物流系統(tǒng)建模與仿真.docx

1、系統(tǒng)模型定義 模型是把對象實體通過適當?shù)倪^濾，用適當?shù)谋憩F(xiàn)規(guī)則描繪出的簡潔的模仿品。 2、模型的特點（1）它們都是被研究對象的模仿和抽象；（2）它們都是由與研究目的有關(guān)的、反映被研究對象某些特征的主要因素構(gòu)成的；（3）反映被研究對象各部分之間的關(guān)聯(lián)，體現(xiàn)系統(tǒng)的整體特征。 3、按照模型的形式分，模型有抽象模型和形象模型（1）抽象模型 用概念、原理、方法等非物質(zhì)形態(tài)對系統(tǒng)進行描述所得到的模型，包括數(shù)學模型、圖形模型、計算機程序、概念模型（2）形象模型 模擬模型和實物模型v 4、建立模型的步驟（1）根據(jù)系統(tǒng)的目的，提出建立模型的目的為什么建模型（2）根據(jù)建立模型的目的，提出要解決的具體問題解決哪些問題（3）根據(jù)所提出的問題，構(gòu)思要建立的模型類型、各類模型之間的關(guān)系等，即構(gòu)思所要建立的模型系統(tǒng)。建一些什么樣的模型？它們的關(guān)系？（4）根據(jù)所構(gòu)思的模型體系，收集有關(guān)資料模型需要哪些資料？（5）設(shè)置變量和參數(shù)需要哪些變量和參數(shù)？（6）模型具體化模型的形式是什么？（7）檢驗?zāi)Ｐ偷恼_性模型正確嗎？（8）將模型標準化該模型通用性如何？（9）根據(jù)標準化的模型編制計算機程序，使模型運行計算時間短嗎？占用內(nèi)存少嗎？5、建立模型的注意事項 （1）明確目的，確定構(gòu)成要素 （2）模型的簡單化和高精度模型 （3）沒有固定不變的建模方法 （4）模型的驗證 （5）沒有人類介入的系統(tǒng)模型 6、系統(tǒng)仿真技術(shù)是應(yīng)用數(shù)學模型、相應(yīng)的實用模型的裝置、計算機系統(tǒng)、部分實物的仿真系統(tǒng)，對某一給定系統(tǒng)進行數(shù)學模擬、半實物模擬、實物模擬，以便分析、設(shè)計、研究這種給定系統(tǒng)；或者利用這種仿真訓練給定系統(tǒng)的專業(yè)人員。7、系統(tǒng)仿真的組成要素 （1）實際系統(tǒng)：行為 輸入輸出行為 （2）實驗框架：有效性 某種假設(shè)、限制條件 （3）基本模型：假想的完全解釋 能解釋實際系統(tǒng)的所有輸入輸出行為的模型 （4）集總模型：簡化 從基本模型或根據(jù)實驗者對實際系統(tǒng)的設(shè)想，按照把各個實體集總在一起并簡化它們的相互關(guān)系而構(gòu)造的模型。 （5）計算機：復雜性 8、系統(tǒng)、模型及仿真的關(guān)系系統(tǒng)是研究對象，模型是系統(tǒng)抽象，仿真則是通過對模型的實驗以達到研究系統(tǒng)的目的。v 9、物流系統(tǒng)常用模型（1）資源分配型線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃和目標規(guī)劃（2）存儲型庫存模型和動態(tài)規(guī)劃模型（3）輸送型圖論、網(wǎng)絡(luò)理論和規(guī)劃理論（4）等待服務(wù)型排隊模型（5）指派型整數(shù)規(guī)劃和動態(tài)規(guī)劃模型（6）決策型 決策論（7）其他模型解釋預測型、投入產(chǎn)出型、布局選址型10、物流系統(tǒng)的常用建模技術(shù)（兩類） （1）形式化建模技術(shù) 是指采用大量的數(shù)學工具通過狀態(tài)方程對系統(tǒng)進行描述和分析。 