果蔬配送中心物流系统建模与仿真

中国石油大学（华东）硕士学位论文果蔬配送中心物流系统建模与仿真姓名：郑微申请学位级别：硕士专业：管理科学与工程指导教师：王文铭20090501摘要据相关调查数据显示：我同水果蔬菜等农副产品在采摘、运输、储存等流通环节上的损失率高达2 5 到3 0。其中，在运送路上腐烂的水果蔬菜每年就有3 7 万吨，可供养2 亿人的生活，而发达国家果蔬损失率则控制5 以内。山东是我国的果蔬大省，且具有优越的地理位置，在发展果蔬物流方面有很大的潜力可挖掘，但由于缺乏物流成本观念和物流管理控制，导致果蔬配送过程中的损失率和配送成本居高不下，本文在这种背景下选择对果蔬类农产品配送中心的物流系统进行仿真优化，提高配送中心效率，优化果蔬类农产品配送中心的作业环节，减少果蔬类农产品在物流配送环节的损失，降低成本，增加企业利润，进而促进农民收入的增加。本论文在分析果蔬配送中心物流运作过程基础上，针对果蔬类农产品配送中心的物流系统进行建模仿真，找出果蔬物流配送这一阶段存在的不足，并进行具体的分析提出果蔬供应链配送模式，加强果蔬物流配送中心的建设。果蔬物流配送和其他农产品物流配送最大的一点不同就是，果蔬农产品对于新鲜性要求更高，因此，果蔬农产品对于新鲜性要求更高，因此，减少物流配送运作过程中配送的时间、减少其中的转运环节、提高配送过程中的保鲜措施都是非常必要的。而果蔬类配送中心作为果蔬类农产品物流周转的枢纽，对果蔬类农产品在物流过程中的存储、保鲜、流通加工、配载等环节有着重要影响。本文首先对果蔬农产品物流的概念、果蔬物流配送现状、系统仿真概念、物流仿真步骤、离散型系统建模等相关理论知识进行介绍。之后，利用W i t n e s s 软件构建了某果蔬类农产品配送中心的仿真模型，提出了改进措施，制定优化方案，再利用仿真建模的方法，检验所提出方案的可行性和适用性，从仿真输出结果中找出方案中存在的不足之处，再予以改进，直到达到预期设定的物流衡量指标。关键词：果蔬，配送中心，物流系统，建模与仿真M o d e l i n ga n dS i m u l a t i o no fF r u i ta n dV e g e t a b l eD i s t r i b u t i o nC e n t e rL o g i s t i c sS y s t e mZ h e n gW e i(M a n a g e m e n tS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g)D i r e c t e db yP r o f W a n gW e n m i n gA b s t r a c tA c c o r d i n gt oan u m b e ro fs t a t i s t i c a ld a t a,w ek n o wt h a tt h el o s sr a t i oo ff r u i t sa n dv e g e t a b l e sh i 曲l yr e a c h e st o2 5 t o3 0 i nt h ec i r c u l a t i n gp r o c e s so fp i c k i n g，t r a n s p o r t i n g，s t o r i n g A m o n gt h e m，p e r i s h a b l ef r u i t sa n dv e g e t a b l e si nt h et r a n s p o r t a t i o na ret o37，0 0 0t o n sp e ry e a r,w h i c hC a l ls u p p o r t2 0 0m i l l i o np e o p l e Sl i v e s，b u tt h el o s sr a t eo ff r u i t sa n dv e g e t a b l e si nt h ed e v e l o p e dc o u n t r i e sC a nb ec o n t r o l l e dl e s st h a n5p e r c e n t M o r e o v e r,S h a n d o n gp r o v i n c ei so n eo ft h eb i g g e s tf r u i t sa n dv e g e t a b l e sp r o v i n c e，w h i c hh a ss u p e r i o rg e o g r a p h i c a lp o s i t i o na n dt r a f f i cc o n d i t i o n s，h a sg r e a tp o t e n t i a li nd e v e l o p i n ga g r i c u l t u r a ll o g i s t i c s I nt h i sp a p e r,o nt h e b a s i so fa n a l y z i n gl o g i s t i c sp r o c e s so f 行u i t sa n dv e g e t a b l e si nd i s t r i b u t i o nc e n t e r,a i m i n ga t f r u i t sa n dv e g e t a b l e sd i s t r i b u t i o nl o g i s t i c ss y s t e mt ob u i l dm o d e l i n ga n ds i m u l a t i o n，f i n d i n go u tt h el a c k i n gp o i n t,a l s ot a k i n gs p e c i f i ca n a l y s