物流配送企业业务流程建模与仿真系统

物流配送企业业务流程建模与仿真系统张同亮交通部物流工程研究中心物流配送中心的职责是为下游客户提供物流配送的服务，其服务能力是衡量其规模的主要指标。

物流配送中心的出库，入库，拣选，装卸，配送等作业活动都存在着一定的能力约束。

由于能力有限，超出能力范围的配送计划和订单将无法完成。

影响配送中心服务能力的因素是复杂多样的，有外部的因素和内部的因素。

外部的因素来源于上下游客户之间的影响。

内部的因素主要是自身资源配置，技术能力等制约因素。

有一些因素是直接影响因素，有一些是间接影响因素。

多因素影响效果难以定量计算，难以精确的建立数学模型。

通过仿真的方法，多次重现流程的运行现状。

动态修改资源配置，达到优化流程效率的目的。

物流配送的业务流程是多个业务操作的组合，开发灵活的物流企业流程建模和仿真工具是实现对物流配送企业流程管理的重要手段。

通过深入研究现代物流企业业务和作业流程，将业务流程模块化。

在系统内建立物流企业流程的绩效标准。

物流企业使用系统提供的模块建立自己的流程，通过仿真的方法考察流程的效率和绩效评价，发现流程内的瓶颈，改进业务流程。

为企业流程再造提供决策数据支持。

1业务流程描述从国内外现代物流业的发展来看，大多数物流企业都是从传统的仓储和运输企业转型发展而来的，如日本的NKY，近铁，美国的UPS，英国的NFC，我国的中外运，中海，中储等。

物流企业无论是自己承担物流服务还是提供物流方案的物流服务，物流环节的专业化作业流程是物流企业的核心业务或核心服务。

物流企业的基本作业流程可以描述如下：货物达到仓库后，经“进货”作业确认首先货品后依序将货品“存储”入库。

然后为在库货品进行良好的保护管理，进行定期或不定期的“盘点”检查。

当客户订单到来后，首先根据订单的性质作“订单处理”，然后依据处理后的性或信息进行“拣货”作业。

从仓库拣出的货品经过整理后可以“出货”作业。

司机将出货品装上配送车，给客户进行“配送”。

发现所剩货品余量低于安全量，必须进行“补货”作业。

在所有作业流程中，都离不开“搬运”的活动。

物流企业的典型作业流程图如图1所示。

图1 典型物流企业基本作业流程图2 系统总体设计对于物流企业业务流程建模和仿真系统，目前有两种解决方法：1）以通用语言编程方法完成相应的建模、仿真和结果分析工作.采用此方法要求使用人员的编程能力较强，不仅会建模，而且要用程序准确地表示出来，工作量大、模型调试困难，模型的通用性、适应性和可借鉴性较差.2）在采用通用流程仿真软件的基础上进行二次开发.采用此种方法，建模人员不需要编写初始程序，只需要对自身开发的模型予以调试，从而使研究人员把精力更多地放在系统研究、模型建立、参数确定等重要工作上，而且模型完成后，便以推广和交流。

在通用流程仿真软件基础上进行二次开发是实现物流企业业务流程仿真系统的最佳途径。

通过对多个流程仿真软件的比较，选择ExtendSim作为物流企业业务流程建模和仿真系统的支撑平台，所形成的仿真系统体系结构如图2所示.仿真模型生成器：其功能是从过程模型中抽取与仿真相关的定义，滤掉模型中有关分布性的信息，在此基础上补充进用户定义的仿真参数，生成仿真模型。

仿真引擎：虚拟运行环境中的核心部件，其功能是执行流程仿真由执行模块、发生器模块、延迟模块和队列模块组成。

仿真过程中，仿真引擎将模拟活动的执行，推进过程实例，收集仿真数据。

典型流程库：为用户提供典型流程初始化实例，以简化仿真初始化过程。

资源模型库：提供仿真过程中可使用或调用的资源数据。

仿真执行时资源库的修改变化不会影响流程模型中原有的资源数据。

仿真模型库：为用户提供一些典型仿真模型，便于模型的修改或重复使用。

仿真数据库：记录、积累仿真轨迹和仿真数据，以进行仿真分析。

图2物流业务流程建模与仿真系统体系结构其中，ExtendSim的内部编程语言是类似C语言的ModL语言，通过该语言，针对不同功能开发出一定数量的模块，并予以封装，形成适于不同物流企业流程的ExtendSim 模块库.针对物流企业业务流程和作业流程的特性，运用ExtendSim 模块库中的模块所具备的可重用性，构建物流企业业务流程专用模块库.在这两类模块库的共同作用下，形成物流业务流程的仿真环境，结合评估目标，输入对应的参数，形成仿真结果并予以输出。

