物流系統(tǒng)仿真研究綜述

王　翔

摘要:文章從系統(tǒng)建模方法和前沿仿真技術(shù)的角度對(duì)物流系統(tǒng)優(yōu)化與仿真進(jìn)行評(píng)述,介紹了建模方法和仿真技術(shù),分析其在物流系統(tǒng)中的運(yùn)用以及物流系統(tǒng)仿真的主要進(jìn)展和存在的問題,最后指出物流系統(tǒng)仿真進(jìn)一步的研究方向。

關(guān)鍵詞:物流系統(tǒng);仿真軟件;建模方法;仿真技術(shù)

中圖分類號(hào):TP391.9文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-8937(2009)10-0136-02

物流系統(tǒng)的優(yōu)化,往往是在一定約束條件下,實(shí)現(xiàn)物流總費(fèi)用最省、客戶服務(wù)水平最好、社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益最高的綜合目標(biāo)。但是,物流系統(tǒng)大多是離散的、復(fù)雜的大系統(tǒng),包含多約束多因素的影響,難以達(dá)到最優(yōu)狀態(tài),傳統(tǒng)的運(yùn)籌學(xué)方法無法對(duì)建立的模型進(jìn)行有效求解,而仿真技術(shù)在解決這類問題時(shí)有其獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn),因此許多專家學(xué)者對(duì)物流系統(tǒng)仿真領(lǐng)域進(jìn)行了大量的研究,以求使物流系統(tǒng)的價(jià)值潛力得到最大的發(fā)揮,提高企業(yè)的效率和利潤(rùn)。

1物流系統(tǒng)建模方法

系統(tǒng)建模是系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ),也是系統(tǒng)仿真的必要過程,模型的質(zhì)量直接影響系統(tǒng)仿真的效果。在離散事件系統(tǒng)建模方面,通常有三種系統(tǒng)建模方法:面向事件的建模方法、面向活動(dòng)的建模方法以及面向進(jìn)程的建模方法,具體表現(xiàn)為: 實(shí)體流圖法、活動(dòng)周期法、Petri網(wǎng)方法。

1.1數(shù)學(xué)建模方法

數(shù)學(xué)建模方法就是根據(jù)一般的理論、方法、設(shè)計(jì)行規(guī)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等,按具體要求建立一個(gè)能體現(xiàn)設(shè)計(jì)問題的數(shù)學(xué)模型,再利用計(jì)算機(jī)編程或最優(yōu)化方法找出它的最優(yōu)方案,使問題得到滿意的解決。在物流領(lǐng)域的研究中,數(shù)學(xué)建模方法主要是指?jìng)鹘y(tǒng)的運(yùn)籌規(guī)劃方法。

1.2Petri網(wǎng)建模方法

Petri網(wǎng)是1960年由卡爾·A·佩特里發(fā)明的,面向進(jìn)程的建模方法。Petri網(wǎng)是對(duì)離散并行系統(tǒng)的數(shù)學(xué)表示,有嚴(yán)格的數(shù)學(xué)表述方式、直觀的圖形表達(dá)方式和豐富的系統(tǒng)描述手段與系統(tǒng)行為分析技術(shù)。Petri網(wǎng)能較好地描述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),表示系統(tǒng)中的并行、同步、沖突及順序等關(guān)系,以圖形表示的組合模型,具有直觀、易懂和易用的優(yōu)點(diǎn)。

1.3活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)建模法

活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)是面向?qū)ο蟮慕７椒?它是一個(gè)包含活動(dòng)邏輯順序的有向圖,活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)由外部或者內(nèi)部事件控制。根據(jù)對(duì)象建模思想,活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)可以看作各種對(duì)象組成的網(wǎng)絡(luò),為了實(shí)現(xiàn)活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與仿真,要求對(duì)象包含控制仿真運(yùn)行的算法,評(píng)價(jià)仿真結(jié)果的機(jī)制,包括不同層次評(píng)價(jià)一致性保持機(jī)制,以及支持仿真模型開發(fā)的方法。

1.4實(shí)體流圖建模法

實(shí)體流圖法屬于面向事件的建模方法,與計(jì)算機(jī)程序流程圖的畫法類似,借助實(shí)體流程圖,可以表示事件、狀態(tài)變化及實(shí)體間相互作用的邏輯關(guān)系。雖然計(jì)算機(jī)程序框圖的思想和編制方法簡(jiǎn)單,但對(duì)離散事件系統(tǒng)的描述卻比較全面,已廣為人們所接受。

2物流系統(tǒng)仿真技術(shù)

系統(tǒng)仿真是指通過建立和運(yùn)行系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真模型,來模仿實(shí)際系統(tǒng)的運(yùn)行狀況及其隨時(shí)間變化的規(guī)律,通過對(duì)仿真運(yùn)行過程的觀察和統(tǒng)計(jì),得到被仿真系統(tǒng)的仿真輸出參數(shù)和基本特性,以此來估計(jì)和推斷實(shí)際系統(tǒng)的真實(shí)參數(shù)和真實(shí)性能。目前,仿真技術(shù)主要包括仿真軟件和仿真編程語(yǔ)言。仿真軟件主要有Arena、AutoMod、Witness、Flexsim等,仿真編程語(yǔ)言主要是Borland C++、VB等原始編程語(yǔ)言。

