王鐵寧， 朱 域， 可榮博 （裝甲兵工程學(xué)院，北京100074）

基于事件調(diào)度法的保障器材庫(kù)存仿真控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

王鐵寧， 朱 域， 可榮博 （裝甲兵工程學(xué)院，北京100074）

庫(kù)存管理是供應(yīng)鏈管理中的重要環(huán)節(jié)，起到緩沖、調(diào)節(jié)和平衡的作用。作者以庫(kù)存控制基本理論及仿真基本理論為基礎(chǔ)，結(jié)合保障器材庫(kù)存控制的特點(diǎn)，研究設(shè)計(jì)基于事件調(diào)度算法的庫(kù)存控制仿真系統(tǒng)，為提高保障器材庫(kù)存管理水平提供有力的工具。

庫(kù)存控制；保障器材；事件調(diào)度法

0 引 言

保障器材主要采用經(jīng)費(fèi)限額控制條件下的，基于數(shù)量的庫(kù)存控制方法，即在不超出經(jīng)費(fèi)限額的條件下，用器材的大量庫(kù)存來(lái)滿足消耗需求的不穩(wěn)定性。這種傳統(tǒng)的管理方法存在很大的局限性，造成整個(gè)器材保障系統(tǒng)庫(kù)存量大、反應(yīng)遲鈍、可靠性差、效率偏低，與現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的快速、敏捷、精確等要求不相適應(yīng)。與此同時(shí)，在庫(kù)存為應(yīng)對(duì)新軍事變革的挑戰(zhàn)，打贏未來(lái)高技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)，對(duì)傳統(tǒng)裝備保障器材存儲(chǔ)和供應(yīng)體系進(jìn)行調(diào)整，用速度代替數(shù)量，用流動(dòng)的器材代替庫(kù)存，采用供應(yīng)鏈庫(kù)存管理辦法對(duì)庫(kù)存進(jìn)行優(yōu)化控制，逐步實(shí)現(xiàn)器材的精確保障，已經(jīng)成為器材保障改革中亟待解決的重要問(wèn)題。

隨著現(xiàn)代物流技術(shù)的迅猛發(fā)展和現(xiàn)代物流理論與實(shí)踐的日益成熟，結(jié)合現(xiàn)實(shí)需要，引入先進(jìn)的物流庫(kù)存分類分析技術(shù)和庫(kù)存管理理論，構(gòu)建各級(jí)庫(kù)存控制模型，通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬仿真庫(kù)存在訂貨和分配周期內(nèi)的變化，尋求各級(jí)最佳庫(kù)存點(diǎn)，構(gòu)建戰(zhàn)略倉(cāng)庫(kù)的合理庫(kù)存結(jié)構(gòu)，對(duì)器材維修保障經(jīng)費(fèi)的優(yōu)化使用，訂貨和分配計(jì)劃的科學(xué)制定，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的物流仿真軟件開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)發(fā)專用庫(kù)存系統(tǒng)仿真軟件，將為提高保障器材庫(kù)存管理水平提供有力的工具。

1 事件調(diào)度法

庫(kù)存系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，環(huán)節(jié)眾多，在模型結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜或不確定型因素比較多的場(chǎng)合下，采用數(shù)學(xué)規(guī)劃或者啟發(fā)式算法進(jìn)行系統(tǒng)分析會(huì)很困難。在這種情況下，使用系統(tǒng)仿真方法還可以克服算法上的困難，具有顯著的優(yōu)越性。系統(tǒng)仿真還可以在不同的層次上，分析不同約束條件和輸入下，為系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，提供決策支持。

仿真策略決定仿真模型的結(jié)構(gòu)。事件調(diào)度法建模靈活，應(yīng)用范圍廣泛，適用于成分相關(guān)性小的系統(tǒng)，但是事件處理子程序和建模工作量大。使用事件調(diào)度法來(lái)仿真庫(kù)存系統(tǒng)，基本事件分類清楚，流程控制簡(jiǎn)單，所以本系統(tǒng)采用事件調(diào)度法作為本系統(tǒng)仿真算法基礎(chǔ)。

