基于事件調度法的保障器材庫存仿真控制系統設計

王鐵寧， 朱 域， 可榮博 （裝甲兵工程學院，北京100074）

基于事件調度法的保障器材庫存仿真控制系統設計

王鐵寧， 朱 域， 可榮博 （裝甲兵工程學院，北京100074）

庫存管理是供應鏈管理中的重要環節，起到緩沖、調節和平衡的作用。作者以庫存控制基本理論及仿真基本理論為基礎，結合保障器材庫存控制的特點，研究設計基于事件調度算法的庫存控制仿真系統，為提高保障器材庫存管理水平提供有力的工具。

庫存控制；保障器材；事件調度法

0 引 言

保障器材主要采用經費限額控制條件下的，基于數量的庫存控制方法，即在不超出經費限額的條件下，用器材的大量庫存來滿足消耗需求的不穩定性。這種傳統的管理方法存在很大的局限性，造成整個器材保障系統庫存量大、反應遲鈍、可靠性差、效率偏低，與現代戰爭的快速、敏捷、精確等要求不相適應。與此同時，在庫存為應對新軍事變革的挑戰，打贏未來高技術戰爭，對傳統裝備保障器材存儲和供應體系進行調整，用速度代替數量，用流動的器材代替庫存，采用供應鏈庫存管理辦法對庫存進行優化控制，逐步實現器材的精確保障，已經成為器材保障改革中亟待解決的重要問題。

隨著現代物流技術的迅猛發展和現代物流理論與實踐的日益成熟，結合現實需要，引入先進的物流庫存分類分析技術和庫存管理理論，構建各級庫存控制模型，通過計算機模擬仿真庫存在訂貨和分配周期內的變化，尋求各級最佳庫存點，構建戰略倉庫的合理庫存結構，對器材維修保障經費的優化使用，訂貨和分配計劃的科學制定，具有重要的現實意義。借鑒國內外先進的物流仿真軟件開發經驗，開發專用庫存系統仿真軟件，將為提高保障器材庫存管理水平提供有力的工具。

1 事件調度法

庫存系統的結構復雜，環節眾多，在模型結構比較復雜或不確定型因素比較多的場合下，采用數學規劃或者啟發式算法進行系統分析會很困難。在這種情況下，使用系統仿真方法還可以克服算法上的困難，具有顯著的優越性。系統仿真還可以在不同的層次上，分析不同約束條件和輸入下，為系統的動態響應，提供決策支持。

仿真策略決定仿真模型的結構。事件調度法建模靈活，應用范圍廣泛，適用于成分相關性小的系統，但是事件處理子程序和建模工作量大。使用事件調度法來仿真庫存系統，基本事件分類清楚，流程控制簡單，所以本系統采用事件調度法作為本系統仿真算法基礎。

事件調度法是面向事件的，記錄事件發生的過程，處理每個事件發生時系統狀態變化的結果。它采用變步長的推進方法，每推進一次仿真時鐘，對每一個事件發生所引起的狀態變化進行記錄和處理。它的基本部件包括時間表、事件控制子程序和事件處理子程序。事件表按時間的順序存放所發生的事件，以及這些事件的相關屬性；事件控制子程序根據事件發生的間隔推進仿真時鐘；事件處理子程序處理每種事件發生時系統狀態所發生的變化。

2 庫存仿真控制系統設計

2.1 仿真系統模型分析

目前，保障器材采取的是逐級保障為主、直達保障為輔的保障模式，在供應上采取逐級申請，逐級上報，統一訂購，逐級下發的形式，是一種典型的 “縱向一體化”的供應模式。為簡化仿真流程，在本仿真系統中抽象出工廠、倉庫和修理單位三個基本的實體單元，模型的實體關系圖如圖1所示：

（1）修理單位實體

當保障器材發生故障時，修理單位向倉庫請領相應的器材，之后對發生故障的器材進行換件或維修，從而產生器材消耗。在本系統的設計中，所有修理單位都按照相應的器材消耗規律產生器材消耗。在仿真的過程中，修理單位實體將記錄本單位產生的每筆器材消耗明細。

（2）倉庫實體

當倉庫接到修理單位的消耗請領或下級倉庫的訂貨請求時，根據本倉庫的發貨策略滿足下級的申請。不同種類器材根據本倉庫相應的訂貨策略進行連續檢查或周期性檢查并訂貨，以保證庫存數量能夠滿足本級修理單位和下級倉庫的需求。在仿真過程中，倉庫實體將記錄每一筆出入庫信息，并統計缺貨情況。

（3）工廠實體

工廠實體主要負責器材的生產和運送。工廠接到訂貨單后，開始生產器材，器材生產完畢后向相應的訂貨單位運送貨物。在本系統的設計中，器材的生產時間計算公式為：

其中，T為總生產時間 （天），T1為生產準備時間 （天），m為生產數量 （件），V為器材的生產速度 （天／件）。在仿真過程中，工廠實體將記錄每一筆訂單和發貨明細。

