垃圾回收物流仿真系統(tǒng)設計

第十一章垃圾回收物流仿真系統(tǒng)設計11.垃1圾回收物流系統(tǒng)介紹城市某一區(qū)域，共有7個居民小區(qū)，每個小區(qū)有一個固定垃圾投放處，兩個垃圾箱分別投放完全廢棄垃圾和可回收利用垃圾；每天有專門公司（垃圾處理公司）派運輸車收集垃圾，將垃圾從居民區(qū)運送之中轉站，再由中轉站運至目的地—垃圾處理中心。仿真程序研究如何設計物流系統(tǒng)，能夠使收集系統(tǒng)在滿足時間約束、載重約束的條件下，使垃圾處理公司的物流總成本最低。系統(tǒng)配置的項目主要有車輛載重量、隨車工作人員數、客戶滿意度。本節(jié)內容可以參看隨書光盤 垃圾回收仿真文件夾下的 ，模型運行結果參看此目錄下的 文件。11.2數據信息仿真系統(tǒng)涉及的數據信息如下：11.2地.理1及需求信息各個收集點所有的人口數、距離垃圾轉運站、公司停車場的距離信息如表11.所1示。各收集點之間以及停車場和轉運站之間的距離信息如表11.所2示。表11.1收集點信息收集點名稱收集點居民數千人距離停車場距離（（距離垃圾轉運站距離表11.2點間距離路徑起點路徑終點距離（）符號與.收2集車輛有關的信息?固定成本? ?固定成本? 可變成本：車輛的行駛費用、維護費用和雇員工資;行駛速度：分為空車行駛速度 和載重行駛速度收集時間 i在垃圾收集點收集垃圾所需的時間卸載時間 ：在轉運站卸載垃圾所需的時間具體信息如表11.所3示：表11.3收集車輛信息車輛名稱載重固定成本萬元可變成本元載重速度空載速度人員人人員工資元天人收集時間卸載時間車車說明：車1用來收集不可回收垃圾；車2用來收集可回收利用垃圾；，為現(xiàn)有兩種車的噸位數，取值：，或噸；取值：.2 .為每次收集的垃圾量，單位噸；，為兩種車可配備的隨車工作人員數（可以是12）。與.垃3圾相關的信息人均垃圾量：平均每人每天產生的垃圾數量；垃圾比例：各種垃圾成分所占比例。假設人均垃圾量服從均值為 天的埃爾郎分布，垃圾成分分為兩類：一類為可重復利用資源，一類為無用需銷毀垃圾，兩者比例為1：2。收集垃圾的成本函數現(xiàn)在假設仿真一年，65天的垃圾回收工作，決定兩種型號的車配置何種噸位以及隨車工作人員數，垃圾回收物流成本（ ， ）最低。車成本+車成本車所耗成本的固定成本的可變成本的服務時間成本的人員成本即：TLC=CC1+CC2CC[i]=X[i]+V[i]+S[i]+P[i]*365*60S[i]=（runtime[i]-240）*mS[i]為垃圾回收的服務時間成本，m為收集時間對服務時間成本的懲罰因子。垃圾回收公司在十二點之前收集完畢，社會效應好，給予獎勵；在十二點后完成，社會滿意度低，影響公司信譽，成本增加。runtime[i]為垃圾車將垃圾全部回收完成的最終時間，也即垃圾車每天的運行時間；系統(tǒng)邏輯結構此垃圾回收物流系統(tǒng)的邏輯結構分為五個子模塊：垃圾產生模塊、叫車模塊、收集模塊、收工模塊、數據處理模塊。垃圾產生模塊 每天收集工作開始時，系統(tǒng)根據小區(qū)的人數、人均垃圾量、兩種垃圾量的比例，通過愛爾朗隨機分布函數，隨機產生各個小區(qū)的兩種垃圾數量，分別存放入各個小區(qū)的兩個垃圾箱內。叫車模塊 在垃圾存放入各個小區(qū)的兩個垃圾箱過程中，根據每種垃圾的總量以及每種垃圾車的載重量，生成叫車的次數。收集模塊 叫車次數確定之后，車輛根據需求，沿著最短路徑依次收集垃圾。在收集過程中，在一個垃圾點，如果垃圾車收集滿了或當天的收集工作全部完成，車輛駛向垃圾中轉站，進行卸載操作；如果垃圾車未滿，則駛向下一最近垃圾收集點繼續(xù)收集。收工模塊 當天的收集工作全部完成之后，車輛駛向公司停車場，當天收集工作完畢。數據處理模塊每天車輛收工時，11.5仿真模型的建立根據系統(tǒng)邏輯結構和數據信息，我們建立具有個垃圾收集點、一個垃圾轉運站的 垃圾回收仿真模型。具體步驟如下：元素定義建立仿真模型時，首先定義仿真模型中所需的元素，并設計它們的可視效果。我們將設計的元素分為兩類一一實體元素和邏輯元素，名稱如下。表11.4實體元素列表：元素名稱類型說明?七個小區(qū)不可回收的垃圾?七個小區(qū)可回收利用的垃圾專門回收 的垃圾回收車專門回收 的垃圾回收車?各小區(qū)不可回收垃圾的垃圾箱?各小區(qū)可回收利用垃圾的垃圾箱公司停車場，垃圾轉運站d由節(jié)點實體向節(jié)點實體方向的道路d由節(jié)點實體向節(jié)點實體方向的道路車輛將通過它們來進行垃圾的回收車輛將通過它們來進行垃圾的回收表11.5邏輯元素—變量列表：變量名稱類型說明各小區(qū)的居民數量兩種垃圾車每次可收集的垃圾數量，即載重量每天對兩種垃圾車的需求次數兩種垃圾車的隨車工作人員數工作人員每天工資兩種垃圾車的購買價格兩種垃圾車的運行費率兩種垃圾車的空載速度兩種垃圾車的實載速度(u兩車輛到達垃圾收集點可收集的垃圾數量兩車輛剩余載重能力每一垃圾收集點在特定仿真時點剩余垃圾量兩車輛收集垃圾所需的時間兩車輛卸載垃圾所需的時間存儲車輛的時間參數， 存儲仿真鐘的當前數值，存儲車輛在當天的運行時間， 存儲車輛在仿真過程中總的運

