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1、第七章 仿真在物流规划中的应用,第一节 物流系统仿真,一、概要1.物流仿真概述(1)物流系统中流动要素的仿真。(2)物流系统运行中的仿真，大多可视为由一个或多个服务台和一些等待服务的顾客组成的离散系统（称为排队系统）。(3)在同样的情况下，不同的人和组织，物流服务质量和运行效率仍有较大差异。只有通过计算机仿真才有可能比较合理地描述由于人的思维模式对真实系统运行的影响和作用，从而也就有可能获得较为优秀的物流系统运行的组织方案。,2.物流系统仿真模型(1)连续系统模型。连续系统是指系统的状态在时间上平滑地变化。为了反映连续系统的特征，仿真模型建立了一组由状态变量组成的状态方程。(2)离散系统模型。
2、离散系统是一种其状态变量仅在离散时间点呈跳跃式的变化的系统。离散系统仿真可以分为以事件为基础、以活动为基础、以过程为基础的仿真方法。,根据仿真时钟推进的方式不同，又可分为三种方法，即下次事件时间推进法、固定增量时间推进法和主导时钟推进法。下次事件时间推进法。事件是描述系统的一个基本要素。事件是指引起系统状态变化的行为 固定增量时间推进法。采用固定增量时间推进法，仿真钟精确地按某种情况选择的AT时间单位来推进。,主导时钟推进法。它是对主导实体的子时钟进行扫描，找出最小子时钟的主导实体进行处理，它也是下次事件时间推进法的一个特定情况。所谓主导实体，是指在仿真过程中起着关键性和主导作用的实体，它不仅
3、能起到承前启后的贯穿整个仿真进程的作用，而且又能通过它的活动将其他实体活动密切地衔接在一起。公共运营仿真中的公共汽车就是一个主导实体，乘客在不同站点上、下车，车辆在不同站点间的运行，都是随着车辆在不同位置的变化而变化的。,二、物流系统 仿真步骤,1.问题的描述 这一阶段对货运车辆运营系统做深人细致的了解，与车队、车场调度人员反复交流沟，通过认识，使研究者对系统的认识不断深化，使描述的系统与实际相符合。2.设定目标与总体方案 指明仿真目标。本系统仿真的目标是：从物流网络整体出发，对多个可行方案进行计算机仿真，依据输出指标进行比选，寻求物流网络各指标间的合理匹配关系，以确定运营的改进方向及改进方案
4、，使物流网络能以较少的车辆和人员配置，完成既定物流量任务。,3.建立仿真模型 在建立仿真模型前，做好系统的实体及属性分析，活动分析，模型变量分析，系统特征分析，模型指标分析，模型的输入、输出分析以及仿真模型方法选定分析，通过如上分析确定各组成要素以及表征这些要素的状态变量和参数之间的数学逻辑关系，在此基础上构造仿真模型。,4.收集和处理信息 建模和采集所需的输入信息两者是相互联系的，信息采集的类型取决于研究的目标。信息的正确性直接影响仿真结果的正确性，正确地收集和整理信息成为系统仿真的重要组成部分。它包括估计输人参数和获得模型中采用随机变量的概率分布。5.确认模型参数 模型参数确认是对仿真模型
5、及输入参数对真实系统描述的准确程度进行认可，它应贯穿于整个仿真研究，但第5步和第8步的确认特别重要。此时，应进一步与货运车辆、车场调度人员交换信息，增强模型的有效性，并根据决策者的要求，对模型作相应修改，使之更符合实际。,6.仿真模型的程序设计 通过这一步将仿真分析的思路转化成计算机语言编制的程序，根据实际需要选择语言也是重要的，如有图形显示应采取有较强图形功能的计算机语言编程。7.仿真模型的试运行 通过试运行仿真程序来验证程序的正确性。可以构造一些易于为人知道结果的数据，进行模型的试运行，以确认仿真模型的正确性。,8.确认模型正确 根据仿真模型试运行的结果，确认模型的正确性，通过对实际系统的
6、行为和仿真过程两者间差异的比较，以加深对系统的理解，从而改进模型。9.设计试验 进行系统的多个方案仿真时，为了以较少的运行次数获得较优的仿真结果。因此，对仿真方案要经过选择，考虑仿真的初始运行条件、运行时间及重复次数等。,10.仿真运行 通过仿真运行，输出仿真指标，以获得方案比选的信息。11.分析仿真结果 本系统在经过多方案仿真后，把输出的指标用恰当的方式进行综合，并据以进行方案的排序。推荐较优运营组织方案，供决策者参考。,12.向决策者提出建议 在分析模型结果的基础上，提出对决策者有价值的参考建议，并以文字报告形式向决策者提出建议。13.建立文件的数据库、知识库 这是物流系统仿真过程中的重要
