《精编》物流仿真模型培训课程

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1、参考书目 1 SimulationusingPromodel McGrawHilleducation2 物流系统仿真 北京邮电大学出版社3 现代生产物流及仿真 清华大学出版社4 系统仿真软件flexsim3 0实用教程 清华大学出版社 教学计划 讲授16个学时 实验20个学时 考核方式 考试 70 平时成绩 30 课程导言 Modeling Simulation M SM S是21世纪制造业的一项关键支撑技术IMTR将M S列为能够影响美国整个制造业的发展 全面提升制造企业技术水平和快速反应能力的技术领域之一 课程要求 掌握基本概念如 系统 系统模型 仿真模型等掌握仿真的基本方法熟悉至少一种仿

2、真软件熟悉并实现一些典型的物流系统仿真实例 目录 第一章绪论第二章物流系统建模第三章典型物流系统仿真模型第四章系统仿真应用基础第五章物流系统仿真及软件 理论框架 系统仿真三要素对象系统系统模型仿真模型三个基本活动 系统建模仿真建模仿真试验 图1 系统仿真的要素和相互关系 一 系统 物流系统 系统 是由若干可以相互区别 相互联系而又相互作用的要素所组成 在一定的阶层结构形成中分布 在给定的环境约束下 为达到整体的目的而存在的有机集合体 一般模型 物质 能量 信息 产品 物流系统 是指在一定的时间和空间内 由所需位移的物资与包装设备 搬运装卸机械 运输工具 仓储设施 人员和通信联系等若干相互制约的

3、动态要素 所构成的具有特定功能的有机整体目的 3S1L Speed Safety SurelyandLow 包括 运输 储存 包装 装卸 搬运 配送 流通加工 信息处理等子系统物流系统 物流系统的基本模式 图3 物流系统的基本模式 物流系统的环境 图4 物流系统的环境因素 系统的研究内容 实体 存在于系统中的每一项确定的物体 即组成系统的具体对象元素 属性 实体所具有的每一项有效的特征 即实体的特性 状态和参数 活动 实体随时间推移发生的状态变化 例如 港口码头是一个系统 该系统中的实体为船舶及码头装卸设备等 它的属性是任务类型 任务数量 设备数量等 它的活动则是船舶的靠泊及任务的装卸过程 环

4、境则是码头所处的自然环境和社会环境等 系统的特征 目的性集合性相关性层次性整体性对环境的适应性 物流系统特征 1 人机交互 2 跨度大 3 可分性 4 动态性 5 复杂性 6 多目标性 系统的分类 确定型系统和随机型系统连续型系统和离散型系统简单系统和复杂系统 理论框架 系统仿真三要素对象系统系统模型仿真模型三个基本活动 系统建模仿真建模仿真试验 图1 系统仿真的要素和相互关系 二 物流系统模型概述 物流系统模型 是对物流系统的特征要素 变化规律和相关信息的一种抽象表达 它反映了物流系统的某些本质属性 描述了物流系统各要素间的相互关系 系统与环境之间的相互作用 反映了所研究的物流系统的主要特征

5、 特征如下 1 实体的抽象或模仿 2 由与分析问题有关的因素所组成 3 表明因素间的关系 模型分类 系统建模方法 直接分析法 推理分析法 对于内部结构和特性已经清楚的系统 即所谓的 白箱 系统 可以利用已知的定律和定理 经过一定的分析和推理 得到系统模型 例1 数据分析法 统计分析法 对于那些属于 黑箱 但又不允许直接进行实验观察的系统 可以采用数据收集和统计分析的方法来建造系统模型 如防弹背心的设计 实验分析法 对某些问题 现有数据不能确定个别变量对整个系统的影响 又不可能做全局实验时 可局部实验分析本质 例2 模拟分析法 类比法 用一个容易实现试验和计算的系统代替与其有相似特性的 进行数量

