p垃圾回收物流仿真系统设计.doc

p垃圾回收物流仿真系统设计802020年4月19日资料内容仅供参考，如有不当或者侵权，请联系本人改正或者删除。垃圾回收物流仿真系统设计1垃圾回收物流系统介绍城市某一区域, 共有7个居民小区, 每个小区有一个固定垃圾投放处, 两个垃圾箱分别投放完全废弃垃圾和可回收利用垃圾; 每天有专门公司( 垃圾处理公司) 派运输车收集垃圾, 将垃圾从居民区运送之中转站, 再由中转站运至目的地垃圾处理中心。仿真程序研究如何设计物流系统, 能够使收集系统在满足时间约束、 载重约束的条件下, 使垃圾处理公司的物流总成本最低。系统配置的项目主要有车辆载重量、 随车工作人员数、 客户满意度。2数据信息 仿真系统涉及的数据信息如下: ( 1) 地理及需求信息各个收集点所有的人口数、 距离垃圾转运站、 公司停车场的距离信息如表一所示。各收集点之间以及停车场和转运站之间的距离信息如表二所示。表一 收集点信息收集点名称收集点居民数people(i)(千人)距离停车场距离distance(ip)( km) 距离垃圾转运站距离distance(it)(km)Dump0011.5616Dump0021.451627Dump0031.652624Dump0041.853836Dump0051.42826Dump0062.051614Dump0071.6108表二 点间距离路径起点路径终点距离( km) 符号Tran_stationCorp park11Distance(pt)Dump001Dump00210Distance(12)Dump002Dump00310Distance(23)Dump003Dump00412Distance(34)Dump004Dump00510Distance(45)Dump005Dump00612Distance(56)Dump006Dump0076Distance(67)( 2) 与收集车辆有关的信息 固定成本price(i): 收集车辆的购买费用; 可变成本cost(i): 车辆的行驶费用、 维护费用和雇员工资; 行驶速度: 分为空车行驶速度unloadspeed(i)和载重行驶速度loadspeed(i); 收集时间loadtime(i): 在垃圾收集点收集垃圾所需的时间 卸载时间unloadtime(i): 在转运站卸载垃圾所需的时间具体信息如表三所示: 表三 收集车辆信息车辆名称载重t固定成本万元可变成本元/km载重速度km/h空载速度km/h人员人人员工资元/天.人收集时间min卸载时间min车1X12+ X1X16072P1603+y*6/ P13+ X1*6/ P1车2X22+1.2* X2X26072P2602+y*8/ P22+ X2*6/ P2说明: 车1用来收集不可回收垃圾; 车2用来收集可回收利用垃圾; X1, X2为现有两种车的吨位数, X1取值: 3, 4或5吨; X2取值: 1.5; 2; 2.5; y为每次收集的垃圾量, 单位-吨; P1, P2为两种车可配备的随车工作人员数( 能够是1, 2, 3) 。( 3) 与垃圾相关的信息 人均垃圾量: 平均每人每天产生的垃圾数量 垃圾比例: 各种垃圾成分所占比例假设人均垃圾量服从均值为1.2kg/天的埃尔郎分布, 垃圾成分分为两类: 一类为可重复利用资源, 一类为无用需销毁垃圾, 两者比例为1: 2。( 4) 收集垃圾的成本函数现在假设仿真一年365天的垃圾回收工作, 决定两种型号的车配置何种吨位以及随车工作人员数, 垃圾回收物流成本( Total Logistic Cost, TLC) 最低。TLC=车1成本车2成本车I所耗成本=I的固定成本+I的可变成本+I的服务时间成本+I的人员成本即: TLC=CC1+CC2CCi=Xi+Vi+Si+Pi*365*60Si=(runtimei-240)*mSi为垃圾回收的服务时间成本, m为收集时间对服务时间成本的惩罚因子。垃圾回收公司在十二点之前收集完毕, 社会效应好, 给予奖励; 在十二点后完成, 社会满意度低, 影响公司信誉, 成本增加。runtimei为垃圾车将垃圾全部回收完成的最终时间, 也即垃圾车每天的运行时间; 3系统逻辑结构此垃圾回收物流系统的逻辑结构分为四个字模块: 垃圾产生模块、 叫车模块、 收集模块、 收工模块、 数据处理模块。( 1) 垃圾产生模块 每天收集工作开始时, 系统根据小区的人数、 人均垃圾量、 两种垃圾量的比例, 经过爱尔朗随机分布函数, 随机产生各个小区的两种垃圾数量, 分别存放入各个小区的两个垃圾箱内。( 2) 叫车模块 在垃圾存放入各个小区的两个垃圾箱过程中, 根据每种垃圾的总量以及每种垃圾车的载重量, 生成叫车的次数。( 3) 收集模块 叫车次数确定之后, 车辆根据需求, 沿着最短路径依次收集垃圾。在收集过程中, 在一个垃圾点, 如果垃圾车收集满了或当天的收集工作全部完成, 车辆驶向垃圾中转站, 进行卸载操作; 如果垃圾车未满, 则驶向下一最近垃圾收集点继续收集。( 4) 收工模块 当天的收集工作全部完成之后, 车辆驶向公司停车场, 当天收集工作完毕。