武汉理工大学《物流系统建模与仿真》课设 - 图文

武汉理工大学《物流系统建模与仿真》课程设计说明书

1.1.2物流系统建模与仿真

物流系统建模主要用于三个方面：

⑴分析和设计实际系统。例如工程界在分析设计一个新系统时，通常先进行数学仿真

和物理仿真实验，最后再到现场作实物实验。数学仿真比物理仿真简单、易行。用数学仿真来分析和设计一个实际系统时，必须有一个描述系统特征的模型。对于许多复杂的工业控制过程，建模往往是最关键和最困难的任务。对社会和经济系统的定性或定量研究也是从建模着手的。

⑵预测或预报实际系统的某些状态的未来发展趋势。预测或预报基于事物发展过程的

连贯性。例如根据以往的测量数据建立气象变化的数学模型，用于预报未来的气象。

⑶对系统实行最优控制。运用控制理论设计控制器或最优控制律的关键或前提是有一

个能表征系统特征的数学模型。在建模的基础上，再根据极大值原理、动态规划、反馈、解耦、极点配置、自组织、自适应和智能控制等方法，设计各种各样的控制器或控制律。系统建模主要用于3个方面对于同一个实际系统，人们可以根据不同的用途和目的建立不同的模型。但建立的任何模型都只是实际系统原型的简化，因为既不可能也没必要把实际系统的所有细节都列举出来。如果在简化模型中能保留系统原型的一些本质特征，那么就可认为模型与系统原型是相似的，是可以用来描述原系统的。因此，实际建模时，必须在模型的简化与分析结果的准确性之间作出适当的折衷，这常是建模遵循的一条原则。 物流系统仿真，普遍采用数学方法建立数学模型。当研究的物流系统不是十分复杂，或经过简化降低了系统的复杂程度时，可以利用数学方法，如线性代数、微积分、运筹学、计算数学等方法去求解问题。但在实际研究中，随着物流理论和实践的不断深入，所提出的研究问题日益复杂，非确定因素、不可知因素、模糊因素众多，因果关系复杂，单独应用数学方法就难以进行描述或无法求解或很难求解，使得我们的研究需要采用计算机仿真的方法来辅助解决。

在本次设计中将采用实体流程图建模方法和eM-Plant仿真软件对案例进行建模仿真并分析系统存在的问题，提出解决方案。

1.2物流系统建模步骤

不同条件下的建模方法不同，但建模的全过程始终离不开了解实际系统，其步骤可归纳如下：

⑴弄清问题，掌握实际情况，确定输出输入变量及其表达方式。 ⑵搜集资料，对资料进行分类，概括出本质内涵，分清主次变量。

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⑶确定因素之间的关系，列出必要的表格，绘制出图形和曲线等。

⑷构造模型。在充分了解资料的基础上，构造一个能代表所研究系统的数量变换数学模型。

⑸求解模型。用解析法或数值法求解模型最优解。 ⑹检验模型的正确性。

1.3国内研究现状

当前，国内外对于物流系统仿真的研究主要集中在生产线能力的评估、配送中心的选址、集装箱码头的布局、数字化工厂的建设、物流车辆的监控等物流活动中，针对上文提出的现代物流系统仿真四个步骤，得出结论，物流系统仿真的重点和难点在于对系统的建模和仿真软件的参数输入阶段。

物流系统是典型的“离散事件动态系统”（Discrete Event Dynamic System ，DEDS）或者“离散事件系统”（ Discrete Event System，DES ）。离散事件动态系统是系统的状态空间描述为离散集，状态转移仅仅发生在离散的时间点上，同时状态的转移与事件紧密联系的系统。

