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《物流工程与应用》课程实验 （Logistics Engineering and Application Course Experiment） 教学大纲 一、课程基本信息 课程代码：08150113 课程名称：《物 流 工 程 与 应 用 》课程实验 课程英文名称: Logistics Engineering and Application Course Experiment 课程所属单位：经济与管理学院 物流管理系 课程面向专业：物流管理 课程类型： 核心必修课 先修课程： 物流学导论 学分：1 分 学时：20 应开实验项目个数：5 二、课程性质与目的 《物流工程与应用》是针对物流管理专业学生开设的一门专业必修课。此课 程中的一个重要内容是物流系统的计算机模拟。计算机模拟具有很强的操作性， 上机操作是必不可少的。通过上机学习，要求学生熟练掌握 GPSS、MATLAB 和 ED 等仿真语言的模型编制、程序设计与调试的基本方法。学生应掌握利用 GPSS、 MATLAB 和 ED 等仿真语言建立模型、输入数据分析、实验方案设计、实验实施 及输出结果的分析，并能够运用计算机模拟方法来对物流系统进行分析和规划。 三、课程实验内容与要求 实验一 ：输入数据的分析方法 （4 学时） 基本要求：要求学生能够独立对某随机过程输入数据进行按拟合优度检验。 主要内容：输入数据的整理、按点统计法、柱状法及概率图法假设分布族、确定 分布参数、拟合优度检验、检验结果分析。 实验二 ： GPSS/PC 仿真软件的使用 （4 学时） 基本要求：能够熟练掌握 GPSS/PC 软件的使用方法。 主要内容：进入系统、程序的调用、修改、调试、执行模拟、输出结果的存储、 熟悉标准输出及输出报告中的各项内容、系统的退出、系统文件类型及其备份。 实验三：MATLAB 软件练习——模拟结果次数计算 （4 学时） 基本要求：能够熟练掌握 MATLAB 软件的使用，会编写 M 函数程序。 主要内容：进入系统、程序的调用、修改、调试、执行模拟、输出结果的存储、 熟悉标准输出及输出报告中的各项内容、系统的退出、系统文件类型及其备份。 实验四：ED 仿真软件使用练习—— 建模与模拟结果精度的分析 （4 学时） 基本要求：能够熟练掌握 ED 仿真软件的使用方法，会建立 ED 仿真模型。 主要内容：进入系统、模型的运行、修改、调试、执行模拟、输出结果的存储、 熟悉标准输出及输出报告中的各项内容、系统的退出、系统文件类型及其备份。 实验五：简单物流系统模拟 （4 学时） 基本要求：要求学生能够独立地实现简单物流系统的模拟。 主要内容：模拟模型的建立模拟系统分析、编制 GPSS 程序、建立 ED 仿真模型、 程序调试、程序与模型运行、计算模拟次数、输出结果分析。 四、学时分配 实验学时分配表 实 实验类型 每 验 组 序 实验项目（或内容） 学 验 设 综 其 实 号 证 计 合 它 验 性 性 性 名称 时 说明 人 数 1 输入数据的分析方 4 √ 法 2 GPSS/PC 的使用 4 √ 3 MATALB 软件的使用 4 √ 4 ED 仿真软件的使用 4 √ 5 仿真数据处理与简 4 √ 单物流系统模拟 小计 20 五、教学方法与教学要求 在学生进行每个实验内容之前，老师讲解和演示实验的相关内容。然后学生 根据教师给出的数据和要求完成相应的实验内容。要求每个学生都能独立完成每 个实验内容。 六、课程考核方法 本课程的所有实验是针对理论教学第 13 章物流建模与仿真内容的实验训练， 同时也是物流工程与运用课程设计的基本功训练，将占物流工程与运用课程成绩 的 20%。 七、实验教材与参考资料 姜林奇，〈〈管理系统模拟与 GPSS 语言〉〉，清华大学出版社，2000.6 《物流工程与应用》课程实验 指导书 一．实验目的与要求 通过上机实验，让学生了解管理系统模拟的方法，加强学生对物流系统工程 的理解，增强学生的动手能力，并培养学生综合运用其它课程的相关知识的能力。 学生能够运用此方法来解决物流系统中很多难以解决的实际问题，并能够有效地 开阔学生的视野和思维能力。 通过实验，要求学生熟练掌握 GPSS、MATLAB 和 ED 等仿真语言的模型编 制、程序设计与调试的基本方法。