基于ＳＷＡＲＭ的庫存系統(tǒng)仿真

　　摘要：文章主要介紹了Swarm的主要特點以及利用Swarm進行建模仿真的一般思路，然后給出了庫存系統(tǒng)決策分析模型，并對該模型的構(gòu)建過程進行了分析，試圖為研究和使用Swarm提供了一條捷徑。
　　關(guān)鍵詞：Swarm；庫存系統(tǒng)；建模仿真
　　
　　一、CAS
　　
　　CAS理論是遺傳算法之父和復雜性科學的先驅(qū)者之——Holland在1994年提出的。其將系統(tǒng)成員看作是具有自身目的和主動性、積極的“活”主體。主體能夠與環(huán)境以及其他主體進行相互作用，在持續(xù)不斷的相互作用中，不斷地“學習”或“積累經(jīng)驗”，并且根據(jù)學到的經(jīng)驗改變自身的結(jié)構(gòu)和行為方式。整個系統(tǒng)的演變和進化，包括新層次的產(chǎn)生、分化和多樣性的出現(xiàn)，新的、聚合而成的、更大的主體等等，都是在這個基礎(chǔ)上出現(xiàn)的。更重要的CAS理論認為正是主體的這種主動性以及它與環(huán)境間反復的、相互的作用，才是系統(tǒng)發(fā)展和演化的基本動因。大量的研究事實表明，由使用性產(chǎn)生的復雜性，即所謂的復雜適應(yīng)系統(tǒng)確實是一大類十分重要、非常常見的復雜系統(tǒng)。
　　
　　二、Swarm
　　
　　Swarm實際是一個用Object-C（一種面向?qū)ο蟮腃語言）語言編寫的類庫集。它是一個自由軟件，其源代碼是開放的，并且Swarm的使用者之間能方便進行自由交流，實現(xiàn)研究成果共享。Swarm最初是為支持X Window系統(tǒng)的Unix操作系統(tǒng)開發(fā)的。1995年發(fā)布了第一個Beta版。1997年1月發(fā)布了Swarm 1.0版本，該版本能在Solaris和Linux操作系統(tǒng)上運行。隨后經(jīng)過較小的修改，該版本能DEC Alpha平臺和Unix操作系統(tǒng)上運行。1998年4月Swarm 1.1版本發(fā)布，由于其引入了Cygnus Win32包，使其能在Miscrosoft Windows95/98/NT上運行。1999年年底，發(fā)布了支持Java語言的Swarm 2.0和2.0.1版本。這樣，Swarm可以同時支持Object-C和Java變成，使其越來越利于眾多非計算機專業(yè)研究人員的使用，因此應(yīng)用日益廣泛。目前，Swarm Development Group（SDG）的首要任務(wù)是將Swarm進一步通用化，使之支持更多操作系統(tǒng)，并能采用更多的計算機語言進行編程。
　　（一）Swarm的主要特點
　　1、面向?qū)ο蟮脑O(shè)計思想。Swarm是一個多主體建模仿真框架，多主體建模與面向?qū)ο蟮姆治龊驮O(shè)計思想有一定的相似之處。在面向?qū)ο蟮姆治雠c設(shè)計（OOA、OOD）中，定義了各種類，這些類在程序運行時創(chuàng)建若干個類的實例，稱為對象。每個對象包括描述對象自身狀態(tài)的實例變量，稱為屬性（Attribute），以及由類定義的描述對象行為的方法（Method）。對象之間通過發(fā)送和接收消息來通信。Swarm本身就是使用面向?qū)ο蠓椒ê图夹g(shù)的一個設(shè)計良好的類庫。
　　2、離散時間仿真。Swarm仿真模型實質(zhì)上是離散時間的仿真模型：仿真時鐘以離散的方式推進，模型中得主體通過在離散的時刻發(fā)生的事件來改變自身的狀態(tài)并與模型中的其他主體進行交互。由于模型中的每個主體都又若干個事件，主體之間通過離散事件進行交互，所以這些事件之間有一定的引發(fā)（一個事件的發(fā)生引起另一個事件的發(fā)生）和時序關(guān)系（事件之間在時間上的關(guān)系）。
　　3、探測器技術(shù)與圖形化用戶界面。在系統(tǒng)仿真中，觀察模型的運行狀態(tài)對運行結(jié)果的分析非常重要。Swarm使用“探測器”（Probe）技術(shù)從運行的模型中提取數(shù)據(jù)，并提供了圖形化的用戶界面來顯示運行結(jié)果。探測器實際上是Swarm類庫中事先定義好的一系列類。Swarm為用戶提供了一個非常直觀的圖形輸出界面。
　?。ǘ㏒warm仿真程序的層次結(jié)構(gòu)及類庫
　　Swarm仿真程序包括：ModelSwarm（模型Swarm）、ObserverSwarm（觀察者Swarm）和Agent（仿真主體）。其中的ModelSwarm和ObserverSwarm都是Swarm類的子類，它們二者建立了Swarm仿真程序的框架結(jié)構(gòu)。仿真主體對象則對應(yīng)所要模擬的真實系統(tǒng)中有代表性的微觀主體和這些個體活動的環(huán)境，主體對象是SwarmObject類的子類，繼承SwarmObject的一些既有方法以提供對探測器和內(nèi)存管理的支持。
　　Swarm以下核心類庫：Defobj、Collection、Random、Tkobjc、Swarmobject、Activity和Smitools。
　　
　　三、Swarm建模實例
　　
　　（一）庫存系統(tǒng)概述