事件調(diào)度法是面向事件的，記錄事件發(fā)生的過(guò)程，處理每個(gè)事件發(fā)生時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)變化的結(jié)果。它采用變步長(zhǎng)的推進(jìn)方法，每推進(jìn)一次仿真時(shí)鐘，對(duì)每一個(gè)事件發(fā)生所引起的狀態(tài)變化進(jìn)行記錄和處理。它的基本部件包括時(shí)間表、事件控制子程序和事件處理子程序。事件表按時(shí)間的順序存放所發(fā)生的事件，以及這些事件的相關(guān)屬性；事件控制子程序根據(jù)事件發(fā)生的間隔推進(jìn)仿真時(shí)鐘；事件處理子程序處理每種事件發(fā)生時(shí)系統(tǒng)狀態(tài)所發(fā)生的變化。

2 庫(kù)存仿真控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 仿真系統(tǒng)模型分析

目前，保障器材采取的是逐級(jí)保障為主、直達(dá)保障為輔的保障模式，在供應(yīng)上采取逐級(jí)申請(qǐng)，逐級(jí)上報(bào)，統(tǒng)一訂購(gòu)，逐級(jí)下發(fā)的形式，是一種典型的 “縱向一體化”的供應(yīng)模式。為簡(jiǎn)化仿真流程，在本仿真系統(tǒng)中抽象出工廠、倉(cāng)庫(kù)和修理單位三個(gè)基本的實(shí)體單元，模型的實(shí)體關(guān)系圖如圖1所示：

（1）修理單位實(shí)體

當(dāng)保障器材發(fā)生故障時(shí)，修理單位向倉(cāng)庫(kù)請(qǐng)領(lǐng)相應(yīng)的器材，之后對(duì)發(fā)生故障的器材進(jìn)行換件或維修，從而產(chǎn)生器材消耗。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，所有修理單位都按照相應(yīng)的器材消耗規(guī)律產(chǎn)生器材消耗。在仿真的過(guò)程中，修理單位實(shí)體將記錄本單位產(chǎn)生的每筆器材消耗明細(xì)。

（2）倉(cāng)庫(kù)實(shí)體

當(dāng)倉(cāng)庫(kù)接到修理單位的消耗請(qǐng)領(lǐng)或下級(jí)倉(cāng)庫(kù)的訂貨請(qǐng)求時(shí)，根據(jù)本倉(cāng)庫(kù)的發(fā)貨策略滿足下級(jí)的申請(qǐng)。不同種類器材根據(jù)本倉(cāng)庫(kù)相應(yīng)的訂貨策略進(jìn)行連續(xù)檢查或周期性檢查并訂貨，以保證庫(kù)存數(shù)量能夠滿足本級(jí)修理單位和下級(jí)倉(cāng)庫(kù)的需求。在仿真過(guò)程中，倉(cāng)庫(kù)實(shí)體將記錄每一筆出入庫(kù)信息，并統(tǒng)計(jì)缺貨情況。

（3）工廠實(shí)體

工廠實(shí)體主要負(fù)責(zé)器材的生產(chǎn)和運(yùn)送。工廠接到訂貨單后，開(kāi)始生產(chǎn)器材，器材生產(chǎn)完畢后向相應(yīng)的訂貨單位運(yùn)送貨物。在本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，器材的生產(chǎn)時(shí)間計(jì)算公式為：

其中，T為總生產(chǎn)時(shí)間 （天），T1為生產(chǎn)準(zhǔn)備時(shí)間 （天），m為生產(chǎn)數(shù)量 （件），V為器材的生產(chǎn)速度 （天／件）。在仿真過(guò)程中，工廠實(shí)體將記錄每一筆訂單和發(fā)貨明細(xì)。

庫(kù)存系統(tǒng)建模是一個(gè)十分復(fù)雜的系統(tǒng)，為了突出主要問(wèn)題的研究，簡(jiǎn)化和說(shuō)明問(wèn)題，并根據(jù)裝備保障實(shí)際，作如下主要假設(shè)：

