超市购物小推车仿真.doc

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1、学 号：课 程 设 计物流系统建模与仿真题 目超市购物小推车仿真分析学 院物流工程学院专 业物流管理班 级班姓 名指导教师2013年01月23日课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 物流工程学院 题 目: 超市购物小推车仿真分析 初始条件：一家自选超市决定为顾客提供购物小推车，以方便顾客购物并增加销售额。但配置小推车需要一定的采购成本和维护成本，同时，小推车的存放和行走需要占用一定的商品摆放空间。所以，超市面临一个决策问题，即如何用尽可能少的成本（小推车），获得最大的销售额。超市需要研究在配置2060辆小推车的时候，超市一个月总的销售额，以此来决定应该配置多少辆小推车比

2、较合适。已知条件如下：（1） 顾客到达时间间隔服从指数分布，均值1min；（2） 顾客到达时，只要有空的小推车，就取一个进入超市；否则直接进入超市；（3） 有小推车的顾客购物时间为2545min，购物金额在50200元之间；而没有小推车的顾客购物时间为515min，购物金额在0080元之间；（4） 顾客挑选完物品后，直接到出口唯一的收银台交款，收款时间为1min；（5） 顾客结账后，小推车立即释放,释放以后的小推车先暂存在超市出口。小推车返回的逻辑分为两种：一种是定量返回，当小推车的数量累计到15辆的时候才从出口返回到入口，另一种情况是小推车每60 min从出口返回入口一次；（6） 超市每天营

3、业12小时，一个月30天营业日。要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）（1） 采用ExtendSim7仿真软件，根据小推车不同的返回逻辑，分别建立两种不同的超市服务流程仿真模型。通过对两种不同模型的仿真实验，观察超市总的销售额随小推车数量变化的趋势，决定当小推车数量在2060之间变化时，最佳的小推车配置数量。对于每个小推车数，运行模型5次以上，记录其总的平均销售额。（2） 观察分析系统的瓶颈，提出系统改善的措施，并进行仿真分析和比较。（3） 在撰写的课程设计说明书中，需要提炼出研究的背景和仿真的目的；抽象出仿真的逻辑模型；阐明仿真模块的选用及参数设置

4、；深入分析仿真模型的运行结果，并基于仿真数据（图、表）提出或论证最佳解决方案。时间安排：序号课设内容时间安排（天）1理解课程设计任务，熟悉ExtendSim软件2.52建立超市服务流程的仿真模型及其调试2.53模型运行及其结果分析、撰写课设说明书4.54课程设计答辩0.5指导教师签名： 系主任（或责任教师）签名： 2013 年 1 月 9 日目 录1 研究背景和目的11.1 研究的背景11.2 仿真的目的12 流程分析与仿真逻辑12.1 流程分析22.2 仿真逻辑图23 仿真模型及其模块说明23.1 仿真模型23.2 模块说明34 运行结果及其分析134.1 运行结果分析134.2 系统瓶颈分

5、析145 系统改善方案145.1 系统改善方案（I）155.2 系统改善方案（II）156 课程设计小结及体会16参考资料17超市购物小推车仿真分析1 研究背景和目的1.1 研究的背景仿真是一个将对现实复杂系统的运作规律利用计算机方式有选择地，有针对性地在计算机内表达出来，并通过有目的的实验改善外部世界的有效手段。它是一个融合多种学科知识，又服务于多种学科的复合型应用，它是一个可以研究因果关系、预测未来发展的有效工具之一。本模型一个超市仿真模型展示仿真在服务业的应用。一家自选超市决定为顾客提供购物小推车，购物小推车方便顾客携带物品，同时，容量较大的小推车可以在潜意思当中让顾客更多采购物品，填补