　　一般的庫存系統(tǒng)，主要包括庫存狀態(tài)、補充和需求。庫存狀態(tài)是指存貨隨著時間的推移而發(fā)生的盤點數(shù)量的變化，存貨數(shù)量隨著需求過程而減少，又隨補充過程而增加。需求是系統(tǒng)的輸出，它可以有不同的形式，包括連續(xù)需求、間斷需求、已知的確定性需求和隨即需求等，一般來說不受控制。給定了需求形式，系統(tǒng)輸出特性也就確定了。補充是系統(tǒng)的輸入，補充策略根據(jù)系統(tǒng)的目標和需求方式來確定，是庫存系統(tǒng)管理決策的關(guān)注重點。
　　不同的需求與補充就決定系統(tǒng)的庫存狀態(tài)，它是一個隨時間變化的動態(tài)過程。庫存系統(tǒng)的研究就是為了求解系統(tǒng)的動態(tài)庫存狀態(tài)，并根據(jù)庫存狀態(tài)變化所引起的成本進行科學的管理和決策。
　　本文模擬的是多周期提前訂貨有折扣的庫存系統(tǒng)，比較接近現(xiàn)實的庫存系統(tǒng)，訂貨有延遲，需要提前訂貨，當訂貨數(shù)量超過某定值時可享受折扣。本模型采取的訂貨策略是每次訂貨發(fā)出，尚未到貨時不繼續(xù)發(fā)出訂貨單。
　　（二）模型設(shè)計
　　在本庫存仿真系統(tǒng)中，僅一類個體——庫存。仿真模型的參數(shù)設(shè)計（以下列出主要參數(shù)）：
　　1、需求量D為離散隨即變量。
　　2、訂貨提前期order_before_day為離散隨即變量，在系統(tǒng)中隨即產(chǎn)生（0，1]之間的隨數(shù)r，若r∈（0，0.125]時，則order_before_day＝1；若r∈（0.125，0.5]時，則order_before_day=2；若r∈（0.5，1]時，則order_before_day=3。
　　3、折扣率。每次訂貨量超過一個固定值時，可以享受25%的折扣。
　　4、最大庫存（max_stock）。
　　5、最小庫存（orderPoint），即定貨點，當庫存數(shù)量小于最小庫存時，開始訂貨。
　　6、缺貨損失（scarcityLosses）。
　　7、訂貨費用（orderCost）。
　　8、保管費用（reserveCost）。
　　9、折扣率（discount_rate）。
　　10、缺貨數(shù)量（scarcity_num）。
　　11、到貨的天數(shù)（goods_arrive_day）。
　　12、當期的總費用（periodActualCost）。
　　主體的行為主要有：
　　訂貨行為，當庫存不夠時，發(fā)出訂貨單。
　　需求行為，根據(jù)產(chǎn)生的隨機變量，決定需要的貨物的個數(shù)。計算當前庫存量，計算缺貨量。
　　到貨行為，此到貨行為中，主要完成參數(shù)狀態(tài)的修改，計算庫存量。
　　最后結(jié)算本期費用。計算相關(guān)費用，如保存費用、存儲費用、缺失損失等。
　?。ㄈ┓抡鎸崿F(xiàn)
　　依據(jù)Swarm仿真程序的層次結(jié)構(gòu)，一個Swarm一般由兩部分組成：一系列相關(guān)聯(lián)的對象的集合以及這些對象的動作序列表，Swarm仿真程序就是圍繞Swarm進行組織的。
　　
　　1、在ModelSwarm對象中，首先，定義主體——庫存，以及主體的數(shù)量，通過buildObjects方法來創(chuàng)建對象。其次，通過buildActions方法為ActionGroup的實例對象賦值來規(guī)定主體行為的執(zhí)行順序和觸發(fā)條件，然后在Schedule對象中定義ActionGroup第一次執(zhí)行的時間和各次執(zhí)行的時間間隔。此外，ModelSwamr還包括一系列輸入和輸出參數(shù)。如主體個數(shù)的初始值、庫存的最大值等。輸出包括當前狀態(tài)及運行結(jié)果等，各初始值如圖1所示。
　　
　　2、ObserverSwarm在仿真過程中，檢測模型的運行過程并記錄模型的輸出結(jié)果。ObserverSwarm通過探測器（Probe）接口觀察ModelSwarm對象中各個個體狀態(tài)的變化，并以圖形的方式輸出。
　　本模型中初始產(chǎn)生主體個數(shù)為5，運行100期，每期代表真實的時間為1天，初始庫存90，最大庫存140，最小庫存60，觀察100期內(nèi)總費用，運行結(jié)果如圖2所示。
　　改變策略，最大庫存設(shè)置為250，其他初始參數(shù)不變，運行程序。結(jié)果如圖3所示。
　　
　　四、結(jié)論
　　
　　從以上模型的結(jié)果可以總結(jié)出，改變策略后，在同樣的運行周期內(nèi)，可以節(jié)省費用，因為第1種策略最大庫存是140，在這種情況下，訂貨的數(shù)量最大不超過140，享受不了打折的優(yōu)惠，改變策略后，某些時候可以享受到優(yōu)惠。可以根據(jù)具體的情況，調(diào)整訂貨的策略，也可以改變模型的初始值。從對Swarm本身以及庫存系統(tǒng)的仿真模型的研究表明，Swarm很適合基于個體Agent的復雜適應(yīng)系統(tǒng)仿真建模。另外，由于swarm源代碼開放以及提供了標準接口，使其具有良好的可擴展性，更易于實現(xiàn)特定的目標模型。
　　
　　參考文獻：
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