物流系統(tǒng)工程 王長瓊課件 第九章物流系統(tǒng)仿真

第九章物流系統(tǒng)仿真第一節(jié)物流系統(tǒng)仿真概述

一、系統(tǒng)、模型與仿真系統(tǒng):是某些要素按照一定的規(guī)律結(jié)合起來，互相作用、互相依存的有機體。模型:是對系統(tǒng)某種特定性能的一種抽象描述，通過模型描述系統(tǒng)的本質(zhì)和內(nèi)在關(guān)系，但它不是系統(tǒng)的“復(fù)現(xiàn)”。仿真:是指在實際系統(tǒng)尚不存在的情況下對于系統(tǒng)或其活動本質(zhì)的模擬。系統(tǒng)、模型、仿真三者之間有著密切的關(guān)系。第一節(jié)物流系統(tǒng)仿真概述

二、系統(tǒng)仿真的類型（一）根據(jù)模型的種類分類物理仿真、數(shù)學(xué)仿真和半實物仿真（二）根據(jù)仿真時鐘與實際時鐘的關(guān)系分類實時仿真、亞實時仿真和超實時仿真（三）根據(jù)系統(tǒng)的特性分類連續(xù)系統(tǒng)仿真、離散事件系統(tǒng)仿真第一節(jié)物流系統(tǒng)仿真概述

三、系統(tǒng)仿真的一般步驟系統(tǒng)仿真的一般步驟:（1）針對實際系統(tǒng)建立系統(tǒng)模型，確定模型的邊界。（2）仿真建模，即根據(jù)系統(tǒng)的特點和仿真要求選擇合適的算法。（3）程序設(shè)計，將仿真模型用計算機程序描述。利用專用的仿真語言，能大大減輕程序編制工作量。（4）程序檢驗，程序調(diào)試的檢驗和仿真算法的合理性檢驗。（5）對模型進行實驗。（6）仿真輸出結(jié)果分析。

第一節(jié)物流系統(tǒng)仿真概述四、離散事件系統(tǒng)仿真語言（一）GPSS

GPSS最大的特點是仿真模型可采用一組標準的程序塊(block)來表示其邏輯結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的臨時實體按程序塊圖中規(guī)定的方向由某一塊流向另一塊。用GPSS進行仿真建模時，要進行如下三個步驟：(1)將被仿真的系統(tǒng)抽象成為類似于流程圖的模型；(2)用GPSS程序塊實現(xiàn)流程圖中的功能模塊；(3)用GPSS程序塊對應(yīng)的語句編寫出仿真程序，形成一個可執(zhí)行的代碼。第一節(jié)物流系統(tǒng)仿真概述（二）Automod主要包括了三大模塊：AutoMod、AutoStat和AutoView。AutoMod模塊提供給用戶一系列的物流系統(tǒng)模塊來仿真現(xiàn)實世界中的物流自動化系統(tǒng)。

（三）WITNESS主要用于離散事件系統(tǒng)的仿真。它采用面向?qū)ο蠼５木幊谭椒?，建模靈活，使用方便，適應(yīng)面寬，是工業(yè)流程仿真器的老字號，其齊備的基本仿真功能和數(shù)據(jù)處理優(yōu)勢，一直是大家所公認的。第一節(jié)物流系統(tǒng)仿真概述WITNESS的主要特點是：1．交互式面向?qū)ο蟮慕－h(huán)境2．靈活的執(zhí)行策略3．工程友好性強4．實時的彩色動畫顯示5．靈活的輸入、輸出方式6．豐富的模型單元7．OLE自動服務(wù)(一種相關(guān)軟件間數(shù)據(jù)共享的機制)8.子模型第一節(jié)物流系統(tǒng)仿真概述（四）eM-Plant有很強的制造工程背景，它是用C++實現(xiàn)的關(guān)于生產(chǎn)、物流和工程的仿真軟件，提供了建模語言SimTALK、友好的圖形用戶界面、集成環(huán)境和非流程式操作，使用戶不需要預(yù)先進行過程的定義。

特點:1．層次建模（hierarchy）2．繼承（Inheritance）3．建庫4．可視化（Visualization）5．仿真手段6．具有遺傳算法（GeneticAlgorithms）模塊7．多接口第二節(jié)離散事件系統(tǒng)的仿真基礎(chǔ)

一、基本概念物流系統(tǒng)是一種典型的離散事件系統(tǒng)，它的狀態(tài)只是在離散時間點上發(fā)生變化，而且這些離散時間點一般是不確定的。（一）實體實體是描述系統(tǒng)的三個基本要素之一。離散事件系統(tǒng)中的實體可分為兩大類：臨時實體和永久實體。臨時實體:在系統(tǒng)中只存在一段時間的實體。永久實體：永久駐留在系統(tǒng)中的實體。第二節(jié)離散事件系統(tǒng)的仿真基礎(chǔ)

