第10章物流系統(tǒng)仿真技術(shù)

本章導(dǎo)讀熟悉物流系統(tǒng)仿真的基本概念、基本原理。了解物流系統(tǒng)仿真的一般方法和步驟，了解物流系統(tǒng)仿真的常見應(yīng)用。一般了解物流系統(tǒng)仿真常見軟件的應(yīng)用。第10章物流系統(tǒng)仿真技術(shù)本章導(dǎo)讀1物流系統(tǒng)仿真技術(shù)能夠在物流系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計階段，對設(shè)施布置、設(shè)備配置、系統(tǒng)能力、參數(shù)優(yōu)選、系統(tǒng)運行、作業(yè)流程等進(jìn)行仿真分析，評價和對比不同的系統(tǒng)設(shè)計方案，從而達(dá)到優(yōu)化物流系統(tǒng)的目的。物流系統(tǒng)仿真技術(shù)在國外已普遍推廣應(yīng)用，據(jù)國外經(jīng)驗，應(yīng)用物流系統(tǒng)仿真技術(shù)后能使物流系統(tǒng)方案總投資有效降低30％左右。

物流系統(tǒng)仿真技術(shù)能夠在物流系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計階段，對設(shè)施布置、設(shè)210.1基本概念和基本原理10.1.1基本概念1）系統(tǒng)、系統(tǒng)模型與系統(tǒng)仿真“系統(tǒng)、模型、仿真”三者之間有著密切關(guān)系。系統(tǒng)是研究的對象，模型是系統(tǒng)的抽象，仿真是通過對模型的試驗以達(dá)到研究系統(tǒng)的目的。系統(tǒng)仿真有三個基本活動，即系統(tǒng)建模、仿真建模和仿真試驗，聯(lián)系這三個活動的是系統(tǒng)仿真的三要素：即系統(tǒng)、模型、計算機(jī)（包括軟件和硬件）。

10.1基本概念和基本原理10.1.1基本概念32）物流系統(tǒng)的復(fù)雜性物流系統(tǒng)是由物流各要素組成且各要素之間存在著有機(jī)聯(lián)系的綜合體。物流系統(tǒng)是一個復(fù)雜系統(tǒng)，其復(fù)雜性主要源于物流系統(tǒng)諸要素的不確定性和系統(tǒng)要素間的相關(guān)性，而且隨著系統(tǒng)要素不確定性和相關(guān)性的相互疊加，其復(fù)雜性進(jìn)一步增強(qiáng)。2）物流系統(tǒng)的復(fù)雜性43）物流系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真方法是一種非解析方法。物流系統(tǒng)仿真（LogisticsSystemSimulation），就是借助計算機(jī)仿真技術(shù)，對物流系統(tǒng)建模并進(jìn)行實驗，得到各種動態(tài)活動及其過程的瞬間仿效記錄，進(jìn)而研究物流系統(tǒng)性能的方法（物流術(shù)語GB／T18354－2006）。3）物流系統(tǒng)仿真5由于物流仿真模型的一次運行只是對真實系統(tǒng)的一次抽樣模擬，所以系統(tǒng)仿真不是一種嚴(yán)格意義上的優(yōu)化方法，它一般不能直接求出系統(tǒng)的最優(yōu)解。不過，物流系統(tǒng)仿真卻是一種很好的間接優(yōu)化方法。系統(tǒng)仿真不單純追求耗時費力的、有研究意義而無實際意義的最優(yōu)解，而是快速尋求改善和優(yōu)化物流系統(tǒng)的途徑和方法。

由于物流仿真模型的一次運行只是對真實系統(tǒng)的一次抽樣模擬，所以610.1.2物流系統(tǒng)仿真的基本原理1）連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)是指系統(tǒng)狀態(tài)隨時間連續(xù)變化的系統(tǒng)，如電力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、機(jī)電系統(tǒng)等。離散系統(tǒng)又常稱之為離散事件動態(tài)系統(tǒng)（DEDS：DiscreteEventDynamicSystem），是指系統(tǒng)狀態(tài)隨時間呈離散變化的系統(tǒng)。更具體地說，DEDS是指受事件驅(qū)動、系統(tǒng)狀態(tài)跳躍式變化、系統(tǒng)狀態(tài)遷移發(fā)生在一串離散時間點上的動態(tài)系統(tǒng)。10.1.2物流系統(tǒng)仿真的基本原理7離散系統(tǒng)本質(zhì)上屬于人造系統(tǒng)。系統(tǒng)中，對系統(tǒng)行為進(jìn)程起決定作用的是一批離散事件，而不是連續(xù)變量，所遵循的是一些人為規(guī)則，而不是物理學(xué)定律。結(jié)合物流系統(tǒng)的復(fù)雜性和不確定性的分析，可以得出這樣的結(jié)論：物流系統(tǒng)主要是離散系統(tǒng)（或離散事件動態(tài)系統(tǒng)），物流系統(tǒng)行為進(jìn)程中起決定作用的是人為規(guī)定的一系列規(guī)則。

