系统仿真技术在物流系统设计中的应用

广东交通职业技术学院

毕

业

论

文

姓名：李泽东

专业：港口物流设备与自动控制

班级：港口物流设备与自动控制111班

所属院系：海事与港航学院

论文题目：系统仿真技术在物流系统设计中的应

用

指导教师：关腾飞

完成时间： 2014-01-30

毕业论文任务书

学生姓名李泽东专业班级111

指导教师关腾飞工作单位广东交通职业技术学院毕业论文题目:系统仿真技术在物流系统设计中的应用

毕业论文主要内容：

系统仿真技术在物流系统设计中的应用

要求完成的主要任务:

物流仿真软件系统可以把现有的或正在规划中的物流配送中心或工厂在计算机系统中建成虚拟的动画模型, 实现一种以动画为载体, 集作业人员、搬运设备、货物、控制系统、数据信息合为一体的系统仿真平台

指导教师签名系主任签名

二级学院教学副院长签名(盖章)

目录

绪论------------------------------------------------------------------------------------------------4

1.现代物流及其特点------------------------------------------------------------------------4

2.物流系统仿真应用研究的进展------------------------------------------------------------------------6

2.1 生产物流系统仿真---------------------------------------------------------------------------6

2.2 供应链仿真-------------------------------------------------------------------8

2.3 物流配送系统仿真---------------------------------------------------------------------8

3.系统仿真在物流系统设计中的应用-------------------------------------------------------------9

3.1系统描述-------------------------------------------------------------------9

3.2仿真目标-------------------------------------------------------------------9

3.3仿真过程-------------------------------------------------------------------10

4.仿真优化方法的改进-------------------------------------------------------------------11

结论------------------------------------------------------------------------------------------------12

参考文献-----------------------------------------------------------------------------------------13

摘要

对物流系统仿真的相关研究领域进行评述，从应用角度将物流系统仿真分为生产物流系统仿真、物流配送系统仿真和供应链仿真，分析了各领域研究的特色并介绍了其应用研究成果，对现有研究的不足进行了评述；分析了物流系统仿真优化方面的主要进展及存在的问题；概述了综合仿真环境及其在物流系统仿真中的应用；提出了物流系统仿真的进一步发展方向。

关键词：物流系统；仿真；仿真优化

系统仿真技术在物流系统设计中的应用

绪论

物流系统是复杂的离散事件系统，在系统设计与控制过程中存在许多优化问题，用传统的解析方法难以获得最优解或满意解。仿真是建立数学逻辑模型并在计算机上运行该模型进行试验的过程，仿真建模要模仿真实系统(设施或过程)的行为。系统仿真为解决复杂物流系统的问题提供了有效的手段，仿真是决策者用于物流系统设计和操作的最有力的工具之一，它不仅可提供用于决策的定量信息而且可以提高决策者对物流系统工作原理的理解水平，仿真技术为复杂物流系统设计提供了技术性和经济性的最佳结合点和直观有效的分析方法。目前，仿真已经成为管理科学与运筹学领域应用最广泛的技术手段之一，在运筹学常用的建模方法中排在第二位。物流系统仿真是近年来国内外学术界研究的一个热点问题。本文对物流系统仿真的相关研究领域进行评述，首先从应用的角度将物流系统仿真分为生产物流系统仿真、采购和销售物流涉及的物流配送系统仿真、及采购、生产和销售一体化的供应链仿真，分析各领域研究的特色并介绍了其应用研究成果，对现有研究的不足进行了评述；分析物流系统仿真优化方面的主要进展及存在的问题；概述综合仿真环境及其在物流系统仿真中的应用；最后提出了物流系统仿真的进一步发展方向。

1.现代物流及其特点

1.1现代物流系统

物流自生产以来便存在，但是将它作为一门专门的学科来研究并引起人们重视之时却远远落后于生产制造业的发展。由于物流活动贯穿于整个社会的各个经济环节，虽然各个领域中的基本要素都存在而且相同，但是物流的基本要素都存在而且相同，但是物流的对象、目的和实施范围不相同，使得物流方式逐步发展成为了多个类型。

