物流系统仿真研究综述

物流系统仿真研究综述

王翔（西南交通大学物流学院，成都四川610031）

摘要：文章从系统建模方法和前沿仿真技术的角度对物流系统优化与仿真进行评述，介绍了建模方法和仿真技术，分析其在物流系统中的运用以及物流系统仿真的主要进展和存在的问题，最后指出物流系统仿真进一步的研究方向。

关键词：物流系统;仿真软件;建模方法;仿真技术

物流系统的优化，往往是在一定约束条件下，实现物流总费用最省、客户服务水平最好、社会经济效益最高的综合目标。但是，物流系统大多是离散的、复杂的大系统，包含多约束多因素的影响，难以达到最优状态，传统的运筹学方法无法对建立的模型进行有效求解，而仿真技术在解决这类问题时有其独到的优势和特点，因此许多专家学者对物流系统仿真领域进行了大量的研究，以求使物流系统的价值潜力得到最大的发挥，提高企业的效率和利润。

1物流系统建模方法

系统建模是系统仿真的基础，也是系统仿真的必要过程，模型的质量直接影响系统仿真的效果。在离散事件系统建模方面,通常有三种系统建模方法:面向事件的建模方法、面向活动的建模方法以及面向进程的建模方法,具体表现为:实体流图法、活动周期法、Petri网方法。

1.1数学建模方法

数学建模方法就是根据一般的理论、方法、设计行规、行业标准等，按具体要求建立一个能体现设计问题的数学模型，再利用计算机编程或最优化方法找出它的最优方案，使问题得到满意的解决。在物流领域的研究中，数学建模方法主要是指传统的运筹规划方法。

1.2Petri网建模方法

Petri网是1960年由卡尔•A•佩特里发明的，面向进程的建模方法。Petri网是对离散并行系统的数学表示，有严格的数学表述方式、直观的图形表达方式和丰富的系统描述手段与系统行为分析技术。Petri网能较好地描述系统的结构，表示系统中的并行、同步、冲突及顺序等关系，以图形表示的组合模型，具有直观、易懂和易用的优点。

1.3活动网络建模法

活动网络是面向对象的建模方法，它是一个包含活动逻辑顺序的有向图,活动网络由外部或者内部事件控制。根据对象建模思想,活动网络可以看作各种对象组成的网络,为了实现活动网络的设计与仿真,要求对象包含控制仿真运行的算法,评价仿真结果的机制,包括不同层次评价一致性保持机制,以及支持仿真模型开发的方法。

1.4实体流图建模法

实体流图法属于面向事件的建模方法，与计算机程序流程图的画法类似,借助实体流程图,可以表示事件、状态变化及实体间相互作用的逻辑关系。虽然计算机程序框图的思想和编制方法简单,但对离散事件系统的描述却比较全面,已广为人们所接受。

2物流系统仿真技术

系统仿真是指通过建立和运行系统的计算机仿真模型,来模仿实际系统的运行状况及其随时间变化的规律,通过对仿真运行过程的观察和统计,得到被仿真系统的仿真输出参数和基本特性,以此来估计和推断实际系统的真实参数和真实性能。目前，仿真技术主要包括仿真软件和仿真编程语言。仿真软件主要有Arena、AutoMod、Witness、Flexsim等，仿真编程语言主要是BorlandC++、VB等原始编程语言。

3建模方法和仿真技术在物流系统中的应用

在现代物流系统中，由于物流系统的不确定因素和离散复杂性，用传统的运筹学方法很难达到系统优化的目的，现在的前沿技术是把建模技术和仿真技术相结合。具体做法是首先选择合适的建模方法建立模型，然后选择合适的仿真技术进行仿真，对参数进行控制得到仿真数据，对数据进行科学合理的分析达到系统优化的目的。

在Petri网应用方面，文献[5][6][7]分别对不同的物流系统进行了研究。对三篇文献分析可以看出Petri网是离散性、随机性复杂系统建模的主要方法，大多学者都有采用。

彭晨，岳东应用Petri网对煤炭供应链物流及供应流运行过程建模，并结合煤炭供应链的过程建模运用VB编程完成可视化仿真，分析煤炭供应链中存在的问题和运营瓶劲。用原始仿真语言VB编程的不足是在对模型进行仿真分析时无法形成三维动画。

詹跃东，骆瑛对烟草行业的卷接包车间的AGVS进行分析，用Petri网对该AGVS进行建模，并用Arena仿真软件进行仿真研究，以此证明模型的有效性。作者利用了Arena软件强大的功能模块ALLOCATE实现了AGV以最短路径进行工作，提高了AGVS的效率，但没有实现AGV的智能化，不能随时应变实际系统所发生的情况。

张颖利，邵明习以某微型汽车厂总装车间的生产物流过程为实例，采用Petri网进行建模，利用VB编程实现生产线的仿真研究。作者虽然通过建模仿真找到了生产线存在的问题并有效解决，提高了效率，但此模型的前提假设与实际系统有偏差，有一定的局限性。

