【導(dǎo)讀】在競爭中取勝的關(guān)鍵。企業(yè)為了降低成本，合理配置物流資源，合理地構(gòu)建物流工程是。當(dāng)前，我國現(xiàn)代物流在功能和發(fā)展?jié)摿ι系闹饕獑栴}在于現(xiàn)代物流系統(tǒng)的。不完善以及物流運(yùn)作過程的不合理。自然形成的物流系統(tǒng)很難保證其可靠性、合理性、協(xié)調(diào)性和最優(yōu)性。因此，對(duì)生產(chǎn)物流系統(tǒng)的研究是提高企業(yè)生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本，提高設(shè)備利用率的重要手段。生產(chǎn)物流系統(tǒng)屬于具有高度隨機(jī)性的復(fù)雜離散事件系統(tǒng)，用傳統(tǒng)方法分析比較困難。安裝設(shè)備、不需實(shí)際實(shí)施方案即可驗(yàn)證設(shè)備的導(dǎo)入效果和比較各種方案的優(yōu)劣。它對(duì)降低整個(gè)物流投資成本起到不可或缺的作用。本文首先從生產(chǎn)物流系統(tǒng)的特點(diǎn)出發(fā)，論證了系統(tǒng)仿真技術(shù)在生產(chǎn)。對(duì)某公司吊鉤的生產(chǎn)物流系統(tǒng)進(jìn)行了仿真。決這一瓶頸的優(yōu)化模型。

　　

【正文】 系統(tǒng)，采用物理模型或?qū)嵨?，仿真時(shí)將兩者連接起來完成整個(gè)系統(tǒng)的試驗(yàn)。 2)根據(jù)計(jì)算機(jī)的類型 根據(jù)仿真中所用計(jì)算機(jī)的不同，又可分為模擬仿真、數(shù)字仿真和混合仿真。模擬仿真是基于數(shù)學(xué) 模型相似原理上的一種方法，主要工具是模擬計(jì)算機(jī)。其優(yōu)點(diǎn)是直觀、運(yùn)算速度快；缺點(diǎn)是精度差。數(shù)字仿真是基于數(shù)值計(jì)算原理，主要工具是仿真軟件和數(shù)字計(jì)算機(jī)。其優(yōu)點(diǎn)是自動(dòng)化程度高，具有復(fù)雜的邏輯判斷力，并且精度較高?；旌戏抡媸菍⒛M仿真和數(shù)字仿真相結(jié)合的一種方法，主要工具是混合計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。其優(yōu)點(diǎn)是可以快速的進(jìn)行多次仿真研究，特別適用于參數(shù)尋優(yōu)和統(tǒng)計(jì)分析等方面的應(yīng)用，在復(fù)雜系統(tǒng)的實(shí)時(shí)仿真方面體現(xiàn)出了極大的優(yōu)越性。 3)根據(jù)仿真的研究對(duì)象 根據(jù)仿真研究對(duì)象，仿真可以分為連續(xù)系統(tǒng)仿真和離散事件系統(tǒng)仿真 DES(Diserete Event Simulation)。連續(xù)系統(tǒng)仿真是指對(duì)那些系統(tǒng)狀態(tài)變量隨時(shí)間連續(xù)變化的系統(tǒng)，建立其數(shù)學(xué)模型并將它放在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。多數(shù)工程系統(tǒng)屬于連續(xù)系統(tǒng)，如電力系統(tǒng)、機(jī)電工程系統(tǒng)、航空發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等。其基本特點(diǎn)是能用一組方程式來描述。這類系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型包括連續(xù)模型 (微分方程 )，離散時(shí)間模型 (差分方程 )以及連續(xù) —— 離散混合模型。 離散事件系統(tǒng)仿真：指對(duì)那些系統(tǒng)狀態(tài)只在一些時(shí)間點(diǎn)上由于某種事件驅(qū)動(dòng)而發(fā)生變化的系統(tǒng)，建立其數(shù)學(xué)模型并將它放在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。