i st op u tf o r w a r ds o m em e a s u r et os t r e n g t h e nf r u i t sa n dv e g e t a b l e sd i s t r i b u t i o nc e n t e r,s u c ha sb u i l d i n gs u p p l yc h a i n T h em o s td i f f e r e n c ef o rf r u i t sa n dv e g e t a b l e sb e t w e e nt h eo t h e r si st h a tf r u i t sa n dv e g e t a b l e sh a v eh i 曲r e q u e s ti nf r e s h S oi ti sv e r yi m p o r t a n tt or e d u c ed i s t r i b u t i o nt i m ea n dt r a n s i ta s p e c t,f o r c ep r e s e r v a b l em e a s u r e si nt h ew h o l ed i s t r i b u t i o nl o g i s t i c sp r o c e s s T h i sa r t i c l ef i r s t l yi n t r o d u c e st h ec o n c e p ta n dp r e s e n ts t a t u so ff r u i t sa n dv e g e t a b l e sl o g i s t i c s，t h ec o n c e p to fs y s t e ms i m u l a t i o n,t h ep r o c e d u r eo fl o g i s t i c ss i m u l a t i o na n dS Oo n A n dt h e n，m a k i n gu s eo fW i t n e s st ob u i l ds i m u l a t i o nm o d e lo ff r u i t sa n dv e g e t a b l e sd i s t r i b u t i o nc e n t e r,p u t t i n gf o r w a r dm e a s u r e sf o ri m p r o v e m e n t，f o r m u l a t i n go p t i m i z a t i o np r o g r a m，a n dt h e nu s i n gs i m u l a t i o nm o d e l i n gt oe x a m i n et h ef e a s i b i l i t yo ft h ep r o p o s e dp r o g r a ma n dt h ea p p l i c a b i l i t yo fr e s u l t s，f r o mt h es i m u l a t i o no u t p u tt of i n dt h ed e f i c i e n c i e so ft h ep r o g r a m，t ob ei m p r o v e dt oa c h i e v et h ed e s i r e dl o g i s t i c st a r g e t K e yW o r d s：F r u i t sa n dV e g e t a b l e s，D i s t r i b u t i o nC e n t e r，L o g i s t i c sS y s t e m，M o d e l i n ga n dS i m u l a t i o n关于学位论文的独创性声明本人郑蕈声明：所呈交的论文是本人在指导教师指导下独立进行研究工作所取得的成果，论文中有关资料和数据是实事求是的。尽我所知，除文中已经加以标注和致谢外，本论文不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含本人或他人为获得中国石油大学(华东)或其它教育机构的学位或学历证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对研究所做的任何贡献均已在论文中做出了明确的说明。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文作者签名：鸯篮殳日期：加睁F 月。日学位论文使用授权书本人完全同意中国石油大学(华东)有权使用本学位论文(包括但不限于其印刷版和电子版)，使用方式包括但不限于：保留学位论文，按规定向国家有关部门(机构)送交学位论文，以学术交流为目的赠送和交换学位论文，允许学位论文被查阅、借阅和复印，将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，采用影印、缩印或其他复制手段保存学位论文。保密学位论文在解密后的使用授权同上。学位论文作者签名：旌鱼逸指导教师签名：弘三臣。一日期：知呷年，月)护日日期：叫年厂月 日中国石油大学(华东)硕士学位论文第1 章前言随着经济全球化趋势的不断增强和科学技术的迅猛发展，作为企业“第三利润源的现代物流业，已在世界范闱内广泛兴起。现代物流通过对仓储、运输、配送等环节的协调综合管理，达到了缩短物流运作周期、降低物流运营成本、优化物流资源配置的目的。而降低物流成本首先是针对所研究的物流问题提出最优的实施方案，以前关于物流运输方案或库存方案的选择多采用运筹学的数学方法，本文应用W i t n e s s 仿真软件对其所要研究的果蔬物流配送系统进行仿真，通过显示其整个物流配送系统的运作过程及主要环节，清楚明了地了解其中发生的问题，及时调整模型的参数，主要是各个环节内人员和机器设备的安排数量，以使果蔬物流配送中心运作取得最佳的经济效益。