庫存系統建模是一個十分復雜的系統，為了突出主要問題的研究，簡化和說明問題，并根據裝備保障實際，作如下主要假設：

1）每個修理單位只能由一個倉庫對其進行器材供應；

2）每個倉庫只能由一個上級倉庫或一個工廠對其進行器材供應；每個倉庫可以對一個修理單位和多個下級倉庫進行器材供應；戰略、戰役倉庫可以對戰術倉庫進行跨級直供；

3）每個工廠可以對多個倉庫進行器材供應；

4）不考慮工廠生產能力的波動性、器材運輸的安全性以及器材申請和發貨的誤差性等復雜隨機因素的影響；

5）器材按照消耗規律曲線隨機產生消耗，對每種器材消耗規律的掌握是正確的。

2.2 仿真系統功能模塊總體設計

系統功能模塊設計如圖2所示。

（1）控制策略模塊

在控制策略模塊中，設計了多種訂貨策略、發貨策略以及成本的計算方法。在仿真建模時，可以為每個倉庫實體提供多種可選擇的庫存控制策略，提高建模的靈活性。

（2）模型庫模塊

在模型庫模塊中，設計了消耗規律模型庫和基本的實體模型。器材消耗規律模型庫用于存儲單一器材或某一類器材的消耗規律曲線模型，在仿真建模時，可以從消耗規律模型庫中選取要進行仿真的某幾項 （類）器材，進行多項 （類）器材的庫存控制仿真；仿真系統的基本實體單元有工廠、倉庫和修理單位三種，在仿真開始之前，每種實體都有相應的訂貨策略、發貨策略、成本計算方法以及器材消耗規律等屬性，基本實體模型庫用于儲存三種基本實體單元及各自的屬性設置；每次仿真后，可以將已設置好屬性的某單位實體存儲到具體實體模型庫，以后再次對本單位實體進行仿真時可以直接調用。

（3）隨機數生成模塊

在離散事件仿真系統中，為再現實際庫存系統的隨機性，就需要使用大量的隨機參數。首先用數學擬合的方法將實際系統的隨機模型中再現實際系統的隨機過程參數化輸入模型，然后在仿真過程中使用隨機數發生器產生隨機序列再現系統的隨機過程。

（4）仿真算法主程序

在仿真過程中，系統過程被劃分為不同的基本事件，根據仿真時鐘的推進和事件的優先級決定所執行的事件，并且執行相應的事件處理子程序，最終將運行過程中的數據存儲以便結果輸出和分析。

（5）結果分析與優化模塊

在仿真運行結束后，將對本次仿真進行分析和評價，得出仿真的結果與優化策略。

（6）用戶圖形化界面模塊

在圖形界面中，用戶可以通過拖放實體模型，鏈接供應關系和定義實體模型的控制策略，建立實際庫存系統的仿真模型，簡化建模過程。最后，通過圖表顯示出仿真運行狀態和結果。

2.3 基于事件調度法的仿真算法實現

（1）仿真系統事件定義

采用事件調度法作為仿真算法首先要為庫存系統進行事件的定義。事件定義依賴于系統狀態的描述。對庫存系統模型進行分析，定義了需求事件、訂貨事件、到貨事件、發貨和費用計算事件共4種實體事件，事件的狀態及引起的狀態變化如表1所示：

表1 仿真事件描述

需求事件：其含義是收到貨物的需求訂單并發出貨物。仿真時，處理需求事件需要根據消耗規律，得到每個特定時鐘的消耗量。當需求事件出現后，產生的結果是系統狀態發生變化，即庫存量改變。需求事件的發生不受系統中其他事件的影響，是系統之外的因素所為，故在系統中只與時間因素有關。

訂貨事件：其含義是根據需求和現有庫存量，根據庫存管理規則，發出訂購貨物單，這一事件的性質在不同類型的庫存系統中可有不同。

發貨策略：其含義是根據發貨策略向下級下發器材，器材出庫。

到貨事件：其含義是訂購的貨物到達，進入庫存。

費用計算事件：是庫存仿真系統中每個時鐘都必須要執行的事件。由于它每個時鐘都執行，所以不必列在事件表中，但是在執行完其它所有事件后，必須執行該事件。

（2）仿真事件優先級設置

在一個復雜系統中，總是存在許多類事件，有可能出現多個事件同時發生的情形，用戶在建模時必須規定同時發生事件的處理順序，即事件處理優先級。

由于各實體之間的庫存策略相互獨立，事件發生的先后不會造成影響，所以只考慮兩個事件發生在同一時間、同一實體的情況。本系統將事件優先級設為1、2、3級，1級最高。

在仿真系統中還有兩個每個時刻必須執行的事件，就是時鐘事件和費用計算事件。由于它們都是每個時刻都執行的，所以不必列在事件表中，但是在執行完其它所有事件后，必須執行該事件。