掌握 GPSS、MATLAB 和 ED 等仿真语言，能 建立模拟模型、输入数据分析、实验方案设计、实验实施及输出结果的分析，并 能够运用计算机模拟方法来对物流系统进行分析和规划。 二．实验内容 （一）输入数据的分析方法（4 学时） 1、 数据概率分布的试探： 点统计法：通过计算方差系数来粗略地估计分布的类型 方差系数： S 2 ( x ) / X (n) 直方图法：在 EXCEL 中画出数据直方图。 工具——数据分析——直方图 参数的估计：极大似然法 2、 1 n 均值： X (n) xi n i 1 方差： 3、 n 1 2 S ( n) n 拟合优度检验： X 2 检验 已知观测的 n 个数据为 x 1 ， x 2 , x3 ,…… x n ，则 X 2 检验的步骤如下： （1） 设 定 所 分 的 区 间 数 K ， 计 算 理 论 上 落 入 每 个 区 间 的 概 率 p j 1 / K ，则理论上落入每个区间的数据个数为 np j 。 （2） 将观测数据排序。 （3） 按尽量使每个区间的数据数目接近理论概率值 np j 的要求分成 K 个相连的区间，并计算各区间的端点 a j , j 0,1,2,3, , K 。由于 要满足每个区间的数据数目接近 np j 的要求，所以各个区间的宽 度并不相等。 a j F 1 ( j / K ) （4） 计算每个区间的端点后，再计算落入每个区间数据的点数 N （用 j EXCEL 处理比较方便）。 k （5） 计算 X 的检验统计值。 X 2 2 ( N j np j ) 2 np j j 1 （6） 按给定的检验水平 和此次检验的自由度（K-1），从 X 2 分布表 上查出理论上的 X 12 , K 1 值。 （7） 将 X 2 的检验统计值与从 X 2 分布表上查出理论上的 X 12 , K 1 值进 k 行比较，并进行判断，当 X 2 ( N j np j ) 2 j 1 np j X 12 , K 1 ，则不 拒绝 H 0 假设，否则拒绝 H 0 假设。 给出最后结论：根据检验结果进行判断。 4、 （二）GPSS/PC 软件的使用方法（4 学时） 1、GPSS 系统的进入与退出。 系统进入：启动 DOS 系统后，先进入 GPSS 系统的子目录 如：GPSS 系统的子目标为 C:\ GPSS 则 C＞CD\GPSS （回车） C＞\GPSS＞GPS（回车） 2、程序的建立、调用、修改 运用 EDIT <文件名>.GPS 新建和调用程序，程序显示后就可直接进行 修改。 3、执行模拟 ① 将执行的结果在显示器上显示出来。（不存量） GPS＞CON：=NAME.GPS ↙ 将模拟的结果存盘再利用文本编辑器查看 ② GPS＞outname.out=name.GPS ↙(将模拟的结果存盘) ③ GPSS NAME.GPS 不进入 GPSS 系统直接执行 GPSS 程序，结果自动存 文件名 Name.LST Name.GPS:被执行的程序的名称和后缀 Outname.out:存入磁盘的模拟结果的名称和后缀 Con:表示结果显示在屏幕上 * 模拟结果一页一页显示，看下一页时打回车↙ 盘， 4、输出结果的存储 按 ALT+F 键,移动光标至保存项,回车即可. 5、熟悉标准输出的内容 （三）MATLAB 软件练习——模拟结果次数计算（4 学时） 1、MATLAB 简介 MatLab（Matrix Laboratory）是矩阵实验室的意思，既是一种语言，又是一 个编程环境。MatLab 是数学计算的强有力工具，是一种用于工程计算的高性能语 言，它以矩阵作为数据操作的基本单位，在数理统计、自动控制、数字信号处理、 动态系统仿真方面有着重要的应用。 MATLAB 发展到现在已经成为一个系列产品 ，MATLAB 主包和各种可选的 toolbox 工具包主包中有数百个核心内部函数 。 2、MatLab 的特点 编程效率高 用户使用方便 扩充能力强 语句简单 高效方便的矩阵和数组运算 方便的绘图功能 开放的源程序 3、MatLab 的运行方式 命令行运行方式：MATLAB 命令行操作以单行操作或者单行多语句操作均 可以。 格式变量=表达式 或 表达式 【例 1】 在命令窗口输入 a=[1 2 3;4 5 6;7 8 9] 结果为 a = M 文件运行方式 在使用 MATLAB 时会遇到一些复杂的运算或是一次要执行大量的 MATLAB 指令 的情况。