（二）事件“事件”是描述離散事件系統(tǒng)的另一個重要概念，它是引起系統(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(qū)動的。（三）活動離散事件系統(tǒng)中的活動，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(zhuǎn)移。（四）進程進程由若干個有序事件及若干有序活動組成，一個進程描述了它所包括的事件及活動間的相互邏輯關(guān)系及時序關(guān)系。第二節(jié)離散事件系統(tǒng)的仿真基礎(chǔ)

事件、活動、進程三者之間的關(guān)系可用圖9-3表示。圖9-3事件、活動、進程三者之間的關(guān)系第二節(jié)離散事件系統(tǒng)的仿真基礎(chǔ)

（五）仿真鐘用于表示仿真時間的變化。離散事件動態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)只在離散時間點上發(fā)生變化，因而不需要進行離散化處理。（六）統(tǒng)計計數(shù)器離散事件動態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)隨著事件的不斷發(fā)生呈現(xiàn)出動態(tài)變化，這種變化過程是隨機的，某一次仿真運行得到的狀態(tài)變化過程只不過是隨機過程的一次取樣。需要統(tǒng)計多次仿真運行的數(shù)據(jù)才有意義。第二節(jié)離散事件系統(tǒng)的仿真基礎(chǔ)二、仿真鐘的推進與仿真策略（一）仿真鐘的推進1．事件調(diào)度法2．固定增量推進法（二）仿真策略1．事件調(diào)度法2．活動掃描法3．進程交互法第二節(jié)離散事件系統(tǒng)的仿真基礎(chǔ)三、排隊系統(tǒng)仿真（一）排隊系統(tǒng)的基本概念排隊論又稱為隨機服務(wù)理論。1918年，Erlang提出排隊論，并將它用于電話系統(tǒng)，主要是研究服務(wù)臺與顧客之間的效率問題，希望服務(wù)臺效率高，而顧客的等待時間又不太長。

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。

2．服務(wù)模式：服務(wù)臺為顧客服務(wù)的時間可以是確定性的，也可能是隨機的，后者采用服務(wù)時間的概率分布來描述。第二節(jié)離散事件系統(tǒng)的仿真基礎(chǔ)2．服務(wù)模式：服務(wù)臺為顧客服務(wù)的時間可以是確定性的，也可能是隨機的，后者采用服務(wù)時間的概率分布來描述。3．排隊規(guī)則：即服務(wù)臺完成當(dāng)前的服務(wù)后，從隊列中選擇下一實體的原則，一般有三種原則：（1）FIFO：先到先服務(wù)；（2）LIFO：后到先服務(wù)；（3）按優(yōu)先級別服務(wù)：即根據(jù)隊列中實體的重要程度選擇最優(yōu)先服務(wù)者。4．服務(wù)流程：當(dāng)系統(tǒng)中有多個服務(wù)臺，有多個隊列時，服務(wù)臺如何從某一個隊列中選擇某一個實體服務(wù)則稱為服務(wù)流程問題，它包括各隊列之間的關(guān)系，如實體可否換隊以及換隊規(guī)則等。第二節(jié)離散事件系統(tǒng)的仿真基礎(chǔ)（二）排隊系統(tǒng)的統(tǒng)計性能一般使用的4種性能指標：1．穩(wěn)態(tài)平均延誤時間d

2．實體通過系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)平均滯留時間3．穩(wěn)態(tài)平均隊長Q第二節(jié)離散事件系統(tǒng)的仿真基礎(chǔ)4．系統(tǒng)中穩(wěn)態(tài)平均實體數(shù)L四、庫存系統(tǒng)的仿真隨機庫存系統(tǒng)模型

隨機庫存系統(tǒng)

第二節(jié)離散事件系統(tǒng)的仿真基礎(chǔ)五、Petri網(wǎng)分析方法Petri網(wǎng)的主要優(yōu)點是：1）圖形建模方法，直觀、易于理解；2）清楚地描述系統(tǒng)內(nèi)部的相互作用，特別適用于異步并發(fā)離散事件的建模；3）采用自頂向下的方法(遞階Petri網(wǎng))來建立系統(tǒng)模型，層次分明；4）良好的形式化描述，模型能用成熟的數(shù)學(xué)分析方法，如可達性、可逆性及死鎖分析等，仿真較簡單；5）用Petri網(wǎng)建立的模型，可轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)的控制代碼。（一）普通Petri網(wǎng)（二）Petri網(wǎng)的變遷規(guī)則（三）時間Petri網(wǎng)第三節(jié)離散事件系統(tǒng)仿真輸出數(shù)據(jù)分析