這類系統(tǒng)的狀態(tài)變量在兩個(gè)事件之間保持不 變。一個(gè)模型的形式化描述如： },,{ ??? YXUTM 其中 : T 時(shí)間基； U 輸入變量； X 狀態(tài)變量； Y 輸出變量； ? 狀態(tài)空間； ? 狀態(tài)轉(zhuǎn)移函數(shù)。 物流系統(tǒng)可以被認(rèn)為是一個(gè)復(fù)雜的離散事件系統(tǒng)，因此本文僅對(duì)離散事件的系統(tǒng)仿真進(jìn)行 闡述。 系統(tǒng)仿真的作用主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1)對(duì)已經(jīng)發(fā)生的系統(tǒng)所經(jīng)歷的歷史過程，通過仿真進(jìn)行再現(xiàn)，以研究其規(guī)律。 許多復(fù)雜系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)作中出現(xiàn)的復(fù)雜問題，難以在發(fā)生當(dāng)時(shí)得到充分的理解和較好的解決，難以得到更優(yōu)的解決方案。而當(dāng)實(shí)際系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過程成為過去，再想要去分析當(dāng)江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 時(shí)的過程，往往很難把握各種復(fù)雜的因素，這時(shí)，采用仿真方法，可以把當(dāng)時(shí)復(fù)雜的過程動(dòng)態(tài)的再現(xiàn)出來，從而更充分的加以認(rèn)識(shí)，更好的理解系統(tǒng)和解決問題。 2)研究一個(gè)尚未存在的對(duì)象系統(tǒng)的特征、性能、規(guī)律等 。 如果要設(shè)計(jì)一個(gè)還 未確定優(yōu)劣的新系統(tǒng)，可以不必花費(fèi)很大的投資去建立它，而可以采用仿真的方法，對(duì)新系統(tǒng)的可行性和經(jīng)濟(jì)效益做出正確的評(píng)價(jià)，以幫助設(shè)計(jì)人員選擇最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。 3）對(duì)于存在，但由于各種因素難以在實(shí)際系統(tǒng)上直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的系統(tǒng) 。 有些現(xiàn)實(shí)中的系統(tǒng)，雖然實(shí)際存在，但是難以在實(shí)際系統(tǒng)上直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。這往往要考慮安全、經(jīng)濟(jì)和時(shí)間成本等因素。這時(shí)，仿真就起到了不可替代的作用。通過建立實(shí)際系統(tǒng)的仿真模型，可以避免在實(shí)際系統(tǒng)上的直接研究帶來的一系列影響。 系統(tǒng)仿真的一般步驟為 (如圖 所示 )： 1)調(diào)研系統(tǒng)，設(shè)立目標(biāo)； 2)收集數(shù)據(jù)，建立模型； 3)編制仿真程序； 4)運(yùn)行仿真模型； 5)輸出結(jié)果分析。 圖 系統(tǒng)仿真的基本流程 離散事件系統(tǒng)的仿真 離散事件系統(tǒng)仿真的基本概念 離散事件系統(tǒng)是相對(duì)于連續(xù)系統(tǒng)而言的，連續(xù)系統(tǒng)的狀態(tài)變量是連續(xù)變化的 (時(shí)間上可以是連續(xù)的，也可以是離散的 )，離散事件系統(tǒng)的狀態(tài)變量只是在離散時(shí)間點(diǎn)上發(fā)生變化，并且這些離散時(shí)間點(diǎn)一般也是不確定的，具有隨機(jī)性。