计算机仿真技术在物流研究中的应用

来源:用户上传      作者: 高　巍　王爱文　王淮中

　　摘要: 分析了仿真技术的发展及特点,介绍计算机仿真的类型和基本步骤，阐述了仿真技术对物流系统研究的影响，以及计算机仿真技术在我国物流行业中的应用领域和发展前景。
　　关键词: 物流；仿真；成本；库存
　　中图分类号: TP391.9 文献标识码: A
　　
　　一、仿真技术的发展及特点
　　
　　仿真就是通过对系统模型的实验去研究一个存在的或设计中的系统。计算机仿真则是借助于计算机对系统模型进行实验的一种方法，它是50年代初期随着计算机技术的应用而逐渐发展起来的。仿真技术发展到今天大致分为三个阶段，在20世纪50到60年代，仿真是在实体上进行，实时性强且精度较高，但实施难度和费用较大。在20世纪60到70年代，系统的一部分由计算机代替，另一些组合由实物充当，一定程度上保留着实时性。从20世纪70年代至今，是计算机仿真或数字仿真阶段。计算机仿真技术有以下一些显著的特点：
　　1. 可以替代许多难以实施或无法实现的实验。
　　2. 可以解决用理论分析或数学解析难以求解的大型系统问题。
　　3. 可以降低投资风险、节省研究和开发费用。
　　4. 可以避免实际实验的财产消耗。
　　5. 可以缩短实验时间，并不拘于时空限制。
　　
　　二、仿真的类型和基本步骤
　　
　　计算机仿真的类型有离散事件(系统)仿真(Discrete-Event Simulation)、连续系统仿真(Continuous Simulation)、混合系统仿真(Combined Discrete continuous Simulation)等。
　　物流系统的仿真是典型的离散事件系统仿真，其核心是时钟推进和事件调度的机制。离散事件系统是指系统状态在某些随机时间点上发生离散变化的系统。这种引起状态变化的行为称为“事件”，因而这类系统是由事件驱动的；而且，“事件”往往发生在随机时间点上，亦称为随机事件，因而离散事件系统一般都具有随机特性；系统的状态变量往往是离散变化的。
　　在计算机仿真中涉及的三个基本要素是系统、模型、计算机，联系着它们的三项基本活动是模型建立、仿真模型建立(一次建模)、仿真实验，这三要素和三项基本活动是所有计算机仿真的基础。计算机仿真的基本步骤归纳为：
　　1. 选择合适的计算机仿真软件
　　2. 建立仿真模型
　　3. 编写各种控制程序
　　4. 运行仿真系统
　　5. 仿真结果分析和优化
　　
　　三、仿真技术对物流系统研究的影响
　　
　　随着物流行业生产自动化水平的不断提高，生产节奏越来越快，物流系统越来越复杂并且内部关联性越来越强，生产管理者对生产改进的每一决策，都需谨慎考虑，措施不当，往往需要付出高昂的代价。而正是由于系统的复杂性，快节奏和柔性，要想预测每一个决策给系统带来的后果，己经是人的大脑无法胜任的了。计算机仿真技术正是弥补了这一不足，成为自动化物流系统管理者的有用工具，成为生产系统规划设计人员的得力助手，成为公司检验其物流系统及决策是否真的高效的唯一可用技术。在设计一个新的工厂或系统，对己有系统添加新设备或重新优化，仿真都是非常必要的。仿真技术近年来应用越来越广，其对物流系统研究的影响主要表现为以下几个方面：
　　
　　1.有利于解决随机因素的影响
　　仿真模型的一个特点是它是一个随机模型，系统的参数受随机因素影响所发生的变化在模型中得到充分体现。这一点是其他方法所无法比拟的。
　　
　　2.仿真帮助系统优化
　　 仿真可以让人们依据对系统模型动态运行的效果，多次修改参数，反复仿真。仿真是一种间接的系统优化方法。现在，人们越来越认识到，对于多目标、多因素、多层次的系统来说，并不存在绝对意义上的最优解。优化只是相对而言的。即使是最优化方法，其本身由于若干的假设、抽象和简化所造成的误差，已经使“最”字打了折扣。
　　
　　3.仿真对各种复杂的系统具有良好的适应性
　　仿真所建立的模型，完全是实际系统的映像。即它反映系统的物理特征、几何特征，又可以反映系统的逻辑特性。因此，对于各种复杂的物流系统，无论是线性的还是非线性的，无论是静态的还是动态的，都可以用仿真方法来研究。