離散系統(tǒng)本質(zhì)上屬于人造系統(tǒng)。82）離散事件系統(tǒng)的基本要素描述一個離散事件系統(tǒng)一般需要5個基本要素：實體、屬性、事件、活動、進(jìn)程等。（1）實體實體分為臨時實體和永久實體兩類。凡是在系統(tǒng)仿真期間流經(jīng)系統(tǒng)、在仿真結(jié)束時已經(jīng)離開系統(tǒng)的實體稱為臨時實體。凡在系統(tǒng)仿真期間自始自終停留在系統(tǒng)中的實體稱為永性實體。例如進(jìn)入企業(yè)的原材料，經(jīng)生產(chǎn)加工后離開企業(yè)進(jìn)入銷售流通領(lǐng)域，對生產(chǎn)企業(yè)來說就是臨時實體，而生產(chǎn)加工的機(jī)器設(shè)備則為永久實體。再如，送達(dá)配送中心經(jīng)儲存又離去的貨物是臨時實體，而貨架則是永久實體。2）離散事件系統(tǒng)的基本要素9（2）屬性實體的所有特征稱為實體的屬性。需要強(qiáng)調(diào)的是，實體可能具有若干特征，但并不是所有的特征都被稱為仿真系統(tǒng)的實體屬性。只有與物流系統(tǒng)仿真相關(guān)的那些特征，才稱為屬性。例如，物品有大小、形狀、顏色等屬性，又有加工（倉儲）批量、到達(dá)（離開）時間等屬性，顯然這里只有加工（倉儲）批量、到達(dá)（離開）時間等才可以稱之為仿真系統(tǒng)的實體屬性。（2）屬性10（3）事件在離散事件系統(tǒng)仿真中，事件有兩類。一類是引起系統(tǒng)狀態(tài)變化的行為，例如倉儲系統(tǒng)物品入庫到達(dá)被稱為一個事件，物品的出庫離去被稱為一個事件?？梢钥闯鲞@一類事件是系統(tǒng)固有的，是系統(tǒng)狀態(tài)變化的主要驅(qū)動力。另一類事件是所謂的程序事件，例如仿真過程中為了使仿真結(jié)束，專門定義一個事件，使其終止仿真。程序事件并非系統(tǒng)所固有的，而是根據(jù)需要設(shè)定的。（3）事件11（4）活動活動是兩個可以區(qū)分的事件之間的過程。顯然，事件是系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變的起因，而活動則是系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移的標(biāo)志。例如配送中心中，事件“貨物到達(dá)”與事件“貨物入庫”之間的過程，就可以稱為活動。（4）活動12（5）進(jìn)程進(jìn)程是由若干個有序事件及若干個活動組成的過程，一個進(jìn)程描述了其中所包括的事件和活動的相互邏輯及時序關(guān)系。例如一個制造物流系統(tǒng)中，工件到達(dá)、等待、加工、加工完后離去，就可以稱為一個進(jìn)程。（5）進(jìn)程13物流系統(tǒng)仿真技術(shù)培訓(xùn)課程143）離散事件仿真鐘的推進(jìn)方法為了實現(xiàn)對系統(tǒng)的動態(tài)仿真，必須跟蹤仿真過程中時間的推進(jìn)，即必須給模型一個從某一時刻推進(jìn)到下一時刻的時間推進(jìn)機(jī)制。仿真鐘就是一個仿真模型中用來記錄仿真當(dāng)前時刻的變量，即用于表示仿真時間的變化。仿真鐘所顯示的是系統(tǒng)仿真所花費的時間，而不是計算機(jī)運行仿真模型的時間。3）離散事件仿真鐘的推進(jìn)方法15離散事件系統(tǒng)仿真的仿真鐘推進(jìn)方法分為兩類：一類是變步長推進(jìn)法(或稱下一事件步長法)，另一類是固定步長推進(jìn)法(或稱固定增量法)。變步長推進(jìn)法也叫下一事件步長法，或面向事件的仿真時鐘推進(jìn)。該推進(jìn)方式事先并沒有確定時鐘推進(jìn)步長，而是根據(jù)隨機(jī)事件的發(fā)生，進(jìn)行隨機(jī)步長的推進(jìn)，推進(jìn)步長為最后發(fā)生事件與下一事件之間的時間間隔。固定步長推進(jìn)法也叫面向時間間隔的仿真時鐘推進(jìn)。該推進(jìn)方式確定一個固定的時間間隔，以此為增量來逐步推進(jìn)仿真鐘。離散事件系統(tǒng)仿真的仿真鐘推進(jìn)方法分為兩類：一類是變步長推進(jìn)法16物流系統(tǒng)仿真技術(shù)培訓(xùn)課程174）系統(tǒng)仿真算法仿真算法是確定仿真鐘推進(jìn)策略的控制方法，是仿真控制的核心。比較成熟的仿真算法有三種：第一類是以事件為基礎(chǔ)的事件調(diào)度法（ES，EventScheduling）；第二類是以活動掃描為基礎(chǔ)的活動掃描法（AS，ActivityScanning）；第三類是以進(jìn)程為基礎(chǔ)的進(jìn)程交互法（PI，ProcessInteraction）。4）系統(tǒng)仿真算法18（1）事件調(diào)度法事件調(diào)度法是面向事件的。這種方法按時間順序處理物流系統(tǒng)所發(fā)生的一系列事件，記錄每一事件發(fā)生時引起的系統(tǒng)狀態(tài)的變化，來完成物流系統(tǒng)的整個動態(tài)過程仿真。建模的任務(wù)在于確定導(dǎo)致系統(tǒng)狀態(tài)改變的事件以及與各類事件相對應(yīng)的邏輯關(guān)系。

