【導(dǎo)讀】導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的成果。盡我所知，除文中特別加以標(biāo)注和致。含我為獲得及其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或?qū)W歷而使用過的材料。明并表示了謝意。以贏利為目的前提下，學(xué)?？梢怨颊撐牡牟糠只蛉績?nèi)容。面對傳統(tǒng)物流觀念下企業(yè)生產(chǎn)物流出現(xiàn)的問題，筆者提出了精益生產(chǎn)的思想。精益生產(chǎn)思想的核心在于減少企業(yè)一切不必要的浪費(fèi)，提高企業(yè)價(jià)值流的高效。建模分析，同時(shí)運(yùn)用系統(tǒng)仿真技術(shù)對已經(jīng)建立的模型實(shí)行仿真運(yùn)行。通過反復(fù)的模擬仿真找到了問題的癥結(jié)所在，在對仿真結(jié)果進(jìn)行仔細(xì)分析討論后。得到了解決問題的方案。

　　

【正文】 械設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)控、各種作業(yè)管理等。有物料流動(dòng)的地方就有信息的流動(dòng)，實(shí)際上企業(yè)的生產(chǎn)物流系統(tǒng)就是在物料流動(dòng)與信息流動(dòng)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一下進(jìn)行的。制造業(yè)企業(yè)的物流信息系統(tǒng)需要對不同階段、不同層次的對象進(jìn)行管理，它的作用在于對管理對象進(jìn)行物流信息的采集整理、識別辨認(rèn)、傳遞輸送、貯存、處理、顯示和分析總結(jié)。物流信息具有信息量大，分布廣，動(dòng)態(tài)性強(qiáng)，信息價(jià)值的衰減速度快的特點(diǎn)；同時(shí)，物流信息種類 繁多，對一致性的要求比較高。隨著物流系統(tǒng)的發(fā)展，物流信息量會(huì)變得越來越大，物流信息更新的速度也越來越快，如果仍采取手工處理的方式來處理龐大的企業(yè)物流信息，就會(huì)造成一系列的問題，如信息滯后、信息失真、信息不能共享等信息處理瓶頸，增加了對信息處理的難度，從而影響企業(yè)整個(gè)物流系統(tǒng)的運(yùn)行效率。因而，建立基于計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的物流信息系統(tǒng)是提高物流系統(tǒng)的整體效率的有力保證。 物流信息系統(tǒng) (Logistics Information System)是一個(gè)綜合的為企業(yè)提供信息服務(wù)的人機(jī)系統(tǒng)，它是建立在系統(tǒng)的觀點(diǎn)、思想和方 法上的，將電子計(jì)算機(jī)作為信息處理的基礎(chǔ)方法，將現(xiàn)代通訊設(shè)備作為最基本傳輸工具，可以及時(shí)地為管理決策者提供信息服務(wù)。換句話說，物流信息系統(tǒng)最重要的兩個(gè)成分為計(jì)算機(jī)和人，它的主要功能是對物流信息收集整理、傳遞、儲存、二次加工、維護(hù)及使用，同時(shí)，物流信息系統(tǒng)具有預(yù)測、控制和輔助決策等功能。物流信息可劃分為以下幾種情況：物流設(shè)施設(shè)備等的屬性信息、物流系統(tǒng)狀態(tài)信息、物流計(jì)劃控制信息、貨物存儲信息、統(tǒng)計(jì)匯總信息、物流決策信息。 （ 5）物流控制系統(tǒng) 物流控制系統(tǒng)在企業(yè)物流管理活動(dòng)中發(fā)揮著非常重要的作用。在企業(yè)實(shí)際的生產(chǎn)運(yùn)營活動(dòng)中，企業(yè)生產(chǎn)物流系統(tǒng)會(huì)受到來自內(nèi)部和外部許多不同因素的影響，這樣難免會(huì)造成企業(yè)計(jì)劃與實(shí)際之間的偏差，所以必須要有物流控制系統(tǒng)保證企業(yè)的生產(chǎn)計(jì)劃順利進(jìn)行?？刂茖ο蟆⒖刂颇繕?biāo)、控制主體是組成一個(gè)物流控制系統(tǒng)最具本的單元，控制對象是企業(yè)生產(chǎn)物流活動(dòng)的過程，控制目標(biāo)是在保證滿足市場需求的前提下，以精益思想作為指導(dǎo)，采取一切可能的措施，提高生產(chǎn)效率，降低企業(yè)不必要的浪費(fèi)情況，降低企業(yè)成本，人機(jī)結(jié)合的管理系統(tǒng)是企業(yè)物流控制系統(tǒng)的主體。