN。X可以近似為相互獨立的同一分布的隨機變量，然后利用與固定樣本長度法相同的統(tǒng)計方法來構造仿真結果的置信區(qū)間，即如果運行的總采樣次數(shù)為N，分為M批，每批采樣次數(shù)為PNM。與固定樣本長度法相類似，可以看

46、作重復運行N次，每次采樣P次，則可以利用(31)（3.5）式構造X的置信區(qū)間。批均值法對M、P值有一定的要求，即分段數(shù)量足夠大，且每段長度P也要足夠大。需要合理的選擇M、P值。固定樣本長度法和批均值法盡管在原理上和方法上是相同的，但是，由于它們對同一樣本空間作了不同的處理，前者是每次運行都從初始狀態(tài)開始；后者是每次運行的結束作為下一次運行的開始。因此，它們各自有不同的特點。固定樣本長度法每次仿真運行都經(jīng)過初始空載狀態(tài)，空載狀態(tài)的影響會導致較大的均值估計偏差，但是每次仿真運行之間獨立性較好。批均值法有利于消除初始狀態(tài)的影響，但需要特別注意消除各批之間的相關性。顯然在仿真對象方面，固定樣本長度法適

47、合于仿真長度事先確定的、可以仿真多次的系統(tǒng)。而批均值法則適合于仿真長度足夠長，但仿真運行只有一次的系統(tǒng)。34 系統(tǒng)性能比較仿真研究的大量課題是需要比較多種不同的方案，以便從中選擇最佳方案或可行方案。(1) 兩系統(tǒng)性能比較兩系統(tǒng)性能比較技術的基本思想是建立差值的置信區(qū)間。即對每一個系統(tǒng)分別獨立地運行n次，各自得到同一性能的 n個樣本值，然后建立對應樣本差值的置信區(qū)間。設系統(tǒng)i(i=1，2)的n個樣本為：，Xi1，Xi2，,Xin,i=E(Xij)(j=1，2，n；i=1，2)為系統(tǒng)的性能期望值，則=1-2的置信區(qū)間可采用如下方法得到：令Zj=X1j-X2j(j=1，2，n)，則Zj為獨立同分布的

48、隨機變量，=E(Zj)。由 , 設置信水平為，則近似100(1一)的置信區(qū)間為 如果Zj是正態(tài)分布的隨機變量，則該置信區(qū)間是準確的，即以1-的概率包含；否則，根據(jù)中心極限定理，當n足夠大時，該區(qū)間包含的概率趨近1-。值得注意的是，我們不必假設X1j與X2j是獨立的，也不必假設Var(X1j)與Var(X2j)相等。實際上，假若X1j與X2j是正相關的，則可以減少Var(Zj)，從而使置信區(qū)間更小。討論第24部分的隨機庫存系統(tǒng)，比較兩種庫存策略(20，60)，(20，80)，每次仿真運行長度60個月，分別運行10次，仿真運行的結果如表32所示。從表32結果可以看到，(20，60)這種庫存策略的平

49、均每月總費用與(20，80)這種策略的平均每月總費用的差是隨機變化的。因而僅僅根據(jù)某一次運行的結果來判斷哪種策略為好有時難免得出錯誤的結論。例如在第1次運行時兩者的差值為0.70，而在第2次運行時的差值則為-0.89。只有通過構造置信區(qū)間的方法加以比較，才能得到可信的結論。為此， 表3.2 策略（1） 平均費用 策略（2） 平均費用 平均費用差 （20，60） 69.77 （20，80） 70.47 0.70 （20，60） 75.35 （20，80） 74.46 -0.89 （20，60） 68.52 （20，80） 70.20 1.67 （20，60） 69.34 （20，80） 71.2

50、0 1.86 （20，60） 63.70 （20，80） 70.60 6.90 （20，60） 69.06 （20，80） 72.41 3.35 （20，60） 72.42 （20，80） 75.64 3.23 （20，60） 73.24 （20，80） 70.28 -2.96 （20，60） 70.07 （20，80） 72.26 2.19 （20，60） 70.41 （20，80） 69.31 -1.10 總平均值 70.19 71.68 1.50記Z為兩種策略運行后平均每月總費用的差值，下面來構造的置信區(qū)間，由則當=010時，的置信區(qū)間為 即有90的置信度相信，兩種策略的誤差在-011，