（1）事件調(diào)度法19（2）活動掃描法活動掃描法是面向活動的，活動開始和結(jié)束是物流系統(tǒng)狀態(tài)變化的標(biāo)志。在以活動掃描為基礎(chǔ)的離散型仿真中，仿真模型描述系統(tǒng)實體所進(jìn)行的活動以及預(yù)定導(dǎo)致活動開始或結(jié)束的條件?；顒娱_始或終止的事件并非由模型事先安排，而是由為活動規(guī)定的條件所初始化。隨著仿真時鐘按一定步長推進(jìn)，對每項活動的開始或終止的條件進(jìn)行掃描。（2）活動掃描法20（3）進(jìn)程交互法進(jìn)程交互法是面向進(jìn)程的，是事件調(diào)度法與活動掃描法的結(jié)合。一個進(jìn)程包含若干有序事件和有序活動，據(jù)此可以模型各主動成分的活動為主線生成仿真進(jìn)程表。仿真時，一旦某個成分進(jìn)入物流系統(tǒng)，它將完成該進(jìn)程中的全部活動。進(jìn)程交互法更接近于實際系統(tǒng)，從用戶的觀點看，更容易使用，但進(jìn)程交互法的軟件實現(xiàn)，比事件調(diào)度法與活動掃描法都要復(fù)雜。（3）進(jìn)程交互法21物流系統(tǒng)仿真技術(shù)培訓(xùn)課程2210.1.3物流系統(tǒng)仿真的一般步驟10.1.3物流系統(tǒng)仿真的一般步驟2310.2物流系統(tǒng)仿真的應(yīng)用10.2.1常見的物流系統(tǒng)仿真應(yīng)用系統(tǒng)仿真在物流系統(tǒng)運行中的應(yīng)用，可以從三方面考慮：（1）在物流系統(tǒng)尚未建立之前，可以評價和論證系統(tǒng)方案及其可行性，避免投資風(fēng)險；并且可以進(jìn)行多種方案的比較，進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計，能大大提高設(shè)計的成功率。10.2物流系統(tǒng)仿真的應(yīng)用10.2.1常見的物流系統(tǒng)仿真24（2）在物流系統(tǒng)設(shè)計過程中，利用仿真技術(shù)可以幫助設(shè)計人員建立系統(tǒng)模型，進(jìn)行模型驗證與模型簡化并進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計；利用仿真技術(shù)可以幫助設(shè)計人員完成設(shè)備和運行參數(shù)的選擇。（3）在物流系統(tǒng)建成后，利用仿真技術(shù)可以分析系統(tǒng)工作的狀況，尋求系統(tǒng)改進(jìn)的途徑以及找出最佳的運行參數(shù)。（2）在物流系統(tǒng)設(shè)計過程中，利用仿真技術(shù)可以幫助設(shè)計人員建立25常見物流系統(tǒng)仿真應(yīng)用主要有：1）物流系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計在物流系統(tǒng)還處于規(guī)劃設(shè)計、沒有實際建成的情況下，把系統(tǒng)規(guī)劃轉(zhuǎn)換成仿真模型，通過運行模型，評價規(guī)劃方案的優(yōu)劣并修改方案，是系統(tǒng)仿真經(jīng)常用到的一方面?？梢栽谙到y(tǒng)建成之前，對不合理的設(shè)計和投資進(jìn)行修正，避免了資金、人力和時間的浪費。系統(tǒng)仿真運行準(zhǔn)確地反映了未來物流系統(tǒng)在有選擇的改變各種參數(shù)時的運行效果，從而使設(shè)計者對規(guī)劃與方案的實際效果更加胸有成竹，有利于避免企業(yè)新上項目的失誤。常見物流系統(tǒng)仿真應(yīng)用主要有：262）生產(chǎn)物料控制對于生產(chǎn)制造企業(yè)來說，可以根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)的工藝流程、設(shè)備參數(shù)、人員配備、資金約束、物料供應(yīng)等，建立生產(chǎn)物流仿真系統(tǒng)。通過仿真，可以分析生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)量，確定生產(chǎn)瓶頸位置，報告資源利用率；可以考察生產(chǎn)物流系統(tǒng)重構(gòu)、車間物流改造；可以考評生產(chǎn)物料的JIT配送、生產(chǎn)物流的庫存管理等。生產(chǎn)物流仿真若能同MRP、MRPII、ERP等結(jié)合，將使企業(yè)的人、財、物等資源配置更合理有效。2）生產(chǎn)物料控制273）庫存控制對企業(yè)內(nèi)部運行來說，由于外部市場需求的不確定及其波動，導(dǎo)致企業(yè)內(nèi)部物料供應(yīng)部門與生產(chǎn)加工部門的供求關(guān)系往往存在矛盾。通過對物料庫存狀態(tài)的仿真，可以動態(tài)地模擬入庫、出庫、庫存的實際狀況。根據(jù)加工要求，正確地掌握入庫、出庫的時機(jī)和數(shù)量。3）庫存控制28對企業(yè)所在供應(yīng)鏈來說，供應(yīng)商、生產(chǎn)商、分銷商、零售商和終端客戶，每個環(huán)節(jié)都可以建立模型進(jìn)行仿真，動態(tài)地模擬入庫、出庫、庫存的實際狀況，根據(jù)下游需求正確地掌握入庫、出庫的時機(jī)和數(shù)量；在此基礎(chǔ)上，拓展到整個供應(yīng)鏈，從而降低整個供應(yīng)鏈的總庫存量和庫存成本，提高供應(yīng)鏈的整體運行績效。這方面典型的應(yīng)用，如構(gòu)建“啤酒游戲”的計算機(jī)模型，分析比較不同庫存策略時“啤酒游戲”和“牛鞭效應(yīng)”產(chǎn)生的原因和機(jī)理，根據(jù)仿真結(jié)果采取相應(yīng)的手段，降低供應(yīng)鏈中企業(yè)的庫存總量，降低供應(yīng)鏈的物流總成本。對企業(yè)所在供應(yīng)鏈來說，供應(yīng)商、生產(chǎn)商、分銷商、零售商和終端客29

