物流工程第章物流系统仿真技术

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,2021/2/8,#,第10章 物流系统仿真技术,本章导读,熟悉物流系统仿真的基本概念、基本原理。,了解物流系统仿真的一般方法和步骤，了解物流系统仿真的常见应用。,一般了解物流系统仿真常见软件的应用。,物流系统仿真技术能够在物流系统的规划设计阶段，对设施布置、设备配置、系统能力、参数优选、系统运行、作业流程等进行仿真分析，评价和对比不同的系统设计方案，从而达到优化物流系统的目的。,物流系统仿真技术在国外已普遍推广应用，据国外经验，应用物流系统仿真技术后能使物流系统方案总投资有效降低30左右。,10.1 基本概念和基本原理,10.1.1 基本概念,1）系统、系统模型与系统仿真,“系统、模型、仿真”三者之间有着密切关系。系统是研究的对象，模型是系统的抽象，仿真是通过对模型的试验以达到研究系统的目的。,系统仿真有三个基本活动，即系统建模、仿真建模和仿真试验，联系这三个活动的是系统仿真的三要素：即系统、模型、计算机（包括软件和硬件）。,2）物流系统的复杂性,物流系统是由物流各要素组成且各要素之间存在着有机联系的综合体。,物流系统是一个复杂系统，其复杂性主要源于物流系统诸要素的不确定性和系统要素间的相关性，而且随着系统要素不确定性和相关性的相互叠加，其复杂性进一步增强。,3）物流系统仿真,系统仿真方法是一种非解析方法。,物流系统仿真（Logistics System Simulation），就是借助计算机仿真技术，对物流系统建模并进行实验，得到各种动态活动及其过程的瞬间仿效记录，进而研究物流系统性能的方法（物流术语GBT183542006）。,由于物流仿真模型的一次运行只是对真实系统的一次抽样模拟，所以系统仿真不是一种严格意义上的优化方法，它一般不能直接求出系统的最优解。,不过，物流系统仿真却是一种很好的间接优化方法。,系统仿真不单纯追求耗时费力的、有研究意义而无实际意义的最优解，而是快速寻求改善和优化物流系统的途径和方法。,10.1.2 物流系统仿真的基本原理,1）连续系统和离散系统,连续系统是指系统状态随时间连续变化的系统，如电力系统、液压系统、机电系统等。,离散系统又常称之为离散事件动态系统（DEDS：Discrete Event Dynamic System），是指系统状态随时间呈离散变化的系统。更具体地说，DEDS是指受事件驱动、系统状态跳跃式变化、系统状态迁移发生在一串离散时间点上的动态系统。,离散系统本质上属于人造系统。,系统中，对系统行为进程起决定作用的是一批离散事件，而不是连续变量，所遵循的是一些人为规则，而不是物理学定律。,结合物流系统的复杂性和不确定性的分析，可以得出这样的结论：物流系统主要是离散系统（或离散事件动态系统），物流系统行为进程中起决定作用的是人为规定的一系列规则。,2）离散事件系统的基本要素,描述一个离散事件系统一般需要5个基本要素：实体、属性、事件、活动、进程等。,（1）实体,实体分为临时实体和永久实体两类。凡是在系统仿真期间流经系统、在仿真结束时已经离开系统的实体称为临时实体。凡在系统仿真期间自始自终停留在系统中的实体称为永性实体。,例如进入企业的原材料，经生产加工后离开企业进入销售流通领域，对生产企业来说就是临时实体，而生产加工的机器设备则为永久实体。再如，送达配送中心经储存又离去的货物是临时实体，而货架则是永久实体。,（2）属性,实体的所有特征称为实体的属性。,需要强调的是，实体可能具有若干特征，但并不是所有的特征都被称为仿真系统的实体属性。只有与物流系统仿真相关的那些特征，才称为属性。,例如，物品有大小、形状、颜色等属性，又有加工（仓储）批量、到达（离开）时间等属性，显然这里只有加工（仓储）批量、到达（离开）时间等才可以称之为仿真系统的实体属性。,（3,）,）事,件,件,在离,散,散事,件,件系,统,统仿,真,真中,，,，事,件,件有,两,两类,。