課程設計報告--超市購物小推車仿真分析

1、<p><b>　　課 程 設 計</b></p><p>　　《物流系統(tǒng)規(guī)劃與仿真》</p><p>　學 號：</p><p><b>　　課程設計任務書</b></p><p>　　題 目: 超市購物小推車仿真分析 </p><p><b>

2、;　　初始條件：</b></p><p>　　一家自選超市決定為顧客提供購物小推車，以方便顧客購物并增加銷售額。但配置小推車需要一定的采購成本和維護成本，同時，小推車的存放和行走需要占用一定的商品擺放空間。所以，超市面臨一個決策問題，即如何用盡可能少的成本（小推車），獲得最大的銷售額。超市需要研究在配置20~60輛小推車的時候，超市一個月總的銷售額，以此來決定應該配置多少輛小推車比較合適。</p

3、><p><b>　　已知條件如下： </b></p><p>　　顧客到達時間間隔服從指數(shù)分布，均值1min；</p><p>　　顧客到達時，只要有空的小推車，就取一個進入超市；否則直接進入超市；</p><p>　　有小推車的顧客購物時間為25~45min，購物金額在50~200元之間；而沒有小推車的顧客購物時間為5

4、~15min，購物金額在00~80元之間；</p><p>　　顧客挑選完物品后，直接到出口唯一的收銀臺交款，收款時間為1min；</p><p>　　顧客結賬后，小推車立即釋放以備后用；</p><p>　　超市每天營業(yè)12小時，一個月30天營業(yè)日。</p><p>　　要求完成的主要任務: （包括課程設計工作量及其技術要求，以及說明書撰寫

5、等具體要求）</p><p>　　采用ExtendSim7軟件建立超市服務流程仿真模型，通過仿真實驗，觀察超市總的銷售額隨小推車數(shù)量變化的趨勢，決定當小推車數(shù)量在20~60之間變化時，最佳的小推車配置數(shù)量。對于每個小推車數(shù)，運行模型5次以上，記錄其總的平均銷售額。</p><p>　　觀察分析系統(tǒng)的瓶頸，提出2項系統(tǒng)改善的措施，并進行仿真分析和比較。</p><p>

6、;　　在撰寫的課程設計說明書中，需要提煉出研究的背景和仿真的目的；抽象出仿真的邏輯模型；闡明仿真模塊的選用及參數(shù)設置；深入分析仿真模型的運行結果，并基于仿真數(shù)據(jù)（圖、表）提出或論證最佳解決方案。</p><p><b>　　時間安排：</b></p><p>　　指導教師簽名： 2012 年 1 月 2 日</p&

7、gt;<p>　　系主任（或責任教師）簽名： 2012 年 1 月 2 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 研究背景和目的1</p><p>　　1.1 研究的背景1</p><p>　　1.2 仿真的目的1</p><

8、p>　　2 流程分析與仿真邏輯1</p><p>　　2.1 流程分析1</p><p>　　2.2 仿真邏輯圖1</p><p>　　3 仿真模型及其模塊說明2</p><p>　　3.1 仿真模型2</p><p>　　3.2 模塊說明2</p><p>　　4 運行結果及

9、其分析2</p><p>　　4.1 運行結果分析2</p><p>　　4.2 系統(tǒng)瓶頸分析2</p><p>　　5 系統(tǒng)改善方案2</p><p>　　4.1 系統(tǒng)改善方案（I）3</p><p>　　4.2 系統(tǒng)改善方案（II）3</p><p>　　5 課程設計小結及體會

10、3</p><p><b>　　參考資料3</b></p><p>　　超市購物小推車仿真分析</p><p><b>　　1 研究背景和目的</b></p><p>　　以一個超市仿真模型展示仿真在服務業(yè)的應用。一家自選超市決定為顧客提供購物小推車，購物小推車方便攜帶物品，同時，容量較大的小推車

11、可以在潛意識中讓顧客采購更多的物品，填補購物車的空間。</p><p><b>　　1.1 研究的背景</b></p><p>　　一家自選超市決定為顧客提供購物小推車，以方便顧客購物并增加銷售額。但配置小推車需要一定的采購成本和維護成本，同時，小推車的存放和行走需要占用一定的商品擺放空間。</p><p><b>　　已知條件如下：