1.2 现代生产企业物流的特点

生产型企业的物流主要承担起企业运输、存储、物料装卸、配送等方面的工作，其与物流系统的关系就如人体内脏器官与血液循环之间的关系一样，物流系统为企业的整个生产系统提供连续性基础，是贯穿于各个制造环节的有效纽带。现代生产型企业物流特点:首先，整个物流过程属于生产过程的一个重要环节，物流过程与生产过程密切相关，两者之间的一体化程度较高，通常“商物分离”的生产型企业很少。其次，生产物流将“成本中心”作为基本原则，其对资源的占用与消耗是企业生产成本的重要构成部分，在生产过程中物流活动的频繁使得其对成本有直接影响，物流过程秉承的是“成本中心”的理念。

再次，生产型物流工作具有很强的专业化“定制”特点，生产型物流必须能够完全适应生产的专业化发展需要，具有完全的专业适应性，并能够通过“定制”的生产方式获得较高的生产效率，这对物流

的供应效率有重要要求。最后，生产型物流规模较小，技术性要求高，所以其针对的主要是特定独享，而且在一定的时间内对象的规模变化并不大，这要求物流系统具有精度高、准确度高的特点，通过运用资源管理的相关手段使得物流与生产实现无缝连接，最终达到精益化生产的目的。

2、物流系统仿真应用研究的进展

物流系统是指在一定的时间和空间里，由物资、包装设备、装卸搬运机械、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。早期的物流系统仿真主要是针对生产物流过程中的控制与优化问题来进行的，随着供应链的兴起与发展，更多的研究关注于集采购、生产和销售一体化的供应链仿真。随着物流网络规模的扩大和物流量的巨大增长，配送物流的瓶颈作用越来越突出，一些学者开始用仿真的手段来解决物流配送系统中存在的问题。下面从生产物流系统仿真、供应链仿真及物流配送系统仿真三方面介绍物流系统仿真的应用进展。

2.1 生产物流系统仿真

生产物流是指从企业的原材料采购，车间生产，半成品与成品的周转直至成品发送的全过程中的物流活动。生产物流系统是一个复杂的综合性系统，如何提高其效率和效益是至关重要的，系统仿真作为一项用于系统分析和研究的十分有效的技术，已经被广泛用来对生产物流系统进行规划设计，运输调度和物料控制等。国内外学者对生产物流系统进行仿真时，大多采用建立基于Petri 网的网络模型的方式，

其基本思想是用库所集P 代表系统中实体和活动的状态，用变迁集T 代表系统中的事件。Petri 网技术用于邮件处理中心，对整个处理中心的工作流程进行了分析与优化，提高了邮件处理的效率。为物流仿真软件体系结构的模块化及层次化设计建立了良好的基础，虽然Petri 网适合于建立系统动态模型，并且能对系统的动态特性进行分析，它的图形表示也为其应用带来很好的直观性，但是，当系统比较复杂时，利用Petri 网进行建模与分析存在很大的难度，因为此时Petri 网模型将变得十分复杂并产生组合爆炸，从而给仿真带来极大困难。因此，直接应用普通Petri 网对复杂物流系统进行建模和分析是不合适的，必须扩展Petri 网的定义，或直接采用实体流程图等比较简单的建模方法。近年来很多的学者将人工智能技术引入到Petri 网建模中，Petri 网和人工智能技术相结合用于解决柔性加工生产系统的规划问题，加强了Petri 网对实际系统行为的推理能力。面向对象的思想将系统分解成若干类对象，把具有相似功能和行为的实体归并为一类对象，每个对象类之间按照消息的传递关系连接起来。现代物流系统是一个复杂的离散事件动态系统，具有复杂性、递阶性、并发性、随机性等特点，而面向对象的技术具有分解、抽象、递阶等特性，非常适用于复杂问题的求解。在目前对物流系统研究中，仿真方法大多只是被用来在算例中检验解析方法得到的结果，不能称为真正地对物流系统的仿真研究。用仿真方法研究物流系统，就应该用仿真语言或者商用的仿真软件建立物流系统的仿真模型，这样的仿真模型比起解析方法来能更加全面地反映实际物流系统的特征，在此模型之上对不同的

