当前,国内外对于物流系统仿真的研究主要集中在生产线能力的评估、配送中心的选址、集装箱码头的布局、数字化工厂的建设、物流车辆的监控等物流活动中,针对上文提出的现代物流系统仿真四个步骤,得出结论,物流系统仿真的重点和难点在于对系统的建模和仿真软件的参数输入阶段。
1.国内研究现状
(1)系统仿真模型的建立及其研究现状
物流系统是典型的“离散事件动态系统”( Discrete Event Dynamic System ,DEDS)或者“离散事件系统”( Dis-crete Event System,DES )。离散事件动态系统是系统的状态空间描述为离散集,状态转移仅仅发生在离散的时间点上,同时状态的转移与事件紧密联系的系统。
在离散事件动态系统(DEDS)的研究中,常把DEDS的模型和分析区分为三个基本层次。即逻辑层次、代数层次和统计性能层次。DEDS模型和分析的逻辑层次,着眼于在逻辑时间层次上来研究DEDS中事件和状态的符号序列关系,采用的主要数学工具包括形式语言/有限自动机、Petri网、马尔可夫链等。DEDS模型和分析的代数层次,着眼于在物理时间层次上来研究DEDS的代数特性和运动过程,采用的主要数学工具有极大极小代数等。DEDS模型和分析的统计性能层次,着眼于在性能层次上来研究随机情况下DEDS的各种平均性能及其优化,采用的主要数学工具包括排队论等。应当指出,尽管这三个层次模型所面对的都是DEDS,但由于研究侧重点和描述手段不同,目前看来还不具备相互取代的前景,将会长期共存并组成DEDS的模型体系,以适应不同的研究问题和研究目标。
(2)物流系统仿真软件的研究与开发
在当前众多的物流系统仿真软件中,应用最广的是由美国Flexsim公司开发的也是迄今为止世界上第一个在图形环境中集成了C++和编译器的仿真软件Flexsim。
国内的学者大多采用建立基于Petri网的网络模型的方式来研究物流系统,研究对象还主要是生产物流,其基本思想是用库所集P代表系统中实体和活动的状态,用变迁集T代表系统中的事件。
2.国外的研究、应用
鉴于物流仿真系统涉及到的行业众多,本文针对国外开展比较成熟的集装箱码头布局(泊位分配)的数学建模做一陈述。
Lai和Shih等为了让香港HIT码头得到更有效的利用,将启发式算法应用于泊位分配问题。他们假定码头是连续的,能够分成几个部分,对于每个部分在特定的时间里只允许一条船停泊。在泊位分配原则上他们考虑了以下几个因素:①码头可用的部分:②对于每个可用的码头部分,船只完成作业所期望的停泊时间;③船只的大小;④到达的时间。另外他们是按照先来先服务(FCFS)的原则对到来的船只逐一进行泊位分配的。
Lim把泊位分配问题看作是二维背包问题(packing problem),并证明其为NP-hard问题。他们提出一种有效的启发式算法,利用图的形式表示所要解决的船只停泊问题,目的是最小化船只所占用的码头泊位岸线的总长度。这也是图论在泊位分配方面应用的一个代表。此时,他们将泊位看成是连续而非离散的,并考虑了船只停泊的时间(假定所有船只的停泊时间都是确定的)。
Li把泊位分配问题当成是单机多工作问题,其中泊位看成是设备资源,给各个船只分配泊位看成是工作内容。假定所有的船只都已经到岸了,目标是最小化完成所有任务所需的时间(make-span)。他们提出了首要适度减小(first-fit-de-creasing)的启发式规则,允许船只泊位的重新安排,并且做了大量实验,但是最后他们只是得到了近优解,并没有提出一个获取最优解的方法。
Kim应用一个混合的整数规划模型来描述泊位安排问题,但是其主要目的是研究一种优化方法。他们用模拟退火法(SA)来寻找该问题的近优解,以确定在各个码头泊位呈直线排列分布的情况下,船只停泊的时间和位置。通过大量实验作者认为模拟退火法(SA)所提到的解近似于该模型的优化解。
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