對于同一實體，事件大致可以分為實體內部觸發和實體外部觸發兩種：需求事件和到貨事件為實體外部觸發；訂貨和發貨事件為實體內部觸發。實體外部觸發的事件不能決定何時發生，例如倉庫實體不能決定下級修理單位何時進行下一次需求，所以實體外部事件優先級應該相同，按照FIFO的原則調用。實體外部觸發的事件均作為實體的事件觸發入口，所以優先級均設為最高級1；由流程分析可知，當器材滿足需求時，由需求事件觸發發貨事件，當器材不滿足需求時，需求進入等待事件列表，由到貨事件觸發發貨事件。因此，發貨事件為需求事件和到貨事件的后續事件，優先級設為2；對于同時發生的訂貨事件和發貨事件，應先進行發貨事件而后進行訂貨事件，如果器材數量不能滿足發貨事件，發貨事件進入等待隊列，而后進行訂貨事件，故而設定訂貨事件優先級為3。

仿真事件的優先級設置如表2：

表2 仿真事件優先級

（3）仿真隊列的實現

本系統中采用強類型列表存儲未來的仿真事件，通過控制仿真事件元素出入仿真事件隊列來實現仿真算法。在仿真模型中，每當觸發新的事件時，先將此事件按照優先級順序加入到仿真事件隊列當中，然后按照仿真時鐘的推進，從仿真事件隊列中彈出事件發生時間等于當前仿真時間的事件并執行此事件。

仿真事件元素入隊列的原則如下：

1）所有事件按照發生時間先后順序進入隊列，發生時間早的事件排在隊列首部。

2）發生時間相同但發生實體不同的事件，按照FIFO（先來先服務）的順序進入隊列。

3）發生時間、實體相同的事件，按照事件的優先級進行排序。優先級高的事件排在隊列首部。仿真鐘每推進一次，執行一次當前仿真鐘時間仿真事件彈出隊列操作。

2.4 仿真系統流程

仿真系統主要流程如圖3所示。

（1）獲取模型結構及實體策略參數步驟中主要完成：1）獲取每個實體相應的庫存策略參數。例如倉庫實體要設定相應的訂貨策略、發貨策略和成本計算策略；2）獲取實體之間的申請關系、直供關系。例如戰役倉庫B項戰略倉庫A提出訂貨申請，戰術倉庫C的器材申請由戰役倉庫D直供。

（2）設置仿真環境參數步驟中主要完成：1）設置仿真鐘起始時間、步長。仿真起始時間，仿真鐘每推進一次，日期增長多少等都需要在仿真開始前預先設定；2）初始化仿真事件列表。每個實體的庫存策略都可能會有仿真起始事件，例如某倉庫采用周期性的訂貨策略，則需要將本倉庫訂貨策略的時鐘事件添加到仿真事件隊列，又例如基層消耗單位每天都可能產生器材消耗，需要將本單位消耗策略的時鐘事件添加到仿真事件隊列。

（3）調用仿真事件步驟中主要完成：1）根據本系統定義的事件調度原則，調用仿真隊列中發生時間等于當前仿真鐘時間的事件；2）生成將來仿真事件并添加到仿真隊列。

（4）顯示當前仿真信息步驟中主要完成：1）顯示倉庫庫存、出入庫流水、缺貨情況等信息；2）顯示基層單位器材消耗曲線；3）顯示工廠生產、發貨情況；4）顯示器材成本、運輸成本等費用消耗情況。

（5）仿真結果統計步驟中主要完成：1）統計消耗情況；2）統計庫存動態情況；3）統計缺貨情況；4）統計成本消耗情況。降低庫存成本和提高倉庫的滿足率是庫存控制的主要目的，所以在仿真過程中主要對缺貨情況與成本消耗進行了分析，并根據仿真結果進行進一步的仿真優化。

3 結束語

本文針對裝備器材庫存系統中存在大量的隨機參數，用解析方法很難對其進行描述和分析的難題，在庫存控制基本理論及仿真基本理論的基礎上，結合我軍裝備器材保障的特點，設計了基于事件調度法的裝備器材庫存仿真控制系統。以期通過本系統對現有和虛擬的庫存控制進行仿真優化，達到提高裝備器材保障能力，降低庫存控制成本，優化庫存結構的目的。

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Design of the Inventory Simulation Control System of Guarantee Devices Based on the Event Scheduling Method

WANG Tie-ning,ZHU Yu,KE Rong-bo(Academy of Armored Forces Engineering,Beijing 100074,China)

The inventory system plays an important role in the management of the supply chain,play a role in buffering,regulate and balanced.This paper is based on basic theories of inventory control and artificial,combine the characteristic of guarantee equipment inventory control,study and design the artificial system of inventory control based on event scheduling method,offer the strong tool for improving the inventory management level of the equipment in the army.

inventory control;guarantee equipment;event scheduling method

F253

A

1002-3100(2011)07-0109-05

2011-04-25

朱 域（1986-），男（滿族），遼寧岫巖人，裝甲兵工程學院技術保障系碩士研究生，研究方向：管理科學與工程。