物流仿真模型培训课程

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,参考书目,1、 Simulation using Promodel, Mc Graw Hill education,2、物流系统仿真，北京邮电大学出版社,3、现代生产物流及仿真，清华大学出版社,4、系统仿真软件flexsim3.0实用教程，清华大学出版社,教学计划,讲授16个学时；,实验20个学时；,考核方式：考试（70）+平时成绩（30）,课程导言,Modeling & Simulation, M&S,M&S是21世纪制造业的一项关键支撑技术,IMTR,将M&S列为能够影响美国整个制造业的发展，全面提升制造企业技术水平和快速反应能力的技术领域之一,课程要求,掌握基本概念,如：系统、系统模型、仿真模型等,掌握仿真的基本方法,熟悉至少一种仿真软件,熟悉并实现一些典型的物流系统仿真实例,目录,第一章 绪论,第二章 物流系统建模,第三章 典型物流系统仿真模型,第四章 系统仿真应用基础,第五章 物流系统仿真及软件,理论框架,系统仿真三要素,对象系统,系统模型,仿真模型,三个基本活动：,系统建模,仿真建模,仿真试验,系统模型,对象系统,仿真模型,系统建模,仿真试验,仿真建模,图1.系统仿真的要素和相互关系,一、系统&物流系统,系统：,是由若干可以相互区别、相互联系而又相互作用的要素所组成，在一定的阶层结构形成中分布，在给定的环境约束下，为达到整体的目的而存在的有机集合体。,一般模型,转换处理,输入,输出,干扰,反馈,环境,图2.系统的一般运作模式,物质、能量、信息,产品,物流系统：,是指在一定的时间和空间内，由所需位移的物资与包装设备、搬运装卸机械、运输工具、仓储设施、人员和通信联系等若干相互制约的动态要素，所构成的具有特定功能的有机整体,目的：3S1L(Speed、Safety、Surely and Low),包括：运输、储存、包装、装卸、搬运、配送、流通加工、信息处理等子系统,物流系统,物流作业系统,物流信息系统,物流系统的基本模式,图3.物流系统的基本模式,物流管理,物流各项业务活动,物流信息处理,物流技术措施,效益、服务、污染,设备、人员、资金,反馈,输入,输出,信息,环境,物流系统的环境,技术设备系统,社会因素,市场地理环境,推销、销售、服务,销售系统,宣 传,策 划,运 输,仓储、存货、资讯,顾客服务、搬运与包装,物流系统,管理教育,生产系统,财务系统,试验、检验、包装,加工、组装,研发设计,会计,出纳,报表、统计,科技因素,政府政策及法规,竞争策略,经济与产业结构,企业主要系统,图4.物流系统的环境因素,系统的研究内容,实体,：,存在于系统中的每一项确定的物体，即组成系统的具体对象元素；,属性,：,实体所具有的每一项有效的特征，即实体的特性（状态和参数）；,活动,：,实体随时间推移发生的状态变化。,内生活动：系统内部实体相互作用产生的活动；,外生活动：系统外部环境影响产生的活动；,例如：港口码头是一个系统，该系统中的实体为船舶及码头装卸设备等；它的属性是任务类型、任务数量、设备数量等；它的活动则是船舶的靠泊及任务的装卸过程；环境则是码头所处的自然环境和社会环境等。,系统的特征,目的性,集合性,相关性,层次性,整体性,对环境的适应性,物流系统特征：,（1）人机交互,（2）跨度大,（3）可分性,（4）动态性,（5）复杂性,（6）多目标性,系统的分类,确定型系统和随机型系统,连续型系统和离散型系统,简单系统和复杂系统,图5.1 确定型系统和随机型系统,m,s,A,m1,s,m3,s,m2,s,A,A,A,(a),(b),参变量,时间,（a）,参变量,时间,事件时间,（b）,（c）,订货量,时间,库存量,图5.2 连续型系统和离散型系统,理论框架,系统仿真三要素,对象系统,系统模型,仿真模型,三个基本活动：,系统建模,仿真建模,仿真试验,系统模型,对象系统,仿真模型,系统建模,仿真试验,仿真建模,图1.