6、购物车的空间。但这些推车需要超市花费成本来采购和维护。同时，为了小推车的行走和存放，超市需要牺牲一定的商品摆放空间。所以超市面临一个决策问题，就是如何用尽可能少的成本（小推车），获得最大的效益。1.2 仿真的目的仿真包括构建系统的模型并且就像在实际中所需要的时间中运行它。通过模型可以使你以运行现实系统一小部分费用的情况下看到现实世界里的系统在不通的条件和各样的假定下的运行情况。 模型的另一个主要有点就是你可以由程序的一个简单近似值开始然后随着你对程序的理解的加深逐渐地完善模型。通过超市购物仿真模型来模拟和展示现实类似系统的运行，并通过在多种不同数量的小推车的情况下进行系统运行，观察在相应情况下

7、的系统的状态，并通过重复删除法选择相对较优的小推车数量。2 流程分析与仿真逻辑2.1 流程分析这个超市对顾客的到达进行了分析，可以认为顾客到达时间服从在指数分布，平均1min来以为顾客。顾客到达时，如果发现有空的小推车，就取一个进入到超市中。如果没有空的小推车，顾客也进入到超市当中，但只能靠双手来携带物品，不但会影响到顾客可以购买总商品的价值，也会缩短顾客的购物时间。统计发现，没有小推车的顾客购物时间为5-15min，购物金额在0-80元之间；而有小推车的顾客购物时间则为25-45min，购物金额在50-200元之间。当顾客挑选完物品之后，就到出口的收款台处交款。收款台处有一位收款员，所需时间

8、为1min.结账后小推车返回原处以备后用。购物时间购物金额没推车的顾客515min080元有推车的顾客2545min50200元2.2 仿真逻辑图3 仿真模型及其模块说明3.1 仿真模型3.2 模块说明（1）Resource Item模块，在这个模型中，每个资源实体由一个实体代表。在本例中，初始时可用的小推车数量在Resource Item模块的对话框中进行设定。模型中的顾客如果要使用小推车，必须用Batch模块将该顾客与小推车进行合并，以后可以用Unbatch模块将顾客和小推车拆分，顾客离开，小推车按指定的路线和方式回到Resource Item模块。Queue (sorted queue)

9、模拟来自于Items模块库。需要将Queue模块中Select queue behavior设置为sorted queue，Select sort method设置为First in,first out。这个模块用来模拟顾客占用小推车的动作。当顾客到达这个模块时，处于排队等待状态，一旦所需要的小推车可以获得，那么队列最前面的顾客就可以离开队列，同时，可用小推车的数量就减少一个。当顾客在购物时，这个小推车一直被占用。 Batch模块会将多个输入实体和成一个实体，在这里就是将小推车和顾客合并成为一个实体，表示顾客开走一个小推车。在其对话框的Batch页，将Quantity Needed设为1（两行

10、都设为1）。Unbatch模块将一个输入实体分解为多个输出实体。在这里就是将顾客和小推车拆分。在其对话框的Unbatch页，将Quantity设为1（两行都设为1） （2）顾客到达模型中采用Create模块来模拟顾客到达过程。时间间隔设定为1min。（3）、顾客获取小推车顾客需要根据可用小推车的数量来决定购物的方式（推车购物还是手持购物）。Resource Item模块的输出端口与Batch模块输入端连接，用这个数量通过命名连线Available Carts控制顾客的走向。没有获得小推车的顾客走上面分支，获得小推车的顾客走下面分支。这两个分支的作用是为了设定不同的购物时间和购物金额的分布函数。

11、 Select Items out:路径选择。（4）、为不同类型的顾客设定不同的购物时间和金额的分布函数Set模块来自于Items模块库，用来设定顾客的属性。这里我们定义了3个属性，ShoppingTime表明顾客的购物时间，ShoppingValue表明顾客的购物金额，GetCart表明是否获得了小推车。对于没有获得小推车的顾客，Getcart取值为0，获得小推车的顾客取值为1。这个属性将在顾客离开超市时用来判断是否需要释放小推车。这是一个随机数发生器模块，位于Value模块库中。用来设定不同的随机分布。在这里的例子中，可以用这个模块设定不同类型顾客的购物时间和金额的分布函数。（1 、未获得