4）物流運輸物流運輸系統(tǒng)是一個復(fù)雜的動態(tài)過程，系統(tǒng)中常常包含有多種運輸車輛、多種運輸路線。運輸策略存在著多種可能性。建立運輸系統(tǒng)仿真模型，動態(tài)運行此模型，再用動畫將運行狀態(tài)、道路堵塞情況、貨物供應(yīng)情況等生動地呈現(xiàn)出來。通過對運輸調(diào)度過程仿真，調(diào)度人員對所執(zhí)行的調(diào)度策略進(jìn)行檢驗和評價，就可以采取比較合理的調(diào)度策略。4）物流運輸305）物流成本估算物流成本包括運輸成本、庫存成本、裝卸成本、人工成本等，物流成本的核算與所花費的時間比例相關(guān)。物流系統(tǒng)仿真是對物流整個過程的模擬，進(jìn)程中每一個操作的時間，通過仿真推進(jìn)被記錄下來。因此可以通過仿真統(tǒng)計物流時間的花費，進(jìn)而計算物流的成本。這種計算物流成本的方法，比用其他數(shù)學(xué)方法計算，更簡便、更直觀。同時可以建立起成本與物流系統(tǒng)規(guī)劃、物料庫存控制、物料運輸調(diào)度策略之間的聯(lián)系。從而用成本核算結(jié)果來評價物流系統(tǒng)的策略和方案。5）物流成本估算316）物流發(fā)展戰(zhàn)略應(yīng)用計算機(jī)仿真模型，可以對從過去到未來的國家、地區(qū)乃至企業(yè)的物流系統(tǒng)發(fā)展規(guī)律進(jìn)行仿真運算分析，研究系統(tǒng)的因果關(guān)系、相互作用、發(fā)展機(jī)理等，得出有益的結(jié)論，以利于制定科學(xué)的區(qū)域、行業(yè)或企業(yè)物流發(fā)展戰(zhàn)略，促進(jìn)物流系統(tǒng)的改進(jìn)和發(fā)展。6）物流發(fā)展戰(zhàn)略327）其他應(yīng)用，如：物流系統(tǒng)運行分析；物流方案評價優(yōu)選；軍事物流后勤保障；應(yīng)急物流響應(yīng)機(jī)制；等。7）其他應(yīng)用，如：3310.2.2常見的物流系統(tǒng)仿真軟件簡介1）ArenaArena是1993年美國RockwellAutomation公司推出的可視化交互仿真軟件，它基于面向?qū)ο蟮乃枷牒徒Y(jié)構(gòu)化的建模概念，將專用仿真語言的靈活性和仿真器的易用性很好結(jié)合在了一起，成為廣泛應(yīng)用的仿真工具之一。10.2.2常見的物流系統(tǒng)仿真軟件簡介342）AUTOMODAUTOMOD是由美國BrooksAutomation公司推出的、目前市面上比較成熟的三維物流仿真軟件。主要包括三大模塊：AutoMod、AutoStat和AutoView。2）AUTOMOD353）SIMAnimationSIMAnimation是美國3i公司設(shè)計開發(fā)的集成化物流仿真軟件。SIMAnimation使用基于OpenGL三維建模技術(shù)的OOP編程方法，集三維實體光照、材質(zhì)視點變換、漫游于一體，提供真正的三維動畫和虛擬的現(xiàn)實世界。3）SIMAnimation364）WitnessWitness是英國LannerGroup開發(fā)的面向工業(yè)系統(tǒng)、商業(yè)系統(tǒng)流程的動態(tài)系統(tǒng)仿真軟件平臺。主要特點：（1）交互式面向?qū)ο蟮慕－h(huán)境。（2）靈活的執(zhí)行策略。（3）工程友好性強(qiáng)。（4）實時的彩色動畫顯示。（5）靈活的輸入輸出方式，OLE自動服務(wù)。（6）豐富的模型單元和模型組件庫。（7）子模型。4）Witness375）AnyLogicAnyLogic是一個專業(yè)虛擬原型環(huán)境，用于設(shè)計包括離散，連續(xù)和混合行為的復(fù)雜系統(tǒng)，能夠幫助你快速地構(gòu)建被設(shè)計系統(tǒng)的仿真模型（虛擬原型）和系統(tǒng)的外圍環(huán)境，包括物理設(shè)備和操作人員。使用AnyLogic，用戶并不需要另外再學(xué)習(xí)編程語言或圖形語言。5）AnyLogic386）EM-PlantEM-Plant是以色列Tecnomatix公司開發(fā)的功能強(qiáng)大的仿真軟件系統(tǒng)，主要用于離散事件系統(tǒng)的優(yōu)化與仿真。EM-Plant采用面向?qū)ο蠼５木幊谭椒ǎ蚱埔酝抡孳浖嫦蜻^程的方式，因而建模靈活，使用方便。EM-Plant可以與CAD、CAPE、ERP、DB等軟件之間實時通信。6）EM-Plant397）RaLC樂龍（RaLC）軟件由日本人工智能服務(wù)有限公司（AIS）開發(fā)，完全中文化界面，點擊按鈕即可在三維立體畫面上顯示出的對象物體，通過對這些對象物體的配置來進(jìn)行設(shè)計，對各個對象物體的形狀和規(guī)格，即使在仿真執(zhí)行中也很容易可設(shè)置其屬性。