物流仿真

如美國UPS(United Parcel Service，聯邦包裹快遞)公司想在滿足客户服務質量的前提下，在龐大的人員車輛配置和成本之間取得最佳平衡的時候，它求助的方法是物流仿真技術；再如寶潔(P&G)總部提出要設計一個覆蓋北美的高效的供應鏈網絡，該網絡不但要滿足客户的日常訂單處理和配送要求，還要具有極強的抗波動性，寶潔公司採用的解決辦法也是物流仿真技術。物流仿真技術在夊雜物流系統的分析和決策中的巨大價值在歐美已成為不爭的事實，每年創造着數以千億美元的經濟效益。

物流仿真使用的建模方法有排隊理論，Petri網，線性規劃等。

一些專業的物流仿真軟件平台，提供基本的功能元素，使仿真的編程工作大大簡化，常見的有Witness,em-Plant,FlexSim,Simio等等。

由於物流系統的專業化和規模化，物流仿真已經逐步成為物流行業規劃與建設的必備環節。

連續系統指系統的狀態在時間上是平滑變化。為了反映連續系統的特徵，仿真模型建立一組由狀態變量組成的狀態方程，可以是代數方程、微分方程、函婁方程、差分方程等。這些方程描述了各狀態變量與主要變量—-仿真時間的關係。在此基礎上，按一定的規則將仿真時間一步一步向前推移，對方程的求解與評價，計算和記錄各個狀態變量在各個時間點的具體數值。通過連續系統的仿真模型，對系統狀態在整個時間序列中的連續性變化進行動態的描述。

離散系統是指系統狀態在某些隨機時間點上發生離散變化的系統。這種引起狀態變化的行為稱為“事件”，因而這類系統是由事件驅動的。事件發生是隨機的，因而離散系統一般都具有隨機特徵。系統的狀態變量往往是離散變化的。離散模型仿真方法主要分為事件為基礎、以活動基礎和以過程為基礎的仿真方法。以事件為基礎的仿真方法模型是通過定義系統在事件發生時間的變化來實現的；以活動為基礎是仿真模型是通過描述系統的實體所進行的活動，以及預先設置導致活動開始或結束的條件，這種仿真模型適用於活動延續時間不定，並且由滿足一定條件的系統狀態而決定的情況。以過程為基礎的仿真模型綜合了以事件為基礎的仿真和以活動為基礎的仿真兩者的特點，描述了作為仿真對象的實體地仿真時間內經歷的過程。

表現在不管實際物流系統是否存在，均可通過建立系統研究模型，將實物數據輸入仿真系統，通過數據運算和圖形模擬，產生貼近實際物流系統的信息輸出。仿真試驗具有良好的可控性、無破壞性和可重複性。仿真過程經濟安全，不受氣象條件和場地環境的限制。仿真的實時性，使實時系統的仿真應用成為可能，為仿真應用奠定了良好的基礎。物流仿真軟件的仿真過程，即是建立物流系統模型並通過模型在計算機上的運行來對模型進行檢測和休整，使模型上斷趨於完善的過程。物流仿真軟件主要應用於企業內部生產物流仿真，企業倉儲、運輸和配送流程仿真，物流諮詢仿真以及高校物流專業仿真研究學習等。 隨着物流的發展，物流系統已經變得越來越夊雜，內部的關聯性也隨之變得越來越強。仿真就成了企業檢測其物流系統及決策是否有效或高效的一個重要途徑；此外， 企業設計一個新的物流系統，或對已有的系統添加新技術、新裝備，進行原有系統改造，都需要物流仿真技術和仿真軟件的應用。在中國，物流仿真技術還是個比較新的概念，大多數企業對物流仿真技術應用狀況及其意義瞭解並上多。

物流系統大多是離散的、複雜的大系統，包含多約束、多因素的影響，難以達到最優狀態，傳統的運籌學方法無法對建立的模型進行有效求解，而仿真技術在解決這些問題時有其獨到的優勢和特點，因此許多專家學者對物流系統仿真領域進行了大量的研究，以求使物流系統的價值潛力得到最大的發揮，提高企業的效率和利潤。

仿真技術在改善企業管理方面有着廣泛的應用，注要體現如下四個方面。

在實際生產過程中，產品生產的90%的時間都用於儲存、裝卸、搬運等流轉過程中。這些物流活動嚴重牽制了整個生產過程。因此，生產物流系統的重構是企業生產系統重構的關鍵。