( 5) 数据处理模块 每天车辆收工时, 4仿真模型的建立根据系统逻辑结构和数据信息, 我们建立具有7个垃圾收集点、 一个垃圾转运站的WITNESS垃圾回收仿真模型。具体步骤如下: （1） 元素定义Difine建立仿真模型时, 首先定义仿真模型中所需的元素, 并设计它们的可视效果。我们将设计的元素分为两类实体元素和逻辑元素, 名称如下。表四 实体元素列表: 元素名称类型说明dumpa(1) dumpa(7)Part七个小区不可回收的垃圾dumpb(1) dumpb(7)Part七个小区可回收利用的垃圾dumpcart(1)Vehicle专门回收dumpa的垃圾回收车dumpcart(2)Vehicle专门回收dumpb的垃圾回收车buffera(1) buffera(7)Buffer各小区不可回收垃圾的垃圾箱bufferb(1) bufferb(7)buffer各小区可回收利用垃圾的垃圾箱CorpparkTrack公司停车场, Transfer_stationBuffer垃圾转运站road(i, j)Track由节点实体i向节点实体j方向的道路road(j, i)track由节点实体j向节点实体i方向的道路Geta(1)geta(7)Track车辆将经过它们来进行垃圾a的回收Getb(1)getb(7)Track车辆将经过它们来进行垃圾b的回收表五 逻辑元素变量列表: 变量名称类型说明people(7)integer各小区的居民数量capacitycart(2)integer两种垃圾车每次可收集的垃圾数量, 即载重量ndemand(2)integer每天对两种垃圾车的需求次数labor(2)integer两种垃圾车的随车工作人员数SalaryReal工作人员每天工资price(2)Real两种垃圾车的购买价格costrate(2)Real两种垃圾车的运行费率unloadspeed(2)Real两种垃圾车的空载速度loadspeed(2)Real两种垃圾车的实载速度loadnum( 2) integer两车辆到达垃圾收集点可收集的垃圾数量nfree(2)integer两车辆剩余载重能力Nparts7)integer每一垃圾收集点在特定仿真时点剩余垃圾量loadtime(2)Real两车辆收集垃圾所需的时间unloadtime(2)Real两车辆卸载垃圾所需的时间runtime(2,3)Real存储车辆的时间参数, runtime(k,1)存储仿真钟的当前数值, runtime(k,2)存储车辆k在当天的运行时间, runtime(k,3)存储车辆k在仿真过程中总的运行时间TimeweighReal时间惩罚因子timecost(2)Real时间惩罚成本sumcostReal目标函数objfun中用于统计系统运行的总费用 定义一个实数型逻辑函数objfun(), 用于计算和统计系统运行一年365天所花费的总费用。（2） 元素显示display各个元素的显示设置如下图所示。（3） 元素详细设计在该子模块中定义随着仿真钟的推进, 装载垃圾的逻辑条件。该系统的工作班次制度采用每天工作8小时, 每一仿真时间等价于现实时间一分钟。为了实现系统的仿真运行, 需要对系统中的元素进行详细设计。具体设计如下: a 系统初始化程序设计( initialize actions) personum (1) = 1.5personum (2) = 1.45personum (3) = 1.65personum (4) = 1.85personum (5) = 1.4personum (6) = 2.05personum (7) = 1.6 !给各小区的人数赋初值, 单位: 千人FOR num = 1 TO 7meandump (num) = 1.2 * personum (num) * 1000NEXT!分别生成每天七个小区产生垃圾的均值set capacity of dumpcart1 to capacitycart(1)set capacity of dumpcart2 to capacitycart(2)!分别设定两个车辆的载重量, 由变量数组capacitycart(1)和capacitycart(2)决定。unloadtime = 0 !卸载时间FOR num = 1 TO 7moddemanda (num) = 0 moddemandb (num) = 0 !决定叫车次数的变量NEXTFOR num = 1 TO 4roadchoicea (num) = 0 roadchoiceb (num) = 0 !最短路径控制变量NEXTFOR num = 1 TO 3runtimea (num) = 0runtimeb (num) = 0 !车辆运行时间控制变量NEXTintervaltime = 1440 !每天的分钟数timeweigh = 5 !时间惩罚因子laborneeda = 1laborneedb = 1 !两辆车随车工作人员数!