1）每個(gè)修理單位只能由一個(gè)倉(cāng)庫(kù)對(duì)其進(jìn)行器材供應(yīng)；

2）每個(gè)倉(cāng)庫(kù)只能由一個(gè)上級(jí)倉(cāng)庫(kù)或一個(gè)工廠對(duì)其進(jìn)行器材供應(yīng)；每個(gè)倉(cāng)庫(kù)可以對(duì)一個(gè)修理單位和多個(gè)下級(jí)倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行器材供應(yīng)；戰(zhàn)略、戰(zhàn)役倉(cāng)庫(kù)可以對(duì)戰(zhàn)術(shù)倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行跨級(jí)直供；

3）每個(gè)工廠可以對(duì)多個(gè)倉(cāng)庫(kù)進(jìn)行器材供應(yīng)；

4）不考慮工廠生產(chǎn)能力的波動(dòng)性、器材運(yùn)輸?shù)陌踩砸约捌鞑纳暾?qǐng)和發(fā)貨的誤差性等復(fù)雜隨機(jī)因素的影響；

5）器材按照消耗規(guī)律曲線隨機(jī)產(chǎn)生消耗，對(duì)每種器材消耗規(guī)律的掌握是正確的。

2.2 仿真系統(tǒng)功能模塊總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)如圖2所示。

（1）控制策略模塊

在控制策略模塊中，設(shè)計(jì)了多種訂貨策略、發(fā)貨策略以及成本的計(jì)算方法。在仿真建模時(shí)，可以為每個(gè)倉(cāng)庫(kù)實(shí)體提供多種可選擇的庫(kù)存控制策略，提高建模的靈活性。

（2）模型庫(kù)模塊

在模型庫(kù)模塊中，設(shè)計(jì)了消耗規(guī)律模型庫(kù)和基本的實(shí)體模型。器材消耗規(guī)律模型庫(kù)用于存儲(chǔ)單一器材或某一類器材的消耗規(guī)律曲線模型，在仿真建模時(shí)，可以從消耗規(guī)律模型庫(kù)中選取要進(jìn)行仿真的某幾項(xiàng) （類）器材，進(jìn)行多項(xiàng) （類）器材的庫(kù)存控制仿真；仿真系統(tǒng)的基本實(shí)體單元有工廠、倉(cāng)庫(kù)和修理單位三種，在仿真開(kāi)始之前，每種實(shí)體都有相應(yīng)的訂貨策略、發(fā)貨策略、成本計(jì)算方法以及器材消耗規(guī)律等屬性，基本實(shí)體模型庫(kù)用于儲(chǔ)存三種基本實(shí)體單元及各自的屬性設(shè)置；每次仿真后，可以將已設(shè)置好屬性的某單位實(shí)體存儲(chǔ)到具體實(shí)體模型庫(kù)，以后再次對(duì)本單位實(shí)體進(jìn)行仿真時(shí)可以直接調(diào)用。

（3）隨機(jī)數(shù)生成模塊

在離散事件仿真系統(tǒng)中，為再現(xiàn)實(shí)際庫(kù)存系統(tǒng)的隨機(jī)性，就需要使用大量的隨機(jī)參數(shù)。首先用數(shù)學(xué)擬合的方法將實(shí)際系統(tǒng)的隨機(jī)模型中再現(xiàn)實(shí)際系統(tǒng)的隨機(jī)過(guò)程參數(shù)化輸入模型，然后在仿真過(guò)程中使用隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生隨機(jī)序列再現(xiàn)系統(tǒng)的隨機(jī)過(guò)程。

（4）仿真算法主程序

在仿真過(guò)程中，系統(tǒng)過(guò)程被劃分為不同的基本事件，根據(jù)仿真時(shí)鐘的推進(jìn)和事件的優(yōu)先級(jí)決定所執(zhí)行的事件，并且執(zhí)行相應(yīng)的事件處理子程序，最終將運(yùn)行過(guò)程中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以便結(jié)果輸出和分析。