,。,一类,是,是引,起,起系,统,统状,态,态变,化,化的,行,行为,，,，例,如,如仓,储,储系,统,统物,品,品入,库,库到,达,达被,称,称为,一,一个,事,事件,，,，物,品,品的,出,出库,离,离去,被,被称,为,为一,个,个事,件,件。,可,可以,看,看出,这,这一,类,类事,件,件是,系,系统,固,固有,的,的，,是,是系,统,统状,态,态变,化,化的,主,主要,驱,驱动,力,力。,另一,类,类事,件,件是,所,所谓,的,的程,序,序事,件,件，,例,例如,仿,仿真,过,过程,中,中为,了,了使,仿,仿真,结,结束,，,，专,门,门定,义,义一,个,个事,件,件，,使,使其,终,终止,仿,仿真,。,。程,序,序事,件,件并,非,非系,统,统所,固,固有,的,的，,而,而是,根,根据,需,需要,设,设定,的,的。,（4,）,）活,动,动,活动,是,是两,个,个可,以,以区,分,分的,事,事件,之,之间,的,的过,程,程。,显,显然,，,，事,件,件是,系,系统,状,状态,转,转变,的,的起,因,因，,而,而活,动,动则,是,是系,统,统状,态,态转,移,移的,标,标志,。,。,例如,配,配送,中,中心,中,中，,事,事件,“,“货,物,物到,达,达”,与,与事,件,件“,货,货物,入,入库,”,”之,间,间的,过,过程,，,，就,可,可以,称,称为,活,活动,。,。,（5,）,）进,程,程,进程,是,是由,若,若干,个,个有,序,序事,件,件及,若,若干,个,个活,动,动组,成,成的,过,过程,，,，一,个,个进,程,程描,述,述了,其,其中,所,所包,括,括的,事,事件,和,和活,动,动的,相,相互,逻,逻辑,及,及时,序,序关,系,系。,例如,一,一个,制,制造,物,物流,系,系统,中,中，,工,工件,到,到达,、,、等,待,待、,加,加工,、,、加,工,工完,后,后离,去,去，,就,就可,以,以称,为,为一,个,个进,程,程。,3）,离,离散,事,事件,仿,仿真,钟,钟的,推,推进,方,方法,为了,实,实现,对,对系,统,统的,动,动态,仿,仿真,，,，必,须,须跟,踪,踪仿,真,真过,程,程中,时,时间,的,的推,进,进，,即,即必,须,须给,模,模型,一,一个,从,从某,一,一时,刻,刻推,进,进到,下,下一,时,时刻,的,的时,间,间推,进,进机,制,制。,仿真,钟,钟就,是,是一,个,个仿,真,真模,型,型中,用,用来,记,记录,仿,仿真,当,当前,时,时刻,的,的变,量,量，,即,即用,于,于表,示,示仿,真,真时,间,间的,变,变化,。,。,仿真,钟,钟所,显,显示,的,的是,系,系统,仿,仿真,所,所花,费,费的,时,时间,，,，而,不,不是,计,计算,机,机运,行,行仿,真,真模,型,型的,时,时间,。,。,离散,事,事件,系,系统,仿,仿真,的,的仿,真,真钟,推,推进,方,方法,分,分为,两,两类,：,：一,类,类是,变,变步,长,长推,进,进法(或,称,称下,一,一事,件,件步,长,长法)，,另,另一,类,类是,固,固定,步,步长,推,推进,法,法(,或,或称,固,固定,增,增量,法,法),。,。,变步,长,长推,进,进法,也,也叫,下,下一,事,事件,步,步长,法,法，,或,或面,向,向事,件,件的,仿,仿真,时,时钟,推,推进,。,。该,推,推进,方,方式,事,事先,并,并没,有,有确,定,定时,钟,钟推,进,进步,长,长，,而,而是,根,根据,随,随机,事,事件,的,的发,生,生，,进,进行,随,随机,步,步长,的,的推,进,进，,推,推进,步,步长,为,为最,后,后发,生,生事,件,件与,下,下一,事,事件,之,之间,的,的时,间,间间,隔,隔。,固定,步,步长,推,推进,法,法也,叫,叫面,向,向时,间,间间,隔,隔的,仿,仿真,时,时钟,推,推进,。,。