对变量赋初始值b各个小区垃圾的详细设计垃圾元素详细设计表NameFirst arrivalInter arrivalLot sizeToDumpa10.00011440ERLANG (meandump (1) / 3,3,1)PUSH to buffera1Dumpa20.00021440ERLANG (meandump (2) / 3,3,2)PUSH to buffera2Dumpa30.00031440ERLANG (meandump (3) / 3,3,3)PUSH to buffera3Dumpa40.00041440ERLANG (meandump (4) / 3,3,4)PUSH to buffera4Dumpa50.00051440ERLANG (meandump (5) / 3,3,5)PUSH to buffera5Dumpa60.00061440ERLANG (meandump (6) / 3,3,6)PUSH to buffera6Dumpa70.00071440ERLANG (meandump (7) / 3,3,7)PUSH to buffera7Dumpb10.00011440ERLANG (meandump (1) / 3,3,8)PUSH to bufferb1Dumpb20.00021440ERLANG (meandump (2) / 3,3,9)PUSH to bufferb2Dumpb30.00031440ERLANG (meandump (3) / 3,3,10)PUSH to bufferb3Dumpb40.00041440ERLANG (meandump (4) / 3,3,11)PUSH to bufferb4Dumpb50.00051440ERLANG (meandump (5) / 3,3,12)PUSH to bufferb5Dumpb60.00061440ERLANG (meandump (6) / 3,3,13)PUSH to bufferb6Dumpb70.00071440ERLANG (meandump (7) / 3,3,14)PUSH to bufferb7垃圾名称*一天的分钟数Meandump为经过各小区人数计算出来的变量数组决定垃圾的存放*决定每天各个小区的垃圾依次产生, 以便于生产叫车次数。C运输车辆详细设计NameUnload speedLoad speedtoDumpcart11210PUSH to corppark(1)Dumpcart21210PUSH to corppark(2)车辆名称空载速度( km/min) 实载速度生成时, 放入公司停车场的车位D当垃圾放入垃圾箱时的活动, 也即每个垃圾箱的”actions on input”中的程序元素buffera1IF MOD (NPARTS (buffera1),cartcapacity(1) = 1 CALL dumpcart1, get1, road7_t, 1 VSEARCH road0_1, corppark, road1_2, road1_0, road2_3, road3_4, road4_5, road5_6, road6_5, road6_7, road7_t, roadt_7, road1_0, road3_6, road6_3, road7_0, road0_7, road2_1, geta1, geta2, geta3, geta4, geta5, geta6, geta7, getb1, getb2, getb3, getb4, getb5,getb6,getb7ENDIFmoddemanda (1) = MOD (NPARTS (buffera1),cartcapacity(1)程序解释: 第一行: 判断当buffera1中的垃圾的数量同车辆1的载重量取余为1时, 发生ifendif之间的活动; 第二行: 叫车dumpcart1, 该车将在路径get1上装载垃圾, 在路径road7_t上卸载垃圾, 优先级为1; 第三行至第五行: 在所有路径上搜索车辆dumpcart1; 第七行: 汇总非整车垃圾的数量, 带到buffera2中继续计算并叫车。Buffera2buffera7的”actions on input”中的程序如下: IF MOD (moddemanda (i-1) + NPARTS (buffera(i),cartcapacity1) = 1 CALL dumpcart1,geta(i),road7_t,0 VSEARCH road0_1, corppark, road1_2, road1_0, road2_3, road3_4, road4_5, road5_6, road6_5, road6_7, road7_t, roadt_7, road1_0, road3_6, road6_3, road7_0, road0_7, road2_1, geta1, geta2, geta3, geta4, geta5, geta6, geta7, getb1, getb2, getb3, getb4, getb5,getb6,getb7ENDIFmoddemanda (i) = MOD (moddemanda (I-1) + NPARTS (buffera(i),cartcapacity1)i表示本垃圾箱的序号, 为2, 3, 4, 5, 6, 7; 第一行: 将其上一个垃圾箱的非整车垃圾数量同本垃圾箱中的垃圾数相加, 然后与车辆一的载重量取余, 当结果为1时, 叫车。 