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1、物流中心規(guī)劃課程設(shè)計指導(dǎo)書付強天津職業(yè)技術(shù)師范大學(xué)經(jīng)濟與管理學(xué)院一、基于Petri網(wǎng)的建模方法Petri網(wǎng)的概念：Petri網(wǎng)是對離散并行系統(tǒng)的數(shù)學(xué)表示。經(jīng)典Petri網(wǎng)：經(jīng)典的Petri網(wǎng)是簡單的過程模型，由兩種節(jié)點：庫所和變遷，有向弧，以及令牌等元素組成的。(一)形式化的定義1. petri網(wǎng)的元素：庫所(place)圓形節(jié)點變遷(transition)方型節(jié)點有向弧(connection)它是具有方向的，是庫所和變遷之間的有向弧令牌(token)它是庫所中的動態(tài)對象，可以從一個庫所移動到另一個庫所2. Petri網(wǎng)的規(guī)則:(1)有向弧是有方向的;(2)兩個庫所之間變遷是不允許有弧的；(3

2、)庫所可以擁有然一數(shù)量的令牌；(4)行為如果一個變遷的每個輸入庫所(inputplace)都擁有令牌，該變遷即為被允許(enable)。個變遷被允許時，變遷將發(fā)生fire),輸入庫所(inputplace)的令牌被消耗，同時為輸出庫所(outputplace)產(chǎn)生令牌。(5)變遷的發(fā)生是原子的，也就是說，沒有一個變遷只發(fā)生了一半的可能性。(6)有兩個或多個變遷都被允許的可能，但是一次只能發(fā)生一個變遷。這種情況下變遷發(fā)生的順序沒有定義。(7)如果出現(xiàn)一個變遷，其輸入庫所的個數(shù)與輸出庫所的個數(shù)不相等，令牌的個數(shù)將發(fā)生變化，也就是說，令牌數(shù)目不守恒。(8)petri網(wǎng)是靜態(tài)的。也就是說，不存在發(fā)生了

3、一個變遷之后忽然冒出另一個變遷或者庫所，從而改變Petri網(wǎng)結(jié)構(gòu)的可能。(9)Petri網(wǎng)的狀態(tài)由令牌在庫所的分布決定。也就是說，變遷發(fā)生完畢、下一個變遷等待發(fā)生的時候才有確定的狀態(tài)，正在發(fā)生變遷的時候是沒有一個確定的狀態(tài)的。3. petri網(wǎng)的類型：(1)基本petri網(wǎng)：每個庫所容量為1,這樣庫所可稱為條件，變遷可稱為事件。故而又稱為條件/事件系統(tǒng)，C/E。(2)低級petri網(wǎng)：庫所容量和權(quán)重=1的任意整數(shù)，稱為庫所/變遷網(wǎng)，P/T。(3)定時petri網(wǎng)：將各事件的持續(xù)時間表在庫所旁邊，庫所中新產(chǎn)生的標記經(jīng)過一些事件后加入到網(wǎng)中，或時標在變遷上，經(jīng)過時間延遲后發(fā)生。(4)高級petri

4、網(wǎng)：謂詞/事件網(wǎng)、染色網(wǎng)、隨機網(wǎng)等。注：在petri網(wǎng)中往往會出現(xiàn)兩個變遷相互爭奪令牌的情況，這種情況下由于petri網(wǎng)的時序是不確定的因此哪一個變遷將會得到執(zhí)行也是不確定的。如下例是一個訂購貨物的petri網(wǎng)實例，從中我們可以分析出petri網(wǎng)的一些相關(guān)知識：圖1-1一個訂購貨物的petri網(wǎng)實例（二）petri網(wǎng)的數(shù)學(xué)表達方式一個經(jīng)典的Petri網(wǎng)由四元組（庫所，變遷，輸入函數(shù)，輸出函數(shù)）組成。任何圖都可以映射到這樣一個四元組上，反之亦然。（三）高級Petri網(wǎng)為了解決經(jīng)典Petri網(wǎng)中的問題，研究出了高級Petri網(wǎng)，在以下方面進行了擴展：令牌著色：一個令牌通常代表具有各種屬性的對象，因