1 1 选题背景和研究意义目前，现代物流观念在工业、商业、制造业都有了成功的应用，并逐步深入应用到农业发展中，农产品物流不完全等同于工商业、制造业的物流运作模式和要求，农产品物流有着自己的独特性，尤其是果蔬类农产品保鲜性、时效性等特点对物流配送提出了更高的要求。我国果蔬产量居世界首位，果蔬农产品资源丰富。据预测，到2 0 1 0 年全国果蔬总产量将突破1 亿吨，人均占有量近7 0 千克。山东省是我国的果蔬生产大省，其自然生态条件优越，果蔬种植面积及产量均居于全国首位，成为部分省内地区经济发展的主导产业，因此本文的建模仿真主要借鉴了山东省栖霞市的果蔬物流配送中心的实际数据。由于果蔬类农产品具有鲜嫩、易腐、易变质的生物特性，流通难度大，风险高，每年均会因腐烂变质而导致大量损耗，严重损害了果农、菜农利益。再加上我国果蔬类产业基础薄弱，农民组织化程度低，果蔬采收和流通设施落后，加剧了果蔬类农产品在流通过程中的损耗。据有关部门估算，全同每年果蔬腐蚀损失近1 2 0 0 万吨，按每公斤1元计算，经济损失超过上百亿元。另外，果蔬类农产品在物流过程造成的质量问题，使我国的果蔬出1 2 价格普遍低于进口价格。与此同时，随着消费者生活水平的日益提高，对果蔬的新鲜性要求也随之上升，带动了城市果蔬物流配送项目的建立和发展，但就目前果蔬配送过程中物流基础设施的建设、物流信息系统的应用，以及对物流配送中心的规划设计、物流方案的设计和实施还不够完善，有待进一步的研究和探索。另一方面，物流系统是一个关系人民生活和社会进步的重要的开放系统，物流系统运作的成功与否对我们的企业发展和社会进步影响甚大。而仿真方法是完善物流系统功能、提高物流系统运作能力的重要方法，运用仿真技术进行物流系统运营方案的设计，第1 章前言有助于帮助企业节省费用、减少浪费、并可以尽量节约消耗在物流环节中的时间。但是由于物流系统的复杂性，以及物流系统所处环境的不确定性，对物流系统进行全面仿真还存在很大困难，需要经过长期努力才能实现这个系统工程的目标。建模与仿真方法在物流系统研究中的应用，是伴随着现代信息技术的飞速发展和现代物流研究领域的不断扩大而深入的。随着物流系统变得越来越复杂并且内部关联性越来越强，建模与仿真已经成为检验物流系统及决策是否高效的主要技术之一。在设计一个新的物流系统或对原有系统添加新设备或重新优化时，建模仿真是非常必要的，同时仿真还可以提供直觉的和经验的决策支持。具体而言，进行物流系统仿真的原因如下：生产系统运行行为具有随机性(需求N 务)、生产系统组织结构具有复杂性(混流生产中心配送)、利用仿真可以设计与测试新设计的物流流程方案、展示物流流程的运行过程、平衡服务与成本间的数量、评测和选择多种设计方案中的最优方案。同时，进行物流系统仿真可获得如下收益：评什物流设施设备与物流运作流程没计的多种可能性、提高物流企业与物流设施设备及工作人员等资源的利用效率、减少库存、缩短产品流通时间、提高物品周转量、优化资本投资、获取最大利润等方面。因此，2 0 世纪8 0 年代以来特别是近十年，越来越多的建模与仿真成功地被应用于对各种类型的物流系统的规划设计和营运管理提供决策信息。物流仿真在我国的物流产业发展中逐渐显出其重要作用。我国物流发展水平和研究应用能力还不尽人意，物流企业在面临物流工程项目投资新建或原有物流系统技术改造时，由于缺乏准确丰富的信息数据和必要的物流仿真系统决策支持，造成了企业物流项目建设投入的盲目性和投入资金的流失。物流仿真借助计算机技术对物流系统进行真实模仿，通过仿真实验得到各种动态活动及过程瞬间仿效记录，进而验证物流工程项目建设的有效性、合理性和优化效果，因此对物流产业进行系统仿真方面的研究是有其重要意义的。1 2 国内外研究现状目前，果蔬类农产品的物流配送模式还过多地依赖于传统的批发市场模式，凶丽同内外火于果蔬类农产品物流配送的研究还停留在以批发市场为导向的阶段，国外关于这方面的研究表现住口本、韩同等同家的批发市场发展比较发达，其中果蔬农产品批发市场研究与实践最好的当数口本。口本的果蔬农产品批发市场体系非常健全，包括市场的法律法规建设、布局规划、基础没施建没、市场主体培育、管理和交易方式等各方面的发展程度都很高，对我同卉很好的借豁意义。口本学者小林康平教授等(1 9 9 5)在体2中国石油大学(华东)硕上学位论文制转换中的农产品流通体系批发市场机制的同际比较研究一书中侧蕈于圃艺农产品(果蔬、水果、花卉和观赏植物)的流通情况，着重分析了流通的效率以及政府的决策和作用。在现代物流系统中，配送中心是集物流、信息流和资金流为一体的流通犁节点，是现代物流系统的重要组成部分。仿真在物流领域中的应用仃：集装箱码头雄场吊调配策略、配送中心的建模分析等等。对物流配送中心，特别是配送中心各个子系统的研究也越来越多。新加坡国立大学的T e o C h u n g P i a w 等(2 0 0 1)用建模分析的方法研究了当多个配送中心合并成为一个配送中心时，没备投资和库存成本方面受到的影响，同时指出如果需求是恒定而独立的，那么合了：会导致整体设备投资和库存成本下降并日按不恒定的P o i s s o n 分布变化。D e r r i e nR J a n s e n 等(2 0 0 1)开发了一个仿真模型用来分析多车厢配送系统，这个仿真模型可以满足顾客的多种要求，如缩短交纳周期、增加发送频率、提高加工和牛产的质量等，此外它还量化了多车厢配送系统应用于食物供应链时，在不一的可供选择的物流情景中的物流和金融性能。P e t e r s e n C h a r l e s G 等(2 0 0 4)对物流分拣系统研究时，为了提高拣选效率采用分类储存的方法，把货物分为几个等级，并把储存地点分为几个面积块，同时应用仿真方法验征了这种储存方法在实际应用中的可靠性。