51、311區(qū)間內(nèi)，因此可以說，從總體上看(20，60)這種策略較(20，80)更好一些。(2) 多系統(tǒng)性能比較在工程實際中，可能會對多種物流方案進行仿真結果分析，需要比較多種結果的優(yōu)劣。多系統(tǒng)擇優(yōu)本質上是參數(shù)優(yōu)化問題。離散事件系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化是一個非常困難的問題，到目前為止仍然未能得到很好地解決，特別是多參數(shù)的優(yōu)化問題，原因在于離散事件系統(tǒng)的隨機性。實際處理時，是從多種方案中選擇一個作為某種意義上的最佳系統(tǒng)，并且還是在一個指定概率的基礎上作出的選擇。這里介紹兩種方法，即Bonferroni法和“兩階段抽樣”法。1Bonferroni法設有K個系統(tǒng)方案對于某一規(guī)定的性能參數(shù)E(Yi)，i=1，2，,k進

52、行比較，如果采取某一方案j作為比較的基礎，可以建立c=k-1個E(Yi)一E(Yj)的置信區(qū)間，其置信度1-j,i=1，2，C。令Si為一個聲明事件，即Si=給出的置信區(qū)間中包含所仿真的參數(shù)，則PSi為真1-i，希望在作多方案比較時，所有方案有關參數(shù)比較的聲明為真的概率較高，在這樣的條件下進行比較，可使比較結果有較高的置信度。為此建立以下準則，稱為Bouferroni不等式準則，即 式中稱為總誤差概率，上式也可寫成 因此，E是作出錯誤結論的概率上限。當進行c次方案比較時，首先應按實際問題的要求確定E，按照Bouferroni不等式準則，如果所有i均選為相等時，則i=E/c，如果i(i=1，2，

53、c)之間不相等，則必須滿足。顯然，在采用Bouferroni比較準則時，要求每次比較的i準則都要小于實際問題的E。例如，當需要做10個方案比較時，若實際問題要求的置信度為0.95，則i005100.005，故每次比較的置信度將為0.995，這顯然會使置信區(qū)間變寬?；蛘哒f，要達到一定的精度，需要做較多次的仿真運行。為避免這一情況，通常c1K以及“無關緊要量”d0，都由分析人員確定。解決這一問題的方法是對K個系統(tǒng)中的每一個進行兩步采樣。第一步對每個系統(tǒng)規(guī)定一個固定的實驗次數(shù)。然后利用方差估計的結果確定在第二步每個系統(tǒng)需要增加多少次重復運行。假定Xij符合正態(tài)分布，在第一階段采樣中，對K個系統(tǒng)中的每

54、一個做n0次實驗，并且定義第一階段樣本的均值和方差分別為 (i=1,2,k)則系統(tǒng)i所需的總樣本容量Ni為 其中z表示大于或等于z的最小整數(shù),h1是取決于K,P*和n0的常數(shù)，可以由表3.3獲得。表3.3 P n0K=2 K=3 K=4 K=5 K=6 K=7 K=8 0.90 201.8962.3422.5832.7472.8702.9693.051 0.90 401.8522.2832.5142.6692.7852.8782.9540.95 202.4532.8723.1013.2583.3773.4723.5510.95 402.3862.7863.0033.1503.2603.3493

55、.422下一步，對系統(tǒng)i(i=1,2,K)需多做Ni-n0次重復運行，并得到第二階段的樣本均值： 則定義權為 及 Wi2=1一Wi1 (i=1，2，K)然后定義加權樣本均值： 這樣，具有最小的系統(tǒng)就是我們尋找的最佳系統(tǒng)。 第四章 系統(tǒng)仿真技術在物流系統(tǒng)中的應用41 集裝箱碼頭物流系統(tǒng)規(guī)劃設計集裝箱碼頭是世界集裝箱物流運輸?shù)淖铌P鍵環(huán)節(jié)，也是一種典型的離散事件動態(tài)系統(tǒng)。碼頭系統(tǒng)仿真研究的目的是選擇、改進、設計碼頭物流系統(tǒng)。在碼頭規(guī)劃設計階段，通過對多個方案的仿真研究，分析評價各種性能指標，選擇一個最佳方案；在碼頭運營階段，通過對裝卸作業(yè)系統(tǒng)的工藝、設備調度策略的分析和優(yōu)化，提高其運行效率。碼頭物流

56、系統(tǒng)的性能指標大致分為四類：吞吐能力、作業(yè)時間、利用率、費用。碼頭物流系統(tǒng)仿真的主要任務就是研究港口資源配置、貨物流量、性能指標三者之間的關系。基于國家標準海港總平面設計規(guī)范等資料，完成碼頭物流系統(tǒng)（裝卸工藝系統(tǒng)）的初步設計，然后在此基礎上進行仿真建模研究。碼頭仿真研究過程包括：（1）確定研究目的，明確研究問題。（2）建立集裝箱碼頭的系統(tǒng)模型。（3）建立集裝箱碼頭的仿真模型。（需要碼頭設計圖紙）（4）仿真模型調試和檢驗。（5）仿真模型試驗。（6）試驗數(shù)據(jù)分析。411 集裝箱碼頭物流系統(tǒng)的復合模型集裝箱碼頭物流系統(tǒng)是一個復雜系統(tǒng)，要建立一個合適的模型需要綜合運用建模技術。具有形式化建模和非形式化