12、 </b></p><p>　　顧客到達時間間隔服從指數(shù)分布，均值1min；</p><p>　　顧客到達時，只要有空的小推車，就取一個進入超市；否則直接進入超市；有小推車的顧客購物時間為25~45min，購物金額在50~200元之間；而沒有小推車的顧客購物時間為5~15min，購物金額在00~80元之間；</p><p>　　顧客挑選完物品后，直接到出

13、口唯一的收銀臺交款，收款時間為1min；</p><p>　　顧客結賬后，小推車立即釋放以備后用；</p><p>　　超市每天營業(yè)12小時，一個月30天營業(yè)日。</p><p><b>　　1.2 仿真的目的</b></p><p>　　通過仿真來解決超市面臨的一個決策問題，即如何用盡可能少的成本（小推車），獲得最大的

14、銷售額。超市需要研究在配置20~60輛小推車的時候，超市一個月總的銷售額，小車數(shù)量增加到多少時銷售收入的增長不再明顯，以此來決定應該配置多少輛小推車比較合適。在確定最佳小推車數(shù)量后，識別系統(tǒng)瓶頸，并通過在仿真模型中增加服務臺或是制定排隊規(guī)則來進一步提高超市銷售額。</p><p>　　2 流程分析與仿真邏輯</p><p><b>　　2.1 流程分析</b><

15、/p><p>　　超市小推車模型中一般流程為：顧客到達超市，若超市有空閑的小推車則攜車進入，購物時間相對較長，購物金額相對較多；若是沒有小推車則直接進入超市購物，但會對顧客的購物行為產(chǎn)生一定影響。購物結束后，則到收銀臺排隊付款；付款結束的顧客，如有小推車則返還，沒有用小推車的顧客則直接離去。</p><p><b>　　2.2 仿真邏輯圖</b></p>&

16、lt;p>　　3 仿真模型及其模塊說明</p><p><b>　　3.1 仿真模型</b></p><p><b>　　初始模型A</b></p><p><b>　　3.2 模塊說明</b></p><p>　　1.create模塊</p><p&

17、gt;　　模型中采用create模塊來模擬顧客到達過程。設定為指數(shù)分布（exponential）,時間間隔是1min.</p><p>　　2.resource pool模塊</p><p>　　該模塊在Item庫中，用來模擬可以不用區(qū)分個體而更關心數(shù)量變化的資源群體，如本例中的小推車，設定初始數(shù)量為20.</p><p><b>　　3.Queue模塊&

18、lt;/b></p><p>　　需要將Queue模塊中的select queue behavior設置為resource pool queue。這個模塊用來模擬顧客占用小推車的動作。當顧客到達這個模塊時，處于排隊等待狀態(tài)，一旦所需要的推車可以獲得，那么隊列最前面的顧客就可以離開隊列，同時可用小推車的數(shù)量就減少一個。當顧客在購物時，這個小推車一直被占用。</p><p>　　4.re

19、source pool release模塊</p><p>　　用來模擬顧客釋放小推車。當顧客經(jīng)過這個模塊時，可以小推車的數(shù)量就會增加一個。</p><p>　　5.select item out 模塊</p><p>　　顧客需要根據(jù)可用小推車的數(shù)量來決定購物方式。Resource pool的L輸出端可以顯示當前可用推車的數(shù)量，用這個數(shù)量通過命名連線availab

20、le carts控制顧客走向。沒有獲得小推車的顧客走上面分支，獲得小推車的顧客走下面分支。這兩個分支的作用是為了設定不同購物時間和購物金額的分布函數(shù)。</p><p>　　根據(jù)select item out模塊中的get cart屬性值，來判斷顧客是否占用了小推車。如果占用了，就通過下面分支中的resource pool release模塊進行釋放；否則就直接通過上面分支離開超市。 </p><

21、;p><b>　　6.set模塊</b></p><p>　　set模塊用來設定顧客的屬性。這里設定了3個屬性：shopping time表明購物時間；shopping value表明顧客的購物金額；get cart表明是否獲得了小推車。對于沒有獲得小推車的顧客get cart取值為0，獲得小推車的顧客取值為1.這個屬性將在顧客離開超市時用來判斷是否需要釋放小推車。</p>

