物流系统建模与仿真课程教学设计.doc

^` 课 程 设 计 物流系统建模与仿真 专业年级 2011级物流工程 指导教师 张莹莹 小组成员 重庆大学自动化学院 物流工程系 2014年 9 月 12 日 ^` 课程设计指导教师评定成绩表 项目 分值 优秀 (100>x≥90) 良好 (90>x≥80) 中等 (80>x≥70) 及格 (70>x≥60) 不及格(x<60) 评分 参考标准 参考标准 参考标准 参考标准 参考标准 学习态度 15 学习态度认真，科学作风严谨，严格保证设计时间并按任务书中规定的进度开展各项工作 学习态度比较认真，科学作风良好，能按期圆满完成任务书规定的任务 学习态度尚好，遵守组织纪律，基本保证设计时间，按期完成各项工作 学习态度尚可，能遵守组织纪律，能按期完成任务 学习马虎，纪律涣散，工作作风不严谨,不能保证设计时间和进度 技术水平与实际能力 25 设计合理、理论分析与计算正确，实验数据准确，有很强的实际动手能力、经济分析能力和计算机应用能力，文献查阅能力强、引用合理、调查调研非常合理、可信 设计合理、理论分析与计算正确，实验数据比较准确，有较强的实际动手能力、经济分析能力和计算机应用能力，文献引用、调查调研比较合理、可信 设计合理，理论分析与计算基本正确，实验数据比较准确，有一定的实际动手能力，主要文献引用、调查调研比较可信 设计基本合理，理论分析与计算无大错，实验数据无大错 设计不合理，理论分析与计算有原则错误，实验数据不可靠，实际动手能力差，文献引用、调查调研有较大的问题 创新 10 有重大改进或独特见解，有一定实用价值 有较大改进或新颖的见解，实用性尚可 有一定改进或新的见解 有一定见解 观念陈旧 论文(计算书、图纸)撰写质量 50 结构严谨，逻辑性强，层次清晰，语言准确，文字流畅，完全符合规范化要求，书写工整或用计算机打印成文；图纸非常工整、清晰 结构合理，符合逻辑，文章层次分明，语言准确，文字流畅，符合规范化要求，书写工整或用计算机打印成文；图纸工整、清晰 结构合理，层次较为分明，文理通顺，基本达到规范化要求，书写比较工整；图纸比较工整、清晰 结构基本合理，逻辑基本清楚，文字尚通顺，勉强达到规范化要求；图纸比较工整 内容空泛，结构混乱，文字表达不清，错别字较多，达不到规范化要求；图纸不工整或不清晰 指导教师评定成绩： 指导教师签名： 年 月 日 重庆大学本科学生课程设计任务书 设计题目： 仓储系统建模与仿真 学院、专业： 自动化学院物流工程专业 年级： 2011级 小组人数：5 人 下发日期：2014年9月 1 日 （任务起止日期：2014.09.01 至2014.09.12 ） 设计的主要内容 1. 案例背景 本案例以北京某公司的牛奶仓库为实例，该仓库系统目前已经配置了一些设备，但是现在公司遇到了两个方面的问题： ①仓库在现有资源配置下无法估计其最大处理能力。 ②公司考虑在明年扩大产能，仓库的入库量将较现在大幅度增加，因此用怎样的方法来对入库量增加过后的仓库系统进行优化也是现在急需考虑的问题。 2. 案例介绍 ①仓库总体布局 该仓库面积约为1200平米，仓库中间按照东西走向平行设置立体货架，货物出入的大门设置在仓库西侧，大门外的月台为入库区域，大门与货架之间的区域设置处理区，仓库的西北角和西南角是叉车停放区、东北角是控制室。仓库布局图如 ②仓库入库流程 仓库的入库操作流程如图2所示，货车到月台即开始入库流程。叉车负责将货物从月台搬至仓库内的处理区（检查包装完整性并根据货物瓶中类表上不同标签），货物被处理完毕后即由叉车运送至货架上相应的货位。