系统仿真的要素和相互关系,二、物流系统模型概述,物流系统模型：,是对物流系统的,特征要素,、,变化规律,和,相关信息,的一种抽象表达，它反映了物流系统的,某些本质属性,，描述了,物流系统各要素间的相互关系、系统与环境之间的相互作用,，反映了,所研究的物流系统的主要特征,。,特征如下：,（1）实体的抽象或模仿；,（2）由与分析问题有关的因素所组成；,（3）表明因素间的关系。,模型分类,系统建模方法,直接分析法（推理分析法）：,对于内部结构和特性已经清楚的系统，即所谓的“白箱”系统，可以利用已知的定律和定理，经过一定的分析和推理，得到系统模型（,【,例,1】,）,数据分析法（统计分析法）：,对于那些属于“黑箱”，但又不允许直接进行实验观察的系统，可以采用数据收集和统计分析的方法来建造系统模型（,如防弹背心的设计,）,实验分析法：,对某些问题，现有数据不能确定个别变量对整个系统的影响，又不可能做全局实验时，可局部实验分析本质,（,【,例,2】,）,模拟分析法（类比法）：,用一个容易实现试验和计算的系统代替与其有相似特性的，进行数量描述与试验有困难的系统的方法,（,【,例,3】,）,主观想象法,（,如,对未来生态系统、经济系统的研究,）,人工实现法,（,【,例,4】,）,直接分析法,【例1】,某加工车间要把剩余的27kg塑料和290度电加工成甲、乙两种产品，生产1米甲产品需要2kg塑料和40度电，生产1米乙产品需要3kg塑料和10度电。售出1米甲产品可获利7元，1米乙产品获利6元，如何确定甲、乙两种产品的产量，使总利润最大。,目标函数,约束条件,解法：,直接分析法,实验分析法,【例2】,某厂对广告费用和销售额度的关系进行研究时发现，以往经验认为两者之间呈正比例递增（a），但实际上广告费用增加到一定数量时销量出现了一定的平台期（b）。这样系统分析人员联想到心理学中有一种典型的反映函数形式（c）。这一心理学刺激反应规律说明，推销员老是推销一种产品，顾客由于逆反心理反而不愿意购买它。因此必然有一个最佳广告费用，即销售量刚刚饱和时的费用，但现在的数据不能确定这最佳值，而厂家也不愿意承担全面实验的风险。,销售量,广告费,（a）,销售量,广告费,（b）,销售量,广告费,（c）,解决办法：,该工厂选定250个销售区中的18个区做实验，证明每一类顾客的反,应确实符合图（c）所示形状，通过这18个区的实验，大致找到了“最佳”广告费,的范围，得到了它们的平均值、最小值和最大值,模拟分析法,【例3】,某公司准备建一临时材料库向n个工程项目工地供应材料，如何选择建设地址才能使总费用最省？,解决方案：按重心法建立以下模拟,模型。,按工程项目工地相对位置在一,木盘上钻孔，将若干条线绳的一端,连在一个小铁环上，另一端分别穿,过钻好的小孔，并按项目所需材料,的比例挂上相应的砝码，这样小铁,环就平衡在一个固定的位置。,人工实现法,对系统的内部结构和特性尚不清楚，系统结构复杂，既无足够的数据，又无法对系统进行实验，甚至不允许做实验时，可以人为地逐步建立模型,建模步骤及原则,建立模型目的,提出问题,构思模型系统,收集资料,设置变量参数,模型方案具体化,检验模型正确性,模型标准化,编程,建模原则：,（1）抓住本质,（2）符合假设,（3）规模得当,（4）模型具有代表性,（5）保证足够的精度,（6）尽量标准化,理论框架,系统仿真三要素,对象系统,系统模型,仿真模型（计算机）,三个基本活动：,系统建模,仿真建模,仿真试验,系统模型,对象系统,仿真模型,系统建模,仿真试验,仿真建模,图1.