超市购物小推车仿真.docx
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超市购物小推车仿真
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20~60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25~45min，购物金额在50~200元之间；而没有小推车的顾客购物时间为5~15min，购物金额在00~80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60min从出口返回入口一次；
（6）超市每天营业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20~60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；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
2.5
2
建立超市服务流程的仿真模型及其调试
2.5
3
模型运行及其结果分析、撰写课设说明书
4.5
4
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
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
5—15min
0—80元
有推车的顾客
25—45min
50—200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）ResourceItem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ResourceItem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ResourceItem模块。
Queue（sortedqueue）模拟来自于Items模块库。
需要将Queue模块中Selectqueuebehavior设置为sortedqueue，Selectsortmethod设置为Firstin,firstout。
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QuantityNeeded设为1（两行都设为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）。
ResourceItem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AvailableCarts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。
SelectItemsout:
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、未获得小推车的顾客的模块设置：
ShoppingTime的设置：
ShoppingValue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：
Shoppingtime的设置：
ShoppingValue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ResourceItem模块中的Iteminused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ShoppingTime属性来决定。
同时，需要注意的是，Maximumitemsinactivity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Maximumitemsinactivity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。
-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ResourceItem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
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