若在此过程中叉车繁忙则需要进行等待。 ③仓库的作业特点 1) 仓库系统运行有明显的周期性 该仓库所存放的牛奶每天生产和送货都有固定的时间表，因此牛奶的入库与出库也有明显的周期性，入库时间位于每天上午的十点至下午两点之间，而出库时间在夜间，入库和出库作业之间没有交叉干扰。目前仓库的日入库牛奶数量的平均值为8000箱（纯牛奶和非纯牛奶分别占60%和40%），且到达时间为上午十点到达4000箱，下午1时到达4000箱。每个托盘的装载量为100箱，则目前日入库量均值为80个托盘。 2) 仓库系统目前周转量很低 在现有入库量情况下，设备的利用率不高。目前配备了4台叉车，两台叉车用于将两种牛奶分别搬运至两个处理台，另外两台叉车则将处理好的牛奶分别搬运至货架存放。但大部分时间下叉车处于空闲状态，货架的使用率不高。 3) 货物分为两大类 纯牛奶约占60%，是货物的第一大类。各种味道的其他牛奶约占总量的40%，并且出入库频率接近，因此将这些非纯牛奶统一归纳为货物的第二大类。这两大类牛奶占总量的比例保持不变。 3. 建立仿真模型并分析以下问题： ①入库情况分析 ②设备利用率分析 4. 通过分析，提出主要改善措施。 设计报告要求 1． 明确每位组员的详细分工。 2． 在上述设计主要内容的基础上，根据本组的讨论，整理出系统建模思路。 3． 详细描述设计模型。 4． 列出具体的建模步骤和思路。 5． 运行模型，记录需要的数据。 6． 找出模型存在的问题，提出解决方法，在已有模型基础上进行完善和优化。 7． 综合以上内容，提交一份完整的课程设计报告书，并且提交优化前后的仿真模型。 学生签名： 教师签名： 小组分工 沙辰浩：资料查找、论文撰写 陈小红：系统建模实施、论文修改 陈艳伟：资料整理、PPT制作及讲解 徐贤忠：资料查找、论文撰写 杜 确：系统建模、论文修改 目录 目录 8 1 引言 9 1.1物流仓储流程 10 1.2 物流仓储在经济建设中的作用 10 2 系统建模必要性 11 3 建模步骤 12 3.1 模型背景 12 3.2 建模思路及实施 12 3.2.1思路 12 3.2.2问题一 12 3.2.3问题二 20 体会 23 4 附录 24 附录 参考文献 24 1 引言 仓库是保管、存储物品的建筑物和场所的总称，在物流系统中是企业储存原料、半成品、产成品的场所。传统的仓库管理经常将大批量的货物在仓库中存放较长时间，而现代物流仓库作业更强调货物的动态进出，尽量少的货物在仓库中存放尽可能少的时间。仓库作为物流结点在企业的整个供应链中起着至关重要的作用，如果不能保证正确的进货和库存控制及发货，将会导致管理费用的增加，服务质量难以得到保证，从而影响企业的竞争力。仓库物流的重点应放在库存管理的延伸上，不仅要关注仓库设施内部的一切功能如收货、存放、补货、存储以及周期盘点，更应该在提高库存物资的准确性的同时，提升产品的实时透明度、提高对客户的服务水平。传统的仓库物流管理，由于只局限于执行仓库内部的活动，普遍存在着系统设计不合理、信息传递不及时、数据收集方式落后等问题，仓库管理的效率难以提高。现代物流下的仓库管理，不仅是静态的存储设施，更需要使用仓库的实时数据更好地响应供应链需求，以消除网络内部的过量库存，提高网络内部的库存透明度和流动速度。 　　在企业物流系统中，仓储贯穿于整个物流过程的始终。企业物流目标是使物流各环节的运作、衔接畅通无阻，以保证企业物流高效率地进行，减少无效物流和冗余物流，做到按需运送、零库存、短在途和无缝隙的传送，降低流通成本，提高库存水平。仓储的关键是零库存。