1.3 物流系統仿真及解決問題

1.3.1 物流系統的概念與分類

物流系統是指在一定的時間和空間里，由所需運轉的物資、包裝設備、搬運和裝卸機械、運輸工具、倉儲設施、人員以及通信聯系等若干相互制約的動態要素所構成的具有特定功能的有機整體。其目的是使企業物流合理化，并將企業生產出來的成品按時、按質、按量、配套齊全、完好無損地迅速運達到消費者手中，實現其空間和時間效益。物流系統是企業生產的一個重要組成部分，物流合理化是提高企業生產率最重要的方法之一。因此對物流系統的設計和仿真的研究，也日益受到人們的重視。

我們可以按照不同的標準對物流系統進行分類。

按物流發生的位置，物流系統可劃分為企業內部物流系統和企業外部物流系統；根據物流運行的性質，物流系統可以劃分為供應物流系統、生產物流系統、銷售物流系統、回收物流系統和廢棄物流系統；以物流活動的范圍進行分類，物流系統可以劃分為企業物流系統、區域物流系統和國際物流系統；我們還可以根據物流構成的內容，把物流系統劃分為專項物流系統和綜合物流系統。

從不同角度對物流系統進行分類劃分，可以加深我們對物流性質、過程的理解和認識，有利于我們更好地進行物流系統的規劃、設計、運營組織與管理。

1.3.2 物流系統的特性

物流系統是復雜的離散事件系統，有如下特點：

1.不確定性（隨機性）

不確定性存在于物流系統中的每一節點，包括客戶需求的不確定性、原材料供應供需關系的不確定性、采購準備時間的不確定性、運輸時間的不確定性、交付時間的不確定性、產品價格的不確定性等。它總是處在一個不確定的環境中，受很多隨機因素的影響，具有多目標、多因素、多層次的特點。

2.非線性

非線性是指個體以及它們的屬性在發生變化時，并非遵從簡單的線性關系。組成物流系統的各個實體間的相互影響不是簡單的、被動的、單向的因果關系，每個實體的行為和決策又依賴它自身的狀態和一些有限的、相關的其他實體的行為，且它們易受內部和外部環境的影響。物流系統的各個實體主動改變自己的內部或外部結構，以適應環境的變化，從而呈現出物流系統的非線性。

3.復雜性

物流系統是由若干個供應商、制造商、配送中心、銷售商和終端客戶組成的系統。它包含供應商和制造商的選擇、配送中心的選址、運輸方式（如空運、陸運、鐵運、水運或混合運輸方式的選擇）和運輸路線（選擇由哪個配送中心送貨）的確定。其復雜性主要體現在貫穿于物流系統中的不確定及各實體要素間的非線性關系。

4.適應性

物流系統各個實體為了適應市場環境的變化，與周圍環境和其他實體間不斷進行交互作用。在這種持續不斷交互作用的過程中，實體不斷學習，積累經驗，并根據學到的經驗改變自身的結構和行為方式，尋找合適的實體組成物流系統以適應環境的變化，從而促成供需過程不斷重新組合改造。

5.多樣性

由于物流系統各實體要素間處于不斷相互作用和不斷適應的過程，造成了實體向不同的方面發展變化，從而形成了物流系統實體類型的多樣性。

綜上所述，物流系統具有系統的所有特征。由于物流系統的層次性及各子系統的相互聯系和相互作用，很顯然，物流系統是一個動態的、開放的復雜系統。

1.3.3 物流系統仿真的概念

所謂物流系統的仿真是指針對現實物流系統建立仿真模型，然后在模型上進行試驗，用模型代替真實系統，從而研究物流系統性能的方法。通過仿真，可以一一仿效實際物流系統的各種動態活動并把系統動態過程的瞬間狀態記錄下來，最終得到用戶所關心的系統統計性能。

由于物流系統自身的不完善或運作過程的不合理，一些物流系統設計上缺乏前瞻性和系統規劃，在物流資源的配置、物流網絡的結構等方面，很難保證其可靠性、合理性、協調性和最優化。在實際系統中常常包含有較多隨機的因素，如物流系統中商務的到達、運輸車輛的到達和運輸事件等一般是隨機的。對于這些復雜的隨機系統很難找到相應的解析式來描述和求解，系統仿真技術成了解決這類問題的有效方法。物流系統運作的成敗事關重大，而仿真方法是完善、推進物流系統的一個很好的方法，可以節省費用，減少浪費，消除物流環節中的瓶頸。