物流控制系統(tǒng)的功能有以下幾個(gè)方面： ① 對企業(yè)物流系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行收集整理 ② 實(shí) 時(shí)對企業(yè)的生產(chǎn)物流系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控 ③ 能及時(shí)地處理企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營過程中出現(xiàn)的異常情況 ④ 能進(jìn)行良好的人機(jī)交互活動(dòng) 19 4 系統(tǒng)仿真技術(shù) 系統(tǒng)仿真概述 系統(tǒng)仿真的原理是首先根據(jù)真實(shí)系統(tǒng)建立相關(guān)的模型，然后利用模型對真實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行各種各樣的實(shí)驗(yàn)，分析其中的問題并得出結(jié)論，對系統(tǒng)性能進(jìn)行整體研究的方法。要理解系統(tǒng)仿真需要從系統(tǒng)、模型和仿真的基本概念開始。 系統(tǒng)是指按照某些規(guī)律結(jié)合起來的，各部分之間具有相互聯(lián)系、相互作用的有機(jī)整體。對于一個(gè)完整的系統(tǒng)來所，無論系統(tǒng)是大是小，實(shí)體、屬性、活動(dòng)是三個(gè)都必須存在的要素。實(shí)體 確定了系統(tǒng)的構(gòu)成，同時(shí)也確定了系統(tǒng)的邊界；屬性又稱描述變量，用于描述每一實(shí)體的特征；活動(dòng)規(guī)定了系統(tǒng)內(nèi)部各實(shí)體之間相互聯(lián)系、相互作用，從而確定了系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生變化的過程。模型，是對實(shí)際事物的一種抽象化、本質(zhì)化的描述。一種模型代表了一種系統(tǒng)，同時(shí)也是對一種系統(tǒng)的簡化，模型應(yīng)該足夠詳細(xì)，這樣方便從對模型的相關(guān)實(shí)驗(yàn)中得到對實(shí)際真實(shí)系統(tǒng)有意義的結(jié)論。系統(tǒng)是研究探討的對象，模型是對系統(tǒng)的抽象化表示，仿真則是通過對模型的反復(fù)實(shí)驗(yàn)取得對實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行深入研究的目的。 系統(tǒng)的仿真根據(jù)不同的標(biāo)準(zhǔn)有不同的分類形式： 根據(jù)模型種類的不 同，仿真系統(tǒng)可以分為一下三種：物理仿真、數(shù)學(xué)仿真、物理 —— 數(shù)學(xué)仿真。根據(jù)真實(shí)系統(tǒng)的物理結(jié)構(gòu)形式構(gòu)筑系統(tǒng)的物理模型，并在此模型上進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)的過程，成為物理仿真。其優(yōu)點(diǎn)是大方直觀、形象化地表示真實(shí)系統(tǒng)，但是它的缺點(diǎn)也是比較明顯的：建模時(shí)間周期非常長，并且投資也相當(dāng)?shù)拇?。根?jù)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的數(shù)學(xué)關(guān)系建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，并在此模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行反復(fù)大量的實(shí)驗(yàn)，稱為數(shù)學(xué)模型。計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，給數(shù)學(xué)模型的構(gòu)建提供了很大的靈活性，使得數(shù)學(xué)仿真變得方便、經(jīng)濟(jì)。數(shù)學(xué)仿真的特點(diǎn)是受限于系統(tǒng)建模技術(shù)，即系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型是不易建立的 。第三類是物理 —— 數(shù)學(xué)仿真，即將數(shù)學(xué)模型與物理模型結(jié)合起來進(jìn)行試驗(yàn)。 按照仿真研究對象的不同，系統(tǒng)仿真還可以分為連續(xù)系統(tǒng)仿真和離散事件系統(tǒng)仿真。