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計算機仿真技術在物流服務中的應用
【摘 要】 目前，我國物流業取得了非常巨大的成就，但仍然還存在許多問題，其中一個就是大多數物流管理人員缺乏 系統觀念。 為了給社會提供更加優秀的物流從業人員，一個根本的途徑就是對在校學生灌輸系統思想，具體的方法就是對 學生進行物流仿真教學。因此，作者提出了課題“計算機仿真技術在物流服務中的應用”，并堅信計算機仿真技術會越來越廣 泛地應用于物流服務。 【關鍵詞】 物流；；Arena 軟件；物流仿真教學 1 我國物流業取得的成就 從 1978 年物流概念引進以來，直到 2006 年國家“十一 五”規劃確立產業地位，我國物流業有了很大發展，對經濟社 會的貢獻越來越大，具體體現在： ①為我國 GDP 的穩定增長提供保障 2008 年，我國 GDP 總量為 30.067 萬億元，我國社會物流 總額達 89.89 萬億元，也就是說每 1 個單位的 GDP 需要將近 3 個單位的物流量來支持。 ②逐步優化我國的產業結構 2008 年，我國物流業增加值占全部服務業增加值的比重 為 16.5%，也就是物流業每增加 6.06 個百分點，就可以帶動服 務業增加一個百分點。 ③提高經濟效益的重要源泉 2008 年，我國社會物流總費用為 5.4542 萬億元，占 GDP 的比率為 18.1%，比發達國家高出一倍左右。因此，這個比率每 降低一個百分點，就等于創造近 3000 億元的經濟價值。④擴大就業機會 目前，我國物流業現有從業人員約 2000 萬人；物流業每增 加一個百分點，就可以新增 10 萬個就業崗位。 綜上所述，物流業是國民經濟的重要支撐，是調整產業結 構的重要手段，是提高經濟效益的重要途徑，是擴大就業的重 要渠道。 2 我國物流業發展存在的問題 雖然，我國物流業發展迅速，但還有許多深層次的矛盾和 問題尚未解決，列舉如下： ①物流企業規模小，而且分散，服務能力不強。 ②物流基礎設施結構不合理，銜接配套能力差。 ③部門分割、地方封鎖、行業壟斷，對資源整合和一體化運 作形成障礙。 產生這一系列矛盾和問題的一個根本原因就是物流管理 人員缺乏系統觀念，以至在企業的發展中顧此失彼，甚至因為 某一個環節的失誤導致整個企業戰略的崩潰。因此，迫切要求 物流領域的各級人員學習系統科學，最主要的是學會怎樣做物 流系統規劃。 3 立項背景 系統規劃的方法有很多，大多數也適用于物流系統規劃， 目前應用得越來越廣泛的一種方法就是計算機仿真。在國外， 許多物流和制造企業中已廣泛應用仿真技術，如 UPS、加拿大 郵政、日本村田公司、LG、西門子、德馬泰克等，國內也有部分 企業采用了仿真技術。隨著中國物流現代化的推進，計算機仿真在物流中的應用將具有很好的前景。通過計算機建立物流系 統的仿真模型，擴展了物流系統研究的邊界，有助于描述物流 系統的各種現象，加強直觀感，從而能夠更深刻地理解和分析 物流系統。根據有關數據，應用仿真分析方法改進物流系統方 案后可使總投資減少 30%。 鑒于上述原因，要提高物流管理人員的整體意識，給社會
仿真工具的使用，而且能夠提高學生的系統分析能力。 ②計算機仿真技術在國內物流企業的應用幾乎沒有，因此， 本課題的研究對我國物流行業的發展具有深遠的實踐意義。 ③在教學計劃、大綱、內部講義及教材編寫完成以后，對物 流專業課程體系進行科學調整，這將改變傳統的物流教學方 式,做到產教研相結合。 6 研究過程及研究成果 本課題于 2008 年 6 月 1 日正式開始實施，到 2009 年 5 月 31 日為院級課題階段；2009 年 4 月，應學院的要求，將本課題 申請為鎮江市公路學會軟課題。直到 2009 年 10 月，已經研究 了十七個月的時間，共分為七個階段，而且仍在繼續研究。 表1 課題的研究成果 時 間 成果名稱 備 注
2008- 2009 （一）學
2008 年 12 月獲江
培養高素質的技能型人才，一個根本的途徑就是在校學習期間
期“物流系統仿真” 蘇省勞動和社會保
