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物流系统仿真第1页，共31页，编辑于2022年，星期日第一节第一节 物流系统仿真概述物流系统仿真概述一、系统、模型与仿真 系统:是某些要素按照一定的规律结合起来，互相作用、互相依 存的有机体。模型:是对系统某种特定性能的一种抽象描述，通过模型描述系 统的本质和内在关系，但它不是系统的“复现”。仿真:是指在实际系统尚不存在的情况下对于系统或其活动本 质的模拟。系统、模型、仿真三者之间有着密切的关系。第2页，共31页，编辑于2022年，星期日第一节第一节 物流系统仿真概述物流系统仿真概述二、系统仿真的类型二、系统仿真的类型（一）根据模型的种类分类 物理仿真、数学仿真和半实物仿真（二）根据仿真时钟与实际时钟的关系分类 实时仿真、亚实时仿真和超实时仿真（三）根据系统的特性分类 连续系统仿真、离散事件系统仿真 第3页，共31页，编辑于2022年，星期日第一节第一节 物流系统仿真概述物流系统仿真概述三、系统仿真的一般步骤三、系统仿真的一般步骤系统仿真的一般步骤:（1）针对实际系统建立系统模型，确定模型的边界。（2）仿真建模，即根据系统的特点和仿真要求选择合适的算法。（3）程序设计，将仿真模型用计算机程序描述。利用专用的仿真语言，能大大减轻程序编制工作量。（4）程序检验，程序调试的检验和仿真算法的合理性检验。（5）对模型进行实验。（6）仿真输出结果分析。第4页，共31页，编辑于2022年，星期日第一节第一节 物流系统仿真概述物流系统仿真概述四、离散事件系统仿真语言（一）GPSS GPSS最大的特点是仿真模型可采用一组标准的程序块(block)来表示其逻辑结构，系统的临时实体按程序块图中规定的方向由某一块流向另一块。用GPSS进行仿真建模时，要进行如下三个步骤：(1)将被仿真的系统抽象成为类似于流程图的模型；(2)用GPSS程序块实现流程图中的功能模块；(3)用GPSS程序块对应的语句编写出仿真程序，形成一个可执行的代码。第5页，共31页，编辑于2022年，星期日第一节第一节 物流系统仿真概述物流系统仿真概述（二）Automod 主要包括了三大模块：AutoMod、AutoStat和AutoView。AutoMod模块提供给用户一系列的物流系统模块来仿真现实世界中的物流自动化系统。（三）WITNESS 主要用于离散事件系统的仿真。它采用面向对象建模的编程方法，建模灵活，使用方便，适应面宽，是工业流程仿真器的老字号，其齐备的基本仿真功能和数据处理优势，一直是大家所公认的。第6页，共31页，编辑于2022年，星期日第一节第一节 物流系统仿真概述物流系统仿真概述 WITNESS的主要特点是：1交互式面向对象的建模环境 2灵活的执行策略 3工程友好性强 4实时的彩色动画显示 5灵活的输入、输出方式 6丰富的模型单元 7OLE自动服务(一种相关软件间数据共享的机制)8.子模型 第7页，共31页，编辑于2022年，星期日第一节第一节 物流系统仿真概述物流系统仿真概述（四）eM-Plant 有很强的制造工程背景，它是用C+实现的关于生产、物流和工程的仿真软件，提供了建模语言SimTALK、友好的图形用户界面、集成环境和非流程式操作，使用户不需要预先进行过程的定义。特点:1层次建模（hierarchy）2继承（Inheritance）3建库 4可视化（Visualization）5仿真手段 6具有遗传算法（Genetic Algorithms）模块 7多接口第8页，共31页，编辑于2022年，星期日第二节第二节 离散事件系统的仿真基础离散事件系统的仿真基础一、基本概念一、基本概念 物流系统是一种典型的离散事件系统，它的状态只是在离散时间点上发生变化，而且这些离散时间点一般是不确定的。（一）实体 实体是描述系统的三个基本要素之一。离散事件系统中的实体可分为两大类：临时实体和永久实体。临时实体:在系统中只存在一段时间的实体。永久实体：永久驻留在系统中的实体。第9页，共31页，编辑于2022年，星期日第二节第二节 离散事件系统的仿真基础离散事件系统的仿真基础（二）事件“事件”是描述离散事件系统的另一个重要概念，它是引起系统状态发生变化的行为。从某种意义上说，这类系统是由事件来驱动的。（三）活动离散事件系统中的活动，通常用于表示两个可以区分的事件之间的过程，它标志着系统状态的转移。