5、此令牌擁有值（顏色）代表由令牌建模的對象的具體特征，如一個令牌代表一個工人（張三，28歲，經(jīng)驗3級）。時間：為了進行分析，我們需要建模期間，延遲等，因此每一個令牌擁有一個時間戳，變遷決定生產(chǎn)出的令牌的延遲。層次化：構(gòu)造一個復(fù)雜性與數(shù)據(jù)流圖相當(dāng)?shù)腜etri網(wǎng)的機制。子網(wǎng)是由庫所，變遷和子網(wǎng)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)。時序：增加時序邏輯的定義，更好的描述行為過程。、Flexsim軟件的基本操作第1步：在模型中生成一個實體從左邊的實體庫中拖動一個發(fā)生器到模型（建模）視窗中。具體操作是，點擊并按住實體庫中的實體，然后將它拖動到模型中想要放置的位置，放開鼠標鍵。這將在模型中建立一個發(fā)生器實體，如下圖所示。一旦創(chuàng)建了實體

6、，將會給它賦一個默認的名稱，例如Source#,數(shù)字#為自從Flexsim應(yīng)用軟件打開后所生成的實體數(shù)。在以后定義的編輯過程中，可以對模型中的實體進行重新命名。第2步：在模型中生成更多的實體從實體庫中拖動一個暫存區(qū)實體放在發(fā)生器實體的右側(cè)。再從庫中拖動3個處理器實體放在暫存區(qū)實體的右側(cè)，如下圖所示。第3步：完成在模型中生成實體再拖出一個暫存區(qū)、一個處理器和一個吸收器實體放到模型中第4步：連接端口下一步是連接端口來安排臨時實體的邏輯路徑。要連接一個實體的輸出端口至另一個實體的輸入端口，按住鍵盤上的“A1,然后點擊第一個實體并按住鼠標左鍵，拖動鼠標到下一個實體然后放開鼠標鍵。將會看到拖動出一條黃色

7、連線，放開鼠標鍵時，會出現(xiàn)一條黑色的連線。首先，連接發(fā)生器到第一個暫存區(qū)。然后連接此暫存區(qū)和每個處理器。再連接每個處理器到第二個暫存區(qū)。然后連接第二個暫存區(qū)到檢驗處理器。然后連接檢驗處理器到吸收器，并連接到模型前端的第一個暫存區(qū)。先連接檢驗處理器到吸收器，然后到第一個暫存區(qū)?，F(xiàn)在此模型的連接應(yīng)如下圖所示。下一步是改變各實體的參數(shù)，以使它們按模型的描述來工作。這里從發(fā)生器開始一直到吸收器逐個修改參數(shù)。詳細設(shè)計模型每個實體有它自己的參數(shù)視窗。數(shù)據(jù)和邏輯會由此視窗添加到模型中。雙擊一個實體進入該實體參數(shù)視窗。在這個模型中，我們需要讓3種不同的產(chǎn)品類型進入系統(tǒng)。要完成這一要求，每個臨時實體的類型（見F

8、lexsim術(shù)語中臨時實體類型”的描述）將按照均勻分布被隨機分配一個1到3之間的整數(shù)值。這由發(fā)生器的出口觸發(fā)器來完成。第5步：給發(fā)生器指定臨時實體的到達速率雙擊該發(fā)生器打開它的參數(shù)視窗。所有Flexsim實體都有多個分頁（標簽頁）來代表變量和信息，建模人員可根據(jù)模型要求來改變它們。在這個模型中，我們需要改變到達間隔時間和臨時實體類型以產(chǎn)生3種類型的產(chǎn)品。在此模型中，產(chǎn)品每5秒到達，按指數(shù)分布。發(fā)生器默認使用一個指數(shù)分布的到達時間問隔，但需要改變其均值。諸如指數(shù)分布這樣的各種隨機分布將被仿真過程采用，可用來對現(xiàn)實系統(tǒng)中發(fā)生的變化進行建模Flexsim提供了一個叫做ExpertFit的工具來幫助你