系统参数和策略进行仿真实验，仿真过程所做的就是得到该策略下系统的性能，从而对不同的策略进行评价；还可以通过仿真实验改变系统的一些参数来方便地进行物流系统各参数的灵敏性分析，并且以此为基础进行系统的优化。

2.2 供应链仿真

供应链是一个由核心企业连同它的供应商、分销商、零售商直到最终用户共同组成的功能网络结构模式。由于供应链这类复杂系统中存在着很多不确定性和随机性因素，而数学方法由于求解条件的限制，建立的数学模型有时存在着求解困难甚至不可解的结果。在此情况下，以数学模型为基础、以求数值解或特解为特征的仿真建模方法显示出了极强的技术优势。近年来，伴随着许多成熟的仿真软件的引入和使用，各种仿真建模方法解决供应链问题的适用性也得到了大幅度提高。供应链仿真是仿真技术一个新的应用领域。但是由于实际供应链的复杂性，目前的供应链仿真只停留在理论研究阶段，未能有效地应用于实际的供应链管理中。供应链仿真未来发展方向主要是在分布式仿真的支持下，增强供应链全过程的协作能力，从而提高供应链的整体效能。

2.3 物流配送系统仿真

物流配送系统是一个复杂的离散事件系统，随着物流网络规模的扩大和物流量的巨大增长，要求服务的客户数量增多，覆盖面越来越广，对配送时间要求比较高，除了成本的因素之外，还要考虑配送时间和环境等方面的因素，使其复杂性进一步增加。同时，道路交通

状况，新的配送任务等随机因素对物流配送系统的影响越来越大。如果沿用传统的物流方法来组织配送，会带来诸如因反应速度较慢而导致服务质量下降、难以有效地控制物流成本、增加城市交通负担并加重城市污染等方面的问题。国内外有一些学者在物流配送系统仿真方面做了初步的研究，取得了一些研究成果。整个物流配送仿真系统是一个联邦，由客户、配送中心、运输中心、仓库和供应商五个联邦成员组成，各联邦成员之间通过公布/订购对象属性和发送交互仿真了整个物流配送活动,得到了满意的配送方案。物流配送系统中由于其存在多个NP-hard问题使得其求解起来十分困难，目前各种求解大多停留在理论层面上，较少考虑实际的因素。这些算法与实际应用还有一段距离。通过仿真建模和仿真分析可以将现实配送系统中的各种随机因素和不确定因素考虑进来，通过仿真运行，对运输、人员成本、系统资源利用率等系统状况进行分析，寻求系统改进途径和最佳运行参数，为实际的物流配送系统的决策提供参考。

3.系统仿真在物流系统设计中的应用

3.1系统描述

某物流配送中心，接受来自不同供应商的货物入库，根据订单为N个客户配送货物，系统运行流程为：

货物在物流配送中心站台接收，经条形码扫描、计算机自动寻址，由自动化传输送货入库；客户随机向配送中心根据订单由自动控制系统调出货物，发货出库；

库存量不足或库存水平低于安全库存时，向供应商订货、补货

入库，同时计算机缺货损失费等各项费用。

3.2 仿真目标

对系统进行仿真模拟目的是，一方面通过对配送中心库存的四项主要成本费用（保管费、订货费、缺货损失费及总费用）进行动态运算使其降为最低，以便设计最经济合理的库存方案；另一方面是通过仿真还可以了解货物在整个传输、储存、分拣等动态的各种统计性能和技术参数，验证整个工艺流程是否存在“瓶颈“环节。

3.3、仿真过程

仿真工具选用目前在物流领域广为适应的AUTO MOD V10.0仿真软件，该软件具有交互面向对象的建模环境，能够以三维图形化方式定义模型及逻辑关系、仿真结果以表格、曲线图、直方图输出的同时还可以以动画方式显示在屏幕上，便于直观分析。

A）建立仿真模型可视化定义仓库系统、传输设备、货物等模型单位，设定各种不同的变量及变量系统参数，具体包括货物到达时间间隔、货物转载时间、传输时间、运输车忙闲状态、货物平均排队时间，滞留时间等。