行時間時間懲罰因子時間懲罰成本目標函數 中用于統(tǒng)計系統(tǒng)運行的總費用定義一個實數型邏輯函數 ，用于計算和統(tǒng)計系統(tǒng)運行一年天所花費的總費用。元.素2顯示各個元素的顯示設置如圖11.各個元素的顯示設置如圖11.所1示。圖11.1垃圾回收物流仿真系統(tǒng)可視化界面元.素3詳細設計在該子模塊中定義隨著仿真鐘的推進，裝載垃圾的邏輯條件。該系統(tǒng)的工作班次制度采用每天工作8小時，每一仿真時間等價于現(xiàn)實時間一分鐘。為了實現(xiàn)系統(tǒng)的仿真運行，需要對系統(tǒng)中的元素進行詳細設計。系統(tǒng)初始化程序設計（ ），通過選擇系統(tǒng)菜單 …菜單項，得到初始化程序編輯框，輸入如下程序：給各小區(qū)的人數賦初值，單位：千人分別生成每天七個小區(qū)產生垃圾的均值etcapacity ofdumpetcapacity ofdump決定。分別設定兩個車輛的載重量，由變量數組決定。卸載時間決=定叫0車次數的變量最=短路0徑控制變量runtimeb(num)=0車輛運行時間控制變量NEXTintervaltime=144每0天的分鐘數timeweigh=5 時間懲罰因子laborneeda=1laborneedb=1兩輛車隨車工作人員數!對變量賦初始值各個小區(qū)垃圾的詳細設計表11.6垃圾元素詳細設計列表垃圾名稱一天的分鐘數為通過各小區(qū)人數計算出來的變量數組決定垃圾的存放*決定每天各個小區(qū)的垃圾依次產生，以便于生產叫車次數。?運輸車輛詳細設計表11.7運輸車輛詳細設計列表a1a1車輛名稱空載速度( )實載速度生成時，放入公司停車場的車位?垃圾箱詳細設計