（四）进程进程由若干个有序事件及若干有序活动组成，一个进程描述了它所包括的事件及活动间的相互逻辑关系及时序关系。第10页，共31页，编辑于2022年，星期日第二节第二节 离散事件系统的仿真基础离散事件系统的仿真基础事件、活动、进程三者之间的关系可用图9-3表示。图9-3 事件、活动、进程三者之间的关系第11页，共31页，编辑于2022年，星期日第二节第二节 离散事件系统的仿真基础离散事件系统的仿真基础（五）仿真钟 用于表示仿真时间的变化。离散事件动态系统的状态只在离散时间点上发生变化，因而不需要进行离散化处理。（六）统计计数器 离散事件动态系统的状态随着事件的不断发生呈现出动态变化，这种变化过程是随机的，某一次仿真运行得到的状态变化过程只不过是随机过程的一次取样。需要统计多次仿真运行的数据才有意义。第12页，共31页，编辑于2022年，星期日第二节第二节 离散事件系统的仿真基础离散事件系统的仿真基础二、仿真钟的推进与仿真策略二、仿真钟的推进与仿真策略（一）仿真钟的推进 1事件调度法2固定增量推进法（二）仿真策略1事件调度法2活动扫描法3进程交互法第13页，共31页，编辑于2022年，星期日第二节第二节 离散事件系统的仿真基础离散事件系统的仿真基础三、排队系统仿真三、排队系统仿真（一）排队系统的基本概念 排队论又称为随机服务理论。1918年，Erlang提出排队论，并将它用于电话系统，主要是研究服务台与顾客之间的效率问题，希望服务台效率高，而顾客的等待时间又不太长。1实体（顾客）到达模式：实体到达模式一般用到达时间间隔来描述，可分为确定性到达及随机性到达。2服务模式：服务台为顾客服务的时间可以是确定性的，也可能是随机的，后者采用服务时间的概率分布来描述。第14页，共31页，编辑于2022年，星期日第二节第二节 离散事件系统的仿真基础离散事件系统的仿真基础2服务模式：服务台为顾客服务的时间可以是确定性的，也可能是随机的，后者采用服务时间的概率分布来描述。3排队规则：即服务台完成当前的服务后，从队列中选择下一实体的原则，一般有三种原则：（1）FIFO：先到先服务；（2）LIFO：后到先服务；（3）按优先级别服务：即根据队列中实体的重要程度选择最优先服务者。4服务流程：当系统中有多个服务台，有多个队列时，服务台如何从某一个队列中选择某一个实体服务则称为服务流程问题，它包括各队列之间的关系，如实体可否换队以及换队规则等。第15页，共31页，编辑于2022年，星期日第二节第二节 离散事件系统的仿真基础离散事件系统的仿真基础（二）排队系统的统计性能一般使用的4种性能指标：1稳态平均延误时间d 2实体通过系统的稳态平均滞留时间3稳态平均队长Q第16页，共31页，编辑于2022年，星期日第二节第二节 离散事件系统的仿真基础离散事件系统的仿真基础4系统中稳态平均实体数L四、库存系统的仿真四、库存系统的仿真 随机库存系统模型 随机库存系统 第17页，共31页，编辑于2022年，星期日第二节第二节 离散事件系统的仿真基础离散事件系统的仿真基础五、Petri网分析方法 Petri网的主要优点是：1）图形建模方法，直观、易于理解；2）清楚地描述系统内部的相互作用，特别适用于异步并发离散事件的建模；3）采用自顶向下的方法(递阶Petri网)来建立系统模型，层次分明；4）良好的形式化描述，模型能用成熟的数学分析方法，如可达性、可逆性及死锁分析等，仿真较简单；5）用Petri网建立的模型，可转化为系统的控制代码。（一）普通Petri网（二）Petri网的变迁规则（三）时间Petri网第18页，共31页，编辑于2022年，星期日第三节第三节 离散事件系统仿真输出数据离散事件系统仿真输出数据分析分析一、终止型仿真与稳态型仿真从仿真结果分析的观点来看，将仿真运行方式分为两大类终止型仿真，这种仿真的运行长度是事先确定的。稳态型仿真。这类仿真仅运行一次，但运行时间很长，仿真的目的是估计系统的稳态性能。第19页，共31页，编辑于2022年，星期日第三节第三节 离散事件系统仿真输出数据分析离散事件系统仿真输出数据分析二、固定样本长度法 固定样本长度法就是每次以相同的初始条件、相同的样本长度重复运行仿真程序。三、批均值法 批均值法是一种稳态型仿真。