7、阶段，也是为进一步智能化仿真积累知识的重要手段。在物流网络计算机仿真的基础上，使本系统更加完善，能处理更加复杂的问题。,三、物流系统仿真模型的确认 物流系统仿真中最重要的问题是：仿真模型及其仿真结果能否准确地描述了对象系统。包括仿真模型确认和仿真程序验证。1.仿真模型确认(1)仿真模型是来产生与真实系统类似的行为的，构模者的知识和对真实系统的了解程度是模型成败的关键，模型中应包含的实体、属性和活动，并没有统一的准则。,物流系统仿真模型确认的一般观点有：建立仿真模型的目的是要用仿真实验代替实际系统的实验，模型应能满足使用要求且费用较低。不管在研究模型上做了多大的努力，模型总是仅仅近似于现实系统。
8、仿真模型总是为一个特定的目标而研究的，因而某一模型对某一个目标是有效的，也许对另一个目标是无效的。确认模型时总是相对于一组判断准则而言，应仔细选择这些准则。仿真模型的研究和确认应贯穿于建模的全过程。由于仿真模型输出的数据通常是独立分布的，所以大多数经典统计分析方法不可直接用于确认模型。,(2)确认物流系统仿真模型的三步法建立直观看来是正确的仿真模型。检验建模假设。仿真数据与实际数据的比较。,2.仿真程序验证(1)为了使最终程序能够运行，首先将仿真主程序和少数关键子程序编好，同时进行详细的检验和验证，确保它们正确无误；然后逐步扩展和完善。(2)仿真程序进行检查验证，应由多位编程人员同时阅读和检查
9、同一程序，避免出现因心理习惯而查不出自己的错误这类事故的发生。(3)程序运行的追踪检查是用于调试离散事件仿真模型的一种最为有用的技术。,(4)为了确定仿真模型是否正是希望运行的模型，在进行仿真试验前，应用简化考题验证仿真程序。(5)图形显示。物流系统仿真模型对物流进行仿真时，在图形终端上显示仿真的进程，有利于增强直观性和发现问题。,第二节 随机存储系统仿真,一、概述 1.随机存储系统的控制 随机存储系统随时会受到不确定因素的影响。不但存货量的输入、输出因素在随机变动，不同时期存储费用的发生也经常是随机波动的。在随机存储系统中，存在的确定性因素非常少，系统欲实现费用最小的目标，可以控制的因素主要
10、有两点：订货点和每批订货量。,2.随机存储系统与确定性存储系统的差别 对于这样的存储系统想要做出合适的决策以保证存储费用最小，需要解决的关键问题同确定性存储系统相比有所不同：首先，随机性存储系统关心的是系统生命周期发生的总费用最小，而不是个别存货发生费用最小。其次，由于未来期各影响因素的不确定性，作出任何存储决策都是建立在概率预测的基础上。最后，寻找的最佳存货量与最佳存货点充分考虑了整个系统生命期内各因素的影响。,3.建立存储系统仿真模型的一般步骤(1)确定状态影响因素。(2)历史数据的统计分析。(3)存储系统仿真流程图 以上三个步骤中，第二步是系统仿真的核心。,二、多周期提前订货有折扣的存储
11、系统仿真 1.状态影响因素的确定 这类存储系统货物的补充是序贯的而非一次性的，假设查货周期为一个月，根据以往数据统计，货物需求量、订货提前期、缺货损失均为随机变量。,需求量的数量函数为：订货提前期的函数为：,每次订货量Q150件可以获得10的折扣。T为单位货物的价格，这里我们假设为10元。V为实际价格。发生缺货时的损失可能出现三种情况：延期供货并付违约金，从外单位高价购货补充不足部分，损失供货机会并付违约金。以上三种情况发生的损失函数为：（为缺货数量）,类似可以得到订货提前期和缺货损失的产生方法：,2.仿真 仿真过程表如表9.1所示。现实系统中，定点定量订货通常有两种处理方法：一是当货物存储量
12、低于订货点时，发出定单订购固定数量的货物，另一种方法是当存货量低于订货点时，订货数量为系统允许的最大存货量减去目前的货物存储量，即订货量最大存储量一目前存储量。这里假设系统采取的是第二种订货策略，每次订货发出尚未到货时不继续发出订货单。对该系统的仿真以10期为例，考虑折扣因素，对两种决策进行仿真。,第一种策略的情况下，最大存货量为120，不能享受折扣优惠，仿真期内对应的存储费用即为总费用C=666元；在第二种策略的情况下，最大存货量为250,可以获得0.1的折扣优惠；对应的存储费用为C=485.5元。总订货量为Q390,考虑到折扣节约，第二种策略在仿真期内的总费用为C=485.5-3900.1T=95.5。可以看出，以上两种订货策略相比，策略(2)较优。同样，我们还可以继续修改订货策略进行仿真，直到找到一个较为满意的方案为止。,