22、<p>　　7.random模塊</p><p>　　這是一個隨機數(shù)發(fā)生器模塊，位于value模塊用來設定不同的隨機分布。本例中，用來設定不同類型顧客的購物時間和金額的分布函數(shù)。</p><p>　　8.activity模塊</p><p>　　無論是否占用小推車，顧客都需要在超市中停留一段時間，并有不同的購物支出。顧客在超市中的停留時間是通過acti

23、vity模塊中的delay時間設置的。因為每個顧客的購物時間不同，那個延遲時間就有每個顧客的shopping time 屬性來決定。Maximum </p><p>　　Items in activity設定為infinity。</p><p>　　顧客采購后，需要到收銀處交款，所以這個行為可以通過一個隊列和一個activity模塊來完成。Activity 模塊中Maximum Items

24、 in activity設定為1，表明只有一位收銀員。</p><p>　　9.get模塊和holding tank模塊</p><p>　　get模塊位于Item模塊庫中，用來讀取顧客的屬性值。這里我們讀取每個顧客的shopping value屬性值。</p><p>　　Holding tank 模塊位于value模塊庫中，用來對輸入進行加總，本例中用來統(tǒng)計所有

25、顧客購物金額的總和。</p><p>　　4 運行結果及其分析</p><p>　　對小推車從20—60分別進行仿真，對于每個特定的資源數(shù)各運行5次，記錄每次運行結果，以其平均值作為資源n的平均結果</p><p>　　4.1 運行結果分析</p><p>　　照此方法運行20-60之間的資源數(shù)，運行5次，由于隨機種子的原因，每次得到的數(shù)據(jù)都

26、不同，取每次的平均值。以小推車的數(shù)量和對應運行5次取平均值可得：</p><p>　　小推車數(shù)量從20到60不斷增加的時候，銷售額是隨著其數(shù)量的上升波動增加的，在這段數(shù)據(jù)區(qū)域中，在小推車數(shù)量為57時達到了銷售額的最大值2124768。</p><p>　　4.2 系統(tǒng)瓶頸分析</p><p>　　在小推車的數(shù)量為57時，銷售額達到了最大，再增加小推車的數(shù)量，銷售額的

27、數(shù)量增長不再明顯?？紤]到系統(tǒng)中收銀臺資源只有一臺，此處制約了顧客和小推車的釋放速度，從而影響總銷售收入和整個超市的運營，故收銀臺為系統(tǒng)的瓶頸資源。</p><p><b>　　5 系統(tǒng)改善方案</b></p><p>　　為進一步提高系統(tǒng)性能，解決系統(tǒng)瓶頸問題，使得超市的銷售額有顯著的增加，有以下兩種改進方案增加收銀臺和制定排隊策略。 </p>&l

28、t;p>　　5.1 系統(tǒng)改善方案（I）</p><p>　　增加收銀臺的數(shù)量，此處增加一個收銀臺，并設置排隊規(guī)則。平衡輸出，顧客優(yōu)先選擇隊列長度較短的隊列接受服務，優(yōu)化系統(tǒng)性能。</p><p><b>　　改進模型B</b></p><p>　　選取代表性數(shù)據(jù)與初始模型A數(shù)據(jù)進行比較，如表1-1</p><p>

29、<b>　　表1-1</b></p><p>　　從表中可以清楚的看出，增加收銀臺和設定排隊規(guī)則后，在既定的模型條件下，超市購物的總銷售額明顯增加了，提高了系統(tǒng)性能，優(yōu)化了模型，是一種可行的方法。</p><p>　　5.2 系統(tǒng)改善方案（II）</p><p>　　設定到達的顧客75%需要推車，25%不需要推車。然后再進行顧客需要小推車則推車

30、購物，沒有小推車時直接手持購物的選擇；不需要小推車的顧客則直接手持購物。將小推車物盡其用，分配給有需求的顧客，增加利用率的同時，提高系統(tǒng)性能。</p><p><b>　　改進模型C：</b></p><p>　　與模型A，模型B相比，本模型也許并沒有明顯的銷售收入增加。那是因為與模型A、B相比，模型C跟貼近實際，對顧客群進行了細分。考慮到不同顧客具有不同的需要，有的

