计算机仿真技术在物流服务中的应用
【摘 要】 目前，我国物流业取得了非常巨大的成就，但仍然还存在许多问题，其中一个就是大多数物流管理人员缺乏 系统观念。 为了给社会提供更加优秀的物流从业人员，一个根本的途径就是对在校学生灌输系统思想，具体的方法就是对 学生进行物流仿真教学。因此，作者提出了课题“计算机仿真技术在物流服务中的应用”，并坚信计算机仿真技术会越来越广 泛地应用于物流服务。 【关键词】 物流；；Arena 软件；物流仿真教学 1 我国物流业取得的成就 从 1978 年物流概念引进以来，直到 2006 年国家“十一 五”规划确立产业地位，我国物流业有了很大发展，对经济社 会的贡献越来越大，具体体现在： ①为我国 GDP 的稳定增长提供保障 2008 年，我国 GDP 总量为 30.067 万亿元，我国社会物流 总额达 89.89 万亿元，也就是说每 1 个单位的 GDP 需要将近 3 个单位的物流量来支持。 ②逐步优化我国的产业结构 2008 年，我国物流业增加值占全部服务业增加值的比重 为 16.5%，也就是物流业每增加 6.06 个百分点，就可以带动服 务业增加一个百分点。 ③提高经济效益的重要源泉 2008 年，我国社会物流总费用为 5.4542 万亿元，占 GDP 的比率为 18.1%，比发达国家高出一倍左右。因此，这个比率每 降低一个百分点，就等于创造近 3000 亿元的经济价值。④扩大就业机会 目前，我国物流业现有从业人员约 2000 万人；物流业每增 加一个百分点，就可以新增 10 万个就业岗位。 综上所述，物流业是国民经济的重要支撑，是调整产业结 构的重要手段，是提高经济效益的重要途径，是扩大就业的重 要渠道。 2 我国物流业发展存在的问题 虽然，我国物流业发展迅速，但还有许多深层次的矛盾和 问题尚未解决，列举如下： ①物流企业规模小，而且分散，服务能力不强。 ②物流基础设施结构不合理，衔接配套能力差。 ③部门分割、地方封锁、行业垄断，对资源整合和一体化运 作形成障碍。 产生这一系列矛盾和问题的一个根本原因就是物流管理 人员缺乏系统观念，以至在企业的发展中顾此失彼，甚至因为 某一个环节的失误导致整个企业战略的崩溃。因此，迫切要求 物流领域的各级人员学习系统科学，最主要的是学会怎样做物 流系统规划。 3 立项背景 系统规划的方法有很多，大多数也适用于物流系统规划， 目前应用得越来越广泛的一种方法就是计算机仿真。在国外， 许多物流和制造企业中已广泛应用仿真技术，如 UPS、加拿大 邮政、日本村田公司、LG、西门子、德马泰克等，国内也有部分 企业采用了仿真技术。随着中国物流现代化的推进，计算机仿真在物流中的应用将具有很好的前景。通过计算机建立物流系 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。根据有关数据，应用仿真分析方法改进物流系统方 案后可使总投资减少 30%。 鉴于上述原因，要提高物流管理人员的整体意识，给社会
仿真工具的使用，而且能够提高学生的系统分析能力。 ②计算机仿真技术在国内物流企业的应用几乎没有，因此， 本课题的研究对我国物流行业的发展具有深远的实践意义。 ③在教学计划、大纲、内部讲义及教材编写完成以后，对物 流专业课程体系进行科学调整，这将改变传统的物流教学方 式,做到产教研相结合。 6 研究过程及研究成果 本课题于 2008 年 6 月 1 日正式开始实施，到 2009 年 5 月 31 日为院级课题阶段；2009 年 4 月，应学院的要求，将本课题 申请为镇江市公路学会软课题。直到 2009 年 10 月，已经研究 了十七个月的时间，共分为七个阶段，而且仍在继续研究。 表1 课题的研究成果 时 间 成果名称 备 注
2008- 2009 （一）学
2008 年 12 月获江
培养高素质的技能型人才，一个根本的途径就是在校学习期间
期“物流系统仿真” 苏省劳动和社会保
给学生灌输系统观念，传授他们系统分析及优化的方法。 但是，要将仿真应用到物流的教学过程中，这不仅对学生 提出了新的要求，也对物流教育工作者提出了新的挑战。因此， 本人与另外两位同事于 2008 年 5 月向上级申报了课题“计算 机仿真技术在物流服务中的应用”，以期能够完善物流教学体 系，提高学生的实践能力及系统分析能力。