9、確定何種隨機分布與你的實際數(shù)據(jù)最匹配。在后面的文檔中有對分布和如何使用它們的詳細解釋。在發(fā)生器分頁中，在到達時間問隔下拉菜單中，點按鈕將打開第二個視窗，來解釋其選項，并可編輯該選項的參數(shù)。所有以棕色顯示的內(nèi)容都可以改變改變數(shù)值以調(diào)整分布，甚至也可以插入一個表達式。對于這個模型，將形數(shù)參數(shù)值從10改為5對于一使用此模板你可以個指數(shù)分布，形狀參數(shù)值就是均值。按確定按鈕返回參數(shù)頁。第6步：指定臨時實體的類型和顏色接下來要做的是，在臨時實體進入系統(tǒng)時為其指定一個類型值。此類型值在1到3之間均勻分布,意思是，進入系統(tǒng)的產(chǎn)品是類型1、類型2、或類型3的可能性都一樣。完成該指定的最好的方式是在發(fā)生器的離開觸

10、發(fā)器中改變其臨時實體類型。選擇發(fā)生器觸發(fā)器分頁。選擇離開觸發(fā)器下拉菜單選擇。在下拉菜單中選擇“SetItemtypeandColor（設(shè)定臨時實體類型和顏色）”選項。寓開觸發(fā)鍍定實體類型制式色為幅陽至你iWm揩定一種實體類型號duMoMl并SAj謖定頡色（qb1：一采用瓦綠,要trgbi溢人方式為I信時實體3巾指定一狎顫包人服據(jù)實傳類畫設(shè)定嵌色：根據(jù)臨時實停小em的安體類盟號世罡一葬獨持的顏色.占時實體觸ni捋定一種英體提翻號dunFow”：】二：糧搭到3SK定的!包；根據(jù)一個名為“他回mm11的標筌的值知刷實體指定唯raiAll招入技中tt：,向全魅晟mytab*的行1列1寫入010*V罵人

11、表中（2）隨著每個幅時宗體送入，在名為mytaNe-的全局表中膜序地寫入愛送哨息：發(fā)送一條洎息給cenWircjHdigrttj】；*用Xwjsencinpobjec1傳遞當(dāng)十發(fā)送殛遲洎；從當(dāng)tn（盤在。時間單位內(nèi)，發(fā)送一個加甚油層環(huán)條杵稍息;加果條件為53，在從現(xiàn)在算起的口時間內(nèi)發(fā)送一條洎息給匚即陽城Y選擇并改變了臨時實體的類型和顏色后，選擇摸板按,可看到如下信息（見下圖）。SflurcclOntn(為臨時實體味m指定一種實體類型號umkrnid,并為每種實體類型指定唯一的顏色.離散均勻分布與均勻分布相似，只是其返回值不是所給參數(shù)之間的實數(shù)，而是一個整數(shù)。我們現(xiàn)在完成了發(fā)生器的參數(shù)編輯,所有

12、默認的棕色內(nèi)容已經(jīng)完全如我們所需要的了。點擊確定按鈕即可接受參數(shù)設(shè)置并關(guān)閉該視窗。第7步：設(shè)置暫存器容量下一步是詳細設(shè)置第一個暫存區(qū)。這里有兩項內(nèi)容需要設(shè)定。首先要設(shè)定的是暫存區(qū)的容量。第二，希望暫存區(qū)的分配方式是將臨時實體中所有類型1送至處理器1,類型2送至處理器2,以此類推。雙擊第一個暫存區(qū)，就會出現(xiàn)其參數(shù)視窗。將最大容量改為10000,這實際上將得到一個無限容量的暫存區(qū)按鈕第8步：指定暫存區(qū)的路徑分配選擇臨時實體流”分頁來設(shè)置該暫存區(qū)的實體流選項在輸出”面板中，在送往端口”下拉菜單中，選擇“ByItemtype（direct）按臨時實體類型（直接）”選項愉通過標釜工間接人根據(jù)看葉實體此m