垃圾箱bufferb1bufferb7的”actions on input”同垃圾箱buffera1buffera7的”actions on input”处理逻辑完全一样, 只需要将buffera改为bufferb、 dumpcart1改为dumpcart2、 moddemanda改为moddemandb、 geta改为getb即可。E两点间运输路径上的程序设计下面以road2_3为例, 加以说明其逻辑流程。其它路径类似, 能够在路径的general detail 中的output to中加以查看。IF VEHICLE (road2_3,1) = dumpcart1IF NPARTS (buffera3) 0PUSH to geta3(1)ELSE PUSH to road3_4ENDIFELSEIF VEHICLE (road2_3,1) = dumpcart2IF NPARTS (bufferb3) 0PUSH to getb3ELSE PUSH to road3_4ENDIFELSE WaitENDIF第一行到第六行: 决定车辆dumpcart1到达路径road2_3末端时, 它的运行路径。如果此时垃圾箱buffera3中有垃圾, 则车辆dumpcart1驶向路径geta3, 进行垃圾收集( 第二行到第四行) ; 如果垃圾箱buffera3中没有垃圾, 则车辆dumpcart1驶向路径road3_4。第七行到第十二行: 决定车辆dumpcart2到达路径road2_3末端时, 它的运行路径。如果此时垃圾箱bufferb3中有垃圾, 则车辆dumpcart2驶向路径getb3, 进行垃圾收集( 第八行到第十行) ; 如果垃圾箱bufferb3中没有垃圾, 则车辆dumpcart2驶向路径road3_4。 如果是其它情况, 等待( 第十三行到第十四行) 。F路径get系列的设置在Get系列( Geta1geta7, Getb1getb7) 路径中设置车辆的装载( loading) 程序和条件, 它们的设定以及程序的处理流程基本相同, 下面举geta2加以说明。其中装载数量( loadnum) 和装载时间(loadtime)在general detail页的actions on front中设定; 装载程序和条件在loading detail页中进行设定。General detail页的actions on front程序如下: IF NFREE (dumpcart1) = NPARTS (buffera2) loadnum = NPARTS (buffera2)ELSEloadnum = NFREE (dumpcart1)ENDIFloadtimea (1) = 3 + loadnum / 1000 * loadindexa / laborneedadayloadtimea = dayloadtimea + loadtimea (1)程序解释: 第一行至第五行: 如果车辆dumpcart1的空余容量NFREE(dumpcart1)不小于垃圾箱buffera2中的垃圾数量, 则收集数量loadnum为垃圾箱buffera2中的所有垃圾; 否则, 收集数量loadnum为车辆的空余容量。第六行: 计算本次收集所需的时间loadtimea(1), 它是本次垃圾收集量、 随车工作人员数以及收集时间系数的函数。下面的图形是路径geta2中的loading detail页的设定。在选中loading enabled( 能够装载) 前的复选框后, 将会出现该界面上的其它内容。Transfer Mode( 装载模式) 有三种: if、 call、 always。我们选择条件模式if, 在条件condition:框中输入条件表示式NPARTS(buffera2)0, 即当垃圾箱buffera2中的垃圾数量大于零时, 能够装载; 装载数量等于Quantity to框中的变量loadnum的值; 装载的时间需要Time to Load框中的变量loadtimea(1); 装载的源在Input Loading Rule规则中进行设定, 为”PULL from buffera2”, 从垃圾箱buffera2中收集。Groad7_t的设定 车辆每次到达路径road7_t的末端时, 都要进行卸载处理, 因此对路径road7_t的详细设计项目包括卸载所需的时间, 卸载模式等。