鉴于货物多为随机到达，因此一般用泊松分布来描述，即用货物在一定时间间隔内到达的概率来衡量。

仿真软件对于货物接收、入库、出库、装卸、搬运这类典型服务于被服务的问题，则按排队规则考虑。最后定于控制变量，设定仿真时间。

B）仿真运行

C）仿真结果输出与分析

除输出仿真结果数据以外，还可以动画模型货物在传输过程中的虚拟运行状况，观察物流自动仓储系统整体有无运行“瓶颈”。4.1 仿真优化方法的改进

利用仿真优化的方法解决物流系统设计和控制过程中的优化问题。仿真优化方法的研究重点应该是从系统的角度将优化算法与仿真模型结合起来，并且融入智能化的因素。通过建立允许犯错与最终完善的自我学习优化机制使仿真模型的运行效率得到改善，这种优化机制能够保证每次运行优化的结果是有效的，并且能够捕捉到改进的机会，并通过协同运作保证优化方案的实施；优化可以动态运行，并且可以借助经验知识运行；利用人脑的经验学习机制与系统论的思想相合，使最优从局部扩展到整体。最后，通过自学习的优化机制和仿真环境下的持续运行，找到问题的满意解。物流系统仿真优化从理论上需发展新的数学分析和建模工具，完善算法的收敛性、收敛速度和鲁棒性分析以及参数设计理论，并将仿真优化理论系统化；从算法设计上应用基于新的仿真优化思想和技术开发高效的新方法或将不同类型方法综合使用来开发混合优化方法。

4.2 可视化仿真环境的开发与研究

可视化仿真用于为数字仿真过程和结果增加文本提示、图形、图像、动画表现，这种技术的采用使仿真过程更加直观，仿真结果更容易理解，还能对仿真过程的正确性进行验证。在物流系统仿真尤其是物流配送系统仿真中，引入地理信息系统(GIS)，将GIS 中的数据信

息与仿真平台进行集成，在仿真过程中直接调用GIS 数据信息，构造可视化的动态物流仿真系统，更好地为物流系统决策提供服务。

5 结论

系统仿真作为解决复杂物流系统问题的有效手段，已经广泛应用于生产物流系统、供应链及物流配送系统等研究领域，对物流配送系统仿真也进行了初步的研究；在物流系统仿真优化方面也已经取得了一定的研究成果，但其进展比较缓慢，在解决物流系统问题时还存在算法效率不高、智能化程度不高、还没有解决大规模实际问题的能力等方面的缺陷；综合仿真环境已经成为物流系统仿真的主要工具。物流系统仿真应在分布式交互仿真、基于Multi-Agent 的仿真建模方法、仿真优化方法、物流系统可视化仿真环境的开发等方面作进一步的研究。

致谢

时光匆匆如流水，转眼便是大学毕业时节，聚散真容易。离校日期已日趋渐进，毕业论文的完成也随之进入了尾声。从开始进入课题到论文的顺利完成，一直都离不开老师、同学、朋友给我热情的帮助，在这里请接受我诚挚的谢意！在此我向物流设备专业的所有老师以及本次论文的指导老师表示衷心的感谢，谢谢你们三年的辛勤栽培，谢谢你们在教学的同时更多的是传授我们做人的道理，谢谢三年里面你们孜孜不倦的教诲！再次说一声：“老师，谢谢您。”

三年寒窗，所收获的不仅仅是愈加丰厚的知识，更重要的是在阅读、实践中所培养的思维方式、表达能力和广阔视野。很庆幸这三年来我遇到了如此多的良师益友，无论在学习上、生活上，还是工作上，都给予了我无私的帮助和热心的照顾，让我在一个充满温馨的环境中度过三年的大学生活。感恩之情难以用言语量度，谨以最朴实的话语致以最崇高的敬意。

感谢我的爸爸妈妈，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。

参考文献

1 鲁建厦, 方荣, 兰秀菊. 国内仿真技术的研究热点—系统仿真学

报近期论文综述. 系统仿真学报,

2 金桂根, 王秋华. 计算机仿真在自动化物流系统总体设计中的应

用. 物流技术, 2002, 22(10): 14-15. 3

3 《系统仿真技术在物流系统设计中的应用》百度资料搜索