物流仿真技术的应用依托于一些综合类流程建模仿真软件，如W i t n e s s，A r e n a，P r o m o d e lA u t oM o d，F l e x s i m，E x t e n d。其中W i t n e s s 是英同L a n n e r 公司丌发的仿真软件，已经广泛应用于制造工程、港L j、物流、化学工业、空港物流、电子、银行和则务航空、政府、交通运输等领域的建模与仿真，研究范阐涉及工厂规划模型、呼叫访问中心模型、制造维护模型、订货储运模犁、飞机备件供应模型、库存模犁、港U 模型、供应链模型、公交车站模型等。目前，W i t n e s s 在国内工业用户案例 要有首都机场T 2航站楼客流与行李系统仿真、广东人鹏L N G 液化石油接受站规划与运营仿真、上海G M车问生产线物流运营与成本分析。为加快W i t n e s s 建模仿真软件的应用和发展，W i t n e s s 软件开发商L a n n e r 公司与国内多所高校共建培训基地，主要有上海海事人学W i t n e s s 软件培训中心、两北地区W i t n e s s 软脾V 姚F-，“g l I 中心(馏安科技入学)、山东人学W i t n e s s 软件培训中心、华东地区W i t n e s s 软件培训中心(南京理工大学大学)、大连理工大学W i t n e s s 软件培训中心，并已经在多所高校共建实验室，比如山东人学W i t n e s s 决策模拟实验室、浙江火学W i t n e s s工业系统物流实验窒、上海海事人学W i t n e s s 供应链仿真实验窒等。第1 章前言1 3 论文的主要内容及创新之处本论文丰要通过分析同内外果蔬类农产品物流配送现状，结合山东栖霞果蔬类农产品物流配送模式和具体配送作业环节，找出目前果蔬类农产品物流配送过程中存在的问题，借攀同内外先进经验，建立以配送中一t l,为基础的现代果蔬类农产品物流配送体系，并对配送中心进行规划和仿真，榆验其有效性，埘不足之处进行优化，制定切实可行的方案，以提高果蔬类农产品周转速率和物流配送的作业效率。论义的创新点是将建模与仿真技术应用在果蔬类农产品物流配送中心的研究、构建、优化等方面的物流方案设计过程，改变果蔬配送中心物流作业环节复杂性给实际配送中心运作带来的不便，构建符合果蔬配送中心物流需求的新模型，提高该配送中心资源配置及利用的科学性、高效性。论文拟解决的问题就是依据果蔬配送中心真实物流系统运作过程，选用适当的建模方法将真实模型抽象化，建立虚拟的仿真模型，再利用W i t n e s s 仿真软件对所建立的仿真模犁进行验证，并比较分析仿真输出结采，针对不足之处进行改善，最后建立果蔬周转率高、设施没备利用率高的果蔬配送中心，以保证果蔬配送中心物流系统运作的有效性，提高果蔬类农产品流通速率，减少其在配送过程中造成的损失，避免保管过程中因库存最的不合理造成的高库存成本。1 4 本章小结本章从目前我国果蔬物流配送现状及存在问题入手，首先阐述了选择果蔬类农产品物流配送进行建模仿真研究的意义，分析了系统仿真技术果蔬配送的重要作用，然后对果蔬类农产品物流和建模仿真国内外研究应用现状进行了介绍，在此基础上确定了本文研究的主要内容，并明确了本文的创新点。4中国石油大学(华东)硕士学位论文第2 章果蔬类农产品物流配送与系统仿真概述2 1 果蔬农产品物流配送的基本概念2 1 1 果蔬农产品物流的含义农产品物流是指为了满足用户需求，实现农产品价值而进行的农产品物质实体及相关信息从生产者到消费者之间的物理性经济活动n 1。具体地说，它包括农产品生产、收购、运输、贮存、装卸、搬运、包装、配送、流通加工、分销、信息活动等一系列环节，并且在这一过程中实现了农产品价值增值和组织目标。生鲜农产品物流配送贯穿了生鲜农产品整条供应链，将农产品生产、采购、运输、仓储、库存、装卸搬运以及包装等活动综合起来的一种新型的集成式过程，其任务是尽可能提高农产品附加值，降低物流作业总成本，为顾客提供更好的服务。果蔬农产品物流是指以生产、商业或顾客为中心的一系列果蔬农产品和相关物品从供应方向接受方的实体流动过程及其相关的技术、组织和管理等活动，包括果蔬农产品的供应物流、生产物流、销售物流等，它是农产品在流通过程中运输、储存、生产要素调配和管理、加工、装卸、包装、配送和信息处理等方面的有机结合。果蔬农产品物流除了具有一般农产品物流数量特别大，品种特别多；物流要求高(要求不发生变质、低成本运行、服务增值)；生产季节性导致包装、运输、仓储难的特点之外，其还具有鲜活性、易损性、及时性、物流成本所占比重较大的特点，所具有的这些特点对果蔬配送环节提出了更高的要求。2 1 2 果蔬农产品物流的基本特点(1)果蔬农产品物流的基本特点嘧3果蔬农产品一般含水8 0 以上，并天然带菌；组织柔嫩、细胞充盈，极易失水、破裂、穿孔、压碎、流液等；生理上，果蔬农产品是活体，采后以呼吸作用为主导，吸收、分解自身养分、释放C 0 2 并产生能量，通过体内物质代谢，实现了与外界的物质能量交换。据调查研究，目前，果蔬农产品物流具有以下几方面的特点绉1：物流量大、种类品种复杂。这是因为我同是世界第一果蔬生产国，果蔬种植达到6 0 0 0 万吨，果蔬产量每年1 亿吨以上，上市品种有数百个。物流网络分布广，物流线路长。例如仅山东红富士苹果就有向穗、沪、杭、京、哈等物流中心的5 条主要物流线，最长线路逾1 0 0 0 公里。均衡流动、不问断。果蔬的严重脱销已根本扭转，但还不能完全满足市场干差万别的日常性需求，果蔬物流技术就是解决均衡供应向题的有效手段之一。第2 章果蔬类农产品物流配送与系统仿真概述物流技术难度大。基于上述3 个方面，当今果蔬农产品市场的缺口正是高品质，高鲜度的果蔬。尽管新鲜度是表观的，肉眼所见的，但却是内在广泛生理变化的反映。