1）排隊網(wǎng)絡(luò)法 2）極大代數(shù)法 3）擾動分析法（2）非形式化建模技術(shù) 指采用圖形符號或語言描述等較貼近人們思維習慣的方式對系統(tǒng)進行描述和分析 1）活動循環(huán)圖 2）流程圖法 （3）Petri網(wǎng)絡(luò)物流系統(tǒng)模型 （4）系統(tǒng)動力學建模技術(shù) （5）Agent與多Agent系統(tǒng)11、排隊系統(tǒng)的組成：到達模式 、服務(wù)模式、排隊規(guī)則12、排隊系統(tǒng)的特征 顧客總體、系統(tǒng)容量、顧客到達模式、排隊特性及規(guī)則、服務(wù)機構(gòu)13、排隊系統(tǒng)參數(shù)計算 下列例題和課后習題414、庫存系統(tǒng)特征 補給模式、需求模式和成本代價15、課后習題316、庫存問題需要考慮的方面 （1）費用 存儲費、訂貨費、生產(chǎn)費、缺貨費 （2）需求 （3）補充訂貨或再生產(chǎn) （4）存儲策略17、離散事件系統(tǒng)（Discrete Event Dynamic System，DEDS/DES）指系統(tǒng)的狀態(tài)在一些離散時間點上由于某種事件的驅(qū)動而發(fā)生變化。其數(shù)學模型很難用數(shù)學方程來表示。 v 18、基本術(shù)語（1）實體 永久實體：永久駐留在系統(tǒng)中，是系統(tǒng)處于活動的必要條件，如服務(wù)員 臨時實體：僅在系統(tǒng)中存在一段時間，按一定規(guī)律到達，如顧客 關(guān)系：臨時實體按一定規(guī)律不斷產(chǎn)生，在永久實體作用下通過系統(tǒng)，最后離開系統(tǒng)（2）事件 引起系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化的行為 離散事件系統(tǒng)本質(zhì)是由事件驅(qū)動的 例：顧客到達事件使服務(wù)員狀態(tài)由閑到忙，或使隊列長度加1 事件的發(fā)生一般與某一類實體相聯(lián)系，放在事件表中管理，事件表通常記錄事件類型、發(fā)生條件、時間及相關(guān)實體的有關(guān)屬性（3）活動 導致系統(tǒng)狀態(tài)變化的一個過程為活動 活動表示兩個可區(qū)分事件之間的過程，標志著系統(tǒng)狀態(tài)的轉(zhuǎn)移 如顧客到達事件與顧客開始接受服務(wù)事件之間為一活動，使服務(wù)員忙及隊列長度減1（4）進程 相當于系統(tǒng)的子集或子系統(tǒng)，包含若干個事件及活動，并且描述了其所包含事件及活動間的邏輯關(guān)系和時序關(guān)系 如某一顧客在系統(tǒng)中的全部活動為一進程v 事件、活動、進程的關(guān)系圖（5）仿真鐘 用于表示仿真時間的變化。 仿真鐘的推進呈現(xiàn)跳躍性，推進速度具有隨機性。 仿真鐘的推進有兩種經(jīng)典的方法：固定步長推進法和變步長推進法(或稱為下一事件推進法)。變步長推進法應(yīng)用較多，目前市面的大多數(shù)仿真軟件都采用變步長推進法。（6）統(tǒng)計計數(shù)器 在仿真模型中, 需要有一個統(tǒng)計計數(shù)部件， 以便統(tǒng)計系統(tǒng)中的有關(guān)變量，如排隊系統(tǒng)中的顧客等待時間、隊列長度等19、一個模型的形式化描述為 20、比較離散事件系統(tǒng)與連續(xù)系統(tǒng)，可以看出兩者存在如下幾方面的區(qū)別： （1）時間基。連續(xù)系統(tǒng)的時間基是一個確定的值。例如研究一個液壓系統(tǒng)，一般是在一個確定的間隔時間內(nèi)對其液體壓力、流量等進行實驗研究。這個間隔時間的起始點是系統(tǒng)初始啟動的時刻，而中止時刻可以選擇系統(tǒng)達到穩(wěn)態(tài)后的任何時刻。離散事件系統(tǒng)的時間基則是可變的，而且隨著時間基的變化，仿真結(jié)果也各不相同。例如仿真一個倉庫時，時間基可以定為倉庫開門的時刻至下班的時刻；也可以定為開門后一小時至下班的時刻。顯然，這兩種仿真，系統(tǒng)的初始狀態(tài)不同，仿真的結(jié)果也不相同。這是因為離散事件系統(tǒng)仿真的結(jié)果是一個統(tǒng)計的結(jié)果。