物流系统仿真工作总结.docx

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1、物流系统仿真工作总结目录 一、物流系统仿真基本步骤 . 2 问题定义 . 3 制定目标和定义系统效能测度 . 3 描述系统和列出假设 . 3 列举可能的替代方案 . 4 收集数据和信息 . 4 确定仿真算法 . 4 构造计算机模型 . 5 验证和确认模型 . 5 运行可替代实验 . 6 输出分析 . 7 结果输出 . 7 二、利用Witness的具体仿真过程 . 7 定义系统元素 . 7 显示系统元素 . 7 详细定义 . 7 运行. 8 报告. 8 归档. 8 优化. 8 一、物流系统仿真基本步骤 对于每一个成功的仿真研究项目，其应用都包含着特定的步骤。不论该研究的类型和目的，仿真的过程是保

2、持不变的。一般要进行如下11步： 问题定义 制定目标 描述系统并对所有假设列表 罗列出所有可能替代方案 收集数据和信息 确定仿真算法 建立计算机模型 校验和确认模型 运行模型 分析输出 结果输出 开始系统能 定义？否结束通过验证 和确认？否结束问题定义确定系统参数适合 仿真？实验分析否结束建立模型归档实施收益成本 ？否结束数据可获得？否结束结束规划数据分析与收集拥有 资源？否结束建立模型问题定义 一个模型不可能呈现被模拟的现实系统的所有方面，有时是因为太昂贵。另外，一个表现真实系统所有细节的模型也常常是非常差的模型，因为它将过于复杂和难于理解。因此，明智的做法是：先定义问题，再制定目标，然后构

3、建一个能够完全解决问题的模型。在问题定义阶段，对于假设要小心谨慎，不要做出错误的假设。例如，假设叉车等待时间较长，比假设没有足够的接收码头要好。作为仿真大纲，对问题的陈述越普通越好。 制定目标和定义系统效能测度 没有目标的仿真研究是毫无用途的。目标是仿真工程所有步骤的导向，系统的定义是基于系统目标的；目标决定了该做出怎样的假设；目标决定了应该收集那些信息和数据；模型的建立和确认专门是考虑是否满足目标的需求。目标需要清楚、明确和切实可行。目标经常被描述成像这样的问题“通过添加机器或延长工时，能够获得更多的利润吗？”在定义目标时，详细说明那些将要被用来决定目标是否实现的性能测度是非常必要的。每小时

4、的产出率、工人利用率、平均排队时间、以及最大队列长度是最常见的系统性能测度。最后，列出仿真结果的先决条件。如，必须通过利用现有设备来实现目标，或最高投资额要在限度内，或产品订货提前期不能延长等。 描述系统和列出假设 简单点说，仿真模型降低完成工作的时间。系统中的时间被划分成处理时间、运输时间和排队时间。不论模型是一个物流系统、制造工厂、或服务机构，清楚明了的定义如下建模要素都是非常必要的：资源、流动项目、路径、项目运输、流程控制、加工时间，资源故障时间。下面是对各要素的简要描述：仿真将现实系统资源分成四类：处理器、队列、运输和共享资源如操作员。流动项目的到达必须定义，如：到达时间、到达模式和该

5、项目的类型等属性。在定义流动路径时，合并和转移需要详细的描述。项目的转变包括属性变化、装配操作、拆卸操作。在系统中，常常有必要控制项目的流动。如：一个项目只有在某种条件或某一时刻到来时才能移动，以及一些特定的规则。所有的处理时间都要被定义，并且要清楚表明那些操作是机器自动完成，哪些操作是人工独立完成，哪些操作需要人机协同完成。资源可能有计划故障时间和意外故障时间。计划故障时间通常指午餐时间，中场休息，和预防性维护等。意外故障时间是随机发生的故障所需的时间，包括失效平均间隔时间和维修平均间隔时间。 在这些工作完成之后，需要将现实系统作模型描述，它远比模型描述向计算机模型转化困难。现实向模型的转化

6、意味着你已经对现实有了非常彻底的理解，并且能将其完美的描述出来。这一阶段，将此转换过程中所作的所有假设作详细说明非常有必要。事实上，在整个仿真研究过程中，所有假设列表保持在可获得状态是个很好的主意，因为这个假设列表随着仿真的递进还要逐步增长。假如描述系统这一步做得很好，建立计算机模型这一阶段将非常简便。 注意，获得足够的、能够体现特定仿真目的的系统本质的材料是必要的，但是不需要获得与真实系统一一对应的模型的描述。 列举可能的替代方案 在仿真研究中，确定模型早期运行的可置换场景是很重要的。它将影响着模型的建立。在初期阶段考虑替代方案，模型可能被设计成可以非常容易的转换到替换系统。 收集数据和信息