要使高品质高鲜度的产品大量出现在物流终端货架上，技术方面必须考虑3 点：在物流的全过程中，控制温度、氧气、二氧化碳、碳二氧四等，使果蔬农产品保持低水平的生理活动，延长生命周期：在长距离运输，避免频繁装卸、搬动，防止一切可能的机械性损伤，保护产品；防止或尽量减少微生物侵蚀污染。(2)果蔬农产品配送中心特点由于果蔬农产品具有生产地域性和季节性的特点，使其在流通和配送过程中不同于工业产品物流和其他包装消费品物流，其主要特点为4 3：果蔬农产品加工配送的生产性果蔬农产品具有鲜活易腐性，要求在配送过程中必须采取一定的措施，才能保证其保质保量地送达客户。即在收购后进行预冷，消除果蔬自身具有的热量，防止在加工前期暂存环节中腐蚀；加工完成后，要分区、分类进行冷藏、冷冻处理；送货过程中需要特定的保温或冷藏容器和设备。从这些方面可以看出果蔬农产品配送比工业品等配送更具有生产性，并且有更强的资产专用性。果蔬农产品加工配送区域范围的限制由于果蔬生产具有季节性和区域性，而人们的需求是多样性的，因而需要不同区域间进行流通交易，然而果蔬的鲜活易腐性，使其在运输储存时需要特定的保温或冷藏设备；但即使对其采取了保鲜、保温、冷藏、冷冻措施，仍有可能出现一定比例的损耗，而且这个比例会随时间和距离的加大而迅速增加，为了避免这样损失的减少，就要限制果蔬的配送区域范闱，以在果蔬保质期或保鲜期内完成送货为标准。果蔬农产品配送风险较大果蔬农产品的配送风险主要来自三个方面瑚：首先，果蔬农产品生产和消费具有分散性，使经营者不容易占据垄断地位，同时，市场信息分散，又使人们难于全面正确掌握市场供求信息及竞争者、合作者的信息。也就是会产生经济学上所说的“信息不对称。其次，果蔬生产的季节性强，果蔬上市时不容易在短时间内进行正确、适时地调节，这会使市场价格随之发生很大的波动。再次，以鲜活形式为主的果蔬农产品，限制了其在跨区域问和跨季节间的即时调节，这使果蔬在物流运作和加工配送过程中具有更多的相对运营风险。6中国石油大学(华东)硕士学位论文2 1 3 果蔬农产品物流配送简述据国标物流术语定义，物流就是物品从供应地向接收地的实体流动过程，根据实际需要，将运输、存储、装卸、搬运、包装、流通加工、配送、信息处理等基本功能实现有机结合。配送就是在经济合理区域范围内，根据用户的要求，对物品进行挑选、加工、包装、分割、组配等作业，在物流据点内进行分拣、配货等工作，并将配好的货物适时地送交收货人的过程。它是物流中一种特殊的综合活动形式。而以果蔬农产品为物流配送对象的活动即称为果蔬类农产品物流配送。果蔬物流配送中心的功能：配送实际上是一个物品集散过程，包括集中、分类和散发三个步骤。这三个步骤由一系列配送作业环节组成。果蔬物流配送的基本功能要素主要包括集货、分拣、配货、配装、送货等。集货：集货是配送的首要环节，是将分散的、需要配送的物品集中起来，以便进行分拣和配货。果蔬生产基地按照果蔬种类建立一个大型的集货中心，再采用规模生产方式，按照各地区用户订单要求，把一定量的果蔬送到配送中心。分拣、配货：配送中心收到果蔬牛产基地的果蔬农产品后马上按类、按质、按照各用户的要求拣取、配备，并贴上标签，以减少差错，提高配送质量，并力求树立品牌。加工：将收集的果蔬农产品按需求方订单的要求进行加工，对果蔬农产品进行削皮或切片、去核、清洗、冷藏设施保护、小袋包装等工序。保证在向客户配送过程中果蔬质量、数量、色泽等的达到顾客满意的要求。配装：配装指充分利用运输工具的载重量和容积，采用先进的装载方法，合理安排配货物的装载，并按照各用户的具体要求选用合适的运输方式进行配送。送货：送货是指将配好的果蔬农产品按照配送计划确定的配送路线送达各用户，并进行交接。如何确定最佳路线，使配装和路线有效地结合起来，是配送运输必须解决的问题，也是物流活动中难度较大的工作。2 2 系统仿真的概述系统仿真是2 0 世纪4 0 年代末以来伴随着计算机技术的发展而逐步形成的一门新兴学科。仿真(S i m u l a t i o n)就是通过建立实际系统模型并利用所建模型对实际系统进行实验研究的过程。最初，仿真技术主要用于航空、航天、原子反应堆等价格昂贵、周期长、危险性大、实际系统试验难以实现的少数领域，后来逐步发展到电力、石油、化工、冶金、机械等一些主要工业部门，并进一步扩大到社会系统、经济系统、交通运输系统、生态系统等一些非工程系统领域。可以说，现代系统仿真技术和综合性仿真系统已经成7第2 章果蔬类农产品物流配送与系统仿真概述为复杂系统，特别是高技术产业不可缺少的分析、研究、设计、评价、决策和训练的重要手段。其应用范围在不断扩大，应用效益也日益显著。2 2 1 系统仿真的概念系统仿真就是利用模型对实际系统进行试验研究的过程。或通过建立和运行实际系统的仿真模型，来模仿系统的运行状态和规律，以实现在计算机上进行试验的全过程。计算机仿真技术具有求解复杂系统、预演或再现系统运动规律或运动过程、对无法直接进行实验的系统进行仿真试验研究的特点。具有以下特点口3：(1)系统仿真模型是面向实际过程和系统性问题的。(2)系统仿真技术是一种实验手段，可以在短时间内通过计算机获得对系统运行规律以及未来特性的认识。它和现实系统实验的差别在于，仿真实验不是依据实际环境，而是作为实际系统映像的系统模型并在相应的“人造”环境下进行的。(3)系统仿真研究由多次独立的重复模拟过程所组成，需要进行多次实验的统计推断，并对系统的性能和变化规律作多凶素的综合评价。(4)系统仿真只能得到问题的一个特解或可行解，而不能得到问题的通解或最优解。物流系统仿真就是用系统仿真方法研究物流管理问题，或者说是对物流系统用计算机进行仿真研究。这里，仿真模型既可用于分析的目的，也可用于设计的目的。可以这样认为，物流系统仿真是一门数学、物流科学和计算机仿真技术相结合的学科，是计算机在物流系统中应用的一个重要领域，是“物流系统分析的实验室”。2 2 2 系统仿真的作用由于安全、经济、技术、时间等原因，即对实际系统进行真实的物理实验很困难或者跟踪记录实验数据难以实现时，仿真技术就成为不可或缺的工具。