它把仿真运行划分为长度(采样次数)相等的M段，每一段看作一次独立的仿真运行，得到样本平均值X1，X2，XN，X可以近似认为是独立、同分布的随机变量；然后利用与固定样本长度法相同的统计方法来构造仿真结果的置信区间，即如果运行的总采样次数为N，分为M批，每批采样次数为PNM。第20页，共31页，编辑于2022年，星期日第三节第三节 离散事件系统仿真输出数据分离散事件系统仿真输出数据分析析四、系统性能比较（一）两系统之间的性能比较 两系统间性能比较的基本思想是建立差值的置信区间，即对每一个系统分别独立地运行n次，各自得到同一性能的 n个样本值，然后建立对应样本差值的置信区间。（二）多系统间性能比较 多系统择优本质上是参数优化问题。由于离散系统的随机性，对离散事件的参数优化问题，目前还没有很有效的方法，特别是多参数的优化问题。实际处理时，是从多种方案的对比中选择一个作为最满意系统，并且是以一定的概率进行的选择。第21页，共31页，编辑于2022年，星期日第四节第四节 集装箱码头物流系统仿真集装箱码头物流系统仿真一、集装箱码头物流系统的复合模型集装箱码头物流系统的层次模型 第22页，共31页，编辑于2022年，星期日第四节第四节 集装箱码头物流系统仿真集装箱码头物流系统仿真复合模型的基本步骤分为四步：建立递阶的层次模型；建立对象模型；建立动态模型；归纳变迁事件表。二、集装箱码头物流系统仿真模型构成（一）码头布置模块（二）船舶产生模块（三）集装箱产生模块第23页，共31页，编辑于2022年，星期日第四节第四节 集装箱码头物流系统仿真集装箱码头物流系统仿真（四）交通布置及管理模块（五）码头前沿装卸模块（六）堆场作业模块（七）进出口大门模块（八）送箱模块（九）提箱模块（十）码头作业计划制定模块（十一）性能参数统计模块第24页，共31页，编辑于2022年，星期日第四节第四节 集装箱码头物流系统仿真集装箱码头物流系统仿真三、集装箱码头物流系统仿真模型的工程应用（一）集装箱码头模型概况 某大型集装箱码头，顺岸式布局，岸线总长度为1800米，5个泊位，宽度为600m，堆场有两种方案：六块布局或七块布局。前沿通过栈桥与堆场联接。其装卸工艺采用岸边集装箱起重机集装箱卡车轮胎龙门起重机。集装箱岸边起重机为20台，轨距为30米。为了更深入地把握码头布局的交通流组织方式，特别是了解码头年承接450万TEU时的道路交通情况，需要对这两种布局模式进行系统建模和计算机仿真分析，为最后决策提供依据。第25页，共31页，编辑于2022年，星期日第四节第四节 集装箱码头物流系统仿真集装箱码头物流系统仿真（二）仿真试验数据分析1车辆在堆场平均滞留时间比较2栈桥交通能力比较3进出闸口通过能力比较第26页，共31页，编辑于2022年，星期日第五节第五节 废弃物物流系统规划仿真废弃物物流系统规划仿真一、废弃物物流系统概述一、废弃物物流系统概述废弃物物流是指将经济活动中失去原有使用价值的物品，根据实际需要进行收集、分类、加工、包装、搬运、储存等，并分送到专门场所时所形成的物品实体流动。垃圾分类回收的两种主要途径：第一种是进行垃圾分类收集和废品回收。第二种是通过设立废品回收单位，面向单位和个人收购资源垃圾。第27页，共31页，编辑于2022年，星期日第五节第五节 废弃物物流系统规划仿真废弃物物流系统规划仿真二、仿真系统涉及的数据信息（一）收集点的信息（二）与收集车相关的信息（三）与垃圾相关的信息第28页，共31页，编辑于2022年，星期日第五节第五节 废弃物物流系统规划仿真废弃物物流系统规划仿真三、系统的逻辑结构（一）垃圾产生模块（二）叫车模块（三）收集模块（四）收工模块（五）数据处理模块四、仿真运行与结果分析第29页，共31页，编辑于2022年，星期日第六节第六节 基于基于EXTEND的物流系统仿真的物流系统仿真一、EXTEND仿真环境及其特点（一）EXTEND模型的交互性（二）模型的可重复使用性（三）系统的开放性和可扩展性二、EXTEND的建模环境（一）EXTEND的逻辑流（二）EXTEND与其他应用系统的连接（三）EXTEND的功能模块第30页，共31页，编辑于2022年，星期日第六节第六节 基于基于EXTEND的物流系统仿真的物流系统仿真三、基于EXTEND的看板系统仿真实例（一）看板系统的EXTEND建模过程（二）模块说明（三）EXTEND图形输出（四）EXTEND模型运行结果第31页，共31页，编辑于2022年，星期日