給學生灌輸系統觀念，傳授他們系統分析及優化的方法。 但是，要將仿真應用到物流的教學過程中，這不僅對學生 提出了新的要求，也對物流教育工作者提出了新的挑戰。因此， 本人與另外兩位同事于 2008 年 5 月向上級申報了課題“計算 機仿真技術在物流服務中的應用”，以期能夠完善物流教學體 系，提高學生的實踐能力及系統分析能力。
2008.7.1～2008.8.31 2008.9.1～2008.12.21 2009.1.10～2009.4.30
的教學計劃及教學 目的 論文《仿真—物流 教學的新方向》 《運用 Arena 軟件進 行物流系統仿真教 學》內部講義 2009- 2010（一）學期
障廳高新技術中心 教研組計算機專業 “二等獎” 初步完成
4 研究路線 本課題的中心思想就是以“計算機仿真技術”為工具，以
2009.5.1～2009.5.31 “物流系統仿真”教 學計劃及教學目的 《運用 Arena 軟件進
基本完成，主要內容
“物流系統分析與優化”為目標。在教學實踐中，通過講解 Arena 仿真軟件構建、分析及優化物流系統模型的方法，完成
20009.6.1 至今
行物流系統仿真教 學》內部講義
見表 2
內部講義的編寫及物流管理專業課程體系的調整 （如圖 1 所 示）。
5 創新點及研究意義
①物流專業的計算機仿真技術教學在國內尚屬空白，沒有教學大綱、教學計劃及教材。因此，在國內，本課題的研究是首 次將計算機仿真引入到物流教學中，不僅能夠使學生掌握一種第一階段：2008 年 6 月 1 日～2008 年 6 月 30 日，前期準 備工作。 在這一階段中，本人通過閱讀和比較各種仿真方面的書 籍，最終確定以《仿真使用 Arena 軟件》為教學參考書，并采用 軟件 Arena 10.0 為操作工具。Arena 提供了建模、仿真、統計分析優化和結果輸出的基本功能，它的優點集中體現在如下幾個 方面： ①可視化柔性建模 Arena 采用直觀的圖形用戶界面 （操作界面如圖 2 所示） 及流程圖式的建模方法，同時 Arena 具有層次化的體系結構， 保證了其易于使用和建模靈活的特點。 ②方便的輸入 / 輸出分析器 Arena 提供專門的輸入、輸出分析器來輔助用戶進行數據 輸入處理和輸出數據的加工，對于仿真研究的質量和效果具有 重要意義。 ③與其他開發工具的兼容 Arena 提供與過程語言的接口。使用 Arena 專業版，在最低 層，用戶可以使用 VB 或 C/C++ 等過程語言來建立模型，可用 來滿足復雜需求。Arena 還可通過對象連接與嵌入使用其他應 用程序的文件和函數，如在 Arena 的模型中放入 Word 文件，添 加聲音文件等。
第二階段：2008 年 7 月 1 日 ~2008 年 8 月 31 日，編制教 學大綱和教學計劃。
在這一階段中，本人結合本院學生實際，理論和以前的教 學實踐相結合，并參考相關書籍，為三個物流管理班級的學生 制定出 2008~2009（一）學期“物流系統仿真”的教學計劃及教 學目的（見表 1）。 第三階段：2008 年 9 月 1 日 ~2008 年 12 月 21 日，教學實 踐。 經過三個多月的教學實踐，不僅是學生，而且教師也收獲 很大，具體體現在： ①學生的學習興趣明顯提高在前幾年的教學中，本人發現大多數學生對理論學習的積 極性不高，對許多基本的物流知識都不是很了解，有的學生甚 至連物流是什么都不知道。通過這幾個月對學生的物流仿真教 學，學生對物流專業的學習興趣有了較大程度的提高，而且還 能主動地提出問題、分析問題，并去解決問題。 ②學生的實際操作能力得到提高通過物流仿真教學，學生更加深刻地理解了物流過程及物 流概念，提高了學生掌握物流基本流程、環節與操作的能力，而 且也提高了學生的建模能力，對學生以后的再學習作了一定的 準備。 ③學生的物流應用和分析能力明顯提升 通過建立仿真模型，學生對物流系統可以加以分析，加強 了學生對物流系統流程的掌握，逐步提高了學生的物流應用和 分析能力。 ④學生的整體觀念得到了提高當一個物流系統的模型建成后，在確定最優方案的時候， 不能片面地追求某個指標的最優，而應該從系統整體的角度來 選擇。因此，通過物流仿真教學，不僅僅提高了學生的系統分析 能力，也直接提高了學生的整體觀念，這對完善一個學生的人 格及提高邏輯思維能力也起到了一定的幫助。 ⑤教師的科研能力也得到了提高物流的許多課題都是需要進行建模分析的，所以，利用仿 真，教師可以進行物流流程優化的研究、物流系統優化的研究 等，對提高教師的科研能力也起到了非常大的作用。 ⑥完善了物流教學體系 大多數人都知道，社會的物流活動已經從傳統的交通運 輸、倉儲等單一的物流環節逐漸演變為包括供應商、生產商、流通商、經銷商和客戶在內的一體化供應鏈系統。同時，一方的變 化會極大地影響到其他各關系方。 對于這個問題，只用單一的理論說明只能得到一個模糊的 答案。如果我們采用仿真，對這個問題建立一個模型，在模型中 盡可能地考慮到各個影響因素，就可以得到一個較為確切的答 案。因此，本人相信，物流仿真將成為各院校物流教學中的重要組成部分。 ⑦相關論文的撰寫 在完成教學任務的同時，本人還利用課余時間，參考相關 資料，完成了《仿真——物流教學的新方向》教學論文，經 2008 年度江蘇省勞動和社會保障廳高新技術教育教學研討會評比， 獲計算機專業“二等獎”（見表 1）。 下面通過 Arena 仿真軟件模擬某公司的（s，S）庫存系統來 說明 Arena 仿真軟件在物流系統中應用。 庫存是物流系統中廣泛存在的一個現象，它是在物的流動過程中形成的停滯。庫存的存在，不僅占據了企業大量的流動 資金，而且在停滯的過程中還會產生相應的保管費用及自然損 耗。但是，為了防止缺貨所帶來的損失，我們又不得不保有一定 的庫存。因此，把庫存控制到最佳數量，以盡量少的人力、物力、 財力把庫存管理好，獲取最大的供給保障，是很多企業追求的 目標，甚至是企業之間競爭生存的重要一環。 某公司的（s，S）庫存系統的相關描述（其流程圖為圖 3 所示）。 需求部分:
①初始情況 I(t)——某時刻下的庫存水平，初始水平為 60 個。 ②顧客的需求情況 顧客的到達間隔時間服從均值為 0.1 天的指數分布，即 EXPO（0.1）,且第一個顧客在 0 時刻之后的一個到達間隔時間 后到達。 顧客需求量為 1、2、3 或 4 個的概率分別為 0.167、0.333、0.333
和 0.167，即服從離散分布 DISC（0.167，1，0.5，2，0.833，3，1.0，4）。 ③公司的補貨情況 在每天開始時（包括第一天開始時的 0 時刻），庫存盤點人 員會查看庫存水平以決定此時需不需要向某個供貨商發出訂 單，即查看庫存的間隔時間服從常數分布 CONS（1），且第一次 查看庫存的時刻為 0 時刻。 如果庫存水平值 I(t)已經嚴格小于常數 s（假定 s=20），則 該公司會馬上開始訂貨并使其庫存達到另一個常數 S（定義 S=40），即訂貨量為 S- I(t)；如果，I(t)≥s 則該公司什么也不需要 做，只要在下一天開始時（也即時刻 t+1）再進行檢查即可。由 于采用了以上這種庫存檢查和補貨方式，所以這類庫存系統也 稱為（s,S）存儲模型。 在一天開始時下的訂單通常是不可能立刻到貨的，而是在 后半天的某個時刻，即存在一個交貨間隔期（也稱為提前期）， 該間隔期服從 0.5 天和 1 天為參數的均勻分布，即 UNIF （0.5，1）。 ④公司關心的數據 運行 120 天的平均總運作費用，該費用由如下三個部分組成： ①平均每天的訂貨費用（Average ordering cost per day）： 每訂貨一次將花費 32 元（不論訂貨量大小），再加上每單 位貨物 3 元。3 元不是一個單位貨物的價格，而是該公司每訂 一個單位貨物的管理費用[在這個模型中我們不考慮價格]。 ②平均每天的儲存費用（Average holding cost per day）： 儲存費用為 1 元 / 天·單位 ③平均每天的缺貨費用（Average shortage cost per day）： 缺貨費用為 5 元 / 天·單位 使用 Arena 仿真軟件對該公司的（s，S）庫存系統建模后， 得出其相關的指標如表 2 所示。 表 2 該公司關心的數據（此時s=20，S=40） 指 標 數 值 平均每天的訂貨費用 97.4462 元 平均每天的儲存費用 9.1766 元 平均每天的缺貨費用 18.2408 元 平均總運作費用 124.86 元 那么，對于該公司的（s，S）庫存系統，“s=20，S=40”是不是 最優的呢？ 第四階段：2008年 12月 22日 ~2009年 1月 9日，課程設計。 在這一階段中，主要通過 Arena 程序組所帶的 Output Analyzer 和 Process Analyzer 兩個工具軟件，對物流仿真模型 進行相關分析，并提出有效的優化方案，同時進一步提升了學 生的系統分析能力。 對于上述公司的（s，S）庫存系統，到底 s 和 S 分別設定為 多少，才能使平均總運作費用最低？我們可以用 Process Analyzer 工具軟件進行優化。經過分析，得出一個較為精確的 最優值是“s=25，S=61”（因為在實際的環境中，存在許多隨機性
