基于AnyLogic的智能体仿真与优化.pdf

年第 卷第 期总第 期物流工程与管理 物流技术:./.基于 的智能体仿真与优化 史晓东郭永城冯志远潘嘉睿(.河南财经政法大学河南 郑州 .上汽集团帆一尚行有限公司河南 郑州)【收稿日期】基金项目:河南省科技攻关项目()【作者简介】史晓东()副教授博士研究方向:大数据人工智能 【摘 要】文中利用 仿真模拟软件开发具有时间窗口的 仿真模型 基于 地图对北京市物资配送点与物资仓库之间的物资调运过程进行多智能体建模仿真 通过多重心法对中转仓库进行选址然后通过实验还原整个物资配送智能体建模过程并进行多次仿真实验和优化实验得到中转仓库的最低物资储备量及各仓库订单处理时间最短的最优车辆数 该研究可为物资配送方面的智能体建模和物资配送提供科学价值和参考依据【关键词】仿真智能体物资调运【中图分类号】【文献标识码】【文章编号】()(.)【】.【】引言启发式优化 可以创建一个可接受的车辆调度 然而在实践中启发式算法创建的调度无法满足现实中的所有约束 多智能体系统可以进行资源共享还有协调性好、分布性高、自主性强等特点况且每个智能体能够通过协调合作解决很多的复杂性问题其次 模型的主要构建块是活动对象它有独特的功能和环境交互 活动对象是将属性、方法和行为封装为一个整体的实体 活动对象行为可以用状态图来定义 仿真模型由一组活动对象组成活动对象同时起作用并相互作用 对于需要物资配送的各种行业来说储运配送的效率对于工作的开展至关重要应重视物资储备调运工作提高物资配送效率针对当前发展现状做好物资的配送工作对于确保各类物资储备充足供应及时对提高效率减少成本具有重要意义对此国内的学者也曾采用 软件优化诸多问题刘美玲等利用 仿真模拟软件对算例进行模拟研究最大程度缩短送货时间同时降低综合成本 丁晓慧通过 仿真分析为配送中心生鲜农产品提出了合理的运作方案为实际运营管理提供了思路与依据 王宇哲等基于 构建仿真模型模拟居民核酸检测流程为科学制定核酸检测方案提供量化依据 董振宁等应用 仿真软件通过模拟配送中心找出在不同订单结构下的最优人员配置结构 陈铮荣、纪寿文以普遍的快递分拣中心为研究对象对其作业流程进行仿真为分拣提供改进的借鉴与参考 杨芳等针对果蔬冷链配送系统利用 仿真技术对配送中心运作进行仿真分析为实际运营管理决策提供了思路与依据 王京元等基于 提出的建模及评价指标量化提取方法能有效实现仿真模型对现实的准确模拟 对高铁枢纽换乘行为仿真的精准刻画及评价的定量化都具有重要指导作用 刘凯、梁辉以 仿真软件为依托搭建高架层的仿真模拟环境通过调整各设备的数量和位置使高架层的服务等级达到 等级 等基于 行人流动态优化车站入口售票窗口的开放数量研究行人到达率、高峰和非高峰时段售票窗口的开放数量等参数的影响 郭禹辰等采用 仿真平台建模通过减少疏散路径上的阻碍充分利用站内资源并合理引导分流行人等方式降低第 期史晓东等:基于 的智能体仿真与优化了行人流的交叉与汇合将安全疏散时间控制在 分钟以内刘静等采用仿真软件对车站进行仿真从量化的角度对进站客流流线进行了分析最终验证通过设置限流栏杆、控制闸机开放数量两种方案可以达到限流目的针对物资配送也有学者做出相关研究刘娜等将 神经网络算法、遗传算法求解的结果进行对比分析遗传算法优化能力更加突出为物资供应提供参考依据 曹琦、曹阳围绕模型和优化两个关键点分析了近年来应急物资配送车辆调度的研究现状对比分析了多种优化算法的应用效果提出了现有研究中存在的问题 苗研依托目前新冠肺炎疫情的背景结合“共享经济”发展的大环境提出现代社区生活物资配送创新模式 王金英、包立军采用 算法求出各城市运送物资到达受灾地所需要的时间建立了一个多目标应急物资配送模型并进行求解 但基于多智能体仿真对物资的调运及仿真研究甚少 本文以北京市物资调运需求为基础运用多智能体仿真方法还原整个建模过程和思路 实验案例分析与规划.任务目标分析通过 仿真软件中的 地图完成智能体群建模对物资的调运仿真具体假设如下:每个物资配送点每天持续配送物资是随机的每个配送点需要补充物资时发送订单每笔订单发给就近的仓库每个仓库中车的数量不同(辆车)每个车辆单次任务只完成一个订单车辆根据 地图提供路径进行行驶车辆完成每笔订单后返回归属仓库.