57、建模優(yōu)點的復合模型是一個不錯的選擇。所謂形式化建模是指采用大量的數(shù)學工具用狀態(tài)方程對系統(tǒng)進行描述和分析，如排隊網(wǎng)絡法、Petri網(wǎng)、極大代數(shù)法、擾動分析法；非形式化建模是指采用圖形符號或語言等方式對系統(tǒng)進行描述和分析，這種分析主要借助計算機程序實現(xiàn)，如活動循環(huán)圖、仿真語言、面向對象技術等。復合模型是將形式化建模與非形式化建模特點相結合，將面向對象的概念引到Petri網(wǎng)中，按面向對象的概念對網(wǎng)進行分類與抽象，形成層層子網(wǎng)的樹形結構。確切地講，將基本Petri網(wǎng)系統(tǒng)擴展成對外有輸入、輸出接口的遞歸網(wǎng)，同時保持基本網(wǎng)的性質不發(fā)生變化，即仍可以用Petri網(wǎng)的數(shù)學工具對新系統(tǒng)進行分析；對面向對象模型中

58、的對象模型的信息和方法賦予新的含義，構成事件關系表，改進其動態(tài)模型。復合模型的基本步驟分為四步：建立遞階的層次模型、建立對象模型、建立動態(tài)模型、歸納變遷事件表。圖4.1集裝箱碼頭物流系統(tǒng)的層次模型（1）集裝箱碼頭物流系統(tǒng)的層次模型 這是建立集裝箱碼頭物流系統(tǒng)復合模型的第一步，該模型也是后續(xù)模型的基礎。針對集裝箱碼頭物流系統(tǒng)的層次模型，主要是識別、定義類以及類之間的所屬關系。如圖4.1所示的集裝箱碼頭物流系統(tǒng)層次模型中，按功能不同被分為7個子系統(tǒng)：泊位系統(tǒng)、計算機系統(tǒng)、集箱系統(tǒng)、卸船系統(tǒng)、裝船系統(tǒng)、提箱系統(tǒng)和堆場系統(tǒng)。（2）集裝箱碼頭物流系統(tǒng)層的動態(tài)模型以上述層次模型為基礎，可逐步建立集裝箱碼頭

59、物流系統(tǒng)層的對象模型、動態(tài)模型以及子系統(tǒng)的對象模型和動態(tài)模型。圖4.2是集裝箱碼頭物流系統(tǒng)層的對象模型。對系統(tǒng)層，模型中只關心其子系統(tǒng)的外部功能。例如，對于集箱系統(tǒng)，其外部功能主要表現(xiàn)為外卡到堆場進行集箱作業(yè)，至于是哪個堆場、哪臺設備去執(zhí)行卸箱作業(yè)等具體功能，對集裝箱碼頭物流系統(tǒng)層而言并不重要。按照同樣的原則定義了其它幾個子系統(tǒng)的功能。在模型中，對系統(tǒng)的各層次進行了編號，對所研究的最上層定為1層，依次為2層、3層、。每一層的各個子類又按照1，2，3，進行編號，因此頂層為L1，下一層為L11 ，L12 ，L13，依此類推。圖4-2 集裝箱碼頭物流系統(tǒng)層次對象模型系統(tǒng)層只關心其子系統(tǒng)的外部功能，例

60、如：集箱系統(tǒng)的出口、集裝箱卸入堆場、數(shù)據(jù)庫修改，對象模型的操作與消息傳遞是反映對象動態(tài)特性的重要組成部份。這里對操作重新定義：即對于上層父類，每個子類的操作是子類封裝后所表現(xiàn)出來的外部狀態(tài)。這種外部狀態(tài)已經(jīng)包括了該類的所有操作。其中亦包括了“空閑”這一不屬于原來意義上的操作。例如：集箱系統(tǒng)的外部狀態(tài)“空閑”包括集箱系統(tǒng)中的外卡、龍門吊等可隨時投入工作。對操作的這種定義是對原定義的一種擴展，因此它不會丟失原有的信息。下面給出系統(tǒng)層的操作定義：P0：集裝箱船舶到港停泊。P1：計算機系統(tǒng)空閑。P2：計算機系統(tǒng)工作。P3：集箱系統(tǒng)空閑。P4：箱站里的準備出口的集裝箱正被運到出口堆場上。P5：卸船系統(tǒng)空