的因素，要得出一個完全精確的值，這是不可能的，我們所能做 的就是使結果盡可能地達到最優）。“s=20，S=40”和“s=25， S=61”兩種情況的各指標比較如表 3 所示。 表 3 “s=20，S=40”和“s=25，S=61”兩種情況下各指標的比較 數值指標 （20，40） （25，61） 平均每天的訂貨費用 97.4462 元 89.1952 元 平均每天的儲存費用 9.1766 元 19.5456 元 平均每天的缺貨費用 18.2408 元 8.6413 元 平均總運作費用 124.86 元 117.38 元 通過表 3 的數據，經過優化之后，該公司的庫存系統每天 可以節約 7.48 元，僅僅在庫存這個環節一年就可以節約 2730.20 元，那么對其他環節也作類似的優化，那么為該公司節 約的總成本又將是多少呢？ 因此，通過該公司的（s，S）庫存系統的仿真建模及優化過 程，我們可以看到，與單一的理論教學相比，物流系統仿真教學存在以下優勢： ①深入理解某物流系統的流程 ②提高學生物流系統分析能力 ③提高學生的學習興趣 ④提高學生發現問題、解決問題的能力 第五階段：2009 年 1 月 10 日 ~2009 年 4 月 30 日，整理教 案，編寫內部講義。 在這一階段里，本人根據前幾個月的“物流系統仿真”教學 的備課筆記，仔細閱讀相關書籍，再加上自身對 Arena 仿真軟 件的理解，編寫并完成了一套初步的內部講義《運用 Arena 軟 件進行物流系統仿真教學》（見表 1）。 而且，在此期間，應學院的要求，將本課題申報為鎮江市公 路學會軟課題，以作進一步的研究。 第六階段：2009 年 5 月 1 日 ~2009 年 5 月 31 日，修正本 課程的教學大綱和教學計劃。 在這一個月的時間里，以“提高學生的實踐能力”為宗旨， 針對我院對物流管理專業的培養目標，結合內部講義 《運用 Arena 軟件進行物流系統仿真教學》，在 2008~2009（一）學期 “物流系統仿真”教學計劃及教學目的的基礎上，編定了 2009~2010（一）學期“物流系統仿真”教學計劃及教學目的（見 表 1），并對物流管理專業的教學體系作出相應的調整。 第七階段：2009 年 6 月 1 日至今，修改并逐步完善內部講 義《運用 Arena 軟件進行物流系統仿真教學》。 在這段時間里，隨著對 Arena 仿真軟件的進一步理解，并 結合新學期的教學過程，對內部講義《運用 Arena 軟件進行物 流系統仿真教學》進行相應的修改，逐步得到完善。 7 關于內部講義 《運用 Arena 軟件進行物流系統仿真教學》 的說明
在所取得的研究成果中，內部講義《運用 Arena 軟件進行 物流系統仿真教學》是最要的一個，也是耗時最長的，而且還有待進一步地完善。此內部講義共分為六章，目前已經完成了前 五章的編寫，其大體內容如表 4 所示。 表 4 《運用 Arena 軟件進行物流系統仿真教學》主要內容 章 節 主 要 內 容 描 述 第一節 系統 介紹了系統及物流系統的 基本概念，并闡釋了物流系
第五章 詳細作 業建模
第一節 一些新的概念 第二節 模型 5- 2：（s，S）庫 存系統仿真 第三節 模型 5- 3：（s，S）庫 存系統仿真的另一種方法 第四節 模型 5- 4：叉車搬 運系統 第五節 模型 5- 5：入庫驗 貨系統 第六節 模型 5- 6：訂單處 理系統 第一節 數據分析基礎
為了對一些復雜的物流 系統建立仿真模型，以及掌握 使用 Arena 建模的靈活性，在 上一章的基礎上，本章通過對庫存系統、叉車搬運系統、入 庫驗貨系統、訂單處理系統建立 仿 真 模 型 ， 具 體 闡 述 了 Arena 建立更為復雜的物流 系統仿真模型的操作。 本章主要講述在面臨幾 個備選方案的時候，哪一個方