系统仿真的要素和相互关系,提出问题,对一个复杂的实际系统，人们通常采用什么方式研究？,一个未执行的军事行动,一个正常运行的核电站放射泄漏应急方案,一台尚未有前例的临床手术,一个待建的物流配送中心,解决手段,一般研究的两类手段,直接在实际系统上研究,建立模型，在模型上研究,直接研究的困难,系统还不存在,系统的破坏性实验,实验条件无法保证（时间太长、费用太高或人为偏差）,自古以来的仿真应用,中外古代战争对仿真基本原理的应用，这种远时代的作战模拟后来以各种棋类（比如中国象棋、围棋）流传了下来；,建筑中用木模研究建筑物的结构与承载性能；,军事沙盘古代沙盘和现代的沙盘仿真模型；,典型仿真案例展示,你了解哪些仿真的新发展？,你参观过虚拟现实实验室吗？,体验过与虚拟现实仿真系统的人机交互吗？,头盔显示器,头部跟踪器,数据手套,虚拟现实技术,模拟飞行驾驶,虚拟人,游戏娱乐,6自由度飞行模拟器,飞行模拟,虚拟现实仿真技术用于治疗心理恐惧症公共演讲恐惧症,美国乔治亚大学使用虚拟现实技术来临床治疗公共演讲恐惧症：很多人，仅仅是想象一下在公共场合演讲就会手心出汗、心跳加速、胃部抽搐。通过使用电脑生成图像、声音的头盔虚拟现实技术来帮助治疗。乔治亚大学的心理学助理教授Page Anderson，进行临床应用研究，研究这种新科技能够将公共演讲的恐惧和忧虑降低到什么程度。,虚拟现实技术用于治疗心理恐惧症飞行恐惧症和恐高症,Anderson尝试,让患者沉浸于像真实环境一样的虚拟场景中，以使患者逐渐减轻恐惧感,。 虚拟飞行惯于治疗患有飞行恐惧症的人，在患者坐位下的低音音箱发出模仿真实喷气飞机引擎的隆隆声。这些境遇会使患者战胜自身的恐惧，接受Anderson虚拟疗法的患者已经可以举起手进行提问。虚拟治疗比传统治疗的方便在于，不会像治疗飞行恐惧症那样往返机场，很难否认，通过使用科学技术能够避免过多的花费,仿真的作用,对已经发生的系统历史过程，通过仿真进行再现，以研究其规律,研究一个尚未存在的对象系统的特征、性能、规律等,对于存在但由于各种因素难以在实际系统上进行实验的系统,用于理解实际系统，进行What if分析,用于对一个系统的多种方案对比研究,对其它研究方法得到的研究结果进行验证,其它,作为沟通工具；,培训；,按系统所处的时间、空间划分，其作用体现在,按仿真应用的目的、内容划分，其作用体现在,仿真的优势,对复杂性问题的优势,对随机性问题的优势,安全性优势,成本优势,可视化优势,重复性优势,时间优势,风险优势,思考：,仿真的劣势或局限性？,三、仿真,仿真(Simulation)是对实际过程或系统随时间变化的运作的模仿(imitation, mimic)。仿真通过建立系统模型(System model)来描述实际系统的行为,目前，系统仿真多数是在计算机上进行的,系统仿真可定义为：,根据系统分析的目标，在分析系统各影响要素性质及其相互关系的基础上，,建立,能够描述系统结构和行为且具有一定逻辑关系和数学性质的,仿真模型,，对系统进行,试验和定量分析,，以获得决策所需的信息,。,仿真模型,对实际系统的二次简化！