同時(shí)，系統(tǒng)的狀態(tài)變化也會(huì)具有隨問題的闡述 系統(tǒng)的分析與描述 數(shù)據(jù)收集 建立系統(tǒng)模型 建立系統(tǒng)仿真模型 模型驗(yàn)證 模型確認(rèn) 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 仿真運(yùn)行 仿真結(jié)果分析 馬力：基于 Flexsim 的吊鉤生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真 16 機(jī)性 ，同一種內(nèi)部狀態(tài)由不同事件或原因觸發(fā)，可以向多種狀態(tài)轉(zhuǎn)變。另一方面，系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)只在離散時(shí)間點(diǎn)上發(fā)生變化，且狀態(tài)在一段時(shí)問內(nèi)保持不變。 離散事件系統(tǒng)狀態(tài)變量發(fā)生躍變的現(xiàn)象，是由于各種流動(dòng)實(shí)體進(jìn)入系統(tǒng)后，在各個(gè)環(huán)節(jié)上觸發(fā)產(chǎn)生的隨機(jī)離散事件所引起的，并且在離散事件發(fā)生的時(shí)刻上，可以啟動(dòng)或終止某一具體的活動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)模仿真實(shí)系統(tǒng)行為的仿真運(yùn)行。 離散事件系統(tǒng)仿真結(jié)構(gòu)元素 1)實(shí)體 一般指系統(tǒng)所研究的對(duì)象。用系統(tǒng)的術(shù)語說，它是系統(tǒng)邊界內(nèi)的對(duì)象，系統(tǒng)中流動(dòng)的或活動(dòng)的元素都可以稱為實(shí)體。 2)屬性 實(shí)體所有 的特性稱為實(shí)體的屬性。但是并不是所有的特征都被稱為仿真系統(tǒng)的屬性。只有那些與系統(tǒng)仿真相關(guān)的特征，才稱其為屬性。 3)事件 它是引起系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化的行為。從某種意義上說，離散系統(tǒng)是由事件來驅(qū)動(dòng)的。 4)活動(dòng) 離散事件系統(tǒng)中的活動(dòng)，通常用于表示兩個(gè)可以區(qū)分的事件之間的過程，它標(biāo)志著系統(tǒng)狀態(tài)的轉(zhuǎn)移。 5)進(jìn)程 它由若干個(gè)有序事件及若干有序活動(dòng)組成，一個(gè)進(jìn)程描述了它所包括的事件與活動(dòng)的相互邏輯關(guān)系及時(shí)序關(guān)系。事件、活動(dòng)、進(jìn)程三者之間的關(guān)系如圖 所示。可以看出，事件是發(fā)生在某一時(shí)刻的行為。活動(dòng)和進(jìn)程則是發(fā)生在某 一時(shí)問段的過程。 圖 事件、活動(dòng)與進(jìn)程的關(guān)系 6）仿真時(shí)鐘 它用來表示仿真時(shí)間的變化。仿真時(shí)鐘與實(shí)際時(shí)鐘的區(qū)別在于：前者是離散的，而后者是連續(xù)的。即從一個(gè)事件發(fā)生時(shí)刻推進(jìn)到下一事件發(fā)生時(shí)刻，仿真時(shí)鐘的推進(jìn)呈現(xiàn)跳躍性，推進(jìn)速度具有隨機(jī)性。 7）統(tǒng)計(jì)計(jì)數(shù)器 離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)隨著事件的不斷發(fā)生呈現(xiàn)出動(dòng)態(tài)變化，這種變化是隨機(jī)的，某一次仿真運(yùn)行得到的狀態(tài)變化過程只不過是隨機(jī)過程的一次取樣，只有經(jīng)過多次統(tǒng)計(jì)得到的仿真運(yùn)行的數(shù)據(jù)才有意義。 離散事件系統(tǒng)仿真方法 離散事件系統(tǒng)仿真，實(shí)質(zhì)上是對(duì)那些由隨機(jī)系統(tǒng)定義的，用數(shù)值方式或邏輯方式描述的動(dòng)態(tài)模型的處理過程。 