7、 收集数据和信息，除了为模型参数输入数据外，在验证模型阶段，还可以提供实际数据与模型的性能测度数据进行比较。数据可以通过历史纪录、经验、和计算得到。这些粗糙的数据将为模型输入参数提供基础，同时将有助于一些需要较精确输入参数数据的收集。现存数据并不是总是有用的，通过测量收集数据可能要费时、费钱。同立马行动，收集系统输入参数数据相比，除了分析中，模型参数需要极为精确的输入数据外，采用估计方法来产生输入数据更为高效。估计值可以通过少数快速测量或者通过咨询熟悉系统的系统专家来得到。即使是使用较为粗糙的数据，根据最小值、最大值和最可能取值定义一个三角分布，不仅仅采用平均值仿真效果都要好得多。有时候采用估

8、计值也能够很好的满足仿真研究的目的。例如，仿真可能被简单的用来指导人员了解系统中特定的因果关系。在这种情况下，估计值就可以满足要求。当需要可靠数据时，花费较多时间收集和统计大量数据，用以定义出能够准确反映现实的概率分布函数就是非常必要的。需要的数据量的大小取决于变量的变异程度，但是也有通用的规则，大拇指法指出至少需要三十甚至上百的数据。假如要获得随即停机时间的输入参数，必须要在一个较长时间段内捕获足够多的数据。 确定仿真算法 仿真算法是控制仿真钟推进的方法，是系统仿真的核心 。多数仿真软件是在事件调度法、进程交互法和活动扫描法的基础上编写的。一般采用数值积分法、快速仿真算法、离散相似法等仿真数

9、学算法原理，线性系统、非线性系统、采样系统的仿真处理过程。 构造计算机模型 构造计算机模型的过程中，仿真研究目标要记在心中。首先构建小的测试模型来证明复杂部件建模是合适的。一般建模过程是呈现阶段性的，在进行下一阶段建模之前，验证本阶段的模型工作正常。而从不会将整个系统模型构建起来，然后点击“运行”按钮来进行系统的仿真。在建模过程中运行和调试每一阶段的模型。我们可能想对同一现实系统构建多个计算机模型，每个模型的抽象程度都不相同。抽象模型有助于定义系统的重要部分，并可以引导为后续模型的详细化而进行的数据收集活动 验证和确认模型 验证是确认模型的功能是否同设想的系统功能相符合。模型是否同我们想构建的

10、模型相吻合；产品的处理时间、流向是否正确；确认范围是否更广泛。它包括：确认模型是否能够正确反映现实；评估模型仿真结果的可信度有多大。 1、验证模型 现在有很多技术可以用来验证模型。最最重要的、首要的是在仿真低速运行时，观看动画和仿真钟是否同步运行，它可以发现物料流程及其处理时间的总的差异。另一种验证技术是在模型运行过程中，通过交互命令窗口，显示动态图表来询问资源和流动项目的属性和状态。通过“步进”方式运行模型，和动态查看轨迹文件可以帮助人们调试模型。运行仿真时，通过输入多组仿真输入参数值，来验证仿真结果是否合理也是一种很好的方法。在某些情况下，对系统性能的一些简单测量可以通过手工或使用对比而来

11、获得。对模型中特定区域要素的使用率和产出率通常是非常容易计算出来的。在调试模型中是否存在着某种特定问题时，推荐使用同一随机数流，这样可以保证仿真结果的变化是由对模型所做的修改引起的，同时对随机数流不做改动，有时对于模型运行在一些简单化假设下，非常有帮助，这些假设是为了更加简便的计算或预测系统性能。 2、确认模型 模型确认能够建立模型的可信度。但是，现在还没有哪一种确认技术可以对模型的结果做出100%的确定。我们永远不可能证明模型的行为就是现实的真实行为。如果我们能够做到这一步，可能就不需要进行仿真研究的第一步了。我们尽力去做的，最多只能是保证模型的行为同现实不会相互抵触罢了。通过确认，我们试着

12、判断模型的有效程度。假如一个模型在得到我们提供的相关正确数据之后，其输出满足我们的目标，那么它就是好的。模型只要在必要范围内有效就可以了，而不需要尽可能的有效。模型结果的正确性与获得这些结果所需要的费用之间总存在着权衡。 下面是判断模型有效性的一些指标： 1) 模型性能测度是否同真实系统性能测度匹配？ 2) 如果没有现实系统来对比，可以将仿真结果同相近现实系统的仿真模型的相关运行结果作对比。 3) 利用系统专家的经验和直觉来假设复杂系统特定部分模型的运行状况。 4) 在每一主要人物确认模型的输入和假设都是正确的，模型的性能测度都是可以测量的之前，对模型作各部分的随意测试。整个团队的智慧都对模型