3建模方法和仿真技術(shù)在物流系統(tǒng)中的應(yīng)用

在現(xiàn)代物流系統(tǒng)中,由于物流系統(tǒng)的不確定因素和離散復(fù)雜性,用傳統(tǒng)的運(yùn)籌學(xué)方法很難達(dá)到系統(tǒng)優(yōu)化的目的,現(xiàn)在的前沿技術(shù)是把建模技術(shù)和仿真技術(shù)相結(jié)合。具體做法是首先選擇合適的建模方法建立模型,然后選擇合適的仿真技術(shù)進(jìn)行仿真,對(duì)參數(shù)進(jìn)行控制得到仿真數(shù)據(jù),對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)合理的分析達(dá)到系統(tǒng)優(yōu)化的目的。

在Petri網(wǎng)應(yīng)用方面,文獻(xiàn)[5][6][7]分別對(duì)不同的物流系統(tǒng)進(jìn)行了研究。對(duì)三篇文獻(xiàn)分析可以看出Petri網(wǎng)是離散性、隨機(jī)性復(fù)雜系統(tǒng)建模的主要方法,大多學(xué)者都有采用。

彭晨,岳東應(yīng)用Petri網(wǎng)對(duì)煤炭供應(yīng)鏈物流及供應(yīng)流運(yùn)行過程建模,并結(jié)合煤炭供應(yīng)鏈的過程建模運(yùn)用VB編程完成可視化仿真,分析煤炭供應(yīng)鏈中存在的問題和運(yùn)營(yíng)瓶勁。用原始仿真語(yǔ)言VB編程的不足是在對(duì)模型進(jìn)行仿真分析時(shí)無法形成三維動(dòng)畫。

詹躍東,駱瑛對(duì)煙草行業(yè)的卷接包車間的AGVS進(jìn)行分析,用Petri網(wǎng)對(duì)該AGVS進(jìn)行建模,并用Arena仿真軟件進(jìn)行仿真研究,以此證明模型的有效性。作者利用了Arena軟件強(qiáng)大的功能模塊ALLOCATE實(shí)現(xiàn)了AGV以最短路徑進(jìn)行工作,提高了AGVS的效率,但沒有實(shí)現(xiàn)AGV的智能化,不能隨時(shí)應(yīng)變實(shí)際系統(tǒng)所發(fā)生的情況。

張穎利,邵明習(xí)以某微型汽車廠總裝車間的生產(chǎn)物流過程為實(shí)例,采用Petri網(wǎng)進(jìn)行建模,利用VB編程實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線的仿真研究。作者雖然通過建模仿真找到了生產(chǎn)線存在的問題并有效解決,提高了效率,但此模型的前提假設(shè)與實(shí)際系統(tǒng)有偏差,有一定的局限性。

當(dāng)今,傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模方法仍然占有相當(dāng)重要的地位,盡管復(fù)雜系統(tǒng)很難實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)建模,但由于新的建模方法還有待進(jìn)一步研究完善,傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模方法仍然在某些領(lǐng)域得到廣泛使用。

孫娟,尹軍琪,寧建國(guó)通過數(shù)學(xué)和物理建模,并利用VC++編程,實(shí)現(xiàn)了用動(dòng)畫技術(shù)對(duì)物流系統(tǒng)進(jìn)行仿真。這種技術(shù)可以模擬系統(tǒng)的整個(gè)工作狀態(tài),估測(cè)系統(tǒng)的輸送能力,與用戶進(jìn)行簡(jiǎn)單交互。它的突出特點(diǎn)就是利用VC++中的MFC類實(shí)現(xiàn)仿真編程,與實(shí)際系統(tǒng)較為接近,最重要的是該模型具有二次開發(fā)的潛力。

郭士正,盧霞以奶品零售分銷系統(tǒng)為實(shí)例,對(duì)僅有制造商與銷售商的二級(jí)供應(yīng)鏈系統(tǒng)建立了具有選址和市場(chǎng)顧客配置的供應(yīng)鏈混合整數(shù)規(guī)劃模型,采用遺傳算法求解,證明了模型的有效性。其模型可以在一類廣泛的服務(wù)銷售的供應(yīng)鏈管理問題中推廣,這是該研究的創(chuàng)新之處。

王英凱,安曉東提出了一種基于遺傳算法的物流配送最佳路徑選擇的數(shù)學(xué)模型,通過對(duì)實(shí)例的仿真分析證明該模型能較好地滿足不同類型的約束要求,在時(shí)間上相對(duì)于傳統(tǒng)的線性規(guī)劃算法有很大節(jié)省,對(duì)解決類似的多重目標(biāo)約束問題非常有效。