連續(xù)系統(tǒng)仿真是指那些系統(tǒng)狀態(tài)會(huì)隨時(shí)間的變化不斷變化的，根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型并在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。用一組方程式來描述該模型是它的基本特點(diǎn)，這類系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型包括連續(xù)模型、離散時(shí)間模型以及連續(xù) —— 離散混合模型。離散事件系統(tǒng)仿真是指對那些系統(tǒng)狀態(tài)只在一些時(shí)間點(diǎn)會(huì)發(fā)生變化的系統(tǒng)，建立其數(shù)學(xué)模型并在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，找到問題并分析解決方案。這類系統(tǒng)的狀態(tài)變量在兩個(gè)事件 之間保持不變，其數(shù)學(xué)模型一般很難用數(shù)學(xué)方程來描述，通常是用流程圖或網(wǎng)絡(luò)圖來描述。 20 離散事件系統(tǒng)仿真 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)等大多數(shù)工程系統(tǒng)都是屬于連續(xù)系統(tǒng)，這些系統(tǒng)有一個(gè)共同的特點(diǎn)那就是狀態(tài)隨時(shí)間連續(xù)變化。然而，企業(yè)物流領(lǐng)域大多數(shù)系統(tǒng)的狀態(tài)并非隨時(shí)間連續(xù)變化的，都是離散事件系統(tǒng)，所以本文利用離散事件系統(tǒng)的仿真原理對生產(chǎn)物流系統(tǒng)建模。利用離散事件系統(tǒng)仿真可以在對實(shí)際系統(tǒng)投入大量的時(shí)間、資金和其他資源之前，對擬建的工程系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行最大范圍的測試和優(yōu)化。 對于狀態(tài)變量不是隨時(shí)間 連續(xù)變化而是離散變化的一類系統(tǒng)的仿真問題，我們通常采用離散事件系統(tǒng)仿真方法。在任一隨機(jī)時(shí)刻發(fā)生的任一事件都會(huì)引起系統(tǒng)中實(shí)體的狀態(tài)變化。用數(shù)學(xué)表達(dá)式很難描述離散事件系統(tǒng)仿真的模型，通常會(huì)用表示數(shù)量與邏輯關(guān)系的流程圖表示。離散事件系統(tǒng)的算法體現(xiàn)在其建?？蚣芎头抡娌呗灾?，有三種最基本的仿真策略。 （ 1）事件調(diào)度法（ Events Scheduling， ES） 使用這種策略構(gòu)建仿真模型時(shí)，會(huì)將全部事件放在事件列表中，在模型中設(shè)置一個(gè)時(shí)間控制器，利用該控制器可以控制模型內(nèi)不同時(shí)間發(fā)生的事件，模型中應(yīng)該最早發(fā)生的事件被選 擇出來，這是觸發(fā)仿真鐘，仿真鐘會(huì)把時(shí)間修改到該事件發(fā)生的時(shí)刻，緊接著再調(diào)用與該事件相關(guān)的事件，運(yùn)行相關(guān)事件，所有事件處理完后返回時(shí)間控制器。就這樣不斷的循環(huán)下去知道終止程序被觸發(fā)。 （ 2）活動(dòng)掃描法（ Activities Scanning ,AS） 在此建模方法中，各個(gè)不同的部件構(gòu)成了整個(gè)系統(tǒng)，而不同的運(yùn)動(dòng)包含于不同的部件中，當(dāng)系統(tǒng)滿足一定條件的時(shí)候這些活動(dòng)就會(huì)發(fā)生。每一個(gè)激活條件可以觸發(fā)一個(gè)成分，當(dāng)滿足條件時(shí)，就會(huì)激活該成分的活動(dòng)過程。 （ 3）進(jìn)程交互法（ Process Interactive， PI） 該 建模方法的特點(diǎn)在于系統(tǒng)中有用兩張事件表，一是當(dāng)前事件表 (current events list，CEL)，二是將來事件表。這兩張時(shí)間表分別控制了當(dāng)前與將來兩個(gè)時(shí)間段內(nèi)的事件記錄。每個(gè)事件記錄包括了該事件的所有屬性，在這些屬性中必有一個(gè)說明了該事件在系統(tǒng)過程中的位置指針。 