以下图片为仓储整个流程,以及我们所标注的重点研究部分. 1.1物流仓储流程 一、入库流程 　　以成品库的入库流程为例，外购的成品或自己企业生产的成品，首先由申请人填写入库申请单，入库申请单主要由以下几项：申请入库单位、入库时间、入库货位号、产品的品种、质量、数量（件数、重量）、金额、检验员鉴字、申请人鉴字、成品库库房主管鉴字等组成。 　 二、出库流程 　　货物出库的方式主要有三种；客户自提，委托发货，公司送货。第一种：客户自提，是客户自已派人或派车来公司的库房来提货。第二种：委托发货，自己去提货有困难的客户而言，他们会委托我们公司去找第三方物流公司提供送货服务，第三种：是仓储企业派自己的货车，给客户送货的一种出库方式。一论采用哪种出货的方式，都要填写出库单，出库单主要有以下项目： 　　发货单位、发货时间、出库品种、出库数量、金额、出库方式选择、运算结算方式、提货人鉴字、成品库主管鉴字。 1.2 物流仓储在经济建设中的作用 1．现代仓储是保证社会再生产顺利进行的必要条件 　　 2．是国家满足急需特需的保障 国家储备是一种有目的社会储存，主要用于应付自然灾害、战争等人力不可抗拒的突发事变对物资的急需特需，否则就难以保证国家的安全和社会的稳定。储存是平衡市场供求关系、稳定物价的重要条件。流通储存可在供过于求时吸纳商品，增加储存，供不应求时吐放商品，以有效地调节供求关系，缓解矛盾。这样既可保证生产的稳定性，又可防止物价的大起大落，避免生产供应的恶性循环。 　 3.仓储是物资供销管理工作的重要组成部分 　　仓储活动直接影响到物资管理工作的质量，也直接关系到物资从实物形态上一直到确定分配供销的经济关系的实现。 　 4．现代仓储是保持物资原有使用价值的重要手段 　　目前,仓储管理的内涵随着其在社会经济领域中的作用不断扩大而变化。仓储管理,即库管.是指对仓库及其库存物品的管理，仓储系统是企业物流系统中不可缺少的子系统。物流系统的整体目标是以最低成本提供令客户满意的服务，而仓储系统在其中发挥着重要作用。仓储活动能够促进企业提高客户服务水平，增强企业的竞争能力。现代仓储管理已从静态管理向动态管理了生了根本性的变化，对仓储管理的基础工作也提出了更高的要求。 　　产品在仓储中的组合、妥善配载和流通包装、成组等活动就是为了提高装卸效率，充分利用运输工具，从而降低运输成本的支出。合理和准确的仓储活动会减少商品的换装、流动，减少作业次数，采取机械化和自动化的仓储作业，都有利于降低仓储作业成本。优良的仓储管理，能对商品实施有效的保管和养护，并进行准确的数量控制，从而大大减少仓储的风险。 2 系统建模必要性 物流仓储系统是典型的现代机械与电子技术相结合的系统，由具有一定智能的物流设备和计算机管理与控制系统组成。随着国内企业规模越来越大，拟建设的物流仓储系统变得越来越复杂，其内部关联性越来越强。企业在面临物流工程项目投资新建或原有系统技术改造时，由于缺乏准确丰富的信息数据和必要的物流仿真系统决策支持，造成项目建设投入的盲目性和资金流失。为了避免在物流仓储系统优化构建上浪费大量的人力、物力和时间，物流仿真是必然的选择。 系统仿真是系统分析的有效工具，它以建模理论、计算方法、评估理论为理论基础；以计算机技术、网络技术、图形图像技术、多媒体技术、软件工程、信息处理、自动控制及系统工程等相关技术为支撑。通常，根据研究系统的特点，系统仿真分为离散事件系统仿真和连续系统仿真。通过系统仿真方法，可以在较短的时间内以较低的成本模拟得到系统运行的结果。在物流领域中常见的仿真研究有物流过程的仿真研究、物流管理的仿真研究、物流成本的仿真研究等。