一、終止型仿真與穩(wěn)態(tài)型仿真從仿真結(jié)果分析的觀點來看，將仿真運行方式分為兩大類終止型仿真，這種仿真的運行長度是事先確定的。穩(wěn)態(tài)型仿真。這類仿真僅運行一次，但運行時間很長，仿真的目的是估計系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能。第三節(jié)離散事件系統(tǒng)仿真輸出數(shù)據(jù)分析二、固定樣本長度法固定樣本長度法就是每次以相同的初始條件、相同的樣本長度重復(fù)運行仿真程序。

三、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可以近似認為是獨立、同分布的隨機變量；然后利用與固定樣本長度法相同的統(tǒng)計方法來構(gòu)造仿真結(jié)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P＝N／M。第三節(jié)離散事件系統(tǒng)仿真輸出數(shù)據(jù)分析四、系統(tǒng)性能比較（一）兩系統(tǒng)之間的性能比較兩系統(tǒng)間性能比較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(yīng)樣本差值的置信區(qū)間。（二）多系統(tǒng)間性能比較多系統(tǒng)擇優(yōu)本質(zhì)上是參數(shù)優(yōu)化問題。由于離散系統(tǒng)的隨機性，對離散事件的參數(shù)優(yōu)化問題，目前還沒有很有效的方法，特別是多參數(shù)的優(yōu)化問題。實際處理時，是從多種方案的對比中選擇一個作為最滿意系統(tǒng)，并且是以一定的概率進行的選擇。第四節(jié)集裝箱碼頭物流系統(tǒng)仿真

一、集裝箱碼頭物流系統(tǒng)的復(fù)合模型集裝箱碼頭物流系統(tǒng)的層次模型

第四節(jié)集裝箱碼頭物流系統(tǒng)仿真復(fù)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。二、集裝箱碼頭物流系統(tǒng)仿真模型構(gòu)成（一）碼頭布置模塊（二）船舶產(chǎn)生模塊（三）集裝箱產(chǎn)生模塊第四節(jié)集裝箱碼頭物流系統(tǒng)仿真（四）交通布置及管理模塊（五）碼頭前沿裝卸模塊（六）堆場作業(yè)模塊（七）進出口大門模塊（八）送箱模塊（九）提箱模塊（十）碼頭作業(yè)計劃制定模塊（十一）性能參數(shù)統(tǒng)計模塊第四節(jié)集裝箱碼頭物流系統(tǒng)仿真三、集裝箱碼頭物流系統(tǒng)仿真模型的工程應(yīng)用（一）集裝箱碼頭模型概況某大型集裝箱碼頭，順岸式布局，岸線總長度為1800米，5個泊位，寬度為600m，堆場有兩種方案：六塊布局或七塊布局。前沿通過棧橋與堆場聯(lián)接。其裝卸工藝采用岸邊集裝箱起重機——集裝箱卡車——輪胎龍門起重機。集裝箱岸邊起重機為20臺，軌距為30米。為了更深入地把握碼頭布局的交通流組織方式，特別是了解碼頭年承接450萬TEU時的道路交通情況，需要對這兩種布局模式進行系統(tǒng)建模和計算機仿真分析，為最后決策提供依據(jù)。第四節(jié)集裝箱碼頭物流系統(tǒng)仿真（二）仿真試驗數(shù)據(jù)分析1．車輛在堆場平均滯留時間比較2．棧橋交通能力比較3．進出閘口通過能力比較第五節(jié)廢棄物物流系統(tǒng)規(guī)劃仿真

一、廢棄物物流系統(tǒng)概述廢棄物物流是指將經(jīng)濟活動中失去原有使用價值的物品，根據(jù)實際需要進行收集、分類、加工、包裝、搬運、儲存等，并分送到專門場所時所形成的物品實體流動。

垃圾分類回收的兩種主要途徑：第一種是進行垃圾分類收集和廢品回收。第二種是通過設(shè)立廢品回收單位，面向單位和個人收購資源垃圾。

第五節(jié)廢棄物物流系統(tǒng)規(guī)劃仿真

二、仿真系統(tǒng)涉及的數(shù)據(jù)信息（一）收集點的信息（二）與收集車相關(guān)的信息（三）與垃圾相關(guān)的信息第五節(jié)廢棄物物流系統(tǒng)規(guī)劃仿真

三、系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)（一）垃圾產(chǎn)生模塊（二）叫車模塊（三）收集模塊（四）收工模塊（五）數(shù)據(jù)處理模塊四、仿真運行與結(jié)果分析第六節(jié)基于E