7）RaLC408）EXTENDEXTEND系統(tǒng)仿真軟件是由美國ImagineThat公司開發(fā)的通用仿真平臺。仿真環(huán)境為不同層次的建模者提供了多種工具，能夠使仿真項目從建模、校驗、確認(rèn)到建立用戶界面的每一步得到簡化、方便。8）EXTEND419）FlexsimFlexsim是美國FlexsimSoftwareProduetion公司推出的一款商業(yè)化離散事件系統(tǒng)仿真軟件。Flexsim基于OpenGL開發(fā)，在圖形建模環(huán)境中集成了C++IDE和編譯器，因此其三維顯示能力比較突出。9）Flexsim4210）MATLABMATLAB是MATrixLABoratory的縮寫，是由美國MathWorks公司開發(fā)的一個功能強(qiáng)大的數(shù)學(xué)軟件包。MATLAB提供了一個高性能的數(shù)值計算和圖形顯示的科學(xué)和工程計算軟件環(huán)境，計算功能強(qiáng)大，可以做微積分，代數(shù)，數(shù)值分析，統(tǒng)計計算，優(yōu)化問題求解，動態(tài)系統(tǒng)模擬仿真等。10）MATLAB4310）MATLAB同時，它還包含有一系列稱為工具箱（TOOLBOX）的涉及許多領(lǐng)域的應(yīng)用軟件模塊，如信號處理、圖象處理、控制系統(tǒng)分析、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、優(yōu)化、統(tǒng)計學(xué)和符號數(shù)學(xué)等，因而成為全世界各類專業(yè)人員“萬能”的工具。10）MATLAB4410.2.3物流系統(tǒng)仿真應(yīng)用舉例：舉例：配送中心虛擬仿真設(shè)計方法（略）物流系統(tǒng)仿真技術(shù)培訓(xùn)課程45復(fù)習(xí)思考題1.名詞解釋：系統(tǒng)模型，系統(tǒng)仿真，物流系統(tǒng)仿真，仿真鐘2.物流系統(tǒng)仿真的一般步驟及其應(yīng)用？3.常見的物流系統(tǒng)仿真應(yīng)用有哪些？4.常見的物流系統(tǒng)仿真軟件有哪些？復(fù)習(xí)思考題46第10章物流系統(tǒng)仿真技術(shù)

本章導(dǎo)讀熟悉物流系統(tǒng)仿真的基本概念、基本原理。了解物流系統(tǒng)仿真的一般方法和步驟，了解物流系統(tǒng)仿真的常見應(yīng)用。一般了解物流系統(tǒng)仿真常見軟件的應(yīng)用。第10章物流系統(tǒng)仿真技術(shù)本章導(dǎo)讀47物流系統(tǒng)仿真技術(shù)能夠在物流系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計階段，對設(shè)施布置、設(shè)備配置、系統(tǒng)能力、參數(shù)優(yōu)選、系統(tǒng)運行、作業(yè)流程等進(jìn)行仿真分析，評價和對比不同的系統(tǒng)設(shè)計方案，從而達(dá)到優(yōu)化物流系統(tǒng)的目的。物流系統(tǒng)仿真技術(shù)在國外已普遍推廣應(yīng)用，據(jù)國外經(jīng)驗，應(yīng)用物流系統(tǒng)仿真技術(shù)后能使物流系統(tǒng)方案總投資有效降低30％左右。

物流系統(tǒng)仿真技術(shù)能夠在物流系統(tǒng)的規(guī)劃設(shè)計階段，對設(shè)施布置、設(shè)4810.1基本概念和基本原理10.1.1基本概念1）系統(tǒng)、系統(tǒng)模型與系統(tǒng)仿真“系統(tǒng)、模型、仿真”三者之間有著密切關(guān)系。系統(tǒng)是研究的對象，模型是系統(tǒng)的抽象，仿真是通過對模型的試驗以達(dá)到研究系統(tǒng)的目的。系統(tǒng)仿真有三個基本活動，即系統(tǒng)建模、仿真建模和仿真試驗，聯(lián)系這三個活動的是系統(tǒng)仿真的三要素：即系統(tǒng)、模型、計算機(jī)（包括軟件和硬件）。

10.1基本概念和基本原理10.1.1基本概念492）物流系統(tǒng)的復(fù)雜性物流系統(tǒng)是由物流各要素組成且各要素之間存在著有機(jī)聯(lián)系的綜合體。物流系統(tǒng)是一個復(fù)雜系統(tǒng)，其復(fù)雜性主要源于物流系統(tǒng)諸要素的不確定性和系統(tǒng)要素間的相關(guān)性，而且隨著系統(tǒng)要素不確定性和相關(guān)性的相互疊加，其復(fù)雜性進(jìn)一步增強(qiáng)。2）物流系統(tǒng)的復(fù)雜性503）物流系統(tǒng)仿真系統(tǒng)仿真方法是一種非解析方法。物流系統(tǒng)仿真（LogisticsSystemSimulation），就是借助計算機(jī)仿真技術(shù)，對物流系統(tǒng)建模并進(jìn)行實驗，得到各種動態(tài)活動及其過程的瞬間仿效記錄，進(jìn)而研究物流系統(tǒng)性能的方法（物流術(shù)語GB／T18354－2006）。3）物流系統(tǒng)仿真51由于物流仿真模型的一次運行只是對真實系統(tǒng)的一次抽樣模擬，所以系統(tǒng)仿真不是一種嚴(yán)格意義上的優(yōu)化方法，它一般不能直接求出系統(tǒng)的最優(yōu)解。不過，物流系統(tǒng)仿真卻是一種很好的間接優(yōu)化方法。系統(tǒng)仿真不單純追求耗時費力的、有研究意義而無實際意義的最優(yōu)解，而是快速尋求改善和優(yōu)化物流系統(tǒng)的途徑和方法。