它與統(tǒng)計的區(qū)段大小有關(guān)。 （2）輸入變量和輸出變量。連續(xù)系統(tǒng)的輸入變量通常是一個確定性變量；而離散事件系統(tǒng)的變量往往帶有隨機性，因此離散事件系統(tǒng)的模型也被稱為隨機模型。輸出變量與輸入變量情況相同。 （3）狀態(tài)變量。連續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)變量一般也是一個連續(xù)變量；而離散事件系統(tǒng)的狀態(tài)變量則可能是非連續(xù)的，例如倉庫貨位的狀態(tài)是空或非空。 （4）狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)。在連續(xù)系統(tǒng)中，存在一個狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)，可通過其推算出狀態(tài)變量的變化過程；而離散事件系統(tǒng)則不存在狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)，人們無法找到一個函數(shù)來表達狀態(tài)變量變化的規(guī)律。 （5）狀態(tài)空間。狀態(tài)空間是狀態(tài)變量的集合所表述的空間。對于一個被研究的連續(xù)系統(tǒng)，引進不同組合的狀態(tài)變量，可以構(gòu)造不同的狀態(tài)空間模型。這一點離散事件系統(tǒng)是相同的。 從上述分析可知，離散事件系統(tǒng)與連續(xù)系統(tǒng)最主要的區(qū)別在于離散事件系統(tǒng)輸入輸出變量的隨機性以及狀態(tài)變化的不確定性。由此，連續(xù)系統(tǒng)與離散事件系統(tǒng)仿真方法有很大的差別。連續(xù)系統(tǒng)仿真借助數(shù)字積分算法和離散相似算法等來求解表征系統(tǒng)變量之間關(guān)系的方程；離散事件系統(tǒng)仿真則是建立系統(tǒng)的概率模型，采用數(shù)值方法“執(zhí)行”仿真模型，系統(tǒng)的變量是反映系統(tǒng)各部分相互作用的一些確定或者隨機事件，系統(tǒng)模型則反映這些事件和狀態(tài)的值集，仿真結(jié)果，也就是“執(zhí)行”的結(jié)果，是產(chǎn)生處理這些事件的時間歷程。21、物流系統(tǒng)模型的主要參數(shù) （1）周期數(shù) （2）庫存量 （3）初始庫存 （4）庫存價格 （5）庫存成本 （6）進（出）貨量 （7）延遲時間 （8）運輸價格 （9）運輸成本 （10）總成本v 22、離散事件系統(tǒng)仿真的一般步驟v 系統(tǒng)建模： 一般用流程圖描述，反映臨時實體在系統(tǒng)內(nèi)部歷經(jīng)的過程、永久實體對臨時實體的作用及相互間邏輯關(guān)系 關(guān)鍵：確定隨機變量的模型v 確定仿真算法 產(chǎn)生隨機變量 確定仿真建模策略 事件調(diào)度法：面向事件建立仿真模型 活動掃描法：面向活動建模 進程交互法：面向進程建模 三階段法：結(jié)合活動掃描與事件調(diào)度 圖形仿真方法：Petri網(wǎng)v 建立仿真模型 定義狀態(tài)變量、定義系統(tǒng)事件及有關(guān)屬性、活動及進程、設(shè)計仿真鐘的推進方法等v 仿真程序設(shè)計及運行 仿真語言或高級語言 長期運行或多次運行v 仿真結(jié)果分析 統(tǒng)計結(jié)果、可信度分析等v 23、 系統(tǒng)仿真算法 仿真算法是確定仿真鐘推進策略的控制方法，是仿真控制的核心。目前最常用的仿真算法有事件調(diào)度法(event scheduling，ES)、活動掃描法(activity scanning，AS)和進程交互法(process interaction，P1)。 