该,推,推进,方,方式,确,确定,一,一个,固,固定,的,的时,间,间间,隔,隔，,以,以此,为,为增,量,量来,逐,逐步,推,推进,仿,仿真,钟,钟。,4）,系,系统,仿,仿真,算法,仿真,算,算法,是,是确,定,定仿,真,真钟,推,推进,策,策略,的,的控,制,制方,法,法，,是,是仿,真,真控,制,制的,核,核心,。,。比,较,较成,熟,熟的,仿,仿真,算,算法,有,有三,种,种：,第一,类,类是,以,以事,件,件为,基,基础,的,的事,件,件调,度,度法,（,（ES，EventScheduling,）,）；,第二,类,类是,以,以活,动,动扫,描,描为,基,基础,的,的活,动,动扫,描,描法,（,（AS，ActivityScanning）,；,；,第三,类,类是,以,以进,程,程为,基,基础,的,的进,程,程交,互,互法,（,（PI，ProcessInteraction）,。,。,（1,）,）事,件,件调,度,度法,事件,调,调度,法,法是,面,面向,事,事件,的,的。,这,这种,方,方法,按,按时,间,间顺,序,序处,理,理物,流,流系,统,统所,发,发生,的,的一,系,系列,事,事件,，,，记,录,录每,一,一事,件,件发,生,生时,引,引起,的,的系,统,统状,态,态的,变,变化,，,，来,完,完成,物,物流,系,系统,的,的整,个,个动,态,态过,程,程仿,真,真。,建模,的,的任,务,务在,于,于确,定,定导,致,致系,统,统状,态,态改,变,变的,事,事件,以,以及,与,与各,类,类事,件,件相,对,对应,的,的逻,辑,辑关,系,系。,（2,）,）活,动,动扫,描,描法,活动,扫,扫描,法,法是,面,面向,活,活动,的,的，,活,活动,开,开始,和,和结,束,束是,物,物流,系,系统,状,状态,变,变化,的,的标,志,志。,在以,活,活动,扫,扫描,为,为基,础,础的,离,离散,型,型仿,真,真中,，,，仿,真,真模,型,型描,述,述系,统,统实,体,体所,进,进行,的,的活,动,动以,及,及预,定,定导,致,致活,动,动开,始,始或,结,结束,的,的条,件,件。,活动,开,开始,或,或终,止,止的,事,事件,并,并非,由,由模,型,型事,先,先安,排,排，,而,而是,由,由为,活,活动,规,规定,的,的条,件,件所,初,初始,化,化。,随,随着,仿,仿真,时,时钟,按,按一,定,定步,长,长推,进,进，,对,对每,项,项活,动,动的,开,开始,或,或终,止,止的,条,条件,进,进行,扫,扫描,。,。,（3,）,）进,程,程交,互,互法,进程,交,交互,法,法是,面,面向,进,进程,的,的，,是,是事,件,件调,度,度法,与,与活,动,动扫,描,描法,的,的结,合,合。,一个,进,进程,包,包含,若,若干,有,有序,事,事件,和,和有,序,序活,动,动，,据,据此,可,可以,模,模型,各,各主,动,动成,分,分的,活,活动,为,为主,线,线生,成,成仿,真,真进,程,程表,。,。仿,真,真时,，,，一,旦,旦某,个,个成,分,分进,入,入物,流,流系,统,统，,它,它将,完,完成,该,该进,程,程中,的,的全,部,部活,动,动。,进程,交,交互,法,法更,接,接近,于,于实,际,际系,统,统，,从,从用,户,户的,观,观点,看,看，,更,更容,易,易使,用,用，,但,但进,程,程交,互,互法,的,的软,件,件实,现,现，,比,比事,件,件调,度,度法,与,与活,动,动扫,描,描法,都,都要,复,复杂,。,。,10.1.3,物,物,流,流系,统,统仿,真,真的,一,一般,步,步骤,10.2,物,物,流,流系,统,统仿,真,真的,应,应用,10.2.1,常,常,见,见的,物,物流,系,系统,仿,仿真,应,应用,系统,仿,仿真,在,在物,流,流系,统,统运,行,行中,的,的应,用,用，,可,可以,从,从三,方,方面,考,考虑,：,：,（1,）,）在,物,物流,系,系统,尚,尚未,建,建立,之,之前,，,，可,以,以评,价,价和,论,