2008.7.1～2008.8.31 2008.9.1～2008.12.21 2009.1.10～2009.4.30
的教学计划及教学 目的 论文《仿真—物流 教学的新方向》 《运用 Arena 软件进 行物流系统仿真教 学》内部讲义 2009- 2010（一）学期
障厅高新技术中心 教研组计算机专业 “二等奖” 初步完成
4 研究路线 本课题的中心思想就是以“计算机仿真技术”为工具，以
2009.5.1～2009.5.31 “物流系统仿真”教 学计划及教学目的 《运用 Arena 软件进
基本完成，主要内容
“物流系统分析与优化”为目标。在教学实践中，通过讲解 Arena 仿真软件构建、分析及优化物流系统模型的方法，完成
20009.6.1 至今
行物流系统仿真教 学》内部讲义
见表 2
内部讲义的编写及物流管理专业课程体系的调整 （如图 1 所 示）。
5 创新点及研究意义
①物流专业的计算机仿真技术教学在国内尚属空白，没有教学大纲、教学计划及教材。因此，在国内，本课题的研究是首 次将计算机仿真引入到物流教学中，不仅能够使学生掌握一种第一阶段：2008 年 6 月 1 日～2008 年 6 月 30 日，前期准 备工作。 在这一阶段中，本人通过阅读和比较各种仿真方面的书 籍，最终确定以《仿真使用 Arena 软件》为教学参考书，并采用 软件 Arena 10.0 为操作工具。Arena 提供了建模、仿真、统计分析优化和结果输出的基本功能，它的优点集中体现在如下几个 方面： ①可视化柔性建模 Arena 采用直观的图形用户界面 （操作界面如图 2 所示） 及流程图式的建模方法，同时 Arena 具有层次化的体系结构， 保证了其易于使用和建模灵活的特点。 ②方便的输入 / 输出分析器 Arena 提供专门的输入、输出分析器来辅助用户进行数据 输入处理和输出数据的加工，对于仿真研究的质量和效果具有 重要意义。 ③与其他开发工具的兼容 Arena 提供与过程语言的接口。使用 Arena 专业版，在最低 层，用户可以使用 VB 或 C/C++ 等过程语言来建立模型，可用 来满足复杂需求。Arena 还可通过对象连接与嵌入使用其他应 用程序的文件和函数，如在 Arena 的模型中放入 Word 文件，添 加声音文件等。
第二阶段：2008 年 7 月 1 日 ~2008 年 8 月 31 日，编制教 学大纲和教学计划。
在这一阶段中，本人结合本院学生实际，理论和以前的教 学实践相结合，并参考相关书籍，为三个物流管理班级的学生 制定出 2008~2009（一）学期“物流系统仿真”的教学计划及教 学目的（见表 1）。 第三阶段：2008 年 9 月 1 日 ~2008 年 12 月 21 日，教学实 践。 经过三个多月的教学实践，不仅是学生，而且教师也收获 很大，具体体现在： ①学生的学习兴趣明显提高在前几年的教学中，本人发现大多数学生对理论学习的积 极性不高，对许多基本的物流知识都不是很了解，有的学生甚 至连物流是什么都不知道。通过这几个月对学生的物流仿真教 学，学生对物流专业的学习兴趣有了较大程度的提高，而且还 能主动地提出问题、分析问题，并去解决问题。 ②学生的实际操作能力得到提高通过物流仿真教学，学生更加深刻地理解了物流过程及物 流概念，提高了学生掌握物流基本流程、环节与操作的能力，而 且也提高了学生的建模能力，对学生以后的再学习作了一定的 准备。 ③学生的物流应用和分析能力明显提升 通过建立仿真模型，学生对物流系统可以加以分析，加强 了学生对物流系统流程的掌握，逐步提高了学生的物流应用和 分析能力。 ④学生的整体观念得到了提高当一个物流系统的模型建成后，在确定最优方案的时候， 不能片面地追求某个指标的最优，而应该从系统整体的角度来 选择。因此，通过物流仿真教学，不仅仅提高了学生的系统分析 能力，也直接提高了学生的整体观念，这对完善一个学生的人 格及提高逻辑思维能力也起到了一定的帮助。 ⑤教师的科研能力也得到了提高物流的许多课题都是需要进行建模分析的，所以，利用仿 真，教师可以进行物流流程优化的研究、物流系统优化的研究 等，对提高教师的科研能力也起到了非常大的作用。 ⑥完善了物流教学体系 大多数人都知道，社会的物流活动已经从传统的交通运 输、仓储等单一的物流环节逐渐演变为包括供应商、生产商、流通商、经销商和客户在内的一体化供应链系统。同时，一方的变 化会极大地影响到其他各关系方。 对于这个问题，只用单一的理论说明只能得到一个模糊的 答案。如果我们采用仿真，对这个问题建立一个模型，在模型中 尽可能地考虑到各个影响因素，就可以得到一个较为确切的答 案。因此，本人相信，物流仿真将成为各院校物流教学中的重要组成部分。 ⑦相关论文的撰写 在完成教学任务的同时，本人还利用课余时间，参考相关 资料，完成了《仿真——物流教学的新方向》教学论文，经 2008 年度江苏省劳动和社会保障厅高新技术教育教学研讨会评比， 获计算机专业“二等奖”（见表 1）。 下面通过 Arena 仿真软件模拟某公司的（s，S）库存系统来 说明 Arena 仿真软件在物流系统中应用。 库存是物流系统中广泛存在的一个现象，它是在物的流动过程中形成的停滞。库存的存在，不仅占据了企业大量的流动 资金，而且在停滞的过程中还会产生相应的保管费用及自然损 耗。但是，为了防止缺货所带来的损失，我们又不得不保有一定 的库存。因此，把库存控制到最佳数量，以尽量少的人力、物力、 财力把库存管理好，获取最大的供给保障，是很多企业追求的 目标，甚至是企业之间竞争生存的重要一环。 某公司的（s，S）库存系统的相关描述（其流程图为图 3 所示）。 需求部分:
①初始情况 I(t)——某时刻下的库存水平，初始水平为 60 个。 ②顾客的需求情况 顾客的到达间隔时间服从均值为 0.1 天的指数分布，即 EXPO（0.1）,且第一个顾客在 0 时刻之后的一个到达间隔时间 后到达。 顾客需求量为 1、2、3 或 4 个的概率分别为 0.167、0.333、0.333
和 0.167，即服从离散分布 DISC（0.167，1，0.5，2，0.833，3，1.0，4）。 ③公司的补货情况 在每天开始时（包括第一天开始时的 0 时刻），库存盘点人 员会查看库存水平以决定此时需不需要向某个供货商发出订 单，即查看库存的间隔时间服从常数分布 CONS（1），且第一次 查看库存的时刻为 0 时刻。 如果库存水平值 I(t)已经严格小于常数 s（假定 s=20），则 该公司会马上开始订货并使其库存达到另一个常数 S（定义 S=40），即订货量为 S- I(t)；如果，I(t)≥s 则该公司什么也不需要 做，只要在下一天开始时（也即时刻 t+1）再进行检查即可。由 于采用了以上这种库存检查和补货方式，所以这类库存系统也 称为（s,S）存储模型。 在一天开始时下的订单通常是不可能立刻到货的，而是在 后半天的某个时刻，即存在一个交货间隔期（也称为提前期）， 该间隔期服从 0.5 天和 1 天为参数的均匀分布，即 UNIF （0.5，1）。 ④公司关心的数据 运行 120 天的平均总运作费用，该费用由如下三个部分组成： ①平均每天的订货费用（Average ordering cost per day）： 每订货一次将花费 32 元（不论订货量大小），再加上每单 位货物 3 元。3 元不是一个单位货物的价格，而是该公司每订 一个单位货物的管理费用[在这个模型中我们不考虑价格]。 ②平均每天的储存费用（Average holding cost per day）： 储存费用为 1 元 / 天·单位 ③平均每天的缺货费用（Average shortage cost per day）： 缺货费用为 5 元 / 天·单位 使用 Arena 仿真软件对该公司的（s，S）库存系统建模后， 得出其相关的指标如表 2 所示。 表 2 该公司关心的数据（此时s=20，S=40） 指 标 数 值 平均每天的订货费用 97.4462 元 平均每天的储存费用 9.1766 元 平均每天的缺货费用 18.2408 元 平均总运作费用 124.86 元 那么，对于该公司的（s，S）库存系统，“s=20，S=40”是不是 最优的呢？ 第四阶段：2008年 12月 22日 ~2009年 1月 9日，课程设计。 在这一阶段中，主要通过 Arena 程序组所带的 Output Analyzer 和 Process Analyzer 两个工具软件，对物流仿真模型 进行相关分析，并提出有效的优化方案，同时进一步提升了学 生的系统分析能力。 对于上述公司的（s，S）库存系统，到底 s 和 S 分别设定为 多少，才能使平均总运作费用最低？我们可以用 Process Analyzer 工具软件进行优化。经过分析，得出一个较为精确的 最优值是“s=25，S=61”（因为在实际的环境中，存在许多随机性