具体起着以下几个方面的作用1：(1)对一些复杂的随机问题和一些难以建立物理模型和数学模型的对象系统，可通过仿真模型来顺利地解决预测、分析和评价等系统问题。(2)通过系统仿真，可以把一个复杂系统降解成若干子系统以便于分析，启发新的思想或产生新的策略，暴露出原系统中隐藏着的一些问题，以便于及时解决。(3)现行运行系统的性能评价。对于现有的实际运行的系统，如果为了深入了解以及改进它，而在实际系统中进行实验往往要花费大量的人力、物力、财力和时间，有时甚至是不可能的，而通过计算机仿真可以使系统正常工作不受干扰，经过分析仿真结果，对现有系统在拟定工作条件下的性能做出正确分析与评价，并预测其未来发展，提出改中国石油大学(华东)硕士学位论文进方案。(4)新建系统的性能预测。对于所设计的新系统，在未能确定它的优劣情况下，可以不必花大量投资去建立它，而是采用计算机仿真对新系统的可能性和经济效益做出正确的评价，帮助人们选择最优或较优的设计方案。(5)决策方案评价与优化。在管理的宏观、微观决策中，通过收集、处理和分析有关信息，可能拟定多个不同的决策方案，它们具有不同的决策变量和参数组合。针对这些不同的决策方案，进行计算机仿真的多次运行，按照既定的目标函数对不同的决策方案进行分析比较，从中选择最优方案，辅助最优管理决策。物流系统具有复杂性、多目标性、多层次性，这就使我们在设计物流方案时，建立多目标函数时会遇到很大的困难，甚至有无法利用数学模型建立多目标函数或实现多目标函数目标值的求解，这就需要转而利用仿真技术进行物流方案的设计。利用仿真技术运用于整个物流过程，能从根本上降低物流方案设计的成本和方案验证所需费用，有助于进一步实现低成本、高服务的物流目标。比如将仿真模型应用于以下几个方面：自动化立体仓库的仿真、库存系统仿真设计、果蔬供应链系统的仿真设计、装卸服务中心人员调度仿真、配送中心车辆调度仿真、配送中心订单处理仿真等。2 2 3 系统仿真的基本步骤系统仿真是一项应用技术，根据它的基本概念和求解问题的出发点及思路，在实施系统仿真应用时，一般遵循以下几个基本步骤j 1：(1)调研系统，进行问题描述与定义。系统仿真是面向具体问题而非整个实际系统，一个仿真模型不可能表现被模拟的现实系统的各个方面。因为利用仿真技术研究系统就是为了解决现实系统的复杂性，而如果仿真模型呈现出真实系统的所有方面则表明这个仿真模型是不成功的，因为太过于复杂和难以理解，也就起不到预期的仿真作用了。这时就需要我们从事研究工作的过程中首先从仿真系统的目的出发，全面考查被仿真系统，再反复进行深入地、严谨地分析、调查，明确要解决的问题以及实现的目标，并根据自身使用的仿真技术软件特征、仿真技能，建立系统仿真目标及仿真的内容范围。(2)制定目标，收集数据，确定系统绩效和性能测度。目标是仿真研究的导向，对没有目标的仿真系统进行研究毫无意义。仿真数据的收集涉及两个方面，一是仿真输入数据的收集，进行输入数据收集时是从设立的仿真目标出发，尽可能多地、有针对性地收集系统仿真的完整运行过程中需要的数据，以便于仿9第2 章果蔬类农产品物流配送与系统仿真概述真模型多次运行使用。二是收集与仿真初始条件及系统内部变量有关的数据。这些数据是确定仿真系统随机变量概率分布的原始依据，在对这些数据进行统计调查、分布拟合、参数估计及假设检验之后，确定这些随机变量的概率密度函数，以便输入仿真模型，实施仿真运行。在目标和基本数据确实之后，还要定义系统的绩效或性能测度。系统效能测度的确定因系统的目标不同而不同，对于物流配送中心在进行系统仿真时，就以配送中心的库存保有率、订单完成情况、订货周期、配送率、配送商品完好率、交货频率、正确送达率、缺货率、满足率等为系统效能测度。(3)确立仿真模型假设条件，描述仿真系统情况。运用系统仿真模拟现实系统时，现实系统和模拟系统总存在一些差距，这就需要在建立仿真模型之前，分析现实系统中存在的问题，尤其针对运用数学模型难于解决的问题，并对这些问题附以假设条件，达到一种近似理想的状态，再结合假设条件描述仿真系统情况。对于描述仿真系统情况，就是将现实系统抽象化、模拟化、模块化，将现实系统的各个工作环节、工作步骤、各工作部门涉及的人力、物力、财力利用仿真模型中的模拟元素表达出来，最主要的是理清各元素分别服从哪种概率分布，这是之后进行仿真模型运行的关键连接条件。在进行仿真模型描述的同时，要初步建立仿真模型，根据拟定的仿真目标及为实现目标要解决的问题和系统运行过程中各种系统实体与发生事件之间的联系，可以通过计算机语言程序设计要表述的仿真模型。对于不同的事件类型设计的方法不同，在这里研究的果蔬类物流配送系统属于离散型事件类型，针对离散型事件系统模型要注意根据随机发生的各种事件流、涉及的各种事件实体，设立与此有关的仿真时间推进机制，及仿真时钟推进机制。按系统的运行过程来建立关于随机变量的模型，再通过分析收集到的数据，确定这些随机变量的概率分布特征及分布函数。(4)编制程序，建立计算机模型。进行程序编制时应根据模拟系统具体情况选用适用的计算机语言。以前的编程语言程序设计较多，不容易理解。目前，各种专用于计算机仿真的面向对象型的高级计算机语言或仿真软件类型多样，但综合比较各种仿真软件和计算机编程语言，W i t n e s s 仿真软件是首选，使用W i t n e s s 这类语言，不需要或只需要仿真者进行很少的编程。但编程时要注重模型与计算机程序之间的一致性，即要使程序真实地反映模型。整个计算机模型的构建过程中，要始终以仿真研究目标为依据，而且要逐步完善所建的模型，即所谓的“阶段性建模过程”。首先，构建小的测试模型来证明复杂部件建模的适应性，接着在进行下一个阶段建模之前，要验证前一阶段模型的工作是否正常。这样可以避免在整1 0中国石油大学(华东)硕上学位论文个系统模型全部建立之后，难于解决系统模型存在的不合理之处。(5)模型的验证、调试和确认。验证就是检验模型要实现的功能与设定的系统功能是否相匹配，与之前系统要实现的目标是否相符合。