事件調(diào)度法是面向事件的，它記錄事件發(fā)生的過程，處理每個事件發(fā)生時系統(tǒng)狀態(tài)變化的結(jié)果。例如，當有工件到達生產(chǎn)系統(tǒng)時，會發(fā)生機床狀態(tài)由閑變忙，或者排隊長度增加等狀態(tài)變化。 活動掃描法是面向活動的，它記錄每個活動開始與終止的時間，從而記錄實體從一種狀態(tài)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)的過程。例如，當加工工件進入生產(chǎn)系統(tǒng)時，由于機床忙，工件暫時排在隊列中等待。當機床上的工件加工完畢并離開后，等待加工的工件結(jié)束排隊進入機床被加工。從開始排隊到結(jié)束排隊，這一過程是排隊活動。 進程交互法是面向進程的，它記錄每個進程推進的過程。由于各進程是并行進行的，為了便于計算機處理，進程交互法采用交叉推進的方法，推進每個進程，最終完成全部進程的推進，即完成系統(tǒng)的全部運行過程。24、事件調(diào)度法、活動掃描法和進程交互法比較（1）系統(tǒng)描述 所有策略均提供主動成分及被動成分，每種成分均能接受其他成分的作用。在事件調(diào)度法中，只有主動型成分才能施加作用，而在其他兩種策略中，主動型成分與被動型成分均可施加作用。 在事件調(diào)度法中，系統(tǒng)的動態(tài)特性表現(xiàn)為主動成分不斷產(chǎn)生事件；在活動掃描法中則表現(xiàn)為主動成分產(chǎn)生活動；在進程交互法中則是通過成分在其進程中一步一步地推進來描述。（2）建模要點 在事件調(diào)度法中，用戶要對所定義的全部事件進行建模，條件的測試只能在事件處理子例程中進行。 活動掃描法設(shè)置了一個條件子例程專用于條件測試，還設(shè)置一個活動掃描模塊，該模塊對所有定義的活動進行建模。 進程交互則將一個進程分成若干步，每一步包括條件測試及執(zhí)行活動兩部分。（3）仿真鐘的推進 在事件調(diào)度法中，主動成分的下一事件發(fā)生時間保存在事件表中，定時模塊不斷地從事件表中取出具有最早發(fā)生時間的事件記錄，將仿真鐘推進到該事件發(fā)生時間，并轉(zhuǎn)向該事件處理子程序執(zhí)行。 活動掃描法除了設(shè)置系統(tǒng)仿真鐘之外，每一個主動成分還設(shè)有成分仿真鐘。定時模塊選擇那些大于當前系統(tǒng)仿真鐘且是所有成分仿真鐘最小的那個成分仿真鐘，然后將系統(tǒng)仿真鐘推進到該時刻，并開始對活動掃描。 進程交互法采用將來事件表及當前事件表。從將來事件表中取出具有最早發(fā)生時間的事件記錄置于當前事件表中，仿真鐘推進到該事件發(fā)生時間。（4）執(zhí)行控制 事件調(diào)度法由定時模塊按下一最早發(fā)生時間選擇事件記錄，并轉(zhuǎn)向該事件處理子程序執(zhí)行。 活動掃描法按遞減優(yōu)先數(shù)的順序?qū)θ炕顒訏呙瑁挥袧M足測試條件為真，仿真事件小于等于系統(tǒng)仿真鐘的活動才能被執(zhí)行。 進程交互法按遞減優(yōu)先數(shù)的順序?qū)Ξ斍笆录淼娜坑涗涍M行掃描，根據(jù)該事件在其進程中的指針進行條件判斷。 事件調(diào)度法建模靈活，應(yīng)用范圍廣，但是只適用于成分相關(guān)性小的系統(tǒng)仿真?；顒訏呙璺▽τ诟鞒煞窒嚓P(guān)性很強的系統(tǒng)來說模型執(zhí)行效率高，但是用戶建模時除了要對各成分的活動進行建模外，仿真執(zhí)行程序結(jié)構(gòu)比較復雜，流程控制要十分小心。進程交互法建模直觀，模型接近實際系統(tǒng)，特別適用于活動可以預測、順序比較確定的系統(tǒng)，但是其流程控制復雜，建模靈活性不如事件調(diào)度法。27、隨機變量的產(chǎn)生方法 逆變換法、卷積法、合成法、取舍法v 28、建立輸入數(shù)據(jù)模型的方法v （1）在仿真運行中直接使用收集到的數(shù)據(jù)v （2）把收集到的數(shù)據(jù)定義為經(jīng)驗分布v （3）將數(shù)據(jù)擬合為某種理論分布。