13、上名為七h的所2”的標釜的值所定義訕:送往端口（Origirid）sendtoport:第一個可用（打開所有端口J，|乾循：采用匏循模式（:在數(shù)字輪序中選擇輸出端口）將臨時實體發(fā)送到一個端口.人如用用就用匏德式：風(fēng)冕睛模式（按膽數(shù)字輪序選擇下一個可用的蠟出端口）將臨報百分比輸入：按照下列百分比格臨時實體發(fā)送到輸出端口：百分數(shù)端口按百分比工表1：根據(jù)一個名為何聯(lián)甜蛾的全局表中定義的國斂經(jīng)驗分布送送到:檸臨時突體芝型（間接）；根據(jù)臨時實體類型來定義不同的情況，格臨畸住我送逋過標簽直接）:發(fā)送唱時實體到一個端口，此端口號與喑時實體名為-“條件送口：根據(jù)一個備件第達式捋臨時實佳發(fā)送到相應(yīng)的端口；如果為

14、仃火【意I由于已經(jīng)指定了一個臨時實體的類型參數(shù)等于1、2或3,我們現(xiàn)在可以用臨時實體的類型來選定臨時實體要通過的端口號。處理器1應(yīng)被連接至端口1,處理器2應(yīng)被連接至端口2,處理器3應(yīng)被連接至端口3。選擇了“ByItemtype（direct/項后，按確定按鈕關(guān)閉該暫存區(qū)的參數(shù)視窗。第9步：指定處理器的操作時間下一步是設(shè)置3個處理器的處理時間。雙擊第一個處理器，就會出現(xiàn)其參數(shù)視窗在處理時間”下拉菜單中，選擇“ExponentialDistribution（指數(shù)分布）”選項，然后按按鈕。默認的形狀參數(shù)值是10秒。不改變該默認設(shè)定。這樣，在我們的模型中，每個產(chǎn)品將被平均處理10秒鐘，處理時間服從指數(shù)

15、分布。點擊確定按鈕來關(guān)閉模板視窗。到此為止，這是我們要對處理器所做的唯一改變。我們將在后面的課程中采用一些其它選項。點擊確定按鈕關(guān)閉處理器的參數(shù)視窗。對其它兩個處理器重復(fù)這一步驟。第10步：詳細設(shè)置第二個暫存區(qū)現(xiàn)在雙擊第二個暫存區(qū)打開其參數(shù)視窗。如同在第一個暫存區(qū)中所做的一樣，我們需要模擬一個無限容量的暫存區(qū)。在最大容量”域段輸入100000然后按確定按鈕關(guān)閉視窗。第11步：設(shè)置檢驗站處理時間現(xiàn)在需要指定檢驗站的處理時間和路徑邏輯。雙擊該檢驗站打開其參數(shù)視窗。在處理時間”分頁中處理時間”菜單下，按按鈕。這將又一次打開解釋處理時間的當(dāng)前選項的模板視窗。改常數(shù)時間10為3。這樣，在模型中，它將持續(xù)

16、3秒（恒值不變）時間來檢驗產(chǎn)品是否有加工缺陷。第12步：設(shè)置檢驗站的路徑分配現(xiàn)在需要設(shè)置該檢驗站將劣質(zhì)產(chǎn)品送回到模型的開始端，將合格產(chǎn)品送到吸收器。在建立該實體的連接時，應(yīng)首先連接它至吸收器，然后將它連接回第一個暫存區(qū)。這個順序可以使第一個輸出端口連接到吸收器，第二個輸出端口連接到暫存區(qū)?，F(xiàn)在，我們想按照某確定的百分比來安排臨時實體的路徑。點擊該檢驗站的臨時實體流”分頁。在輸出”面板中送往端口”下拉菜單下，選擇“ByPercentage（inputs）（按百分比（輸入）”選項。送往端口（Original）sendtoport:第一個可用C打開所有端口）隨機端口:宦送I喜時實體到一個隨機端口.斌

17、4邦騰鼻1域.n雷溜*技實體類型（直接，將臨時實體ife送到內(nèi)實體類型號相同的端口.丫刪卷臨時實體類型（間接 5:根據(jù)臨時實體類型來定曳不同的情況，格臨時實體或送隨機可用信:格臨時賣住發(fā)醫(yī)到一個隨機的可用端口口如果沒有端口好用惻捷輪循；采用輪循模式（在數(shù)字輪序中選擇輸出端口）將臨時實體發(fā)送到一個端口-如可用就用輪醺式：以較循模式：（按照勘字輪俘選擇下一個可用的輸出端口）耨臨按百分比KWL11按照下列百分比將崎盹賣隹境送到出端口：百分也端口一二通過標卷f直接）：發(fā)送臨時實體到一個端口,此端口號馬/時實體隹m上名為7然后按模板按鈕。這將再次打開選擇流經(jīng)路徑策略的視窗。為端口1輸入80%,端口2為2