12、小推车的顾客的模块设置：Shopping Time的设置：Shopping Value的设置：顾客Getcart的属性设置：（2、获得小推车的顾客的模块设置：Shopping time的设置：Shopping Value的设置：顾客Getcart的属性设置：（5）、顾客占用推车顾客占用推车的行为是通过Resource Item模块中的Item in used来反应的。（6）、顾客购物无论是否占用推车，顾客都需要在超市中停留一段时间，并有不同的购物支出。顾客在超市中的停留时间是通过设定Activity模块中的Delay时间实现的。因为每个顾客购物时间不同，这个延迟时间就由每个顾客的Shoppin

13、gTime属性来决定。同时，需要注意的是，Maximum items in activity设定为Infinity（无穷大），表明超市内的人数没有限制。购物过程模块：购物过程中的Activity模块设置：（7）、排队付款顾客采购后，需要到收银处交款，所以，这个行为可以通过一个队列模块和一个Activity模块来完成。需要注意的是Activity模块中Maximum items in activity设定为1，表明只有一位收银员。付款模块的Activity模块设置：（8）、统计购物总金额Get模块在Items模块库中，用来读取顾客的属性值。这里我们读取每个顾客的ShoppingValue属性值。

14、-Get的模块：（9）小推车返回（10）初步建立的模型4 运行结果及其分析4.1 运行结果分析在建好的仿真模型上进行试验，并记录和观察当超市分别提供20、30、40、50、60辆小推车时超市的月总销售金额。为方便分析，同时记录排队结账队列的均值预计收银台的利用率。通过模型中的Resource Item设定超市的初试推车数量为20、30、40、50、60，并记录总销售金额的数据以及结账队列的均值预计收银台的利用率（为减小误差，每个推车数量分别运行5次）。运行结果如下表所示。根据观察可知，推车数量一定时，总销售金额的变化范围很大，这是因为顾客产生是随机的，通过多次运行可以削弱这种随机因素对实验结果

15、的影响。随着推车数量的增大，总销售金额也增长，但其增长的幅度逐渐减小，这说明影响超市收入的瓶颈已经发生了转移。另外，顾客排队付款时，队列长度偏长，收银台的利用率也居高不下，说明整个超市在超负荷运转，一旦发生故障对整个系统影响会很大。4.2 系统瓶颈分析观察收银台的利用率可知，从20-60，收银台的利用率基本上都接近于1.在研究最优小推车数量时，发现系统瓶颈转移到了收银台处，这说明排队付款的人很多，一个收银台忙不过来，导致了大量的顾客在收银台处滞留，一旦这个收银台出现故障，务必会导致整个超市陷入瘫痪。所以在研究最优小推车数量时，我们也要考虑整个系统的最优化。根据进一步的观察分析，可知当推车数量达

16、到一定值之后，总销售金额增长幅度不再像之前一样大。原因是此时的瓶颈已经由最初的推车数量不足变为收银台数量严重不足，造成顾客通过能力急速下降，在收银台排队等待收银的顾客数量惊人。而对实验数据分析也发现若排队等待收银的队长越短，则总销售金额相应是比较高的，若排队等待收银的人数较多，那么总销售金额相对较低。但排队等待收银的数量不是我们可以直接改变的，我们只能通过增加收银台数量加快顾客结账离开超市的速度，才能降低排队等待收银的数量，从而使总销售金额相对较高。5 系统改善方案5.1 系统改善方案（I）增加一个收银台，以改善收银台利用率过高及队列过长问题：其运行结果如下：5.2 系统改善方案（II）考虑了