当今，传统的数学建模方法仍然占有相当重要的地位，尽管复杂系统很难实现数学建模，但由于新的建模方法还有待进一步研究完善，传统的数学建模方法仍然在某些领域得到广泛使用。

孙娟，尹军琪，宁建国通过数学和物理建模，并利用VC++编程，实现了用动画技术对物流系统进行仿真。这种技术可以模拟系统的整个工作状态，估测系统的输送能力，与用户进行简单交互。它的突出特点就是利用VC++中的MFC类实现仿真编程，与实际系统较为接近，最重要的是该模型具有二次开发的潜力。

郭士正，卢霞[9]以奶品零售分销系统为实例，对仅有制造商与销售商的二级供应链系统建立了具有选址和市场顾客配置的供应链混合整数规划模型，采用遗传算法求解，证明了模型的有效性。其模型可以在一类广泛的服务销售的供应链管理问题中推广，这是该研究的创新之处。

王英凯,安晓东提出了一种基于遗传算法的物流配送最佳路径选择的数学模型，通过对实例的仿真分析证明该模型能较好地满足不同类型的约束要求，在时间上相对于传统的线性规划算法有很大节省，对解决类似的多重目标约束问题非常有效。

如今，许多仿真软件的功能强大，不但可进行实体建模，还可通过对模型的参数控制，使模型运行过程中的数据以图表的形式显示出来，供决策者分析数据而找到满意的决策方案。

张汉江，肖伟等人对基于虚拟现实的自动化立体仓库可视化仿真辅助设计问题进行了研究。使用仿真软件Flexsim，以自动化立体仓库中的设施数量、操作规则为控制变量，建立自动化立体仓库的物流仿真模型，经过多次仿真得到最优控制变量和布局方案。

翁贻方，张增辉，廉小亲]等人利用AutoMod仿真软件，对加工生产线物流系统进行建模、仿真运行、统计分析与优化设计。对仿真得到的数据进行单一参数分析得到各小车的参数范围，再从总体上进行参数组合分析，最终得到三种小车的最优参数值，实现以小车最小成本达到最大产出的目标。

蔡洌，李世其基于活动网络建模方法,并与面向对象建模技术相结合提出了一个基于活动网络的生产系统仿真集成对象模型,能够实现同一仿真模型中不同观点、不同层次的集成。文献论述了模型的建模方法,并通过对某铝卷料生产企业的生产活动建模实例分析,验证了其可行性。

4结论

通过分析、总结和比较国内外研究现状，在物流系统仿真的研究实践中，系统优化与仿真作为解决复杂物流系统问题的有效手段，已经广泛应用于各种物流系统的研究领域。将合适的建模方法和仿真技术有效地进行结合，成为研究物流系统优化与仿真问题的主流手段，也是物流系统优化与仿真的主要发展方向。对于建模方法，传统的数学建模仍占有重要的地位；对离散性随机复杂系统的建模，Petri网的使用则极其广泛，并凭借其独到的优势被许多专家学者所接受。对于物流仿真技术，功能强大的仿真软件和工具的开发以及和建模方法的集成将成为未来研究的热点，而面对对象仿真、分布式交互仿真、智能仿真将成为其进一步的发展方向。

参考文献：

[1]彭扬,伍蓓.物流系统优化与仿真[M].北京:中国物资出版社,2007.

[2]朱卫锋,费奇.敏捷后勤仿真设计与实现[J].计算机仿真,2003,(6).

[3]朱华炳,吕冬梅.基于Witness的生产物流系统仿真与优化[J].建模与仿真,2006,(3).

[4]彭晨,岳东.基于Petri网的流程供应链过程建模分析[J].计算机工程与应用,2003,(10).

[5]詹跃东,骆瑛.基于Petri网的物流自动化系统建模与仿真研究[J].系统仿真学报,2001,(4).

[6]张颖利,邵明习.企业生产物流的建模与仿真[J].物流技术,2005,(12).

[7]孙娟,尹军琪,宁建国.动画技术在物流仿真系统中的应用[J].起重运输机械,2003,(9).

[8]郭士正,卢震.二级供应链建模及仿真研究[J].集美大学学报(自然科学版),2004,(4).

[9]王瑛凯,安小东.基于遗传算法的物流建模与仿真分析[J].中北大学学报,2005,(6).

[10]张汉江,肖伟,罗端红,等.辅助自动化立体仓库设计的可视化物流仿真[J].系统工程,2006(3).

[11]翁贻方,张增辉,廉小亲,等.基于AutoMod的物流系统建模、仿真与优化[J].微计算机信息,2007,(8).

[12]蔡洌,李世其.基于活动网络的生产系统仿真集成模型研究,2005,(12).