18、0%,意思是，將80%的產(chǎn)品，或者說制造合格的產(chǎn)品，從輸出端口1輸出到吸收器；而將20%的產(chǎn)品，或者說，有制造缺陷的產(chǎn)品，從端口2送回第一個暫存區(qū)。Pr*cossor5698-SendToPortTemplate按照下列百分比將臨時實體發(fā)送到輸出端口;按確定按鈕關(guān)閉模板視窗。還有一件可能想要做的事，就是對已通過檢驗站并已被送回第一個暫存區(qū)的實體進行可視化。點擊檢驗站的參數(shù)視窗中的處理器觸發(fā)器”分頁。在離開觸發(fā)器下拉框中選擇“SetColor設(shè)定顏色）”選項。按顏色。按鈕并輸入colorblack作為臨時實體要改變成為的按確定按鈕關(guān)閉此模板視窗。然后按檢驗站參數(shù)視窗中的確定按鈕關(guān)閉之第13步：重

19、新設(shè)置該模型到此，已準備好編譯，然后可以運行此模型了點擊主視窗左下角按鈕。對模型進行重置可以確保所有系統(tǒng)變量被設(shè)置回初始值，并將模型中所有臨時實體清除。第14步：運行此模型按鈕。選擇主視窗底部現(xiàn)在模型應(yīng)該開始運行了。臨時實體應(yīng)該從第一個暫存區(qū)開始移動，進入3個處理器中的一個,然后到第二個暫存區(qū)，再進入檢驗站，并從這里進入吸收器，也有一些被重新發(fā)送回第一個暫存區(qū)。被發(fā)回的實體將變成黑色。要停止模型運行，可隨時按按鈕。后面你將學(xué)到如何按特定時間長度和特定重復(fù)次數(shù)來運行模型。當(dāng)模型定義中用到隨機分布時，多次運行模型是很重要的。要加快或減慢模型運行速度，可左右移動視窗底部的運行速度滑動條。移動此滑動條

20、能改變仿真時間與真實時間的比率，它完全不會影響模型運行的結(jié)果現(xiàn)在已經(jīng)完成了建模過程。來看一看這個模型產(chǎn)生的一些統(tǒng)計數(shù)字。三、物流系統(tǒng)仿真（一）系統(tǒng)仿真流程圖3-1系統(tǒng)仿真流程（二）物流配送中心系統(tǒng)仿真1 .系統(tǒng)描述配送中心時從事貨物配送并組織對用戶的送貨，以實現(xiàn)銷售和供應(yīng)服務(wù)的現(xiàn)代流通設(shè)施。它不同于傳統(tǒng)的倉儲設(shè)施，在現(xiàn)代商業(yè)社會中，配送中心已經(jīng)成為連鎖企業(yè)的商流中心、物流中心、信息流中心，是連鎖經(jīng)營得以正常運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵設(shè)施。下面是一個典型的配送中心建模過程，該配送中心從三個供應(yīng)商進貨，向三個生產(chǎn)商發(fā)貨。仿真的目的是研究該配送中心的即時庫存成本和利潤，并試圖加以改善。2 .系統(tǒng)數(shù)據(jù)供貨商（三個）：

21、當(dāng)三個供應(yīng)商各自供應(yīng)的產(chǎn)品在配送中心的庫存小于10件時開始生產(chǎn)，庫存大于20件時停止生產(chǎn)。供應(yīng)商一和供應(yīng)商二分別以4小時一件的效率向配送中心送產(chǎn)品，供應(yīng)商三提供一件產(chǎn)品的時間服從36小時均勻分布。配送中心發(fā)貨：當(dāng)三個生產(chǎn)商各自的庫存大于10件時停止發(fā)貨。當(dāng)生產(chǎn)商一的庫存量小于2時,向該生產(chǎn)商發(fā)貨；當(dāng)生產(chǎn)商二的庫存量小于3時，向該生產(chǎn)商發(fā)貨；當(dāng)生產(chǎn)商三的庫存量小于4時,向該生產(chǎn)商發(fā)貨。配送中心成本和收入：進貨成本3元/件；供貨價格5元/件；每件產(chǎn)品在配送中心存貨100小時費用1元。生產(chǎn)商（三個）：三個生產(chǎn)商均連續(xù)生產(chǎn)。生產(chǎn)商每生產(chǎn)一件產(chǎn)品需要6小時；生產(chǎn)商二每生產(chǎn)一件產(chǎn)品的時間服從39小時的均勻