的因素，要得出一个完全精确的值，这是不可能的，我们所能做 的就是使结果尽可能地达到最优）。“s=20，S=40”和“s=25， S=61”两种情况的各指标比较如表 3 所示。 表 3 “s=20，S=40”和“s=25，S=61”两种情况下各指标的比较 数值指标 （20，40） （25，61） 平均每天的订货费用 97.4462 元 89.1952 元 平均每天的储存费用 9.1766 元 19.5456 元 平均每天的缺货费用 18.2408 元 8.6413 元 平均总运作费用 124.86 元 117.38 元 通过表 3 的数据，经过优化之后，该公司的库存系统每天 可以节约 7.48 元，仅仅在库存这个环节一年就可以节约 2730.20 元，那么对其他环节也作类似的优化，那么为该公司节 约的总成本又将是多少呢？ 因此，通过该公司的（s，S）库存系统的仿真建模及优化过 程，我们可以看到，与单一的理论教学相比，物流系统仿真教学存在以下优势： ①深入理解某物流系统的`流程 ②提高学生物流系统分析能力 ③提高学生的学习兴趣 ④提高学生发现问题、解决问题的能力 第五阶段：2009 年 1 月 10 日 ~2009 年 4 月 30 日，整理教 案，编写内部讲义。 在这一阶段里，本人根据前几个月的“物流系统仿真”教学 的备课笔记，仔细阅读相关书籍，再加上自身对 Arena 仿真软 件的理解，编写并完成了一套初步的内部讲义《运用 Arena 软 件进行物流系统仿真教学》（见表 1）。 而且，在此期间，应学院的要求，将本课题申报为镇江市公 路学会软课题，以作进一步的研究。 第六阶段：2009 年 5 月 1 日 ~2009 年 5 月 31 日，修正本 课程的教学大纲和教学计划。 在这一个月的时间里，以“提高学生的实践能力”为宗旨， 针对我院对物流管理专业的培养目标，结合内部讲义 《运用 Arena 软件进行物流系统仿真教学》，在 2008~2009（一）学期 “物流系统仿真”教学计划及教学目的的基础上，编定了 2009~2010（一）学期“物流系统仿真”教学计划及教学目的（见 表 1），并对物流管理专业的教学体系作出相应的调整。 第七阶段：2009 年 6 月 1 日至今，修改并逐步完善内部讲 义《运用 Arena 软件进行物流系统仿真教学》。 在这段时间里，随着对 Arena 仿真软件的进一步理解，并 结合新学期的教学过程，对内部讲义《运用 Arena 软件进行物 流系统仿真教学》进行相应的修改，逐步得到完善。 7 关于内部讲义 《运用 Arena 软件进行物流系统仿真教学》 的说明
在所取得的研究成果中，内部讲义《运用 Arena 软件进行 物流系统仿真教学》是最要的一个，也是耗时最长的，而且还有待进一步地完善。此内部讲义共分为六章，目前已经完成了前 五章的编写，其大体内容如表 4 所示。 表 4 《运用 Arena 软件进行物流系统仿真教学》主要内容 章 节 主 要 内 容 描 述 第一节 系统 介绍了系统及物流系统的 基本概念，并阐释了物流系
第五章 详细作 业建模
第一节 一些新的概念 第二节 模型 5- 2：（s，S）库 存系统仿真 第三节 模型 5- 3：（s，S）库 存系统仿真的另一种方法 第四节 模型 5- 4：叉车搬 运系统 第五节 模型 5- 5：入库验 货系统 第六节 模型 5- 6：订单处 理系统 第一节 数据分析基础