　　
　　4.符合人们的思维习惯，有助于系统分析
　　 研究分析物流系统的方法，大体上可分为两种类型。一类是解析法，另一类是非解析法。解析法是把物流系统抽象成一种数学表达式，通过求解数学表达式找到最优解。这是一种完全通过逻辑推理来获得启发和借鉴的方法，如运筹学中的线性规划和动态规划等。解析法有比较悠久的发展历史，在实际中应用广泛，是比较成功的方法。但是，解析法过于拘泥于数学抽象。非解析法不依据抽象的假想，而是以现实为依据。仿真方法是一种非解析法。仿真所依据的，是对系统的实际观测所获得的数据建立起来的动态模型。这种方法所建立的模型，即表达了系统的物理特征，又有其逻辑特征。
　　
　　四、仿真技术在物流研究中的应用领域及发展前景
　　
　　计算机仿真技术在物流研究中主要应用于以下几方面：
　　1.物流系统规划及设计
　　在没有实际系统的情况下，把系统规划转换成仿真模型，通过运行模型，评价规划方案的优劣并修改方案，这是仿真经常用到的一方面。这可以在系统建成之前，对不合理的设计和投资进行修正，避免了资金、人力和时间的浪费。系统仿真运行准确地反映了未来物流系统在有选择的改变各种参数时的运行效果，从而使设计者对规划与方案的实际效果更加胸有成竹。
　　
　　2.物料运输调度
　　复杂的物流系统经常包含若干运输车辆、多种运输路线。合理的调度运输工具，规划运输路线，保障运输路线的通畅和高效等都不是一件轻而易举的事。运输策略存在着多种可能性。如何评价各种策略的合理性?怎样才能选择一种较优的调度策略?运输调度是物流系统最复杂，动态变化最大的，很难用解析法描述运输的全过程。建立运输系统模型，动态运行此模型，再用动画将运行状态、道路堵塞情况、物料供应情况等生动地呈现出来。仿真结果还提供各种数据，包括车辆的运行时间、利用率等等。通过对运输调度过程仿真，调度人员对所执行的调度策略进行检验和评价，就可以采取比较合理的调度策略。
　　
　　3.物流成本估算
　　物流过程是非常复杂的动态过程。物流成本包括运输成本、库存成本、装卸成本。成本的核算与所花费的时间直接有关。物流系统仿真是对物流整个过程的模拟。进程中每一个操作的时间，通过仿真推进被记录下来。因此，人们可以通过仿真，统一计物流时间的花费，进而计算物流的成本。这种计算物流成本的方法，比用其他数学方法计算，更简便、更直观。并且，可以建立起成本与物流系统规划、成本与物料库存控制、成本与物料运输调度策略之间的联系。从而用成本核算结果来评价物流系统的各种策略和方案，保证系统的经济性。实际仿真中，物流成本的估算可以与物流系统其他统计性能同时得到。
　　
　　4.库存控制
　　通过对物料库存状态的仿真，可以动态地模拟入库、出库、库存的实际状况。根据需要正确地掌握入库、出库的时机和数量。
　　随着计算机的普及发展，计算机仿真方法在物流系统分析的应用越来越普遍，它在如下几方面有着广泛应用前景：
　　(1)由于有些物流系统的复杂性，应用数学方法难以构造模型，提出解析解，此时可采用仿真的方法构造模型，以求得系统模型的解答。
　　(2)对于新设计的物流系统，在未能确定它的优劣情况之前，不必急于无根据地花费大量的投资来建立，可应用仿真对新的物流系统的可行性和效率提出明确的评价判断。
　　(3)仿真具有通过试验达到优化的目的。可应用这一手段，对控制与决策中的多方案进行多次运行，按既定的目标函数，对不同的决策方案进行分析比较，从中选择最优方案，进行辅助决策。
　　(4)对物流系统运行机制进行分析。在仿真模型运行过程中，可根据需要，记录有关数据和信息，从而为分析物流系统提供依据。
　　(5)对物流系统的发展战略进行研究，应用计算机模型可以对从过去到未来的国家、地区或者企业的物流系统的发展规律进行仿真运算，研究系统的因果关系，得出结论，以促进系统的改进和发展。通过建立物流系统的仿真模型，扩展了物流系统研究的边界，有助于描述物流系统的各种现象，加强直观感，从而能够更深刻地理解和分析物流系统。
　　作者单位：沈阳化工学院
　　
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