物资配送点位置规划北京市共有 个区综合地理位置、人口密度等多因素考虑拟在东城区与西城区中心地区建立一个配送点其它 个区每处各设立一个配送点 每个区的配送点选址于该区的中心位置 通过 软件将各个配送点的位置的经纬度转换成平面坐标系使用多重心法对仓库进行选址 北京市各区的情况统计各城区面积及常住人口数据来源于 北京统计年鉴.基于多重心法的仓库位置规划多物流节点选址的模型与方法有多重心法覆盖模型 中值模型鲍摩 瓦尔夫模型等 重心法作为一种常见模拟方法它将物流系统中的需求点看成是分布在某一平面范围内的物流系统物体系统的重心作为物流网点的最佳位置点利用求重心的方法来确定物流节点的位置 它的假设条件为:需求量集中于某一点上选址区域不同地点物流节点的建设费用、运营费用相同运输费用随运输距离成正比增加为线性关系运输线路为空间直线 多重心法选址是单一重心法的延伸和优化当一个物流节点数量无法满足需求时需要设立多个物流节点 多重心法相比于单一重心法要先将所有的物流节点进行分组分组的数量即是要建立的物流中心的数量再将每个分组按照单一重心法求出初始的精确重心位置 为保证整个物流系统的运输成本最低必须通过比较所有节点到所有重心坐标的运输费用来调整分组经过多次迭代直至分组情况不变才能得到最优解 基于多重心法的仓库选址公式如下:()()其中:是物资配送点的个数是仓库到各物资配送点的运费率是物资配送点的物资需求量是物资配送点的 坐标是各物资配送点的 坐标是仓库的 坐标是仓库的 坐标根据区位就近原则将 个配送点分为 组将各组中配送点的平面坐标和其所在区域的常住人口数代入公式()和()中利用多重心法经过多次迭代得到三个仓库的平面坐标 通过 将仓库的平面坐标转换成经纬度得到 个仓库的位置 多智能体建模仿真在 的主程序中实际的逻辑流程如下:在主程序 中创建配送点、仓库、货车、订单四个智能体群为主体在 地图上用 点组件对配送点和仓库进行选址将其分别收录在 里面的 集合组件中通过 函数对收录在集合中的物资配送点和仓库与检测站仓库智能体群进行绑定并对其位置、仓库车辆数进行绑定同时对各配送站订单生成速率以及仓库车队的车辆数进行参数提取.配送点智能体建模逻辑:生成订单当需要 补 充 物 资 时 配 送 点 通 过 智 能 体 函 数 组 件 函数产生订单并发送给最近的智能体仓库订单中包含所需物资量和下单时间等信息并通过智能体组件 事件设置订单的发出时间和频率.仓库智能体建模逻辑:接收和处理订单仓库智能体群收到订单后各仓库首先记录订单中物资需求量并将订单信息收集在仓库智能体群里创建积压订单变量和 集合用来记录积压订单并将积压订单用 里面的 和 收集起来具体编码通过 里面的 来编码实现然后通过 函数来寻找车辆若有空闲状态车辆则将订单分配给货车去执行且集合中的订单数量减一若无空闲状态车辆则将订单保存到 集合中并继续寻找空闲车辆接收订单寻找车辆时仓库需要查看车队中每一辆车的状态并通过 里面的函数体实现.货车智能体建模逻辑:执行订单货车智能体执行订单 当有订单时货车由空闲状态切换为忙碌状态完成订单后若有新的订单则保持忙碌状态继续执行新订单若无新订单则切换为空闲状态物流工程与管理第 卷货车执行订单的过程通过状态图来实现分为从仓库装物资、运输物资、到配送点卸物资、返回仓库四个阶段 如图 所示图 智能体车辆运行状态 后进入 状态之后进入 状态结束这次订单配送 对配送点中 集合判定是否为零如果为零则进入空闲状态 如果不为零则进行下一个订单的配送在订单智能体中创建 和 两个变量车辆离开 状态时记录为 开始时间车辆 时记录为订单完成时间将这两个变量收集到 的 和 中进行数据处理得到订单处理时间创建 变量来判定汽车是否行驶当汽车在状态图中属于行驶状态时 为 状态 并通过存量和流量状态图去收集每一个智能体车辆的行驶数据将其记录在 中的 和 中并进行数据处理如图 所示图 智能体车辆运行流量图 智能体建模实验案例.