调试是更改与所设定系统功能和目标不一致的仿真程序模块，以最终达到完成预期仿真目标为标准。确认包括确认模型是否能够正确反映真实系统，以及评估模型仿真结果的可信程度。在系统仿真中，所建立的仿真模犁能否代表真实系统，是决定仿真研究成功与否的关键因素。通常最多运用这三个步骤确认仿真模型：第一，由资深的专家组成检测组团，对模型进行整体直观和系统内部各系统模块的分析评价；第二，根据系统的初步鉴定，再依据系统予以实现的目标对系统的假设条件、输入数据的分布特征进行详细的统计和检验；第三，针对由前两步找出的不恰当之处予以小范围的改进，并对改进前后的仿真模型进行运行调试并分析结果，控制所建模型在误差允许范围内。(6)模型的仿真运行仿真模型经过验证、初步调试、确认之后，要在正式运行仿真模型之前，考虑仿真的时间进程控制、精确度要求、选用模拟随机变量的随机取值的方法、数据输入输出方式和参数变化范嗣及控制调试方法等一些方面。有了这些基本的仿真试验框架，在仿真运行过程中，就可以了解模型对各种不同输入及各种不同仿真方案的输出响应情况，通过获得的仿真输出结果和数据进行分析，从而掌握系统的变化规律。(7)仿真结果的输出和分析仿真模型运行一次，只代表真实系统运行的一次随机模仿，输出的结果隐含很大的误差，不可能反映真实系统的实际运行状况。为了确保仿真模型的准确性，就需要对仿真模犁作多次独立的重复运行，设立不同的运行条件，如初始条件和环境条件，输入不同具体数据，如人员、车辆等机械设备的配置数据。这样多次重复运行之后，就所得到的多组输出数据进行统计分析，比较它们之间的差异，再结合系统运行的真实情况和预以实现的系统目标，得出改进系统的意见。上述系统仿真步骤逻辑图如下：第2 章果蔬类农产品物流配送与系统仿真概述图2-l 系统仿真步骤F i 9 2 1S t e p so fS y s t e mS i m u l a t i o n2 2 4 常用系统仿真软件的种类(1)A u t o M o d J A u t oM o d 是一种三维物流仿真软件，主要包括A u t oM o d、A u t oS t a t 和A u t oV i e w三大模块。A u t oM o d 模块提供一系列的物流自动化系统仿真模块，主要包括输送机模块(辊道、链式)，自动化存取系统(立体仓库、堆垛机)，基于路径的移动设备(A G V等)，起重机模块等。A u t oS t a t 模块为仿真项目提供增强的统计分析工具，由用户定义测量和实验的标准，自动在A u t oM o d 的模型上执行统计分析。A u t oV i e w 可以允许用户通过A u t oM o d 模型定义场景和摄像机的移动，产生高质量的A V I 格式的动画。(2)S I M A n i m a t i o nS I M A n i m a t i o n 是美国3 i 公司设计开发的集成化物流仿真软件。S I M A n i m a t i o n 不同于其他的仿真系统，它可以处理系统物理元素和逻辑元素。S I M A n i m a t i o n 可用于仿真复杂的运动，像机器人、车床、传输通道、特殊空间中显示，包括传输、旋转、有形物体、视角和不断运动视觉。在算法上，S I M A n i m a i t o n 在保证出库有限的情况下，按路径最短原则进行自动定位和设计路经，实现多同路运输。S l M A n i m a t i o n 使用P e t r i 网模型技术。1 2中国石油大学(华东)硕士学位论文(3)S h o w F l o wS h o w F l o w 主要包括建模、仿真、统计、分析、动画和文档输出几大模块。S h o w F l o w仿真软件可为制造业和物流业提供建模、仿真、动画和统计分析工具，使用S h o w F l o w一方面可以提供生产系统的生产量，确定瓶颈位置，估测提前期和报告资源利用率。另一方面可以被用来支持投资决定，校验制造系统设计的合理性，通过对不同的制造策略进行仿真实验来找出最优解。(4)Q u e s tQ u e s t 是由D a s s a u l tS y s t e m e s 法同达索系统公司开发，Q u e s t 是针对设备建模、实验、分析设备分布和工艺流程的柔性、面向对象的、基于连续事件的专用模拟软件。Q u e s t对物流搬运设备和加工设备等特定对象物体布置能使用3 D C A D 等软件制作的外观，并将它们配置到三维立体空间上，并指定货品流程和设备规格等来运行模型。Q u e s t 具有操作简便性、演示性能强大、富有现实感的独特性，但Q u e s t 以适用于大型制造业生产线为目的，没有自动立体仓库等常用设备，对物流生产线不太适用，且价格非常昂贵。(5)S t r e a mS t r e a m 是日本三井造船股份有限公司开发的仿真软件，其最大特点是从日文命令组中选出并排列的形式记述每一个设备的控制逻辑，即可以当作物流生产线的仿真器使用，又可以在单一的机械设备的仿真方面用来变通使用，但凶为是日本国产工具软件，所以非常适合日本国内的物流系统需求模型设计。(6)e M P l a n te M P l a n t(原名S I M P L E+)系统规划分析模拟软件，也属于平面离散系统生产线仿真器。使用这种软件可以在规划阶段透过e M P l a n t 分析全厂的设施规划方案选择、设备投资评估、暂存区、生产线平衡、瓶颈分析、派工模拟、产能分析模拟及企业再造等模拟分析，其主要目的是整体系统的优化等，主要与周边系统联合起来灵活使用。但因价格昂贵，与其他物流仿真软件在价格方面不被看好。(7)F l e x s i mF l e x s i m 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。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的快速、轻易、高效建模的主要特征描述出来。