于是在 MATLAB 里专门提供了一种 M 文件来执行重复或大量的指令。简 单的说就是将一些指令预先在 M 文件中编辑好，然后在需要时将 M 文件调出来执 行即可。 由于 MATLAB 语言的文件：以“.m”作扩展名，因此均称为 m 文件。 M 文件通常可以分成两类，一类是简单的 M 文件（独立 m 文件）；另一类是 M 函数文件（函数 m 文件）。运行时，例如 M 文件名为 abcd.m，则在命令窗口输入 abcd 回车即得运行结果。 4、编写 M 文件 函数 m 文件需要相应的输入输出变量参数方可执行。 如： sin（x），需要变量 x 作输入参数 。 再如：[y，x，t]=step(num,den),需要变量 num、den 作输入参数，并 返回变量 y、x、t 到内存或者在 MATLAB 界面显示，具有函数功能。因此，需要 m 函数的专用格式。（多输入，多输出） 这样的 m 文件又称为 m 函数。 1.1 独立 m 文件 独立 m 文件是不需要输入输出参数的带有扩展名“.m”的 m 文件，可以分为 两种：一种是注释文件，另一种是执行文件。 注释文件只有注释行，没有命令执行行。注释文件可以响应 help 命令。注释 行的各书写行之前需要冠以“%”符号来标识，如 MATLAB 工具箱中的所有目录文 件 contents.m 均是这样写成的。 执行文件的书写方法与命令行执行程序的方式相同，只不过是批量命令方式 以 m 文件的文件名调用来执行，类似于 MS-DOS 的批处理程序。 【例 2】说明文件的建立与执行。（在 matlab 中演示） 步骤 1：利用编辑工具编辑文件内容,利用 m 文件编辑器或者其他编辑工具， 如 edit、word 等均可,在文件编辑器上输入以下文件内容。 注：1.在 MATLAB 的命令窗口中利用如下方式可以进入 MATLAB 的程序编辑器： ①在命令编辑区中输入 edit 命令，回车即可。 ②选择菜单栏的“File”项中的“New”项中的“M-file”项。 2.所建立说明文件的演示文件必须存储在如下路径：c:\matlab\work, 即选择默认路径直接保存才可以，否则命令无法运行。 % 这是一个建立说明文件的演示文件， % 作为例题来进行练习。 % % This is a demnosttration file of the independent m file, % As an example for your training. 步骤 2：将文件以文件名 exam01.m 来存储。 MATLAB 的程序编辑器如图所示。 上述两步进行完毕，以该文件名 exam01 保存，即可在 MATLAB 平台上执行， 如 type exam01（在 matlab 中演示） 1.2 m 函数 不同于独立 m 文件，m 函数形式的 m 文件书写格式为 函数名定义 function[A1,A2… ]=myfuction(a1,a2,…) % 注释行 主程序体 例如：function[y,y1,y2]=exam03(x) 格式说明： 第一行为 m 函数格式行。function 为 m 函数的保留字，myfunction 为 m 函数名称，（a1，a2，…）为外部传递参数组，［A1，A2…］为返回参数 组。 首字符为“%”的各行是注释行。紧接格式行的各注释行可以响应 help 命令在 MATLAB 平台上印出,加空行后的注释行不响应 help 命令,注释行 可以在 m 函数描述行的任意位置均可。 主程序体执行，是 m 函数的各行执行。 【例 3】m 函数 exam03.m 的建立与执行。（在 matlab 中演示） 步骤 1：在文件编辑器上输入以下文件内容。 function[y,y1,y2]=exam03(x) % 建立 m 函数的例题。 y1=sin(x); y2=cos(x); y=y1.*y2; 步骤 2：如果模拟结果中的指标较多，下面的程序[mncs.m]是针对已知相对 误差情况的计算程序。 