在离散事件动态系统（DEDS）的研究中，常把DEDS的模型和分析区分为三个基本层次。即逻辑层次、代数层次和统计性能层次。DEDS模型和分析的逻辑层次，着眼于在逻辑时间层次上来研究DEDS中事件和状态的符号序列关系，采用的主要数学工具包括形式语言/有限自动机、Petri网、马尔可夫链等。DEDS模型和分析的代数层次，着眼于在物理时间层次上来研究DEDS的代数特性和运动过程，采用的主要数学工具有极大极小代数等。DEDS模型和分析的统计性能层次，着眼于在性能层次上来研究随机情况下DEDS的各种平均性能及其优化，采用的主要数学工具包括排队论等。应当指出，尽管这三个层次模型所面对的都是DEDS，但由于研究侧重点和描述手段不同，目前看来还不具备相互取代的前景，将会长期共存并组成DEDS的模型体系，以适应不同的研究问题和研究目标。

在当前众多的物流系统仿真软件中，应用最广的是由美国Flexsim公司开发的也是迄今为止世界上第一个在图形环境中集成了C++和编译器的仿真软件Flexsim。

国内的学者大多采用建立基于Petri网的网络模型的方式来研究物流系统，研究对象还主要是生产物流，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。

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1.3物流仿真技术的发展趋势

集成化的物流规划设计仿真技术是目前物流仿真技术发展较快的一个方向，此项技术应用的范围非常广泛，大到物流园区的规划设计，小到企业生产物流的规划设计，都可以利用物流规划设计仿真技术对规划和设计方案进行比选和优化，实现的基本功能包括：

（1）可以用三维虚拟物流中心模型来模拟未来实际物流中心的情况；

（2）使用虚拟中心仿真器可以对物流中心的建设进行较精确的投入——产出分析； （3）在参观客户现场及参阅仓库图纸等的基础上，可以在计算机上构筑模拟仓库，并模拟各种库中作业；

（4）可以模拟生产型物流的现场作业，并提供物流作业效率的评价结果； （5）可以在计算机上虚拟物流传输和运输业务，模拟配车计划及相关配送业务； （6）可以灵活地变更物流作业顺序，进行物流作业过程重组分析，优化方案比较等。 近年来，集成化的物流规划设计仿真技术在美日等发达国家发展很快，并在应用中取得了很好的效果。如美国的第三方物流公司Catepillar开发的CLS物流规划设计仿真软件，能够通过计算机仿真模型来评价不同的仓储、库存、客户服务和仓库管理策略对成本的影响。

日本在集成化物流规划设计仿真技术的研发方面处在世界领先地位，其最具代表性的成果是以前从事人工智能技术研究的AIS研究所研发的RalC系列三维物流规划设计仿真软件。RalC的适用范围十分广泛，在日本，包括冷冻食品仓储、通信产品销售配送、制药和化工行业的企业物流等都有RalC的应用，并且产生了相应的效益。

在我国，集成化物流规划设计仿真技术的研发目前还处在起步阶段，从2001年开始，山东大学和同济大学开始了相关领域的预研工作，但目前还未见到研发出的实际产品。

物流系统是一个复杂的开放系统，而且是一个关系人们生活和社会进步的重要系统，物流系统运作的成功与否对我们的企业效益和社会进步影响甚大。而仿真方法是完善、推进物流系统的一个很好的方法，节省费用、减少浪费、并可以尽量节约消耗在物流环节中的时间。

但是由于物流系统的复杂性，以及物流系统所处环境的不确定性，对物流系统进行全面仿真还是存在很大困难的，所以，这是一个系统工程，是一个需要许多人长期努力才能实现的目标。

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2仿真系统分析

2.1系统工艺描述

在这个案例中，系统工艺描述为零件的活动，其是一个从零件到达、零件排队、零件加工及加工完成的过程。在这一过程中，包含了零件流。

2.2系统分析

表1 系统分析 临时实体 永久实体 特殊实体 零件 加工站，机床，缓冲站 排队队列 零件：等待，被加工 加工站：等待，加工作业 状态 活动 零件：排队，接受加工 加工站：等待，加工作业 系统事件 优先规则 零件到达，零件排队，结束排队、零件接受加工，加工完成离开 先到先服务