13、的有效性做出了贡献。 5) 模型的行为是否同理论相一致。确定结果的理论最大值和最小值，然后验证模型结果是否落在两个数值之间。 6) 对于我们了解改变输入值，其输出的变化方向的特定性能测度，可以通过改变其输入参数，来验证一致性。 7) 模型是否能够准确的预测结果？这项技术用来对正在运行中的模型进行连续的有效性验证。 8) 是否有其他仿真模拟器模拟了这个模型？要是有的话那就再好不过了，可以将两个模型的运行结果进行对比。 运行可替代实验 当系统具有随机性时，就需要对实验做多次运行。因为，随机输入导致随机输出。如果可能，在第二步中应当计算出已经定义的每一性能测度的置信区间。可替代环境能够单独构建，并可

14、以通过手工使用WITNESS 软件中的SDX 模块来进行模拟，或通过使用“OPTIMIZER”模块自动运行模拟。在选择仿真运行长度时，考虑启动时间，资源失效可能间隔时间，处理时间或到达时间的时间或季节性差异，或其他需要系统运行足够长时间才能出现效果的系统特征变量，是非常重要的。 输出分析 报表、图形、表格和置信区间点图将被用于输出结果分析。置信区间指出性能测度依赖的范围。这个使用上、下限来表示。称上限和下限之差为精度。精度的可靠性用百分比来表示。统计技术用来分析不同场景的模拟结果。一旦分析结果并得出结论，我们要能够根据模拟的目标来解释这些结果。通常，使用结果和方案的矩阵非常有帮助。 结果输出

15、仿真结果输出有实时在线输出和在仿真结束时输出两种方式。当对系统进行动态分析时，往往需要了解各种中间变量或输出变量的实时变化情况。对于这些变量可以设定在仿真钟推进的每一或某一时刻输出该变量的瞬时值，即实时在线结果输出，输出的是仿真阶段性的结果。最后在仿真结束后，需要输出最终的方针结果。目前成熟的仿真软件一般都提供多种仿真输出形式，如表格输出、直方形、饼图、曲线图等图形以及数据文件等输出。 二、利用Witness的具体仿真过程 定义系统元素 可以通过在布置窗口中点鼠标右键，选定快捷菜单中的 “define”菜单项，来定义模型基本元素的名称、类型、数量； 显示系统元素 witness 软件是一套优秀

16、的可视化建模与仿真工具，它可以将被仿真系统的可视实体以二维或三维的图形显示出来；在仿真运行时，它可以显示原材料、零部件、人员、运输车辆在系统中的运动状况。所以在定义了元素的基础上，要定义元素在各种状态下的现实图形。本步骤可以通过右击来定义显示特征的元素，通过选定弹出式菜单中的“display”菜单项，来进行设定。各种元素的平面布置可以在witness 的布置窗口中设定，也可以通过导入被仿真系统设施布置图的.dwg 文件来设定。 详细定义 本步骤详细定义模型基本元素工作参数以及各元素之间的逻辑关系，如系统结构、被加工对象在各台机器上的加工时间分布、加工对象的工艺路线、以及其他规则等。可以双击鼠标

17、左键，通过弹出的“detail”对话框来设定。 运行 通过试运行和修改模型，重复前三步得到正确的计算机仿真模型之后，对系统进行一定时间范围的运行，并在屏幕上动画显示系统运行的过程，运行方式可以是单步的、连续的和设定时间的。本步骤通过witness 提供的“run”工具栏来进行操作。 报告 系统运行一段时间后，显示系统中各元素的运行状态统计报告。通过该报告，可以分析系统中可能存在的各种问题；或通过某项指标，来比较可选方案的优缺点。如机器的利用率、产品的通过时间、在制品库存等。该操作通过使用“reporting”工具栏来实现。 归档 witness 还提供了归档“document or”模块，可以让我们提取计算机模型的各种信息，生成word 文档或直接打印出来。主要是生产报告模块没有包含的有关元素的说明型文字、规则、活动、中断和基本信息。 优化 witness 还提供了系统优化“optimizer”模块。如果一个系统的绩效将因为其构成元素的配置不同，而得到不同的结果，并不需要建立多种配置的计算机模型。我们可以直接使用同一个计算机模型，然后通过“optimizer”模块来设定每一元素的可变属性值的取值范围，得到一个取值范围集合，并设定表示绩效的目标函数是取最大值，还是最小值，进行优化仿真运行，就可以得到前n 个最优绩效的系统配置。