如今,許多仿真軟件的功能強(qiáng)大,不但可進(jìn)行實(shí)體建模,還可通過對(duì)模型的參數(shù)控制,使模型運(yùn)行過程中的數(shù)據(jù)以圖表的形式顯示出來,供決策者分析數(shù)據(jù)而找到滿意的決策方案。

張漢江,肖偉等人對(duì)基于虛擬現(xiàn)實(shí)的自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)可視化仿真輔助設(shè)計(jì)問題進(jìn)行了研究。使用仿真軟件Flexsim,以自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)中的設(shè)施數(shù)量、操作規(guī)則為控制變量,建立自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)的物流仿真模型,經(jīng)過多次仿真得到最優(yōu)控制變量和布局方案。

翁貽方,張?jiān)鲚x,廉小親等人利用AutoMod仿真軟件,對(duì)加工生產(chǎn)線物流系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真運(yùn)行、統(tǒng)計(jì)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)仿真得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行單一參數(shù)分析得到各小車的參數(shù)范圍,再?gòu)目傮w上進(jìn)行參數(shù)組合分析,最終得到三種小車的最優(yōu)參數(shù)值,實(shí)現(xiàn)以小車最小成本達(dá)到最大產(chǎn)出的目標(biāo)。

蔡洌,李世其基于活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)建模方法,并與面向?qū)ο蠼＜夹g(shù)相結(jié)合提出了一個(gè)基于活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)系統(tǒng)仿真集成對(duì)象模型,能夠?qū)崿F(xiàn)同一仿真模型中不同觀點(diǎn)、不同層次的集成。文獻(xiàn)論述了模型的建模方法,并通過對(duì)某鋁卷料生產(chǎn)企業(yè)的生產(chǎn)活動(dòng)建模實(shí)例分析,驗(yàn)證了其可行性。

4結(jié) 語(yǔ)

通過分析、總結(jié)和比較國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀,在物流系統(tǒng)仿真的研究實(shí)踐中,系統(tǒng)優(yōu)化與仿真作為解決復(fù)雜物流系統(tǒng)問題的有效手段,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種物流系統(tǒng)的研究領(lǐng)域。將合適的建模方法和仿真技術(shù)有效地進(jìn)行結(jié)合,成為研究物流系統(tǒng)優(yōu)化與仿真問題的主流手段,也是物流系統(tǒng)優(yōu)化與仿真的主要發(fā)展方向。對(duì)于建模方法,傳統(tǒng)的數(shù)學(xué)建模仍占有重要的地位;對(duì)離散性隨機(jī)復(fù)雜系統(tǒng)的建模,Petri網(wǎng)的使用則極其廣泛,并憑借其獨(dú)到的優(yōu)勢(shì)被許多專家學(xué)者所接受。對(duì)于物流仿真技術(shù),功能強(qiáng)大的仿真軟件和工具的開發(fā)以及和建模方法的集成將成為未來研究的熱點(diǎn),而面對(duì)對(duì)象仿真、分布式交互仿真、智能仿真將成為其進(jìn)一步的發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn):

[1] 彭?yè)P(yáng),伍蓓.物流系統(tǒng)優(yōu)化與仿真[M].北京:中國(guó)物資出版社,2007.

[2] 朱衛(wèi)鋒,費(fèi)奇.敏捷后勤仿真設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)仿真,2003,(6).

[3] 朱華炳,呂冬梅.基于Witness的生產(chǎn)物流系統(tǒng)仿真與優(yōu)化[J].建模與仿真,2006,(3).

[4] 彭晨,岳東.基于Petri網(wǎng)的流程供應(yīng)鏈過程建模分析[J].計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2003,(10).

[5] 詹躍東,駱瑛.基于Petri網(wǎng)的物流自動(dòng)化系統(tǒng)建模與仿真研究[J].系統(tǒng)仿真學(xué)報(bào),2001,(4).

[6] 張穎利,邵明習(xí).企業(yè)生產(chǎn)物流的建模與仿真[J].物流技術(shù),2005,(12).

[7] 孫娟,尹軍琪,寧建國(guó).動(dòng)畫技術(shù)在物流仿真系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].起重運(yùn)輸機(jī)械,2003,(9).

[8] 郭士正,盧震.二級(jí)供應(yīng)鏈建模及仿真研究[J].集美大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2004,(4).

[9] 王瑛凱,安小東.基于遺傳算法的物流建模與仿真分析[J].中北大學(xué)學(xué)報(bào),2005,(6).

[10] 張漢江,肖偉,羅端紅,等.輔助自動(dòng)化立體倉(cāng)庫(kù)設(shè)計(jì)的可視化物流仿真[J].系統(tǒng)工程,2006(3).

[11] 翁貽方,張?jiān)鲚x,廉小親,等. 基于AutoMod的物流系統(tǒng)建模、仿真與優(yōu)化[J].微計(jì)算機(jī)信息,2007,(8).

[12] 蔡洌,李世其.基于活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的生產(chǎn)系統(tǒng)仿真集成模型研究,2005,(12).