function mncs=f(i) n=12; t=zeros(1,300); t(1:40)=[6.3138,2.9200,2.3534,2.1318,2.0150,1.9432,1.8946,1.8595,1 .8331,1.8125,1.7959,1.7823,1.7709,1.7613,1.7531,1.7459,1.7396,1.7341, 1.7291,1.7247,1.7207,1.7171,1.7139,1.7109,1.7081,1.7056,1.7033,1.7011 ,1.6991,1.6973,1.6955,1.6939,1.6924,1.6909,1.6896,1.6883,1.6871,1.686 0,1.6849,1.6839]; for i=41:60 t(i)=1.303-0.00035*(i-40); end; for i=61:120 t(i)=1.296-0.0007*(i-60)/6; end; t(121:300)=1.289; f=0.6; while f>0.15 （相对误差） n=n+1; f=t(n)*sqrt(3.172/n)/1.982;（根据不同的情况改变方差和均值就可以了） end; disp ('模拟次数 n= '); disp(n) 注：MATLAB 常用的产生通用特殊矩阵的函数 zeros：产生全 0 矩阵。 ones： 产生全 1 矩阵。 eye：产生单位矩阵。 rand：产生 0～1 间均匀分布的随机矩阵。 5、输出结果统计 对输出结果进行统计，计算保证模拟精度所需要的模拟次数。 根据计算出的模拟次数进行模拟，并将所有的模拟结果进行统计。 （四）ED 仿真软件使用练习——建模与模拟结果精度的分析（4 学时） Enterprise Dynamics 是一个以对象为导向的建模、仿真的工具，可仿真模 拟任何复杂动态的生产、物流系统，它还提供 3D 可视化仿真环境。 Enterprise Dynamics 基础 建立简单仿真模型 模型运行与分析 基于 Enterprise Dynamics 的物流案例 1、进入 Enterprise Dynamics 通过开始菜单启动 Enterprise Dynamics（以下称 ED），首先出现如下左图的 一个闪屏，然后弹出如下右图的对话框，在此根据需要选择一个应用文件（建议 选择应用文件 Logistics Suite）开启 ED。 2、窗口结构 菜单栏提供打开和保存文件以及其它的一些功能，分成文件、模型等十个子菜单: 文件 新建、打开、保存文件，或控制标准功能如打印、文件另存等； 模型 创建、观察模型，有 5 个选项； 仿真 实现运行单个仿真过程，有 11 个选项； 结果 产生单个仿真运行报告和图表，有 2 个选项； 实验 多个仿真运行对实验进行设计、执行和评估。有 2 个选项： 工具 提供各种建立元件的工具，有 9 个选项： 显示 管理 2D 或 3D 模型的可视化，有 7 个选项： 窗口 操作和管理 ED 中的各种窗口，有以下 7 个选项： 3、库 库中包含用户能置入模型中的所有元件，每个元件有特定的功能，不同元件 的连接，可建造不同的 ED 业务流程或者模型。 4、分布窗口 分布窗口用于建立模型。点击快捷键中表示建模所需元件的按钮，元件即出 现在分布窗口，或左键按住库中选择建模所需的元件，拖入分布窗口模型，下一 步就可利用这些元件来建立仿真模型。 5、运行管理 运行管理视窗用于重新设置参数，启动模型，控制执行速度。 6、时钟 时钟显示在仿真过程中模型所需的模拟时间，但不是现实时间。 7、结果分析 结果分析的作用是跟踪并测量仿真研究的结果。ED 有四种结果分析方法： 元件显示的信息 监控器 结果（Results）菜单中的总结报告（Summary Report）和图表（Graphs） 实验 8、4D 脚本（4DScript） 4DScript 是 ED 的编程语言。ED 中执行的所有命令均通过 4DScript 完成。软 件中提供基本的逻辑语句模板，用户只需要根据自己要求修改相应的参数即可， 对于复杂系统需自定义 4DScript 语句。 （五）仿真数据分析与简单物流系统的模拟（4 学时） 1、 模拟模型的说明及程序框图。 2、 编制 GPSS 程序和建立 ED 仿真模型 3、 程序与模型运行 4、 输出运输结果 5、 分析结论 三．注意事项 1． 在实验之前，要认真学习物流系统模拟基础知识，要熟练掌握物流系统模 拟的过程和方法。 2． 要认真对待实验，实验课不得做与实验无关的事情。 3． 按照实验时间安排，完成规定的实验内容。 4． 实验完成后要写出实验报告。 5． 应该遵守实验室的其它规定。