由于物流仿真模型的一次運行只是對真實系統(tǒng)的一次抽樣模擬，所以5210.1.2物流系統(tǒng)仿真的基本原理1）連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)連續(xù)系統(tǒng)是指系統(tǒng)狀態(tài)隨時間連續(xù)變化的系統(tǒng)，如電力系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、機(jī)電系統(tǒng)等。離散系統(tǒng)又常稱之為離散事件動態(tài)系統(tǒng)（DEDS：DiscreteEventDynamicSystem），是指系統(tǒng)狀態(tài)隨時間呈離散變化的系統(tǒng)。更具體地說，DEDS是指受事件驅(qū)動、系統(tǒng)狀態(tài)跳躍式變化、系統(tǒng)狀態(tài)遷移發(fā)生在一串離散時間點上的動態(tài)系統(tǒng)。10.1.2物流系統(tǒng)仿真的基本原理53離散系統(tǒng)本質(zhì)上屬于人造系統(tǒng)。系統(tǒng)中，對系統(tǒng)行為進(jìn)程起決定作用的是一批離散事件，而不是連續(xù)變量，所遵循的是一些人為規(guī)則，而不是物理學(xué)定律。結(jié)合物流系統(tǒng)的復(fù)雜性和不確定性的分析，可以得出這樣的結(jié)論：物流系統(tǒng)主要是離散系統(tǒng)（或離散事件動態(tài)系統(tǒng)），物流系統(tǒng)行為進(jìn)程中起決定作用的是人為規(guī)定的一系列規(guī)則。

離散系統(tǒng)本質(zhì)上屬于人造系統(tǒng)。542）離散事件系統(tǒng)的基本要素描述一個離散事件系統(tǒng)一般需要5個基本要素：實體、屬性、事件、活動、進(jìn)程等。（1）實體實體分為臨時實體和永久實體兩類。凡是在系統(tǒng)仿真期間流經(jīng)系統(tǒng)、在仿真結(jié)束時已經(jīng)離開系統(tǒng)的實體稱為臨時實體。凡在系統(tǒng)仿真期間自始自終停留在系統(tǒng)中的實體稱為永性實體。例如進(jìn)入企業(yè)的原材料，經(jīng)生產(chǎn)加工后離開企業(yè)進(jìn)入銷售流通領(lǐng)域，對生產(chǎn)企業(yè)來說就是臨時實體，而生產(chǎn)加工的機(jī)器設(shè)備則為永久實體。再如，送達(dá)配送中心經(jīng)儲存又離去的貨物是臨時實體，而貨架則是永久實體。2）離散事件系統(tǒng)的基本要素55（2）屬性實體的所有特征稱為實體的屬性。需要強(qiáng)調(diào)的是，實體可能具有若干特征，但并不是所有的特征都被稱為仿真系統(tǒng)的實體屬性。只有與物流系統(tǒng)仿真相關(guān)的那些特征，才稱為屬性。例如，物品有大小、形狀、顏色等屬性，又有加工（倉儲）批量、到達(dá)（離開）時間等屬性，顯然這里只有加工（倉儲）批量、到達(dá)（離開）時間等才可以稱之為仿真系統(tǒng)的實體屬性。（2）屬性56（3）事件在離散事件系統(tǒng)仿真中，事件有兩類。一類是引起系統(tǒng)狀態(tài)變化的行為，例如倉儲系統(tǒng)物品入庫到達(dá)被稱為一個事件，物品的出庫離去被稱為一個事件?？梢钥闯鲞@一類事件是系統(tǒng)固有的，是系統(tǒng)狀態(tài)變化的主要驅(qū)動力。另一類事件是所謂的程序事件，例如仿真過程中為了使仿真結(jié)束，專門定義一個事件，使其終止仿真。程序事件并非系統(tǒng)所固有的，而是根據(jù)需要設(shè)定的。（3）事件57（4）活動活動是兩個可以區(qū)分的事件之間的過程。顯然，事件是系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變的起因，而活動則是系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移的標(biāo)志。例如配送中心中，事件“貨物到達(dá)”與事件“貨物入庫”之間的過程，就可以稱為活動。（4）活動58（5）進(jìn)程進(jìn)程是由若干個有序事件及若干個活動組成的過程，一個進(jìn)程描述了其中所包括的事件和活動的相互邏輯及時序關(guān)系。例如一個制造物流系統(tǒng)中，工件到達(dá)、等待、加工、加工完后離去，就可以稱為一個進(jìn)程。（5）進(jìn)程59物流系統(tǒng)仿真技術(shù)培訓(xùn)課程603）離散事件仿真鐘的推進(jìn)方法為了實現(xiàn)對系統(tǒng)的動態(tài)仿真，必須跟蹤仿真過程中時間的推進(jìn)，即必須給模型一個從某一時刻推進(jìn)到下一時刻的時間推進(jìn)機(jī)制。仿真鐘就是一個仿真模型中用來記錄仿真當(dāng)前時刻的變量，即用于表示仿真時間的變化。仿真鐘所顯示的是系統(tǒng)仿真所花費的時間，而不是計算機(jī)運行仿真模型的時間。