为了对这些系统进行分析和评价，最终达到优化系统的目的，可以考虑通过仿真技术对系统进行模拟，并依据模拟结果制定相应决策。 本次课程设计的课题为物流仓储系统建模与仿真，故使用建模快捷方便和显示能力强的Flexsim仿真软件。 3 建模步骤 3.1 模型背景 本案例以北京某公司的牛奶仓库为实例，该仓库系统目前已经配置了一些设备，但是现在公司遇到了两个方面的问题：①仓库在现有资源配置下无法估计其最大处理能力，②公司考虑在明年扩大产能，仓库的入库量将较现在大幅度增加，因此用怎样的方法来对入库量增加过后的仓库系统进行优化也是现在急需考虑的问题。 3.2 建模思路及实施 发生器 车辆到达 0.5h 每次车辆到达货量（托盘） 1000（10） 暂存区1 最大容量 4800 暂存区2 最大容量 3200 处理器 处理纯牛奶速度(/200s) 100 处理非纯牛奶(/200s) 100 叉车 每次装载量（托盘） 1 最大速度（M/S） 2 货架 列数 34/30 列宽 1.15 层数 4 层高 1.5 宽度 `1 每相邻货架间宽度 0.5 通道宽度 3.5 表一 3.2.1思路 由题意分析得，该仓库配送过来的牛奶配送时间是均匀的，每半小时一次，每次送货纯牛奶为600箱子（6托盘）、非纯牛奶为400箱子（4托盘）。一天配送时间为4小时。 3.2.2问题一 问题一： 测算现有配置下的，最大处理能力（求在不堆积的情况下，设备最高利用率的处理能力，仓储能力） 1、设置参数 由于题目没有给出相应的数据，左表的数据是由我们查资料得到后结合实际情 况给出的： 2、 最初仿真模型图。（共得出9种情况并给出相应数据分析） （参数条件：由此模型 根据题意，进行参数设置（见表一）。） 3.初步建模后得到如下情况： （1） 无堆积 实验最初模型得到的是没有堆积但是利用率很低的模型，并且没有达到这个仓库运营的最大值。 （2） （纯牛奶）暂存区利用情况： 可知：暂存区域的空闲率高达82.4%。 其中17.6%的货物在等待运输。 分析：暂存区域在每次到货一段时间后，会被处理完，待下次货物到来存在一定 空余时间。所以很大时间内未被利用，利用率低。 小结论：在整个过程中，很明显的发现有很大一部分资源没有被利用到，所以没有达到整个仓库的运营最大值。 （3） （非纯牛奶）暂存区利用情况： 可知：暂存区域的空闲率高达80.5%。 其中19.5%的货物在等待运输。 分析：暂存区域在每次到货一段时间后，会被处理完，待下次货物到来存在一定 空余时间。所以很大时间内未被利用，利用率低。 小结论：实验数据中看出暂存区的空闲率很高，有很大一部分时间可以被利用，所以得出，还没达到仓库运作的最大值。 （4） （纯牛奶）第一辆叉车利用情况： 可知：叉车空闲率为64.4%，运输时空闲率为14.3%，运输装载率为15.8%。 分析：货物每次到货一段时间后，会被处理完，待下次货物到来存在一定空余时 间。所以很大时间内未被利用，利用率低。 小结论：数据分析中得到叉车的空闲率相对很高而且叉车在运作的时候运载率很低，没有达到实验要求，得出还没达到仓储的运作最高量。 （5） （非纯牛奶）第一辆叉车利用情况： 可知：叉车空闲率为61。8%，运输时空闲率为15.5%，运输装载率为17%。 分析：货物每次到货一段时间后，会被处理完，待下次货物到来存在一定空余时 间。 所以很大时间内未被利用，利用率低。 小结论：同上一个分类结果一样在货物来的时间分割段中产生了大量的空闲时间，所以可以合理利用这个空闲时间，增加仓库的运作量，未得到最大值。 （6） （纯牛奶）处理器情况： 可知：处理器空闲率为5.2%，处理时间段占11.1%，等待叉车时间占83.7% 分析：货物每次到货一段时间后，会被很快处理完，待下次货物到来存在一定空 余时间。处理效率高，但由于后面叉车运行速度有待提高。 小结论：通过多次的实验结果可以看出设备的利用率越来越高，它们的空闲率越来越低，但是在综合考虑到叉车的运作时间上出现了等待时间相当大。所以叉车的利用率没有得到充分的体现。 （7） （非纯牛奶）处理器情况： 可知：处理器空闲率为20.6%，处理时间段占11.1%，等待叉车时间占68.3% 分析：货物每次到货一段时间后，会被很快处理完，待下次货物到来存在一定空 余时间。处理效率高，但由于后面叉车运行速度有待提高。 小结论：这边和上个结果相差无几，当叉车的等待时间开始明显减小，并且处理 效率已经很高，所以可以继续考虑做以下实验。 （7）（纯牛奶）第二辆叉车处理情况： 可知：叉车空闲率为6.5%，运输空载返回时间占43.2%。 分析：货物每次被处理后，由于叉车处理效率过低，造成货物在处理器堆积，使 叉车利用率高。 小结论：通过再次的调整，我们明显看到叉车的空闲率明显的降低了，但是空载的时间却变多了，所以在考虑叉车利用率变低的现象，我们再次对其进行改进。 （7）（非纯牛奶）第二辆叉车处理情况： 可知：叉车空闲率为6.6%，运输空载返回时间占21.3%。 分析：货物每次被处理后，由于叉车处理效率过低，造成货物在处理器堆积，使 叉车利用率高。 小结论：改进中还是未得到我们想要的结果，叉车的空载时间过长，还有很大一部分可以利用的空间。 总结论及结果：在进行试验到最后，我们得出了以下两点情况，从而得到了我们想要的结果，已经我们所给每次试验的数据情况 （1）（纯牛奶）货架情况： 由于不存在暴库现象，所以货架情况良好。但货架的载货率可以提高。 （2）（非纯牛奶）货架情况： 由于不存在暴库现象，所以货架情况良好。但货架的载货率可以提高。 结论：现有的资源配置下，各个仓储设备并没有利用率并不高。 解决方法 ： 实验分析中我们已经得到我们的整体思路，就是通过增加要处理的牛奶箱数量来找到那个仓库运作的极限的最大值。所以我们从8000开始累积增加牛奶箱数量，并以1000为单位进行累加。分别分析8000.9000.10000.11000.12000.13000 通过实验并且得到相应的数据分析情况，将相关数据记录给下面表格中： 表二 实验法 总处理箱数 8000（纯4800/非纯3200） 11000（纯6600/非纯4400） 12000（纯7200/非纯4800） 13000（纯7800/非纯5200） （纯）第一叉车利用率 35.6% 87.1% 97.8% 100% （纯）暂存区利用率 17.6% 100% 100% （有堆积） （纯）处理器利用率 94.8%(处理效率高) 98.5% 98.9% 98.9% （纯）第二叉车利用率 93.5%（处理速度过慢） 97.1% 97.5% 97.5% （纯）货架 / / / （非纯）第一叉车利用率 38.2% 55.5% 67.6 78.4% （非纯）暂存区 19.5% 100% 100% 100% （非纯利用率）处理器利用率 79.4% 98.*% 98.8% 98.8% （非纯）第二叉车利用率 93.4%（处理速度过慢） 97.4% 97.4% 97.4% （非纯）货架利用率 / / / / 总结 ：从上表可知：在进行重复试验改进，并且增加货量的情况下得出，当送货量为13000时，纯牛奶暂存区域出现了堆积现象，规定的时间内不能完成仓储业务，而在12000时利用率最高。