6、描述与试验有困难的系统的方法 例3 主观想象法 如对未来生态系统 经济系统的研究 人工实现法 例4 直接分析法 例1 某加工车间要把剩余的27kg塑料和290度电加工成甲 乙两种产品 生产1米甲产品需要2kg塑料和40度电 生产1米乙产品需要3kg塑料和10度电 售出1米甲产品可获利7元 1米乙产品获利6元 如何确定甲 乙两种产品的产量 使总利润最大 目标函数 约束条件 解法 直接分析法 实验分析法 例2 某厂对广告费用和销售额度的关系进行研究时发现 以往经验认为两者之间呈正比例递增 a 但实际上广告费用增加到一定数量时销量出现了一定的平台期 b 这样系统分析人员联想到心理学中有一种典型的反映

7、函数形式 c 这一心理学刺激反应规律说明 推销员老是推销一种产品 顾客由于逆反心理反而不愿意购买它 因此必然有一个最佳广告费用 即销售量刚刚饱和时的费用 但现在的数据不能确定这最佳值 而厂家也不愿意承担全面实验的风险 解决办法 该工厂选定250个销售区中的18个区做实验 证明每一类顾客的反应确实符合图 c 所示形状 通过这18个区的实验 大致找到了 最佳 广告费的范围 得到了它们的平均值 最小值和最大值 模拟分析法 例3 某公司准备建一临时材料库向n个工程项目工地供应材料 如何选择建设地址才能使总费用最省 解决方案 按重心法建立以下模拟模型 按工程项目工地相对位置在一木盘上钻孔 将若干条线绳的

8、一端连在一个小铁环上 另一端分别穿过钻好的小孔 并按项目所需材料的比例挂上相应的砝码 这样小铁环就平衡在一个固定的位置 人工实现法 对系统的内部结构和特性尚不清楚 系统结构复杂 既无足够的数据 又无法对系统进行实验 甚至不允许做实验时 可以人为地逐步建立模型 建模步骤及原则 理论框架 系统仿真三要素对象系统系统模型仿真模型 计算机 三个基本活动 系统建模仿真建模仿真试验 图1 系统仿真的要素和相互关系 提出问题 对一个复杂的实际系统 人们通常采用什么方式研究 一个未执行的军事行动一个正常运行的核电站放射泄漏应急方案一台尚未有前例的临床手术一个待建的物流配送中心 解决手段 一般研究的两类手段直接

9、在实际系统上研究建立模型 在模型上研究直接研究的困难系统还不存在系统的破坏性实验实验条件无法保证 时间太长 费用太高或人为偏差 自古以来的仿真应用 中外古代战争对仿真基本原理的应用 这种远时代的作战模拟后来以各种棋类 比如中国象棋 围棋 流传了下来 建筑中用木模研究建筑物的结构与承载性能 军事沙盘 古代沙盘和现代的沙盘仿真模型 典型仿真案例展示 你了解哪些仿真的新发展 你参观过虚拟现实实验室吗 体验过与虚拟现实仿真系统的人机交互吗 头盔显示器 头部跟踪器 数据手套 虚拟现实技术 模拟飞行驾驶 虚拟人 游戏娱乐 6自由度飞行模拟器 飞行模拟 虚拟现实仿真技术用于治疗心理恐惧症 公共演讲恐惧症美国

10、乔治亚大学使用虚拟现实技术来临床治疗公共演讲恐惧症 很多人 仅仅是想象一下在公共场合演讲就会手心出汗 心跳加速 胃部抽搐 通过使用电脑生成图像 声音的头盔虚拟现实技术来帮助治疗 乔治亚大学的心理学助理教授PageAnderson 进行临床应用研究 研究这种新科技能够将公共演讲的恐惧和忧虑降低到什么程度 虚拟现实技术用于治疗心理恐惧症 飞行恐惧症和恐高症Anderson尝试让患者沉浸于像真实环境一样的虚拟场景中 以使患者逐渐减轻恐惧感 虚拟飞行惯于治疗患有飞行恐惧症的人 在患者坐位下的低音音箱发出模仿真实喷气飞机引擎的隆隆声 这些境遇会使患者战胜自身的恐惧 接受Anderson虚拟疗法的患者已经