3）離散事件仿真鐘的推進(jìn)方法61離散事件系統(tǒng)仿真的仿真鐘推進(jìn)方法分為兩類：一類是變步長推進(jìn)法(或稱下一事件步長法)，另一類是固定步長推進(jìn)法(或稱固定增量法)。變步長推進(jìn)法也叫下一事件步長法，或面向事件的仿真時鐘推進(jìn)。該推進(jìn)方式事先并沒有確定時鐘推進(jìn)步長，而是根據(jù)隨機(jī)事件的發(fā)生，進(jìn)行隨機(jī)步長的推進(jìn)，推進(jìn)步長為最后發(fā)生事件與下一事件之間的時間間隔。固定步長推進(jìn)法也叫面向時間間隔的仿真時鐘推進(jìn)。該推進(jìn)方式確定一個固定的時間間隔，以此為增量來逐步推進(jìn)仿真鐘。離散事件系統(tǒng)仿真的仿真鐘推進(jìn)方法分為兩類：一類是變步長推進(jìn)法62物流系統(tǒng)仿真技術(shù)培訓(xùn)課程634）系統(tǒng)仿真算法仿真算法是確定仿真鐘推進(jìn)策略的控制方法，是仿真控制的核心。比較成熟的仿真算法有三種：第一類是以事件為基礎(chǔ)的事件調(diào)度法（ES，EventScheduling）；第二類是以活動掃描為基礎(chǔ)的活動掃描法（AS，ActivityScanning）；第三類是以進(jìn)程為基礎(chǔ)的進(jìn)程交互法（PI，ProcessInteraction）。4）系統(tǒng)仿真算法64（1）事件調(diào)度法事件調(diào)度法是面向事件的。這種方法按時間順序處理物流系統(tǒng)所發(fā)生的一系列事件，記錄每一事件發(fā)生時引起的系統(tǒng)狀態(tài)的變化，來完成物流系統(tǒng)的整個動態(tài)過程仿真。建模的任務(wù)在于確定導(dǎo)致系統(tǒng)狀態(tài)改變的事件以及與各類事件相對應(yīng)的邏輯關(guān)系。

（1）事件調(diào)度法65（2）活動掃描法活動掃描法是面向活動的，活動開始和結(jié)束是物流系統(tǒng)狀態(tài)變化的標(biāo)志。在以活動掃描為基礎(chǔ)的離散型仿真中，仿真模型描述系統(tǒng)實體所進(jìn)行的活動以及預(yù)定導(dǎo)致活動開始或結(jié)束的條件?；顒娱_始或終止的事件并非由模型事先安排，而是由為活動規(guī)定的條件所初始化。隨著仿真時鐘按一定步長推進(jìn)，對每項活動的開始或終止的條件進(jìn)行掃描。（2）活動掃描法66（3）進(jìn)程交互法進(jìn)程交互法是面向進(jìn)程的，是事件調(diào)度法與活動掃描法的結(jié)合。一個進(jìn)程包含若干有序事件和有序活動，據(jù)此可以模型各主動成分的活動為主線生成仿真進(jìn)程表。仿真時，一旦某個成分進(jìn)入物流系統(tǒng)，它將完成該進(jìn)程中的全部活動。進(jìn)程交互法更接近于實際系統(tǒng)，從用戶的觀點看，更容易使用，但進(jìn)程交互法的軟件實現(xiàn)，比事件調(diào)度法與活動掃描法都要復(fù)雜。（3）進(jìn)程交互法67物流系統(tǒng)仿真技術(shù)培訓(xùn)課程6810.1.3物流系統(tǒng)仿真的一般步驟10.1.3物流系統(tǒng)仿真的一般步驟6910.2物流系統(tǒng)仿真的應(yīng)用10.2.1常見的物流系統(tǒng)仿真應(yīng)用系統(tǒng)仿真在物流系統(tǒng)運行中的應(yīng)用，可以從三方面考慮：（1）在物流系統(tǒng)尚未建立之前，可以評價和論證系統(tǒng)方案及其可行性，避免投資風(fēng)險；并且可以進(jìn)行多種方案的比較，進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計，能大大提高設(shè)計的成功率。10.2物流系統(tǒng)仿真的應(yīng)用10.2.1常見的物流系統(tǒng)仿真70（2）在物流系統(tǒng)設(shè)計過程中，利用仿真技術(shù)可以幫助設(shè)計人員建立系統(tǒng)模型，進(jìn)行模型驗證與模型簡化并進(jìn)行最優(yōu)化設(shè)計；利用仿真技術(shù)可以幫助設(shè)計人員完成設(shè)備和運行參數(shù)的選擇。（3）在物流系統(tǒng)建成后，利用仿真技術(shù)可以分析系統(tǒng)工作的狀況，尋求系統(tǒng)改進(jìn)的途徑以及找出最佳的運行參數(shù)。（2）在物流系統(tǒng)設(shè)計過程中，利用仿真技術(shù)可以幫助設(shè)計人員建立71常見物流系統(tǒng)仿真應(yīng)用主要有：1）物流系統(tǒng)規(guī)劃與設(shè)計在物流系統(tǒng)還處于規(guī)劃設(shè)計、沒有實際建成的情況下，把系統(tǒng)規(guī)劃轉(zhuǎn)換成仿真模型，通過運行模型，評價規(guī)劃方案的優(yōu)劣并修改方案，是系統(tǒng)仿真經(jīng)常用到的一方面?？梢栽谙到y(tǒng)建成之前，對不合理的設(shè)計和投資進(jìn)行修正，避免了資金、人力和時間的浪費。系統(tǒng)仿真運行準(zhǔn)確地反映了未來物流系統(tǒng)在有選擇的改變各種參數(shù)時的運行效果，從而使設(shè)計者對規(guī)劃與方案的實際效果更加胸有成竹，有利于避免企業(yè)新上項目的失誤。