要實現生產物流的重構，主要是尋找對物流資源進行科學控制和調度的方法。對物流的控制問題，常見的數學方法有兩種：一是數學規劃，但對於物流系統這樣龐大、複雜且隨機性強的系統建立一個完備的數學模型幾乎是不可能的；另一種是把工作的流動認為是無計劃的其決策則完全根據系統當時的狀態並利用啓發式調度規則來確定，但缺乏理論基礎。我們可以考慮將物流控制系統獨立起來並將計劃調度作用於控制系統，即在計劃調度層就保證其最終解的理論性，並利用仿真的手段來驗證調度方案。在這一思想的指導下，有關學者提出了一種基於時間的任務隊列方法而建立的面向可重構生產物流系統仿真平台，在物流資源重構和調度策略的基礎上分析各種物流方案的性能，為生產物流重構提供了有效的決途徑。

一般製造企業車間仿真都可以歸類於離散事件仿真。滸的做法是採用Petri網或面向對象方法對車間物流進行系統建模，利用三維可視化仿真軟件完成從系統建模到仿真模型的構建，通過運行仿真模型並觀察其效果，直觀地從仿真畫面或是仿真後得到的數據圖表等形式發現車間物流系統中存在的問題，然後分析問題的原因進而對車間物流系統進行改進。

依據TOC理念（約束理論），企業的產出是由它的瓶頸資源決定的。在“按訂單”生產方式下，準確且儘早地確定瓶頸資源能大大地縮短生產週期，在時間方面更好地滿足訂單的要求。通過建模，仿真能充分考慮和體現生產系統的複雜性和隨機性，在生產之前較為準確地確定瓶頸工序，從而指導生產，使企業在保證較短的生產提前期的同時，大大節省人力和物力。

傳統的庫存管理往往是依靠預測來安排生產。由於預測和實際存在差距，往往造成不同程度的損失，如庫存不足或過剩、倉庫空間緊缺、設備超負荷工作等。使用仿真技術可以確定企業何時需要再訂貨，訂多少貨；倉庫的選址、佈局和容量大小；各種運輸、裝卸設備的數量及分配規則；貨物的配送方案等。可以先建立企業庫存系統的模型，在此基礎上對各種庫存管理模型進行仿真，對仿真結果進行分析評價，從而確定最優策略。使用模擬仿真技術不僅可以動態地模擬入庫、出庫、庫存及各種設施、資源的使用情況，避免資金、人力和時間的浪費，更重要的是，它可以為庫存管理提供有效的科學的依據，使企業根據需要準確地掌握入庫、出庫的時機和數量，合理地規劃和安排倉庫及各類設施、資源，實現庫存成本的最小化。

是藉助計算機技術、網絡技術和數學手段，採用虛擬現實方法，對物流系統進行實際模仿的一項應用技術，它需要藉助計算機仿真技術對現實物流系統進行系統建模與求解算法分析，通過仿真實驗得到各種動態活動及其過程的瞬間仿效記錄，進而研究物流系統的性能和輸出效果。物流仿真技術最大的優點就是上需要實際設備的安裝，上需要實際實施相應的方案，即可驗證如下目標：

①增加新設備後給公司或企業帶來的效應；②設計新的生產線的好壞；

③比較各種設計方案的優劣等等。

物流仿真對降低整個物流投資成本，是上可或缺的。本文着重就物流仿真軟件在我國的應用現狀與發展趨勢展開分析描述。

物流系統的仿真是典型的離散事件系統仿真，其核心是時鐘推進和事件調度的機制。離散事件系統是指系統狀態在某些隨機時間點上發生離散變化的系統。這種引起狀態變化的行為稱為“事件”，因而這類系統是由事件驅動的；而且，"事件"往往發生在隨機時間點上，亦稱為隨機事件，因而離散事件系統一般都具有隨機特性；系統的狀態變量往往是離散變化的。

仿真時鐘用於表示仿真時間的變化。在離散事件系統仿真中，由於系統狀態變化是不連續的，在相鄰兩個事件發生之前，系統狀態不發生變化，因而仿真鍾可以跨越這些“不活動”週期。從一個事件發生時刻，推進到下一個事件發生時刻。由於仿真實質上是對系統狀態在一定時間序列的動態描述。因此，仿真鍾一般是仿真的主要自變量。仿真鍾推進方法有三大類：事件調度法、固定增量推進法和主導時鐘推進法。