設計垃圾放入垃圾箱時的活動，也即每個垃圾箱的“o設計垃圾放入垃圾箱時的活動，也即每個垃圾箱的“o中的程序。IFMOD(NPARTS(buffera1),cartcapacity(1))=1CALLdumpcart1,get1,road7_t,1VSEARCHroad0_1,corppark,road1_2,road1_0,road2_3,road3_4,road4_5,road5_6,road6_5,road6_7,road7_t,roadt_7,road1_0,road3_6,road6_3,road7_0,road0_7,road2_1,geta1,geta2,geta3,geta4,geta5,geta6,geta7,getb1,getb2,getb3,getb4,getb5,getb6,getb7ENDIFmoddemanda(1)=MOD(NPARTS(buffera1),cartcapacity(1))程序解釋：第一行：判斷當 中的垃圾的數量同車輛的載重量取余為時，發(fā)生 … 之間的活動；第二行：叫車 ，該車將在路徑 上裝載垃圾，在路徑 上卸載垃圾，優(yōu)先級為1第三行至第五行：在所有路徑上搜索車輛 ；第七行：匯總非整車垃圾的數量，帶到 中繼續(xù)計算并叫車。的 ：IFMOD(moddemanda(i-1)+NPARTS(buffera(i)),cartcapacity1)=1CALLdumpcart1,geta(i),road7_t,0VSEARCHroad0_1,corppark,road1_2,road1_0,road2_3,road3_4,road4_5,road5_6,road6_5,road6_7,road7_t,roadt_7,road1_0,road3_6,road6_3,road7_0,road0_7,road2_1,geta1,geta2,geta3,geta4,geta5,geta6,geta7,getb1,getb2,getb3,getb4,getb5,getb6,getb7ENDIFmoddemanda(i)=MOD(moddemanda(I-1)+NPARTS(buffera(i)),cartcapacity1)表示本垃圾箱的序號，為2 3 4 5 6 7第一行：將其上一個垃圾箱的非整車垃圾數量同本垃圾箱中的垃圾數相加，然后與車輛一的載重量取余，當結果為1時，叫車。垃圾箱 的” ”同垃圾箱 的“ ”處理邏輯完全一樣，只需要將 改為、 改為、 改為m改為即可。兩點間運輸路徑上的程序設計下面以為例，加以說明其邏輯流程。其它路徑類似，可以在路徑的 中的中加以查看。IFVEHICLE(road2_3,1)=dumpcart1IFNPARTS(buffera3)>0PUSHtogeta3(1)ELSEPUSHtoroad3_4ENDIFELSEIFVEHICLE(road2_3,1)=dumpcart2IFNPARTS(bufferb3)>0PUSHtogetb3ELSEPUSHtoroad3_4ENDIFELSEWaitENDIF

第一行到第六行：決定車輛到達路徑末端時，它的運行路徑。如果此時垃圾箱中有垃圾，則車輛駛向路徑，進行垃圾收集（第二行到第四行）；如果垃圾箱第一行到第六行：決定車輛到達路徑末端時，它的運行路徑。如果此時垃圾箱中有垃圾，則車輛中沒有垃圾，則車輛 駛向路徑第七行到第十二行：決定車輛