当货量为12000的时候各种设备都几乎达到了最高的利用率，以及仓库没有出现堆积现象。 所以在现有的资源配置下最大的处理能力是12000箱。 3.2.3问题二 问题二：公司在扩大产能后，模型的优化（及优化后的最大产能计算） （1）改进之前的模型： （2） 改进的方式： ①：增加了货架的数量使得，能够存储更多的货物 ②：暂存区与处理器的位置更合理（在仿真模型中距离更短），运输时间更 短。 ③：叉车作业方案有改善，通过作业分配器可以使得叉车同时对两个暂存区 进行作业。 （3）改进之后的模型： 由于在仿真过程中，距离会对叉车作业有影响，所以把暂存区和操作区重合如下： 重合 注：在改进过程中没有改变设备原本参数，改进后通过试验的方式逐步测的，改进后能够扩大的产能： 分析数据如下： 表三 总处理箱数 13000（纯7800/非纯5200） 14000（纯8400/非纯5600） 15000（纯9000/非纯6000） 左侧叉车利用率 86.8% 96.2% 98.2% （纯）暂存区利用率 82.0% 74.2% 100%（有堆积） （纯）处理器利用率 98.8%(处理效率高) 98.9% 99.4% 右侧叉车利用率 97%（处理速度过慢） 96.5% 97.5% （纯）货架 / / / （非纯）暂存区 62.2% 92.8% 99.9%（有堆积） （非纯）处理器利用率 98.8% 97.9% 97.8% （非纯）货架利用率 / / / 分析： 产量扩大到15000时候，暂存区有货物未处理完全。由于左侧叉车利用率小于处理器利用率，说明处理器首先达到阈值。可以通过增加处理器效率的方式进一步增加产量。在没有设备增加或改进的情况下，优化后的设置下最大。 总结：在考虑设备一定的前提下，我们得到的结果是让每一个环节上的时间进行缩短，从而让一定时间内的暂存区的货物量堆积明显的降低，当然，为了实现仓库的运作量，来符合或者适应所扩大的量，我们可以再原有的基础上增加设备的数量，这样就会进行一个死循环中，所以又在考虑到仓库的大小，我们只能适当增加货架数量，和一定比例的设备数量，从而达到要求。主要需要改进的为上面所说的改进方法中的三点，来实现仓库的优化，提高效率。 体会 通过两周的课程设计，仓储系统建模与仿真的设计终于取得了成果。经过这两周的课程实践学习，我们对系统的建立于优化有了进一步的了解，同时通过不断的摸索，我们更加熟悉的掌握了系统优化的方法，思维及其相关的专业知识。 平时认为书上的知识都掌握了，但是在实际设计过程中发现自己的那点专业知识难以解决我们所面对的困难，为此我和同学边设计边翻阅各种相关资料，以此来完善我们的系统。同时我也懂得了合作的重要性，一个人的力量与智慧终究是有限的，好多问题都考虑的不够全面，这就好比三个臭皮匠赛过诸葛亮。这次课程设计实践学习所取得的收获，在于我们组员之间的相互配合，精诚合作、相互学习、共同进步。 对于本次的设计情况只能说达到良好，因为是第一次那么正式的设计一个系统，好多细节都没有考虑全面，造成了时间的浪费。所以我们设计的系统还有很大的改进空间，功能也不够全面，希望今后随着专业知识的提升可以设计出更完善更合理的系统。 最后由衷的感谢学校安排此次课程设计，希望在今后的学习过程中我们取得更大进步，设计出更完美的系统！ 4 附录 附录 参考文献 [1]林志华，《现代企业仓储管理新的要求》，市场周刊(新物流)，2009年3月。 [2]储雪俭，《仓库管理系统分析研究》，上海大学出版社，2007年6月。 [3] 张二磊. 仓储管理运作效率提高途径[J]. 中国市场, 2009。