第2 章果蔬类农产品物流配送与系统仿真概述(8)R a L C(乐龙)R a L C(乐龙)软件，是上海乐龙人工智能软件有限公司(日本人工智能服务有限公司在华子公司)提供的。它是面向对象的，物流配送中心所使用的基本搬运器械设备即对象事物，包括各种传送带、自动立体仓库、平板车等，以及工作人员的装卸、分拣、叉车搬运等，全部以按钮的形式摆放在工具栏上，而且可以对对象物体的配置来进行设计，用于对各类对象物体的形状和规格建模也十分直观。R a L C 乐龙系列软件在建模速度、建模操作简便性、模拟和仿真精确度等方面都处于世界领先水平。(9)W i t n e s sW i t n e s s 是英同L a n n e rG r o u p 的产品，是平面离散系统生产线仿真器，操作简单，在低配置计算机上也完全可以灵活使用，具有完备的基本仿真功能和处理优势，还具备了三维立体显示功能(t)，扩大了其适用范围，具体特点在下文详细讲述。综合比较以上9 种物流仿真软件，从适用范围、操作简单性、计算机支持性能、价格等方面考虑，本文选用W i t n e s s 软件进行果蔬配送中心建模与仿真的研究。下一节具体介绍W i t n e s s 软件。2 3W i t n e s s 软件简介W i t n e s s 是由英同L a n n e r 公司推出的具有强人面向对象的功能的仿真软件系统。它可以用于离散事件系统的仿真，同时又可以用于连续流体(如液压、化工、水力)系统的仿真。目前已被成功运用于国际3 0 0 0 家知名企业的解决方案项目，在汽车、航天航空、电子电器、食品饮料、石油天然气、医药化工、交通运输等领域都有广泛的应用，如A i r b u s 公司的机场设计布局优化、B A A 公司的机场物流规划、E x x o n 化学公司的供应链物流系统规划、F o r d 汽车公司的工厂布局油画和发动机生产线优化、T r e v o rB a s s e t t公司的分销物流系统规划等。L a n n e r 公司已经在包括澳大利亚、巴西、法国、德国、中国、意大利、日本、韩国、南非、美国、英国等2 5 个国家和地区设立的代理，负责软件的推广和技术支持等工作。W i t n e s s 之所以运用如此广泛，取决于其不同于其它仿真软件的特定和功能。2 3 1W i t n e s s 的主要特点及功能特征(1)W i t n e s s 的特点u 盯面向对象建模，简单易用W i t n e s s 提供可以表征实际运作系统中所有对象的可视化元素；比如：p a r t，m a c h i n e，c o n v e y o r，b u f f e r，v e h i c l e，t r a c k，l a b o r。利用这些元素可以形成交互式面向对象的建模1 4中国石油大学(华东)硕士学位论文环境，在模型建立的任何时刻，可以根据系统要求修改和定义某些单元，在不需要蕈新返回到仿真初始时刻的条件下继续运行更改后的仿真模型。实时的可视化的彩色动画显示对应于不同元素，设定了高效的报表、彩色动画(2 D、3 D)功能。在建立系统逻辑单元的同时，可以建立相应的彩色图形模型，显示在屏幕上，并且在仿真模型运行的过程中实时地反映系统各元素当前的属性，以便于辅助建模和系统研究分析。输入、输出方式灵活W i t n e s s 可以直接与E x c e l 数据表和C A D 图形文件进行数据交互，与多种类型的数据库进行连接。W i t n e s s 这种灵活的输入、输出方式，使输出结果不仅可以通过软件自身具备的输入方式和报表、曲线图、饼状图和直方图等输出外，还可以与写字板、E x c e l、C A D 图形文件等其他应用软件相连，相互配合使用，便于系统仿真模型输入数据的引用和仿真输出结果的研究分析。提供了类型丰富的随机函数和模型单元W i t n e s s 提供了零部件、机器、劳动者等9 种离散型元素；运输网络、路线集等四种运输逻辑元素；属性、变量、分布、函数等7 种逻辑元素；时间序列图、饼状图等3种图形元素；正态分布、指数分布、均匀分布等1 4 种分布函数。这就是W i t n e s s 具有强大的用户自定义功能(图形、函数、报表)，可以组成各种复杂的系统模型，从而满足多种系统仿真建模的要求。O p t 模块提供多种类型的优化算法。在进行真实系统的仿真模拟时，往往要求得出系统绩效最优时或者相对较好的几种方案的系统配置，这就需要通过比较和权衡，选择其中的一种配置进行现实系统的实施运行。为解决这个问题，W i t n e s s 仿真软件增加了一种独特的优化模块O p t i m i z e r。通过使用该模块，构建目标函数以及模型元素可能选择值，就可以按照特定算法连续、快速有效的搜索出模型的最优方案。V R(V i r t u a lR e a l i t y)模块提供了与3 D 文件的接口。V R 技术是一种虚拟现实技术，通过计算机图形构成三维数字模型，使用户产生一种身临其境的感觉；另外，虚拟现实具有交互性，它是一种开放、互动的环境，可以通过控制与监视装置影响或被使用者影响。虚拟现实还是一个演示媒体和设计工具，它以视觉形式反映设计者的思维，具有高度的想象性。(2)W i t n e s s 的功能特征第2 章果蔬类农产品物流配送与系统仿真概述W i t n e s s 提供了大量的描述工业系统的模型元素，如生产线上的加工中心，传送设备、缓冲存贮装置等，以及逻辑控制元素，如流程的倒班机制，事件发生的时间序列，统计分布等，用户可方便地使用这些模型元素建立起工业系统的运行的逻辑描述。通过其内置的仿真引擎，可快速地进行模型的运行仿真，展示流程的运行规律。进一步，在整个建模与仿真过程中，用户可根据不同阶段的仿真结果，随时地修改系统模型，如添加和删除必要的模型元素，动态地提高模型的精度。可方便地设计与测试新设计的工厂和流程方案，平衡服务与花费，简化换班模式，评测可选的设计方案。W i t