中有垃圾，則車輛

中沒有垃圾，則車輛到達路徑末端時，它的運行路徑。如果此時垃圾箱駛向路徑，進行垃圾收集（第八行到第十行）；如果垃圾箱駛向路徑。第七行到第十二行：決定車輛

中有垃圾，則車輛

中沒有垃圾，則車輛如果是其他情況，等待（第十三行到第十四行）。路徑系列的設置在系列（ , ）路徑中設置車輛的裝載（以及程序的處理流程基本相同，下面舉 加以說明。其中裝載數量（頁的 中設定；裝載程序和條件在）程序和條件，它們的設定）和裝載時間 在）程序和條件，它們的設定）和裝載時間 在頁中進行設定。IFNFREE(dumpcart1)>=NPARTS(buffera2)loadnum=NPARTS(buffera2)ELSEloadnum=NFREE（dumpcart1）ENDIFloadtimea（1）=3+loadnum/1000*loadindexa/laborneedadayloadtimea=dayloadtimea+loadtimea（1）程序解釋：第一行至第五行：如果車輛 的空余容量 不小于垃圾箱 中的垃圾數量，則收集數量 為垃圾箱 中的所有垃圾；否則，收集數量 為車輛的空余容量。第六行：計算本次收集所需的時間 ，它是本次垃圾收集量、隨車工作人員數以及收集時間的 詳細設計圖路徑中系數的函數。的 詳細設計圖路徑中路徑中的 頁框的設定如圖所示。在選中 （能夠裝載）前的復選框后，將會出現(xiàn)該界面上的其他內容。 （裝載模式）有三種：、 、a我們選擇條件模式，在條件 框中輸入條件表達式，即當垃圾箱 中的垃圾數量大于零時，能夠裝載；裝載數量等于框中的變量 的值；裝載的時間需要 框中的變量 m裝載的源在規(guī)則中進行設定，為“ ”，從垃圾箱 中收集。的設定車輛每次到達路徑的7車輛每次到達路徑的7末_端在時，都要進行卸載處理，所以對路徑的7詳_細在設計項目包括卸載所需的時間，卸載模式等。序為： ，將所有垃圾送出系統(tǒng)。頁框界面.路3序為： ，將所有垃圾送出系統(tǒng)。頁框界面.路3徑卸載通過路徑 的 頁的 中設定卸載所需的時間，程序如下:IFVEHICLE(road7_t,1)=dumpcart1unloadtime=3+6*NPARTS(dumpcart1)/1000/laborneedadayunloadtimea=dayunloadtimea+unloadtimeELSEunloadtime=2+6*NPARTS(dumpcart2)/1000/laborneedbdayunloadtimeb=dayunloadtimeb+unloadtimeENDIF程序解釋：第一行至第三行，根據函數 的結果，如果到達車輛是 ，就通過車輛 中所裝載的垃圾數量 、車輛 的隨車工作人員數 來確定卸載時間第二行）然后統(tǒng)計車輛 的總的卸載時間 第三行）第四行至第七行，否則，也就是到達的車輛是 ，就通過車輛 中所裝載的垃圾數量、車輛 的隨車工作人員數 來確定卸載時間 第五行）然后統(tǒng)計車輛 的總卸載時間 第六行）圖是路徑 設置中的另一項內容，就是車輛卸載的相關內容。在選中 （能夠卸載）前的復選框后，該頁面上的其他選項將能夠被用戶設置。卸載模式（ ）也有三種模式、 、 ，我們選擇模式 ，只要車輛到達路徑的末端，就進行卸載活動。卸載數量 設定為、就是卸載車輛上的所有垃圾。卸載時間設定為變量 ，決定本次卸載所需要的時間。停車 設定為公司停車場 ，決定在當”中的程序決定，程天回收任務完成后，車輛泊放的位置。卸載到什么地方，將由“”中的程序決定，程數.據5處理子模塊每天車輛完成收集工作完成后，駛向垃圾處理公司停車場停泊時，都將進行一些數據統(tǒng)計和處理活動。這些程序寫在路徑 的“ ”中，程序及其說明如下：IFVEHICLE(road7_0,1)=dumpcart1IFNDemands(dumpcart1)=0runtimea(1)=TIMEruntimea(2)=runtimea(2)+1runtimea(3)=runtimea(1)-1000*(runtimea(2)-1)timecosta=timecosta+timeweigh*(runtimea(3)-240)daydistance=DISTANCE(dumpcart1)/10-lastdaydistancelastdaydistance=DISTANCE(dumpcart1)/10dayunloadtimea=0dayloadtimeb=0ENDIFELSEIFVEHICLE(road7_0,1)=dumpcart2IFNDemands(dumpcart2)=0runtimeb(1)=TIMEruntimeb(2)=runtimeb(2)+1runtimeb(3)=runtimeb(1)-1000*(runtimeb(2)-1)timecostb=timecostb+timeweigh*(runtimeb(3)-240)daydistancea=DISTANCE(dumpcart2)/10-lastdaydistancealastdaydistancea=DISTANCE(dumpcart2)/10dayunloadtimeb=0dayloadtimeb=0ENDIFENDIFFORnum=1TO4IFVEHICLE(road7_0,1)=dumpcart1roadchoicea(num)=0ELSEIFVEHICLE(road7_0,1)=dumpcart2roadchoiceb(num)=0ENDIFNEXT程序解釋：第一行至第十一行，如果即將停泊的車輛是 ，同時系統(tǒng)此時對車輛 的需求是零(第三行)；先統(tǒng)計車輛 在當天收集工作的完成時間，并判斷是否超過了點，然后計算當天的時間懲罰成本 第三至第六行)統(tǒng)計車輛的運行距離第七至第八行)對兩個變量置零(第九至第十行)。第十二行至第二十二行，統(tǒng)計如果即將停泊的車輛是 的一些數據，解釋同 一樣。第二十四行至第三十行，對路徑選擇變量數組置零。目標函數 中的程序sumcost=0 !統(tǒng)計總費用的變量置零sumcost=initialcosta+initialcostb+sumcost！將車輛的購置成本加到總費用變量中sumcost=(laborneedb+laborneeda)*60*(runtimea(2)+1)+sumcost!將工作人員工資添加到總費用變量sumcost=DISTANCE(dumpcart001)/10