v 29、隨機變量分布的辨識31、擬合度檢驗方法 測試和Kolmogorov smirnov測試。32、根據(jù)研究目的和系統(tǒng)特征不同，系統(tǒng)仿真分為兩種類型：終止型仿真和非終止型仿真。非終止型仿真分為穩(wěn)態(tài)仿真和穩(wěn)態(tài)周期仿真。 終止型仿真具有以下特點： 在零時刻系統(tǒng)的初始條件相同。 必須定義結(jié)束事件或結(jié)束時刻 在TE時刻系統(tǒng)被“清零”，或在該時刻以后的數(shù)據(jù)均沒有意義。 33、終止型仿真的結(jié)果分析方法 固定樣本數(shù)量法（復演法）和序貫法。 穩(wěn)態(tài)仿真主要采用重復刪除法和批均值法34、仿真方法在物流系統(tǒng)中的應(yīng)用 （1）物流系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計 （2）倉儲規(guī)模與庫存管理 （3）物料運輸調(diào)度 （4）物流成本估算36、仿真軟件可以分為仿真程序包、仿真語言及仿真環(huán)境。37、一體化建模與仿真環(huán)境研究 1）支持建模與仿真的全壽命周期活動；2）集成化程度高； 3）方便友好的用戶接口；4）初步的知識處理能力；5）模型與仿真的質(zhì)量保證措施；6）開放性。38、常用物流仿真軟件 Arena、Automod、eM-Plant、Extend、Flexsim、 RaLC、Witness 39、Flexsim特點 1）基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)建模 2）突出的3D圖形顯示功能 3）建模和調(diào)試簡單方便 4）建模的可擴展性強 5）開放性好40、 仿真軟件的選擇因素 （1）整體能力（包括建模的靈活性和簡易性） 1）建模靈活性和可編程功能 2）使用簡易 3）分層建模 4）調(diào)試功能 5）模型快速運行 6）友好的前臺處理功能7）Runtime版本。8）數(shù)據(jù)導入導出功能9）參數(shù)調(diào)節(jié)自運行功能10）離散仿真和連續(xù)仿真混合11）初始化到特定狀態(tài)12）狀態(tài)保存和重調(diào)用13）低價位（2）硬件和軟件的要求 平臺兼容性（3）動畫和動態(tài)圖形 1）具有直觀形象的動畫功能 2）標準圖標庫 3）動畫平滑可控 4）并行動畫和事后播放 5）三維動畫 6）輸入CAD圖紙 7）動實時參數(shù)和圖形顯示（4）數(shù)理統(tǒng)計功能 1）好的隨機數(shù)發(fā)生器 2）多種分布函數(shù)供選 3）可以方便進行獨立多次的重復性隨機試驗 4）被理論證明的產(chǎn)生確信區(qū)間的方法 5）可以指定暫態(tài)周期和穩(wěn)態(tài)周期 6）方便指定需收集數(shù)據(jù) 7）試驗設(shè)計 8）有限優(yōu)化功能（5）客戶支持和文檔 1）銷售商提供培訓 2）好的技術(shù)支持 3）良好的文檔 4）范例 5）免費演示軟件 6）用戶交流平臺（6）輸出圖表功能 1）標準報表 2）可定制報表 3）動態(tài)和靜態(tài)圖形 4）數(shù)據(jù)輸出到第三方軟件v 41、Flexsim仿真模型的基本組成v 對象/實體（Objects） Flexsim建模的基本元素，比如庫中的實體v 連接（Connections） Flexsim中通過對象之間的連接定義模型的流程v 方法（Methods） 對象中的方法定義了模型中各對象所需要完成的作業(yè)v 42、Flexsim對象分類v 資源類（Fixed Resources） Source, Queue, Processor, Sink, Combiner, Separator, Multi