離散事件系統(tǒng)仿真方法可分為兩種： 事件 1 事件 2 事件 n1 事件 n 活動(dòng) 1 活動(dòng) 2 活動(dòng) m 進(jìn)程 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 1）面向進(jìn)程的離散事件系統(tǒng)仿真 面向過程的仿真方法主要研究仿真過程中發(fā)生的事件以及模型中實(shí)體的活動(dòng)。這些事件或活動(dòng)的發(fā)生是順序的。而仿真時(shí)鐘的推進(jìn)正是依賴于這些事件和活動(dòng)的發(fā)生順序。在當(dāng)前仿真時(shí)刻，仿真進(jìn)程需要判斷下一個(gè)事件發(fā)生的時(shí)刻或者判斷觸發(fā)實(shí)體活動(dòng)開始和停止的條件是否滿足，在處理完當(dāng)前仿真時(shí)刻系統(tǒng)狀態(tài)變化操作后，將仿真時(shí)鐘推進(jìn)到下一事件發(fā)生時(shí)刻或下一 個(gè)最早的活動(dòng)開始或停止時(shí)刻。仿真進(jìn)程就是不斷按發(fā)生時(shí)間排列事件序列，并處理系統(tǒng)狀態(tài)變化的過程。 2）面向?qū)ο蟮碾x散事件系統(tǒng)仿真 在面向?qū)ο蠓抡嬷?，組成系統(tǒng)的實(shí)體以對(duì)象來描述。對(duì)象有三個(gè)基本的描述部分，即屬性、活動(dòng)和消息。每個(gè)對(duì)象都是一個(gè)封裝了對(duì)象的屬性及對(duì)象狀態(tài)變化操作的自主的模塊，對(duì)象之間靠消息傳遞來建立聯(lián)系以協(xié)調(diào)活動(dòng)。對(duì)象內(nèi)部不僅封裝了對(duì)象的屬性，還封裝了描述對(duì)象運(yùn)動(dòng)及變化規(guī)律的內(nèi)部和外部轉(zhuǎn)換函數(shù)，這些函數(shù)以消息或時(shí)間來激活，消息和活動(dòng)可以同時(shí)產(chǎn)生，在滿足一定條件時(shí)產(chǎn)生相應(yīng)的活動(dòng)。 離散事件 系統(tǒng)仿真策略 仿真策略是仿真模型的核心，反映了仿真模型的本質(zhì)，從根本上決定了仿真模型的結(jié)構(gòu)。迄今為止，離散事件系統(tǒng)已形成三種基本的仿真策略，分別是事件調(diào)度 (Event Scheduling， ES)，活動(dòng)掃描 (Activity Scanning， AS)和進(jìn)程交互 (Process Interaction,PI)。而連續(xù)系統(tǒng)主要采用固定時(shí)間增量法的仿真策略。 1)事件調(diào)度法 事件調(diào)度法的基本思想是：用事件的觀點(diǎn)來分析真實(shí)系統(tǒng)，通過定義事件及每個(gè)事件發(fā)生對(duì)系統(tǒng)狀態(tài)的變化，按時(shí)間順序確定并執(zhí)行每個(gè)事件發(fā)生時(shí)有關(guān)的邏輯 關(guān)系。按這種策略建立模型時(shí)，所有事件均放在事件表中，模型中設(shè)有一個(gè) 時(shí)間控制成分，該成分從事件表中選擇具有最早發(fā)生時(shí)間的事件，并將仿真鐘修改到該事件發(fā)生的時(shí)間，再調(diào)用與該事件相應(yīng)的事件處理模塊，該事件處理完后返回時(shí)間控制成分。這樣，事件的選擇與處理不斷地進(jìn)行，直到滿足仿真終止的條件或程序事件產(chǎn)生為止。 2)活動(dòng)掃描法 活動(dòng)掃描法的基本思想是：系統(tǒng)由成分組成，而成分包含著活動(dòng)，這些活動(dòng)的發(fā)生應(yīng)當(dāng)滿足規(guī)定事件發(fā)生的條件。每一個(gè)主動(dòng)成分均有一個(gè)相應(yīng)的激活條件，若條件滿足，則激活該成分的活動(dòng)條件滿足。仿真過程中，活動(dòng) 的發(fā)生時(shí)間也作為條件之一，而且較之其它條件具有更高的優(yōu)先權(quán)，即在判斷激活條件時(shí)首先判斷該活動(dòng)發(fā)生的時(shí)間是否滿足，然后再判斷其它條件。對(duì)活動(dòng)的掃描循環(huán)進(jìn)行，直到仿真終止為止。 