常見物流系統(tǒng)仿真應(yīng)用主要有：722）生產(chǎn)物料控制對于生產(chǎn)制造企業(yè)來說，可以根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)的工藝流程、設(shè)備參數(shù)、人員配備、資金約束、物料供應(yīng)等，建立生產(chǎn)物流仿真系統(tǒng)。通過仿真，可以分析生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)量，確定生產(chǎn)瓶頸位置，報告資源利用率；可以考察生產(chǎn)物流系統(tǒng)重構(gòu)、車間物流改造；可以考評生產(chǎn)物料的JIT配送、生產(chǎn)物流的庫存管理等。生產(chǎn)物流仿真若能同MRP、MRPII、ERP等結(jié)合，將使企業(yè)的人、財、物等資源配置更合理有效。2）生產(chǎn)物料控制733）庫存控制對企業(yè)內(nèi)部運行來說，由于外部市場需求的不確定及其波動，導(dǎo)致企業(yè)內(nèi)部物料供應(yīng)部門與生產(chǎn)加工部門的供求關(guān)系往往存在矛盾。通過對物料庫存狀態(tài)的仿真，可以動態(tài)地模擬入庫、出庫、庫存的實際狀況。根據(jù)加工要求，正確地掌握入庫、出庫的時機(jī)和數(shù)量。3）庫存控制74對企業(yè)所在供應(yīng)鏈來說，供應(yīng)商、生產(chǎn)商、分銷商、零售商和終端客戶，每個環(huán)節(jié)都可以建立模型進(jìn)行仿真，動態(tài)地模擬入庫、出庫、庫存的實際狀況，根據(jù)下游需求正確地掌握入庫、出庫的時機(jī)和數(shù)量；在此基礎(chǔ)上，拓展到整個供應(yīng)鏈，從而降低整個供應(yīng)鏈的總庫存量和庫存成本，提高供應(yīng)鏈的整體運行績效。這方面典型的應(yīng)用，如構(gòu)建“啤酒游戲”的計算機(jī)模型，分析比較不同庫存策略時“啤酒游戲”和“牛鞭效應(yīng)”產(chǎn)生的原因和機(jī)理，根據(jù)仿真結(jié)果采取相應(yīng)的手段，降低供應(yīng)鏈中企業(yè)的庫存總量，降低供應(yīng)鏈的物流總成本。對企業(yè)所在供應(yīng)鏈來說，供應(yīng)商、生產(chǎn)商、分銷商、零售商和終端客75

4）物流運輸物流運輸系統(tǒng)是一個復(fù)雜的動態(tài)過程，系統(tǒng)中常常包含有多種運輸車輛、多種運輸路線。運輸策略存在著多種可能性。建立運輸系統(tǒng)仿真模型，動態(tài)運行此模型，再用動畫將運行狀態(tài)、道路堵塞情況、貨物供應(yīng)情況等生動地呈現(xiàn)出來。通過對運輸調(diào)度過程仿真，調(diào)度人員對所執(zhí)行的調(diào)度策略進(jìn)行檢驗和評價，就可以采取比較合理的調(diào)度策略。4）物流運輸765）物流成本估算物流成本包括運輸成本、庫存成本、裝卸成本、人工成本等，物流成本的核算與所花費的時間比例相關(guān)。物流系統(tǒng)仿真是對物流整個過程的模擬，進(jìn)程中每一個操作的時間，通過仿真推進(jìn)被記錄下來。因此可以通過仿真統(tǒng)計物流時間的花費，進(jìn)而計算物流的成本。這種計算物流成本的方法，比用其他數(shù)學(xué)方法計算，更簡便、更直觀。同時可以建立起成本與物流系統(tǒng)規(guī)劃、物料庫存控制、物料運輸調(diào)度策略之間的聯(lián)系。從而用成本核算結(jié)果來評價物流系統(tǒng)的策略和方案。5）物流成本估算776）物流發(fā)展戰(zhàn)略應(yīng)用計算機(jī)仿真模型，可以對從過去到未來的國家、地區(qū)乃至企業(yè)的物流系統(tǒng)發(fā)展規(guī)律進(jìn)行仿真運算分析，研究系統(tǒng)的因果關(guān)系、相互作用、發(fā)展機(jī)理等，得出有益的結(jié)論，以利于制定科學(xué)的區(qū)域、行業(yè)或企業(yè)物流發(fā)展戰(zhàn)略，促進(jìn)物流系統(tǒng)的改進(jìn)和發(fā)展。6）物流發(fā)展戰(zhàn)略787）其他應(yīng)用，如：物流系統(tǒng)運行分析；物流方案評價優(yōu)選；軍事物流后勤保障；應(yīng)急物流響應(yīng)機(jī)制；等。7）其他應(yīng)用，如：7910.2.2常見的物流系統(tǒng)仿真軟件簡介1）ArenaArena是1993年美國RockwellAutomation公司推出的可視化交互仿真軟件，它基于面向?qū)ο蟮乃枷牒徒Y(jié)構(gòu)化的建模概念，將專用仿真語言的靈活性和仿真器的易用性很好結(jié)合在了一起，成為廣泛應(yīng)用的仿真工具之一。10.2.2常見的物流系統(tǒng)仿真軟件簡介802）AUTOMODAUTOMOD是由美國BrooksAutomation公司推出的、目前市面上比較成熟的三維物流仿真軟件。主要包括三大模塊：AutoMod、AutoStat和AutoView。2）AUTOMOD813）SIMAnimationSIMAnimation是美國3i公司設(shè)計開發(fā)的集成化物流仿真軟件。SIMAnimation使用基于OpenGL三維建模技術(shù)的OOP編程方法