1.3.4 物流系統仿真的類型

從技術與管理的角度看，系統仿真在物流領域主要有以下幾種類型：

1.物流系統規劃與設計

仿真多用于供應鏈設計、評價和優化，用來處理鏈中的不確定因素與動態性，此外有能力找出供應鏈各個成員之間的最優解決方案。在系統沒有運行之前，把規劃轉化為仿真模型，通過運行模型，評價規劃或設計方案的優劣并修改方案，仿真能夠輔助決策者或策劃者的決策活動，這是仿真經常用到的一方面。這樣不僅可以避免不合理的設計和投資，而且也減少了投資風險和避免了人力、時間等的浪費。

2.物流運輸調度

復雜的物流系統經常包含若干運輸、多種運輸路線，連接供應鏈上游與下游是供應鏈運作過程中至關重要的一個環節，而運輸調度與路線選擇一直是物流系統的難點，其中包含了很多NP（Non-Deterministic Polynomial，即多項式復雜程度的非確定性）問題。在解決調度問題、規劃運輸路線多使用啟發式算法、不完全優化算法和遺傳算法等，但在評價這些算法得到的策略哪個更有效、更合理時，遇到的問題更多。因運輸調度是物流系統最復雜、動態變化最大的一部分，有許多不確定因素，很難用解析法描述運輸的全過程。使用仿真建立運輸系統模型，動態運行此模型，再結合圖形將運行狀態、物料供應情況、配貨情況、道路堵塞情況、配送路徑等生動地呈現出來。仿真還提供了各種數據，包括車輛運輸時間與效率，不同策略之間的比較，不同路徑的比較等。

3.物流成本估算

物流系統運作是一個復雜的系統，其中存在許多不確定因素。系統的總成本中包括運輸成本、庫存成本、訂貨成本和生產成本等。成本核算與所花費的時間有關。物流系統仿真是對物流整個過程的模擬。進程中每一個操作的時間，通過仿真推進被記錄下來。因此，人們可以通過仿真，統計物流時間的花費，進而計算出物流的成本。

4.庫存控制

庫存系統是供應鏈管理中的重要環節，起到緩沖、調解和平衡的作用。供應鏈上各節點企業庫存水平的高低一方面影響產品的成本，另一方面影響客戶服務水平和企業對市場波動的適應能力。企業運作時庫存處理的好壞直接影響公司的效益，也決定了公司的競爭力。現實庫存系統多數屬于復雜的離散事件系統，具有諸多不確定因素，而且各部分之間的關系復雜。企業在確定安全庫存量、采購訂貨方式的時候遇到了很大的困難，直接表現為沒有適應的庫存策略、庫存積壓與庫存短缺并存等問題。隨機性庫存系統中有很多不確定的隨機參數，解析方法的應用具有很大的局限性，很難采用數學規劃或啟發式算法進行準確分析。常用離散系統仿真技術，對庫存系統全局或局部變量進行分析和優化，例如庫存系統規劃、庫存成本分析、庫存控制策略分析等。

1.3.5 物流系統仿真解決問題

不組裝現實系統，利用計算機模型進行實驗，可以在短時間、低成本下運行，而且不給現行系統帶來任何中止或破壞的危險。現實系統與仿真模型之間的對比如圖1-2所示，從成本、時間長短及業務連續性三個方面進行展示。

圖1-2 現實系統與仿真模型對比

物流系統仿真解決的問題：

1）引進新設備時的事先評價問題以及人員、設備的配置問題。例如：

①引進何種設備？

②多大性能的設備？

③引進設備后的場地規劃和人員怎樣配置才能合理？

④引進設備后瓶頸口能否緩解或清除？其他地方是否成為新的瓶頸口？

2）場地布局的評價問題；工廠、倉庫的規劃設計；工廠、倉庫的容量/庫存問題。例如：

①需要擴建多大面積的倉庫？

②如何合理地配置新建配送中心的設備和人員？

③已經有兩套以上的方案，但不知怎樣才能比較這些方案？

3）作業工程計劃的改善問題；幾乎所有涉及時間·空間和效率的關系問題。例如：

①己有定性的認識，但如何才能進行定量分析？

②如何在定量分析的基礎上進行改進、評估？

③作業方式選擇哪些定量標準？