3)進(jìn)程交互法 這種方法的特點(diǎn)是系統(tǒng)仿真時(shí)鐘的控制程序采用兩張事件表，其一是當(dāng)前事件表(CEL： Current Events List)，它包含了從當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)開始有資格執(zhí)行的事件記錄，但是該事件是否發(fā)生的條件尚未判斷。其二是將來事件表 (FEL： Future Events List)，它包含在將來某個(gè)仿真時(shí)刻發(fā)生的事件記錄。每一個(gè)事件記錄 中包含該事件的若干屬性，其中必有一個(gè)屬性，說明該事件在過程中所處位置的指針。 離散事件系統(tǒng)仿真的步驟 1)明確仿真目的。 2)系統(tǒng)的分析與描述。要求給出系統(tǒng)的詳細(xì)定義，明確系統(tǒng)的構(gòu)成、環(huán)境、邊界和約束，其次根據(jù)問題確定系統(tǒng)的目標(biāo)及其衡量標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)對(duì)解決問題的途徑進(jìn)行分析。 3)建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。離散事件的數(shù)學(xué)模型難以采用某種規(guī)范的形式，而一般采用馬力：基于 Flexsim 的吊鉤生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真 18 流程圖或網(wǎng)絡(luò)圖的形式才能準(zhǔn)確地定義實(shí)體在系統(tǒng)中的活動(dòng)。因此離散事件仿真中的數(shù)學(xué)模型是一張實(shí)體的流程圖，它包括三個(gè)部分：臨時(shí)實(shí)體的到達(dá)模型 (如加工系統(tǒng)中 的工件到達(dá)模式、概率分布 )，排隊(duì)規(guī)則 (先進(jìn)先出或后進(jìn)先出等 )，永久實(shí)體的服務(wù)模型 (服務(wù)時(shí)間的概率分布等 )。 4)數(shù)據(jù)收集。數(shù)據(jù)收集包括收集與系統(tǒng)的輸入輸出有關(guān)的數(shù)據(jù)以及反映系 統(tǒng)各部分之間關(guān)系的數(shù)據(jù)。 5)建立系統(tǒng)的仿真模型。建立系統(tǒng)的仿真模型過程包括根據(jù)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型及實(shí)際特點(diǎn)，確定模型和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)形式，選擇建模的軟件開發(fā)平臺(tái)和程序設(shè) 計(jì)語言。 6)模型驗(yàn)證。模型的驗(yàn)證即系統(tǒng)模型 (包括對(duì)系統(tǒng)的組成成分、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及參數(shù)值的假設(shè)、抽象和簡化 )是否能準(zhǔn)確地由仿真模型和計(jì)算機(jī)程序表示出來。若輸入?yún)?shù)以及模型的邏輯 結(jié)構(gòu)在程序中是正確表達(dá)的，則模型驗(yàn)證通過。 7)模型確認(rèn)。模型確認(rèn)是確定模型是否精確地代表實(shí)際系統(tǒng)，是把模型及其特性與現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)及其特性進(jìn)行比較的全過程。對(duì)模型的確認(rèn)工作往往是通過對(duì)模型的矯 J 下來完成。比較模型和實(shí)際系統(tǒng)的特性是一個(gè)迭代過程，同時(shí)應(yīng)用兩者之間的差異，對(duì)系統(tǒng)和模型獲得更透徹的理解，從而達(dá)到改進(jìn)模型的目的。重復(fù)進(jìn)行這個(gè)過程直到認(rèn)為模型準(zhǔn)確為止。 8)仿真運(yùn)行研究。仿真運(yùn)行就是將系統(tǒng)的仿真模型放在計(jì)算機(jī)上執(zhí)行計(jì)算。