为了对一些复杂的物流 系统建立仿真模型，以及掌握 使用 Arena 建模的灵活性，在 上一章的基础上，本章通过对库存系统、叉车搬运系统、入 库验货系统、订单处理系统建立 仿 真 模 型 ， 具 体 阐 述 了 Arena 建立更为复杂的物流 系统仿真模型的操作。 本章主要讲述在面临几 个备选方案的时候，哪一个方
第一章 物流系 统
第二节 物流系统 第三节 物流系统要素 第四节 物流系统规划 第一节 建模与计算机仿
统的各组成要素以及各要 素之间的冲突。在物流系统 各要素之间存在冲突的基 础上，论述了物流系统规划 的原则、层次、步骤。
第六章 仿真输 出的统 计分析 （尚未 完成）
第二节 两个备选方案的 比较 第三节 多个备选方案的 比较
案是最佳的？因此，本章介绍 了 Arena 附带的另外两个工 具软件 Output Analyzer（输出 分析器） 和 Process Analyzer （过程分析器）的使用，这两个 工具软件可以对备选方案进 行综合评价，还可以对所建立 的仿真模型本身进行优化，以 确定出最佳方案。
真 首先说明计算机仿真的种 类及优、缺点，并对概率及 Arena 中用到的各种概率分
虽然我们选择了 《仿真使用 Arena 软件》（机械工业出版 社）为教学参考书，但它的原著为《Simulation with Arena》，是
第二章 仿真基 础 第三章 Arena 概貌
第二节 概率与统计基础 第三节 Arena 中的概率 分布 第四节 仿真的基本概念 第一节 Arena 窗口的组 成 第二节 浏览模型 03- 01 第三节 建立模型 3- 1 第一节 模型 4- 1：产品包
布作了简单介绍。然后，针 对一个简单物流系统示例， 阐述了使用 Arena 仿真软 件建立模型的一些基本概 念，并手工模拟了该物流系 统的运行过程。 首先介绍 Arena 仿真软件 的操作界面及一些基本的 操作。然后，结合第二章所 介绍的物流系统示例，使用 Arena 来建立其仿真模型， 详细阐释了 Arena 中几个 基本操作模块的使用。
美国的几个工程师著作的。因此，中美文化的差异在一定程度 上导致了《仿真使用 Arena 软件》对原文的曲解。而且，目前国 内运用 Arena 软件的范围不是很大，对 Arena 仿真软件的理解 也比较模糊。 由于以上两点原因，本人在编写内部讲义《运用 Arena 软 件进行物流系统仿真教学》的时候，不免有自己的主观理解，其 不足之处，肯请各位批评指正。 8 未来展望 继续深入学习 Arena 软件，以形成一部完善的内部讲义，并 在此基础上，结合其他仿真软件的优缺点，编写出一部适合当前 职业院校物流专业学生的物流系统仿真教材。另外，完成几篇高 质量的论文，使物流教学领域加大对物流仿真教学的关注。 再者，要深入企业内部，结合企业实际，发挥 Arena 仿真建
装与检测系统 本章是此讲义的中心，共有 五节内容，针对一个实际的 产品包装系统，首先介绍了
模的优势，能对企业的物流系统做出一定程度的优化，以促进
第四章 建立基 本操作 与输入 模型
第二节 模型 4- 2：改进的 产品包装与检测系统 第三节 模型 4- 3：在模型 4- 2 中增强动画效果 第四节 模型 4- 4：含传输
使用 Arena 建立该仿真模 型的具体操作。其次，对于 该产品包装系统的一些问 题，逐步解决，以达到系统 优化的目的。再次，在所建 立的仿真模型中，加入动 画，以便更直观地观察该产 品包装系统的运行情况。最
我国物流业的进一步发展。 [参考文献] [1] 贺 登 才. 《物流业调整和振兴规划 》解 析. 物流技术与应用 ， 2009,4. [2] W·David Kelton，Randall P·Sadowski，David T·Sturrock.
过程的产品包装与检测 后，介绍了 Arena 附带的一
系统 第五节 输入分析：确定模型参数及分布
个工具 软 件 Input Analyzer （输入分析器），我们可以使 用这个工具软件得到系统 的各种概率分布。
Simulation with Arena （The Third Edition）. 周 泓 （ 译 ）. 北 京：机械工业出版社. [2] 傅培华，彭扬，蒋长兵.物流系统模拟与仿真[M].北京：高等 教育出版社.
【计算机仿真技术在物流服务中的应用】相关文章：