22、分布；生產(chǎn)商三每生產(chǎn)一件產(chǎn)品的時間服從28小時的均勻分布。3 .概念模型圖3-2配送中心概念模型4. Flexsim建模提示表3-1模型實體設(shè)計模型元素系統(tǒng)元素備注Flowitem產(chǎn)品Source發(fā)生產(chǎn)品3個Source發(fā)生產(chǎn)品的速度相同且快于供貨商供應(yīng)速度模型前面的三個Processor（按模型流程）供貨商3個Processor加工速率不同，按照模型的系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行設(shè)定Rack配送中心3個Rack分別對應(yīng)3個供貨商Queue生產(chǎn)商倉庫3個Queue訂貨條件不同，根據(jù)模型的系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行設(shè)定模型后面的三個Processor（按模型流程）生產(chǎn)商3個Processor加工速率不同，按照模型的系統(tǒng)數(shù)據(jù)進

23、行設(shè)定Sink產(chǎn)品收集裝置產(chǎn)品的最終去處5. 模型效果圖圖3-3 Flexsim 效果圖（三）倉儲作業(yè)系統(tǒng)仿真在進行一般的倉庫作業(yè)流程應(yīng)包括：入庫作業(yè)、存儲作業(yè)、揀選、出庫作業(yè)（如圖3-4所示）倉庫設(shè)計的工程中，應(yīng)按照倉庫的基本作業(yè)流程做一些擴展，使其的功能更加完善。發(fā)貨圖3-4倉儲作業(yè)流程1.入庫作業(yè)流程圖3-5入庫作業(yè)2.出庫作業(yè)流程圖3-6出庫作業(yè)3.倉庫功能區(qū)規(guī)劃(1)入庫區(qū)根據(jù)倉庫的運作要求，主要負責(zé)道道中心后的卸貨、清點、解包、檢驗、分類、入庫等工作，設(shè)置在倉儲場所周圍外，通過卸貨站臺與公路、鐵路等專用線等直接相連，里側(cè)還規(guī)劃有進貨口、暫存、分類及驗收區(qū)域及相應(yīng)的設(shè)施。(2)倉儲區(qū)

24、專門用于存放貨物的區(qū)域，在這一區(qū)域主要完成貨物存儲保管和養(yǎng)護作業(yè)，是一個相對靜態(tài)的區(qū)域。貨物進入倉儲區(qū)前，根據(jù)分揀需求，對儲存單元的大小進行調(diào)整，使其符合存儲和分揀要求。(3)分揀區(qū)分揀區(qū)分揀人員在分揀信息的引導(dǎo)下，通過查找貨位、揀取和搬運貨物進行貨物分揀活動的區(qū)域。(4)流通加工區(qū)這個區(qū)域進行下料、打孔、分裝、切割、貼標簽、包裝等流通加工作業(yè)。當(dāng)然還能檢查品質(zhì)、重量和數(shù)量，即應(yīng)規(guī)劃商品檢區(qū)域。(5)出庫區(qū)主要進行貨物分揀出來后的組配作業(yè)，并將配好的貨物暫時存放，為送貨做準備。(6)物流配合作業(yè)區(qū)此區(qū)域應(yīng)能提供車輛貨物出入管制、裝卸車輛停泊、容器回收、容器暫存和廢料回收處理作業(yè)應(yīng)規(guī)劃有倉庫大門、運輸車輛停車場或是臨時泊車位、容器回收暫存區(qū)、廢料暫存區(qū)等。圖3-8透視圖5.仿真運行及結(jié)果分析圖3-9仿真運行過程圖3-10仿真數(shù)據(jù)匯總圖3-11單實體數(shù)據(jù)比較