應指出，仿真時鐘所顯示的是系統仿真所花費的時間，而不是計算機運行仿真模型的時間。因此，仿真時間與真實時間成比例關係。象物流系統這樣複雜的機電系統，仿真時間可比真實時間短的多。真實系統實際運行若干天，若干月，用計算機仿真也只需要幾分鐘。

事件調度法是面向事件的方法，是通過定義事件，並按時間順序處理所發生的一系列事件。記錄每一事件發生時引起的系統狀態的變化來完成系統的整個動態過程的仿真。由於事件都是預定的，狀態變化發生在明確的預定的時刻，所以這種方法適合於活動持續時間比較確定的系統。

事件調度法中仿真鍾是按下一時間步長法來推進的。通過建立事件表，將預定的事件按時間發生的先後順序放入事件表中。仿真鍾始終推進到最早發生的時間時刻。然後處理該事件發生時的系統狀態的變化，進行用户所需要的統計計算。這樣，仿真鐘不斷從一個事件發生時間推進到下一個最早發生的事件時間，指導仿真結束。

物流系統中工件的到達、運輸車輛的到達和運輸時間等一般都是隨機的。對於有隨機因素影響的系統進行仿真時，首先要建立隨機變量模型。即確定系統的隨機變量並確定這些隨機變量的分佈類型和參數。對於分佈類型是已知的或者是可以根據經驗確定的隨機變量，只要確定它們的參數就可以了。

建立了隨機變量模型後還必需能夠在計算機中產生一系列不同分佈的隨機變量的抽樣值來模擬系統中的各種隨機現象。隨機變量的抽樣值產生的實際做法通常是，首先產生一個[0，1]區間的、連續的、均勻分佈的隨機數，然後通過某種變換和運算產生其所需要的隨機變量。

得到[0，1]區間均勻分佈的、有良好的獨立性、週期長的隨機數後，下面的問題是如何產生與實際系統相應的隨機變量。產生隨機變量的前提是根據實際系統隨機變量的觀測值確定隨機變量的分佈及其參數。

反變換法是最常用的方法，反變換法以概率積分反變換法則為基礎，設隨機變量X的分佈函數為F（X）；UI是[0，1]區間均勻分佈的隨機數，利用反分佈函數X=F-1(μ)就可以得到所需要的隨機變量X。

服務目標：物流系統是"橋樑、紐帶"作用的流通系統的一部分，它具體地聯結着生產與再生產、生產與消費，因此要求有很強的服務性。物流系統採取送貨、配送等形式，就是其服務性的體現。在技術方面，近年來出現的"準時供貨方式"、"柔性供貨方式"等，也是其服務性的表現。

快速、及時目標：及時性不但是服務性的延伸，也是流通對物流提出的要求。快速、及時既是一個傳統目標，更是一個現代目標。其原因是隨社會大生產發展，這一要求更加強烈了。在物流領域採取的諸如直達物流、聯合一貫運輸、高速公路、時間表系統等管理和技術，就是這一目標的體現。

節約目標：節約是經濟領域的重要規律，在物流領域中除流通時間的節約外，由於流通過程消耗大而又基本上不增加或提高商品使用價值，所以領先節約來降低投入，是提高相對產出的重要手段。

規模化目標：以物流規模做為物流系統的目標，是以此來追求"規模效益"。生產領域的規模生產是早已為社會所承認的。由於物流系統比生產系統的穩定性差，因而難於形成標準的規模化格式。在物流領域以分散或集中等不同方式建立物流系統，研究物流集約化的程度，就是規模優化這一目標的體現。

庫存調節目標：是服務性的延伸，也是宏觀調控的要求，當然，也涉及到物流系統本身的效益。在物流領域中正確確定庫存方式、庫存數量、庫存結構、庫存分佈就是這一目標的體現。

指的是物流系統所具有的基本能力，這些基本能力有效地組合、聯結在一起，便成了物流的總功能，便能合理、有效地實現物流系統的總目的。物流系統的功能要素一般認為運輸、儲存保管、包裝；裝卸搬運、流通加工、配送、物流信息等。

以系統的建立需要有許多支撐手段，尤其是處於複雜的社會經濟系統中，要確定物流系統的地位，要協調與其它系統關係，這些要素必不可少。主要包括：體制、制度；法律、規章；行政、命令和標準化系統。

物流系統的建立和運行，需要有大量技術裝備手段，這些手段的有機聯繫對物流系統的運行有決定意義。這些要素對實現物流和某一方面的功能也是必不可少的。要素主要有：①物流設施；②物流裝備；③物流工具；④信息技術及網絡；⑤組織及管理。