11、可以举起手进行提问 虚拟治疗比传统治疗的方便在于 不会像治疗飞行恐惧症那样往返机场 很难否认 通过使用科学技术能够避免过多的花费 仿真的作用 对已经发生的系统历史过程 通过仿真进行再现 以研究其规律研究一个尚未存在的对象系统的特征 性能 规律等对于存在但由于各种因素难以在实际系统上进行实验的系统 用于理解实际系统 进行Whatif分析用于对一个系统的多种方案对比研究对其它研究方法得到的研究结果进行验证其它作为沟通工具 培训 按系统所处的时间 空间划分 其作用体现在 按仿真应用的目的 内容划分 其作用体现在 仿真的优势 对复杂性问题的优势对随机性问题的优势安全性优势成本优势 可视化优势重复性优势

12、时间优势风险优势 思考 仿真的劣势或局限性 三 仿真 仿真 Simulation 是对实际过程或系统随时间变化的运作的模仿 imitation mimic 仿真通过建立系统模型 Systemmodel 来描述实际系统的行为目前 系统仿真多数是在计算机上进行的系统仿真可定义为 根据系统分析的目标 在分析系统各影响要素性质及其相互关系的基础上 建立能够描述系统结构和行为且具有一定逻辑关系和数学性质的仿真模型 对系统进行试验和定量分析 以获得决策所需的信息 仿真模型对实际系统的二次简化 反映系统模型同计算机 仿真器 之间的关系能被计算机或者仿真器接受 并运行仿真实验 是指设计合理 方便且服务于实验研

13、究的实验步骤和软件 以对模型进行运转可重复性人机交互能力一定条件下 便于引入实际部件 增加可信度 系统仿真过程 修改模型并确认 按仿真时间分类 实时仿真 仿真时间与系统时间同步 如飞行训练亚时仿真 仿真速度低于系统速度 慢动作 如电子对撞产生新粒子的过程超时仿真 仿真速度高于系统速度 应用最广泛 系统仿真分类 按被仿真系统的特性分类 连续系统仿真 系统的状态随时间连续变化的系统 ContinuousSystem 离散系统仿真 系统状态变化只发生在一些随机时 DiscreteSystem 间点上的系统 多数工程系统是属于连续系统 如电力系统 发电机组 航空发动机 液压系统等 银行 配送中心等属于

14、离散系统 系统仿真的发展与应用 系统建模与仿真的发展趋势 90年代以来 计算机仿真技术朝着一体化建模与仿真环境的方向稳步发展 新的研究热点如 面向对象仿真 object orientedsimulation OOS 定性仿真 qualitativesimulation QS 分布交互仿真 distributedinteractivesimulation DIS 人工智能仿真 artificialintelligencesimulation AIS 虚拟现实仿真 virtualrealitysimulation VRS 可视化仿真 visualsimulation VS 多媒体仿真 multim

15、ediasimulation MS Internet网上仿真 物流系统仿真 物流系统是一个多因素 多目标的复杂系统 现代物流越来越强调物流的系统化 综合化 而物流系统的整体优化是一个复杂的系统分析问题 系统仿真方法应用于物流系统有如下几类 物流过程仿真 物流管理仿真 物流成本仿真 在物流领域中的应用主要涉及交通运输 仓储 供应链 自动化物流系统 物流园区规划等多个方面 物流系统仿真的广泛应用 自动化物流系统仿真AS RS系统仿真Conveyor输送系统仿真AGV系统仿真Picking Sorting系统仿真生产物流系统仿真供应链仿真物流园区规划仿真交通运输仿真 物流配送中心仿真应用 配送中心管

16、理调度策略仿真 配送中心作业流程仿真 配送中心布局与资源配置仿真 服务业及制造业仿真 供应链仿真 物流系统仿真的作用 1 系统构建 真实的系统并不存在 并且建立真实的系统需要耗费大量的成本和时间 不知该如何建造才能取得较好的效果 2 系统改进 真实的系统是存在的 但系统存在一些问题 希望能改进系统 但不知如何改进 如果在真实的系统上进行实验则代价昂贵 3 系统分析 一个系统非常复杂 不知如何操作才能有好的效果 因此需要对这个复杂的系统进行预测和分析 4 考虑随机因素 系统比较简单 可以用数学的方法求解 但求解过程无法考虑随机因素 且结果不直观 因此生产一线人员难以相信纯数学方法计算的结果 而希望看到更直观的效果以指导生产