在運(yùn)行過程中了解模型對(duì)各種不同的輸入數(shù)據(jù)及各種不同的仿真機(jī)制的輸出響應(yīng)情況。通過觀察獲得所需的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，從而預(yù)測系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行規(guī)律。 9)仿真結(jié)果分析。對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析的目的是確定仿真實(shí)驗(yàn)中所得到的信息是否合理和充分，是否滿足系統(tǒng)的目標(biāo)要求，同時(shí)將仿真結(jié)果分析整理成報(bào)告，確定比較系統(tǒng)不同方案的準(zhǔn)則、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)據(jù)的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)及問題可能的解，為系統(tǒng)方案的最終決策提供輔助支持。 離散事件系統(tǒng)仿真的一般步驟如圖 所示。 江西理工大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 圖 離散系統(tǒng)仿真步驟 生產(chǎn)物流的建模與仿真 1)物流系統(tǒng)模型化的概念 模型 是對(duì)系統(tǒng)的特征及其變化規(guī)律的一種抽象表示，而且往往是以系統(tǒng)中那些所要研究的特定特征變量為核心。模型可以表現(xiàn)實(shí)際系統(tǒng)的各個(gè)組成因素及其相互之間的因果關(guān)系，反映實(shí)際系統(tǒng)的特征，但又高于實(shí)際系統(tǒng)，而且具有同類系統(tǒng)的共性，有助于解決抽象化的實(shí)際系統(tǒng)。 物流系統(tǒng)模型化是把系統(tǒng)中的各個(gè)組成部分的特征及變化規(guī)律數(shù)量化，組成部分之間數(shù)據(jù)收集 仿真要素的抽取 仿真系統(tǒng)建模 仿真實(shí)驗(yàn) 仿真方式與仿真次數(shù)控制 仿真建模檢驗(yàn) 仿真結(jié)果分析 結(jié)束 編程 利用仿真模型工具 馬力：基于 Flexsim 的吊鉤生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真 20 的關(guān)系方程式化。由于物流系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與行為過程的復(fù)雜性，自由綜合運(yùn)用定性，半定性與定量分析方法，才能建立恰當(dāng)?shù)奈锪飨到y(tǒng)模型，進(jìn)而求得最佳決策結(jié)果。物流系統(tǒng)模型化是物流合理化的前提。 2)系統(tǒng)模型的分 類 模型按結(jié)構(gòu)形式分為實(shí)物模型、圖式模型、模擬模型和數(shù)學(xué)模型。各類型的點(diǎn)如表 31所示： 表 31 系統(tǒng)模型的分類對(duì)照表 類型 特點(diǎn) 實(shí)物模型 實(shí)物模型是現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)放大后或縮小后的表示，因而也稱為比例模型，如城市模型、橋梁模型及風(fēng)洞試驗(yàn)用的飛機(jī)模型等，它們形象地表達(dá)所代表的系統(tǒng)的主要特性和各個(gè)組成部分之間結(jié)構(gòu)關(guān)系；但它們不能表示數(shù)量關(guān)系，尤其是不能揭示要素的內(nèi)在聯(lián)系，也不能用于優(yōu)化 。 模擬模型 用一種原理上相似，而求解或控制處理容易的系統(tǒng)，代替或近似描述另一種系統(tǒng)，前者稱為后者的模擬模型。他一般有兩種類型 ，一種是可接受輸入并進(jìn)行動(dòng)態(tài)原始的可控模型，如可以對(duì)機(jī)械系統(tǒng)中的速度、力、與質(zhì)量的描述，