,反映系统模型同计算机（仿真器）之间的关系,能被计算机或者仿真器接受，并运行,仿真实验：是指设计合理、方便且服务于实验研究的实验步骤和软件，以对模型进行运转,可重复性,人机交互能力,一定条件下，便于引入实际部件，增加可信度,系统仿真过程,修改模型并确认,系统定义,构造模型,数据准备,模型转换,模型运行,分析并评论仿真结果,停止,结果是否充分,是否用仿真,其他方法研究,模型是否有效,修改模型的策略或参数，或做一次重复运行,否,否,否,是,是,是,按仿真时间分类,实时仿真：仿真时间与系统时间同步；如飞行训练,亚时仿真：仿真速度低于系统速度（慢动作）；如,电子对撞产生新粒子的过程,超时仿真：仿真速度高于系统速度，应用最广泛,系统仿真分类,按被仿真系统的特性分类,连续系统仿真：系统的状态随时间连续变化的系统,(,Continuous System,),离散系统仿真：系统状态变化只发生在一些,随机,时,(,Discrete System,),间点上的系统,多数工程系统是属于连续系统，如电力系统、发电机组、航空发动机、液压系统等。,银行、配送中心等属于离散系统,系统仿真的发展与应用,年代,发展的主要特点,1600-1940,物理科学基础上的建模,20世纪40年代,电子计算机出现，,冯诺依曼,正式提出了,系统仿真的概念,，,20世纪50年代中期,仿真应用于航空领域,20世纪60年代,出版了仿真领域,最具权威性的学术刊物“SIMULATION,”；,工业操作过程仿真；,20世纪70年代,包括经济、社会、环境的大系统仿真,20世纪70年代中后期,系统与仿真结合，如用于随机网络建模的SLAM仿真系统；,系统仿真与更高级的决策结合，如决策支持系统；,20世纪80年代中期,集成化建模与仿真环境,20世纪90年代,可视化建模仿真，虚拟现实仿真，分布交互仿真,系统建模与仿真的发展趋势,90年代以来，计算机仿真技术朝着一体化建模与仿真环境的方向稳步发展。新的研究热点如：,面向对象仿真（object-oriented simulation, OOS）,定性仿真（qualitative simulation, QS）,分布交互仿真（distributed interactive simulation, DIS）,人工智能仿真（artificial intelligence simulation, AIS）,虚拟现实仿真（virtual reality simulation, VRS）,可视化仿真（visual simulation, VS）,多媒体仿真（multimedia simulation, MS）,Internet网上仿真,物流系统仿真,物流系统是一个多因素、多目标的复杂系统，现代物流越来越强调物流的系统化、综合化，而物流系统的整体优化是一个复杂的系统分析问题。,系统仿真方法应用于物流系统有如下几类：,物流过程仿真；,物流管理仿真；,物流成本仿真。,在物流领域中的应用主要涉及交通运输、仓储、供应链、自动化物流系统、物流园区规划等多个方面。,物流系统仿真的广泛应用,自动化物流系统仿真,AS/RS系统仿真,Conveyor输送系统仿真,AGV系统仿真,Picking/Sorting系统仿真,生产物流系统仿真,供应链仿真,物流园区规划仿真,交通运输仿真,物流配送中心仿真应用,配送中心管理调度策略仿真；,配送中心作业流程仿真；,配送中心布局与资源配置仿真；,服务业及制造业仿真,供应链仿真,物流系统仿真的作用,1.,系统构建：真实的系统并不存在，并且建立真实的系统需要耗费大量的成本和时间，不知该如何建造才能取得较好的效果。,2. 系统改进：真实的系统是存在的，但系统存在一些问题，希望能改进系统，但不知如何改进。如果在真实的系统上进行实验则代价昂贵。,3. 系统分析：一个系统非常复杂，不知如何操作才能有好的效果，因此需要对这个复杂的系统进行预测和分析。,4. 考虑随机因素：系统比较简单，可以用数学的方法求解，但求解过程无法考虑随机因素，且结果不直观，因此生产一线人员难以相信纯数学方法计算的结果，而希望看到更直观的效果以指导生产。,