離散事件系統(tǒng)的仿真一般有九個(gè)步驟： ① 對問題的分析、定義； ② 制定系統(tǒng)仿真模擬的目標(biāo)并且定義系統(tǒng)效能指標(biāo)； ③ 對系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)致描述并列出所有的假設(shè)情況； ④ 列舉一切可能的替代方案； ⑤ 收集相關(guān)的數(shù)據(jù)和有效的信息； ⑥ 構(gòu)建計(jì)算機(jī)系統(tǒng)模型； ⑦ 驗(yàn)證和確認(rèn)模型； ⑧ 運(yùn)行可替代實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停? 21 ⑨ 輸出分析結(jié)果，得出結(jié)論。 需要注意的是，在實(shí)際進(jìn)行仿真研究時(shí)也不能死板的按照上面的步驟進(jìn)行，有些項(xiàng)目在獲得系統(tǒng)的內(nèi)在細(xì)節(jié)之后，可能還要返回前面的步驟中去；同時(shí)，驗(yàn)證和確認(rèn)應(yīng)該在整個(gè)仿真過程中始終關(guān)注。對于系統(tǒng)仿真得到的結(jié)果我們需要從兩個(gè)方面進(jìn)行分析：一種是從系統(tǒng)整體化的角度考慮問題，即按照建模之前仿真目標(biāo)確定仿真結(jié)果的合理與否，若與目標(biāo)相符則結(jié)果合理，否則，結(jié)果不合理；另一種分析方法是仿真結(jié)果的可信程度，即我們對得到的仿真結(jié)果有多大的把握能反映真實(shí)的系統(tǒng)情況，可 信度有多少。 由于離散事件系統(tǒng)大多數(shù)是隨機(jī)的，對于輸入的任何一個(gè)數(shù)據(jù)都帶有很大的隨機(jī)性，我們每次輸入數(shù)據(jù)后所得到的仿真結(jié)果都是一個(gè)隨機(jī)結(jié)果，不能非常全面真實(shí)的反應(yīng)系統(tǒng)的客觀情況。為了得到全面系統(tǒng)的仿真結(jié)果，我們需要對所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真模擬，從而得到所有的仿真結(jié)果，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。但是這樣會(huì)導(dǎo)致整體的工作量加大，相當(dāng)難實(shí)現(xiàn)，針對這個(gè)問題，我們需要對仿真結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，才能得到答案。 22 仿真軟件介紹 現(xiàn)如今仿真軟件的特點(diǎn)和趨勢如下分析：第一，越來越多的仿真軟 件開始重視與外界系統(tǒng)程序的數(shù)據(jù)交互，即可以接受相當(dāng)部分軟件的文件，又可以輸出不同形式的文件，如 excel 表格、數(shù)據(jù)庫、 CAD 圖形等等仿；第二，仿真軟件的動(dòng)畫效果越來越逼真，在解決問題的同時(shí)給人們帶來了更好的視覺效果；第三，許多軟件提供專門的輸入、輸出和分析工具，作為可選擇的模塊，成為仿真軟件產(chǎn)品的重要組成部分，方便了對數(shù)據(jù)的分析和結(jié)果的評價(jià)；第四，越來越多的仿真軟件能夠提供仿真優(yōu)化功能，對軟件進(jìn)行相關(guān)的設(shè)置之后，軟件會(huì)自動(dòng)的生成最優(yōu)設(shè)計(jì)方案，這給管理者帶來了很大的方便。 目前市面上的仿真軟件有幾十種，不同的 仿真軟件都有各自的重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域和各自的特點(diǎn)。下面就對幾種典型的仿真軟件做簡單的介紹： （ 1） AutoMod 軟件 AutoMod 仿真軟件是由美國 Brooks Automation公司于上世紀(jì) 80 年代開始研發(fā)設(shè)計(jì)的，到目前已經(jīng)成為應(yīng)用較廣泛的仿真軟件之一。 AutoMod 的應(yīng)用涉及汽車、家電、造船、化工、煙草、圖書等制造領(lǐng)域，軍事、核工業(yè)等國防領(lǐng)域，以及郵政通信、港口、航空、倉儲、配送、物料操作等物流及其他服務(wù)行業(yè)和領(lǐng)域。 AutoMod 是一款比較成熟的離散事件系統(tǒng)仿真軟件，可完成對制造系統(tǒng)、倉儲系統(tǒng)、物料處理、企 業(yè)內(nèi)部物流、配送中心以及控制系統(tǒng)等的仿真分析、評價(jià)和優(yōu)化設(shè)計(jì) [8]。 （ 2） Flexsim 軟件 Flexsim 軟件由美國的 Flexsim Software Products 公司出品，是一款針對離散事件系統(tǒng)進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)的軟件。 