第一章 物流系 統
第二節 物流系統 第三節 物流系統要素 第四節 物流系統規劃 第一節 建模與計算機仿
統的各組成要素以及各要 素之間的沖突。在物流系統 各要素之間存在沖突的基 礎上，論述了物流系統規劃 的原則、層次、步驟。
第六章 仿真輸 出的統 計分析 （尚未 完成）
第二節 兩個備選方案的 比較 第三節 多個備選方案的 比較
案是最佳的？因此，本章介紹 了 Arena 附帶的另外兩個工 具軟件 Output Analyzer（輸出 分析器） 和 Process Analyzer （過程分析器）的使用，這兩個 工具軟件可以對備選方案進 行綜合評價，還可以對所建立 的仿真模型本身進行優化，以 確定出最佳方案。
真 首先說明計算機仿真的種 類及優、缺點，并對概率及 Arena 中用到的各種概率分
雖然我們選擇了 《仿真使用 Arena 軟件》（機械工業出版 社）為教學參考書，但它的原著為《Simulation with Arena》，是
第二章 仿真基 礎 第三章 Arena 概貌
第二節 概率與統計基礎 第三節 Arena 中的概率 分布 第四節 仿真的基本概念 第一節 Arena 窗口的組 成 第二節 瀏覽模型 03- 01 第三節 建立模型 3- 1 第一節 模型 4- 1：產品包
布作了簡單介紹。然后，針 對一個簡單物流系統示例， 闡述了使用 Arena 仿真軟 件建立模型的一些基本概 念，并手工模擬了該物流系 統的運行過程。 首先介紹 Arena 仿真軟件 的操作界面及一些基本的 操作。然后，結合第二章所 介紹的物流系統示例，使用 Arena 來建立其仿真模型， 詳細闡釋了 Arena 中幾個 基本操作模塊的使用。
美國的幾個工程師著作的。因此，中美文化的差異在一定程度 上導致了《仿真使用 Arena 軟件》對原文的曲解。而且，目前國 內運用 Arena 軟件的范圍不是很大，對 Arena 仿真軟件的理解 也比較模糊。 由于以上兩點原因，本人在編寫內部講義《運用 Arena 軟 件進行物流系統仿真教學》的時候，不免有自己的主觀理解，其 不足之處，肯請各位批評指正。 8 未來展望 繼續深入學習 Arena 軟件，以形成一部完善的內部講義，并 在此基礎上，結合其他仿真軟件的優缺點，編寫出一部適合當前 職業院校物流專業學生的物流系統仿真教材。另外，完成幾篇高 質量的論文，使物流教學領域加大對物流仿真教學的關注。 再者，要深入企業內部，結合企業實際，發揮 Arena 仿真建
裝與檢測系統 本章是此講義的中心，共有 五節內容，針對一個實際的 產品包裝系統，首先介紹了
模的優勢，能對企業的物流系統做出一定程度的優化，以促進
第四章 建立基 本操作 與輸入 模型
第二節 模型 4- 2：改進的 產品包裝與檢測系統 第三節 模型 4- 3：在模型 4- 2 中增強動畫效果 第四節 模型 4- 4：含傳輸
使用 Arena 建立該仿真模 型的具體操作。其次，對于 該產品包裝系統的一些問 題，逐步解決，以達到系統 優化的目的。再次，在所建 立的仿真模型中，加入動 畫，以便更直觀地觀察該產 品包裝系統的運行情況。最
我國物流業的進一步發展。 [參考文獻] [1] 賀 登 才. 《物流業調整和振興規劃 》解 析. 物流技術與應用 ， 2009,4. [2] W·David Kelton，Randall P·Sadowski，David T·Sturrock.
過程的產品包裝與檢測 后，介紹了 Arena 附帶的一
系統 第五節 輸入分析：確定模型參數及分布
個工具 軟 件 Input Analyzer （輸入分析器），我們可以使 用這個工具軟件得到系統 的各種概率分布。
Simulation with Arena （The Third Edition）. 周 泓 （ 譯 ）. 北 京：機械工業出版社. [2] 傅培華，彭揚，蔣長兵.物流系統模擬與仿真[M].北京：高等 教育出版社.
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