实验设计仿真实验首先明确各个参数的类型和取值范围采用控制变量法设计实验得到不同仿真结果 实验中涉及到的参数假设如下:车辆平均行驶速度:/各检测站下订单的频率根据其所在区域的人口密度确定订单频率比例为:通过系数调整订单速率订单物资量:对仓库每日物资库存预期产生影响每个仓库卡车数量:辆使用控制变量法通过改变各配送点下订单的频率和各仓库配备的卡车数量各实验方案的参数值如表 所示表 实验方案方案序号车辆速度配送点下订单频率系数仓库车辆数订单物资量仿真时间实验/天实验/天.仿真分析.实验 仿真 时 间 为 天 车 辆 每 天 运 行 总 距 离 平 均 值 为最大值为 最小值为 仓库每周平均积压订单数为.仓库里最大订单积压数为 最小为 运行结束时各仓库订单积压数为 仓库 每周需备物资量 仓库 每周需备物资量 仓库 每周需备物资量 一周内订单处理时间平均为.小时 最小为.小时最大为.小时.实验 仿真时间为 天时得出车辆每天运行总距离值为最大值为 最小为 如图 所示图 车辆运行距离 仓库每天平均积压订单数为.仓库里最大订单积压数为 最小为 各个仓库随着时间推移订单积压曲线图可以看到仓库三的订单压力最大两周运行结束时仓库 订单积压数为仓库 订单积压数为 仓库 两周需备物第 期史晓东等:基于 的智能体仿真与优化资量 仓库 两周需备物资量仓库 每天需备物资量 两周内订单处理时间平均为.小时 最小为.小时最大为 小时.优化实验 优化实验仿真时间为 天各仓库车辆最大设为 配送点订单频率系数为 时得出:各仓库卡车数的最优配比如图 所示使得物资配送订单处理时间最短 如图 所示三个中转仓库卡车数分别为、时此时订单处理时间最短图 优化实验数据图 结语 代表了一类将一组预定行程分配给一组车辆的问题使每一趟行程和一辆车相关联并使所有行程成本函数最小化 在实践中 可能因真实系统中存在的随机过程而变得复杂 在这种情况下对潜在的解决方案的评估和比较可以通过模拟来完成 本文基于 对物资配送智能体群进行建模仿真用多重心法在北京市进行物资配送中转仓库选址仿真和优化实验得出每个仓库的最小物资储备量以及各个仓库使得订单处理时间最短的最优车辆配比 本研究意在为物资配送方面的智能体建模和物资配送提供科学价值和参考依据参考文献 刘美玲孟博冉胡文杰.基于 仿真的货运 平台车辆调度.物流工程与管理():.丁晓慧.基于 的生鲜农产品冷链系统配送中心物流仿真.全国流通经济():.王宇哲郭雨翟再兴.基于 的社区核酸检测仿真设计.自动化应用():.董振宁潘嘉敏黄贤湖.基于 的水果拼盘加工配送中心的仿真优化研究.中国储运():.陈铮荣纪寿文.基于 的分拣中心作业流程仿真优化.中国储运():.杨芳邹毅峰戴恩勇.基于 的果蔬冷链系统配送中心物流运作优化.中南林业科技大学学报():.王京元周婷婷彭劲稳.高铁客流换乘城市轨道交通仿真评价 基于 的建模技巧及实现.交通科技与经济():.刘凯梁辉.基于 的兰州西站高架层客流组织优化仿真研究.甘肃科技纵横():.():.郭禹辰李昌宇刘昕政任明明.基于 仿真的地铁应急疏散研究.铁道运营技术():.刘静赵源郑勋李思杰.基于 的佘山站客流控制仿真及优化.物流工程与管理():.刘娜张玺石超峰.疫情期间社区商超物资配送路径优化研究.交通科技与经济():.曹琦曹阳.应急物资配送车辆调度模型与优化综述.计算机应用():.苗妍.社区生活物资配送模式研究.中国储运():.王金英包立军.应急物资配送问题研究.辽宁工业大学学报(自然科学版)():.刘猛孙冬石.基于 的多重心法物流设施选址研究.地理空间信息():.(上接第 页)参考文献 艾合塔木江艾克热木.中小企业物流管理优化路径研究.现代营销(经营版)().孙颖薇邱娜.信息化技术在物流管理应用中存在的问题和对策研究.智库时代().唐云山.中小企业物流管理现状及其改善措施分析.现代营销(下旬刊)().张玉洁.新时期中小企业物流管理现代化策略研究.中国储运().程琴龚征旗.试谈物流管理对企业生产经营的影响.中国农业会计().吕昳苗.“跨境电商物流管理”课程混合式教学设计.西部素质教育().史纪高飞.远程教育框架下物流管理专业人才培养模式研究.商场现代化().范小磊.信息技术在物流管理中的应用研究.中国市场().