物流企业业务流程数字化仿真平台体系结构如图3所示，在仿真运行环境中，用户可以自定义仿真参数，设置仿真变量，如选择随机变量的分布类型，定义其参数等。

同时，还可以动画显示仿真过程、输出仿真报表，在分析与评价的基础上，实施业务流程再造。

图3 物流业务流程仿真平台体系结构实现3 物流企业业务流程建模仿真系统组成如图1所示。

根据物流企业业务流程中货物流动的顺序，将物流企业的业务流程划分为若干个功能模块，分别对这些业务流程模块进行仿真建模。

在构建的功能模块基础上，物流企业根据自身业务实际，使用系统提供的模块工具来搭建自己的业务模型。

通过多次仿真来发现现有流程中的瓶颈。

动态优化企业资源配置，达到提高效率，降低企业运行成本的目的。

根据典型配送物流企业的作业流程，将作业流程中的重要功能部门分为10个模块。

各个模块的描述如下：（1）验货流程模块。

在供应商的货物到达配送中心仓库后，要对到来的货物进行验货作业。

验货人员根据供应商的单据清点货物，检查货品数量和名称是否有误。

检查货物的外包装是否完整。

检验合格的货物入库，不合格或者错误的货品退回供应商。

（2）入库流程模块。

验货合格的货品入库。

给货品贴上条码，信息录入到仓库管理系统。

整个过程需要一定的操作时间。

在入库中，需要根据货品的性质指定货位，分为仓储型货位和临时性货位。

货位的位置决定了入库作业的时间。

（3）订单发生模块。

在配送型物流企业中，下游订户订单是驱使整个企业运行的动力。

一个配送物流企业负责多个客户的货物配送，下游客户的订单包含的信息有1）订单编号；2）订单发出单位；3）需求内容（商品名称）列表；4）每种商品的数量。

配送中心每天收到的订单数量服从某种分布（默认为泊松分布）。

相继两个订单到达时间间隔服从指数分布。

客户订单中商品的品种和数量服从某一均值的正态分布。

（4）订单处理模块。

在客户订单到来后，配送中心首先处理订单。

对应仓库管理系统，察看当前库存能否满足订单的要求。

如果库存充足，则立即履行订单，同时在数据库中货物的库存量减少订单的需求量。

如果库存量小于订单的需求量，向供应商订货。

与客户进行协商，客户同意部分配送的情况下，为客户进行部分配送。

若客户不同意，会造成飞单。

（5）货物拣选模块。

在确定订单可以满足时，立即履行订单。

如果当前拣选设备和人员闲置，立即拣选作业。

如果当前没有闲置设备，将拣货单置于排队。

待处理的订单进入等待队列。

拣选机械处理拣选货物需要一定的时间。

一个订单中包含的货物总数量决定了该订单拣选作业的时间。

（6）车辆配送模块。

在拣选机械为订单拣选配货后，需要根据客户的地理位置将多个订单的货物集中配货。

计算每个订单的货物量，如果能够装满一车最好。

能否及时配送取决于两个方面：1）停车场内有闲置的车辆；2）配送中心仓库的作业点站台为空。

如果这两个条件都满足，则开始装货并确定装车所需要的时间。

一箱货物装车需要时间为固定时间（比如1分钟）。

不同型号的车由于装货量不同，装车时间不同。

在一条线路上的客户的订单拣货后，为相同线路的客户集中配送将是经济有效的方法。

（7）配送中心车辆调度模块。

配送中心的车辆分为自有车辆和社会租赁车辆。

自有车辆完全听从调度中心的调遣。

自有车辆的行为分为停在停车场和在途运输。

在自有车辆不能完成订单配送任务时，调度中心需要向社会租赁车辆。

但是所租赁的车辆具有不确定性。

在发出租赁请求时，租赁车辆的响应时间是在某一个范围内的随机数。

还有一种情况是不能租赁到车辆，该种情况在实际运行中占据一定的比率。

货物的配送只有在停车场有车的情况下才能完成。

如果在自有运力不足情况下，租赁的车辆能否按时到达将是关键的因素。

如果拖延时间或者不能达到，将不能按时完成客户的订单。

（8）订货量预测模块。

在物流企业运行中，满足客户订单和减少库存是评价企业运行性能的重要指标。

订货量是决定配送企业订单满足率和库存量的重要数据，订货量不足，很难满足下游客户的订单，造成客户的流失。

订货量太大，造成库存量大，库存成本增加。

订货量预测模块就是在下游客户订单量历史数据基础上预测订货量。

（9）车辆租赁预测模块。

车辆是配送流程中重要资源，配送中心除自有车辆外，往往通过购买社会运力来满足配送的需求。

车辆预测模型的目的是向社会运力预定车辆，防止在临时有配送任务时无法获得车辆，因而造成配送困难。

根据历史数据来预测不同时间段所需的配送车辆数，提前向社会运力预订车辆将会缓解因为车辆不足而造成的配送不及时的问题。

（10）优化模块。

物流企业的资源配置是决定其服务能力的重要因素。

在物流业务流程中，制约的资源有多种多样，如车辆，人员，拣选设备，库位排列等。

物流企业的运行中要求达到多个条件的优化，如订单满足率最高，库存最小，经济效益最大，成本最低等。

同时优化资源配置和目标最优是多目标优化的问题。

遗传算法和粒子群算法是解决该类问题的有效方法。

4 结语物流企业业务流程是多因素制约的过程。

难以准确的建立数学模型。

通过仿真的方法重现整个流程或者局部流程的活动，动态修改流程内的作业方式和资源配置。

达到发现制约企业运行效率的瓶颈，降低企业运行成本的目的。

本系统是在ExtendSim仿真软件基础上进行二次开发。

建立物流企业作业流程中的重点作业点的仿真模型，使整个流程的仿真建模更加灵活。

企业可以根据自身实际情况，搭建模型，评价现有流程的性能，发现企业运行中的制约环节。

为企业改造和业务流程再造提供有效的支持。