General detail页的actions on front 中设定卸载所需的时间, 程序如下: IF VEHICLE (road7_t,1) = dumpcart1 unloadtime = 3 + 6 * NPARTS (dumpcart1) / 1000 / laborneedadayunloadtimea = dayunloadtimea + unloadtimeELSEunloadtime = 2 + 6 * NPARTS (dumpcart2) / 1000 / laborneedbdayunloadtimeb = dayunloadtimeb + unloadtimeENDIF程序解释: 第一行至第三行, 根据函数VEHICLE()的结果, 如果到达车辆是dumpcart1, 就经过车辆dumpcart1中所装载的垃圾数量NPARTS (dumpcart1)、 车辆dumpcart1的随车工作人员数laborneeda来确定卸载时间unloadtime (第二行), 然后统计车辆dumpcart1的总的卸载时间dayunloadtimeb (第三行)。第四行至第七行, 否则, 也就是到达的车辆是dumpcart2, 就经过车辆dumpcart2中所装载的垃圾数量NPARTS (dumpcart2)、 车辆dumpcart2的随车工作人员数laborneedb来确定卸载时间unloadtime(第五行), 然后统计车辆dumpcart2的总卸载时间dayunloadtimeb (第六行)。 下图是路径road7_t设置中的另一项内容, 就是车辆卸载的相关内容。 在选中Unloading Enabled( 能够卸载) 前的复选框后, 该页面上的其它选项将能够被用户设置。卸载模式( Transfer Mode) 也有三种模式if、 call、 always, 我们选择模式always, 只要车辆到达路径road7_t的末端, 就进行卸载活动。卸载数量Quantity to 设定为All, 就是卸载车辆上的所有垃圾。卸载时间Time to设定为变量unloadtime, 决定本次卸载所需要的时间。停车Park设定为公司停车场corppark, 决定在当天回收任务完成后, 车辆泊放的位置。卸载到什么地方, 将由”output unloading rule”中的程序决定, 程序为: push to ship, 将所有垃圾送出系统。（4） 数据处理子模块每天车辆完成收集工作完成后, 驶向垃圾处理公司停车场停泊时, 都将进行一些数据统计和处理活动。这些程序写在路径road7_0的”Actions on Front”中, 程序及其说明如下: IF VEHICLE (road7_0,1) = dumpcart1 IF NDemands (dumpcart1) = 0 runtimea (1) = TIMEruntimea (2) = runtimea (2) + 1runtimea (3) = runtimea (1) - 1000 * (runtimea (2) - 1)timecosta = timecosta + timeweigh * (runtimea (3) - 240)daydistance = DISTANCE (dumpcart1) / 10 - lastdaydistancelastdaydistance = DISTANCE (dumpcart1) / 10dayunloadtimea = 0dayloadtimeb = 0ENDIFELSEIF VEHICLE (road7_0,1) = dumpcart2 IF NDemands (dumpcart2) = 0 runtimeb (1) = TIMEruntimeb (2) = runtimeb (2) + 1runtimeb (3) = runtimeb (1) - 1000 * (runtimeb (2) - 1)timecostb = timecostb + timeweigh * (runtimeb (3) - 240)daydistancea = DISTANCE (dumpcart2) / 10 - lastdaydistancealastdaydistancea = DISTANCE (dumpcart2) / 10dayunloadtimeb = 0dayloadtimeb = 0ENDIFENDIFFOR num = 1 TO 4IF VEHICLE (road7_0,1) = dumpcart1 roadchoicea (num) = 0ELSEIF VEHICLE (road7_0,1) = dumpcart2 roadchoiceb (num) = 0ENDIFNEXT程序解释: 第一行至第十一行, 如果即将停泊的车辆是dumpcart1, 同时系统此时对车辆dumpcart1的需求是零( 第三行) ; 先统计车辆dumpcart1在当天收集工作的完成时间, 并判断是否超过了12点, 然后计算当天的时间惩罚成本timecost(第三至第六行); 统计车辆的运行距离(第七至第八行); 对两个变量置零( 第九至第十行) 。第十二行至第二十二行, 统计如果即将停泊的车辆是dumpcart2的一些数据, 解释同dumpcart1一样。第二十四行至第三十行, 对路径选择变量数组置零。目标函数objfun()中的程序如下: sumcost = 0 !统计总费用的变量置零sumcost = initialcosta + initialcostb + sumcost ! 