17、活动状态的平衡输出队列建模：这里将收银台端口的值加到了队列的长度上，当收银台荷载满时，端口值为1，否则为0。该模型对收银台的利用率更加高。其运行结果如下：6 课程设计小结及体会小结：通过构建超市购物仿真模型并运行和分析数据，我们可以清晰直观地研究购物小推车的数量对超市销售金额的影响。通过分析，我们看到，随着推车数量的增加，超市的销售金额也基本上呈上升趋势，但是销售金额的增长量在一定程度上出现了边际效益递减的趋势，仿真之初，小推车的数量是制约超市销售金额增长的瓶颈因素，因此，增加小推车数量，超市的销售金额也随之增加。但是，当小推车增加到一定数量以后，收银台的数量又成为了新的系统瓶颈，因此，顾客的

18、通过能力严重下降，严重制约了销售收入的增加。在系统中，瓶颈是会随着系统条件的变化而转移的，开始是小推车数量制约着总销售额的增加，随小推车的数量增加，瓶颈逐渐转移到了收银台，收银台处成为了总销售额增长的主要障碍，当我们再次增加一个收银台或者缩短了收银台的处理时间，其结果是可用推车的数量和销售额都增加了很多，使得付款队列变短，总销售额也增加了许多，这也证明了瓶颈确实转移到收银台。物流仿真和规划是我们大学四年最后一门课程，也是实践操作非常强的一门课程，通过这们课的学习，我们掌握了将现实事物虚拟化的建模思想，降低了企业运行风险，降低运营成本。利用计算机对模型进行运算和图形模拟，产生与实际生活中类似的结

19、构体系，并用于统计、分析和改进。 通过这次的仿真课程设计，使我增加了对ExtendSim仿真软件的理解，提高对仿真知识的理解和应用能力，对ExtendSim仿真软件的应用都有了更深的了解。我做的题目是利用ExtendSim仿真软件来展现和模拟超市购物系统。通过本次设计，让我很好的锻炼了理论联系实际，与具体项目、课题相结合开发、设计产品的能力。既让我们懂得了怎样把理论应用于实际，又让我们懂得了在实践中遇到的问题怎样用理论去解决。在设计过程中，总是遇到这样或那样的问题。有时发现一个问题的时候，需要做大量的工作，花大量的时间才能解决，为以后的工作积累了经验，增强了信心。 在设计过程中，与同学交流经验

20、和自学，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。 通过这次课程设计的学习和整个大学阶段的学习，我对仿真和物流有了更加明晰的认识，也掌握了一定的专业知识。我会继续认真学习，不断完善知识结构，提高自身的各方面素质。参考资料【1】孙虎，Extendsim7课件ppt，2010【2】王长琼，物流系统工程，中国物资出版社，2009-4-1【3】秦天保、王岩峰，面向

21、应用的仿真建模与分析使用ExtendSim，清华大学出版社【4】Manuel Laguna, Johan Marklund，商业流程建模仿真设计_中文版，刃之砺论坛资料【5】刃之砺信息科技有限公司，ExtendSim V7 中文使用教程，刃之砺论坛资料【6】王岩峰，王岩峰培训讲义，刃之砺论坛资料本科生课程设计成绩评定表姓 名性 别男专业、班级物流管理班课程设计题目：超市购物小推车仿真分析课程设计答辩或质疑记录：1 节假日人多的时候对于小车和收银员的控制。收银员在现实中一般固定，可以适当的多加点儿小车，这样不仅能够一定程度的增加总销售额，同时减少人力成本。2 对于排队时候顾客排队时候所占用时间的

22、充分利用。在收银台可以摆放一般用得相对比较多的小商品，这样顾客在排队时候可以接着购买自己所需要但是遗忘了的商品，进而能够进一步增加销售额。3 对于小车的充分利用小车除了装商品以外可以适当的加入广告进而能够充分利用小车的同时宣传自己的产品增加销售额。成绩评定依据：序号评定项目评分成绩1选题合理，目的明确（10分）2设计方案正确，具有可行性、创新性（20分）3设计结果（例如：计算结果、分析正确等）（25分）4态度认真、学习刻苦、遵守纪律（15分）5设计报告的规范化，参考文献充分（不少于5篇）（10分）6答辩（20分）总 分最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字： 2013年 1月 25日