31、顧客需要小推車，有的顧客則只需直接手持購物，將小推車充分分配給需要的顧客，物盡其用，在提高小推車利用率，降低成本，增加顧客滿意度的同時，提高了整個超市的運營效率及利潤的獲得，是較客觀的一種方法。</p><p>　　5 課程設計小結及體會</p><p>　　經(jīng)仿真運行可知，由于隨機種子的存在每次運行結果都不一樣，取多次運行平均值作為結果評價，發(fā)現(xiàn)當小推車的數(shù)量增至一定數(shù)量時，總銷售額的增

32、加不再明顯，遇到了系統(tǒng)瓶頸。</p><p>　　可以通過增加收銀臺數(shù)量和指導排隊規(guī)則來改善系統(tǒng)性能，經(jīng)多次運行發(fā)現(xiàn)，增加服務臺后，銷售收入明顯高出了只有一個收銀臺的情況。</p><p>　　在進行排隊規(guī)則的制定后，由數(shù)據(jù)結果可知，在增加收銀臺的基礎上進一步提供了系統(tǒng)性能，銷售收入進一步增長。</p><p>　　運行出的數(shù)據(jù)結果做出的圖形呈波動上升趨勢，由于隨機

33、種子的存在導致了這種現(xiàn)象的發(fā)生。</p><p>　　對顧客是否需要小推車進行分類，以一定的概率來確定，如25%不需要小推車，75%需要小推車，在這種情況下進行仿真，進一步提高小推車的效用，增加了模型的靈活性，在聯(lián)系客觀實際的基礎上增強了模型的可行性，如果考慮小推車的成本及其他因素的情況下，從利潤角度，優(yōu)化了模型。</p><p><b>　　體會：</b></

34、p><p>　　我在做小推車模型時，剛開始很茫然，但是后來經(jīng)過對整個模型邏輯的理解，認真研究推車模型的運行條件如總運行時間的確定等屬性后對于各個模塊屬性進行了設置。然后遵循初始條件，細心觀察。比如購物時間，購物金額是服從均勻分布，這都要在屬性里進行設置的，才是將具體實際抽象到模型中去。我們在建立模型時很容易忽略一個問題，只注意著模型要包括哪些模塊，如此之類的，忽視了要對總運行時間與時間單位進行設置。如run/simu

35、lation setup/end time.如果沒有對此處進行設置，系統(tǒng)默認的是1000，而本例中應是21600，就會導致運行結果較小，后來檢查整個模型后才發(fā)現(xiàn)是這個問題，所以首先要確定好全局參數(shù)，進行總體把握。也就是我們通常所說的做事情的大前提或者是基本條件。</p><p>　　經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)總銷售額在小推車數(shù)量增加到一定數(shù)量后變化不太明顯。于是要進行系統(tǒng)優(yōu)化。優(yōu)化的方式可以增加收銀臺的數(shù)量及排隊規(guī)則制定

36、，優(yōu)先選擇隊列較短的收銀臺接受服務。這樣可以提高小推車的利用率，并加快顧客和小推車的釋放速度，從而提高銷售額。經(jīng)過改進也確實取得了期望的銷售額。</p><p>　　聯(lián)系生活實際，對顧客群體進行劃分，即顧客細分，有些顧客群不需要用小推車，如果將不需要那部分所占用的資源，全部用于有需求的顧客，則可以增加系統(tǒng)運作效率，從而在滿足顧客需求和提高小推車利用率的同時，促進銷售額的提高。</p><p&g

37、t;　　總的來說，整個課程設計不僅讓我們再次熟悉了Extendsim及其基本模塊，也培養(yǎng)了我們做事要有全局觀，需考慮周到認真細致的好習慣，最重要的是進一步了解如何分析分攤，通過數(shù)據(jù)圖表來進行深入分析，并透過現(xiàn)象看本質(zhì)，如何聯(lián)系生活實際并抽象出邏輯模型運用于仿真，從而尋找解決問題的方法，這一點才是課程設計的意義，也相信這一點會讓我們以后思考、解決問題時更有針對性更準確。 </p><p><b>　　參考

38、資料</b></p><p>　　Law A M，Kelton W D .仿真建模與分析（英文版）【M】.第三版，北京：清華大學出版社，2000.</p><p>　　張曉萍.物流系統(tǒng)仿真原理與應用【M】.北京：中國物資出版社，2005.</p><p>　　雋志才，孫寶風.物流系統(tǒng)仿真【M】.北京：電子工業(yè)出版社，2007.</p>&l