Flexsim 采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)，方便了用戶進(jìn)行模型的建立，同時(shí)它的畫面效果非常好，具有 3D 顯示功能，已成功地應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域，尤其適合生產(chǎn)制造、倉儲配送、交通運(yùn)輸?shù)任锪黝I(lǐng)域。 （ 3） Arena 軟件 Arena 是美國 System Modeling 公司 1993 年開始基于仿真語言 SIMAN 及可視 化環(huán)境 CINEMA 研制開發(fā)的可視化交互集成式商業(yè)化仿真軟件，為不同需求的用戶開發(fā)有多種產(chǎn)品類型。該軟件經(jīng)常被用來進(jìn)行四個(gè)方面的優(yōu)化仿真：生產(chǎn)物流過程中的工藝流程規(guī)劃及設(shè)施設(shè)備的布局設(shè)置等；企業(yè)生產(chǎn)管理中生產(chǎn)計(jì)劃的制定、庫存管理等；對企業(yè)制造過程的經(jīng)濟(jì)性、風(fēng)險(xiǎn)性進(jìn)行分析，降低企業(yè)運(yùn)營成本或幫助企業(yè)進(jìn)行投資決策等；各種先進(jìn)制造模式如虛擬組織與敏捷供應(yīng)鏈管理的可視化仿真等 [9]。 （ 4） Extend 軟件 Extend 系統(tǒng)仿真軟件是由美國 Imageing That 公司開發(fā)的通用仿真平臺。其提供了自成一體的集成環(huán)境， 為不同層次的用戶提供了多種工具，并且它的模塊可以很容易地搭建并組合在一起，大大方便了建模。作為一款功能強(qiáng)大、低價(jià)位、主要基于 Windows的仿真軟件，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于供應(yīng)鏈物流仿真、交通運(yùn)輸仿真、銀行金融流程管理、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)以及生態(tài)系統(tǒng)等各個(gè)領(lǐng)域。 Extend 不僅可以用于離散事件仿真，也可用于 23 連續(xù)事件仿真。 （ 5） witness 軟件 Witness 是由英國 lanner 公司推出的功能強(qiáng)大的仿真軟件系統(tǒng)。它可以用于離散時(shí)間系統(tǒng)的仿真，同時(shí)又可以用于連續(xù)流體 (如液壓、化工、水力 )系統(tǒng)的仿真。目前已被成功運(yùn)用于國 際 3000 多家知名企業(yè)的解決方案項(xiàng)目，如 Airbus 公司的機(jī)場設(shè)施布局優(yōu)化、 BAA 公司的機(jī)場物流規(guī)劃、 BAE SYSTEMS 電氣公司的流程改善、 Exxon 化學(xué)公司的供應(yīng)鏈物流系統(tǒng)規(guī)劃、 Ford 汽車公司的工廠布局優(yōu)化和發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)線優(yōu)化、 Trebor Bassett 公司的分銷物流系統(tǒng)規(guī)劃等 [9]。 根據(jù)對上述各仿真軟件的介紹，我們了解了它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)及適合的仿真范圍，從企業(yè)成本、仿真的可操作程度、仿真的效果等方面綜合考慮，筆者建議制造企業(yè)運(yùn)用Witness 仿真軟件對生產(chǎn)物流系統(tǒng)進(jìn)行仿真模擬， Witness 是一 款非常簡單有效的針對企業(yè)流程進(jìn)行仿真的可視化軟件，它的特點(diǎn)正好符合企業(yè)生產(chǎn)物流系統(tǒng)的特點(diǎn)。 24 5 基于 witness 仿真軟件的優(yōu)化案例研究 witness 仿真建模的一般步驟 在現(xiàn)實(shí)生活中，一系類的商務(wù)系統(tǒng)都是由相互聯(lián)系相互影響的有機(jī)部分組成的，比如企業(yè)制造系統(tǒng)中的原材料、機(jī)器設(shè)備、運(yùn)輸工具、人員、加工路線或運(yùn)輸路線等，服務(wù)系統(tǒng)中的顧客、服務(wù)臺、服務(wù)路線等。使用 Witness 軟件對現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)進(jìn)行仿真模擬，通過運(yùn)行一定時(shí)間來模擬系統(tǒng)的績效，模型中的每個(gè)部件被稱之為 “元素 (Element)”。該仿真軟件主要包括一下五類元素：離散型元素、連續(xù)型元