将车辆的购置成本加到总费用变量中sumcost = (laborneedb + laborneeda) * 60 * (runtimea (2) + 1) + sumcost!将工作人员工资添加到总费用变量sumcost = DISTANCE (dumpcart001) / 10 * permilecosta + DISTANCE (dumpcart002) / 10 * permilecostb + sumcost!将车辆的运行费用添加到总费用变量sumcost = timecosta + timecostb + sumcost! 将时间惩罚成本添加到总费用变量RETURN sumcost !返回变量sumcost给目标函数5仿真运行与结果分析我们现在采用如下两种配置, 来运行该仿真模型, 仿真时间为一年( 即365*1440分钟) 。 项目方案车辆名称载重量( 吨) 随车人员( 人) 时间惩罚因子方案一Dumpcart(1)312Dumpcart(2)1.512方案二Dumpcart(1)532Dumpcart(2)2.532其它的项目在两个方案中的值完全相同, 参见前面的表格。经过仿真运行后得到如下数据: 方案运行距离km运行时间h时间成本万元收集时间h卸载时间h可变成本万元固定成本万元人员工资万元总成本万元总成本万元一Dumpcart(1)73691231010.274440722.152.239.566.3Dumpcart(2)7433622639.681321711.23.82.226.8二Dumpcart(1)546571366-1.134215727.376.639.863Dumpcart(2)544891292-23328613.656.623.2 为了更清晰的比较两种方案的成本参数, 将上表的数据绘制成直方图如下: 从成本数据比较图上能够看出, 当采用方案二时, 车辆吨位数和随车人员的增加, 使得固定成本、 人员工资都比喻案一要大; 同时, 回收速度要比喻案一快的多, 使得可变成本和居民满意度较高; 时间惩罚成本低于零, 即取得了很好的市场评价和公司品牌效应。在这两种方案下, 每年方案二的物流成本比喻案一要少3.3万元。从运行参数比较图上能够看出, 两种方案的物流成本差异收集时间、 卸载时间、 运行时间、 运行距离的差异引起的。由于方案一的车辆吨位和随车人员都比喻案二要少, 因此同是收集等量垃圾, 它的收集时间和卸载时间都比喻案二长, 它的收集次数要比喻案二多, 即运行距离比喻案二长。附: 以上程序当中所涉及的函数介绍如下MODEL INFORMATION:Model Name:dumpreverseModel Title:the simulation for reverse logisticsModel Author:jiannywang, NUAACreation Date: Sun Mar 10 09:26:20 Initial Actions:XLReadArray (reverse.xls,input,$B$3:$B$9,personum)FOR num = 1 TO 7meandump (num) = 1.2 * personum (num) * 1000NEXTELEMENT NAME: dump1Element Type:PartType:Variable attributesGroup number:1Inter Arrival Time:480.0First Arrival at:0.0Maximum Arrivals:UnlimitedInput / Output RulesOutput:PUSH to dump001(1)ActionsCreate:IF IUNIFORM (1,3,101) = 1 dumpreusable = yesELSEdumpreusable = noENDIFmoddemand (1) = MOD (moddemand (1),cartcapacity) + 1IF moddemand (1) = cartcapacity moddemand (1) = 0ENDIF_ELEMENT NAME: dump1aElement Type:PartType:Variable attributesGroup number:1Inter Arrival Time:480.0First Arrival at:0.0Maximum Arrivals:UnlimitedInput / Output RulesOutput:PUSH to dump001a(1)ActionsCreate:IF IUNIFORM (1,3,101) = 1 dumpreusable = yesELSEdumpreusable = noENDIFmoddemand (1) = MOD (moddemand (1),cartcapacity) + 1IF moddemand (1) = cartcapacity moddemand (1) = 0ENDIF_ELEMENT NAME: dump2Element Type:PartType:Vari