（5）結(jié)果分析與優(yōu)化模塊

在仿真運(yùn)行結(jié)束后，將對(duì)本次仿真進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)，得出仿真的結(jié)果與優(yōu)化策略。

（6）用戶圖形化界面模塊

在圖形界面中，用戶可以通過(guò)拖放實(shí)體模型，鏈接供應(yīng)關(guān)系和定義實(shí)體模型的控制策略，建立實(shí)際庫(kù)存系統(tǒng)的仿真模型，簡(jiǎn)化建模過(guò)程。最后，通過(guò)圖表顯示出仿真運(yùn)行狀態(tài)和結(jié)果。

2.3 基于事件調(diào)度法的仿真算法實(shí)現(xiàn)

（1）仿真系統(tǒng)事件定義

采用事件調(diào)度法作為仿真算法首先要為庫(kù)存系統(tǒng)進(jìn)行事件的定義。事件定義依賴于系統(tǒng)狀態(tài)的描述。對(duì)庫(kù)存系統(tǒng)模型進(jìn)行分析，定義了需求事件、訂貨事件、到貨事件、發(fā)貨和費(fèi)用計(jì)算事件共4種實(shí)體事件，事件的狀態(tài)及引起的狀態(tài)變化如表1所示：

表1 仿真事件描述

需求事件：其含義是收到貨物的需求訂單并發(fā)出貨物。仿真時(shí)，處理需求事件需要根據(jù)消耗規(guī)律，得到每個(gè)特定時(shí)鐘的消耗量。當(dāng)需求事件出現(xiàn)后，產(chǎn)生的結(jié)果是系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化，即庫(kù)存量改變。需求事件的發(fā)生不受系統(tǒng)中其他事件的影響，是系統(tǒng)之外的因素所為，故在系統(tǒng)中只與時(shí)間因素有關(guān)。

訂貨事件：其含義是根據(jù)需求和現(xiàn)有庫(kù)存量，根據(jù)庫(kù)存管理規(guī)則，發(fā)出訂購(gòu)貨物單，這一事件的性質(zhì)在不同類型的庫(kù)存系統(tǒng)中可有不同。

發(fā)貨策略：其含義是根據(jù)發(fā)貨策略向下級(jí)下發(fā)器材，器材出庫(kù)。

到貨事件：其含義是訂購(gòu)的貨物到達(dá)，進(jìn)入庫(kù)存。

費(fèi)用計(jì)算事件：是庫(kù)存仿真系統(tǒng)中每個(gè)時(shí)鐘都必須要執(zhí)行的事件。由于它每個(gè)時(shí)鐘都執(zhí)行，所以不必列在事件表中，但是在執(zhí)行完其它所有事件后，必須執(zhí)行該事件。

（2）仿真事件優(yōu)先級(jí)設(shè)置

在一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)中，總是存在許多類事件，有可能出現(xiàn)多個(gè)事件同時(shí)發(fā)生的情形，用戶在建模時(shí)必須規(guī)定同時(shí)發(fā)生事件的處理順序，即事件處理優(yōu)先級(jí)。

由于各實(shí)體之間的庫(kù)存策略相互獨(dú)立，事件發(fā)生的先后不會(huì)造成影響，所以只考慮兩個(gè)事件發(fā)生在同一時(shí)間、同一實(shí)體的情況。本系統(tǒng)將事件優(yōu)先級(jí)設(shè)為1、2、3級(jí)，1級(jí)最高。

在仿真系統(tǒng)中還有兩個(gè)每個(gè)時(shí)刻必須執(zhí)行的事件，就是時(shí)鐘事件和費(fèi)用計(jì)算事件。由于它們都是每個(gè)時(shí)刻都執(zhí)行的，所以不必列在事件表中，但是在執(zhí)行完其它所有事件后，必須執(zhí)行該事件。

對(duì)于同一實(shí)體，事件大致可以分為實(shí)體內(nèi)部觸發(fā)和實(shí)體外部觸發(fā)兩種：需求事件和到貨事件為實(shí)體外部觸發(fā)；訂貨和發(fā)貨事件為實(shí)體內(nèi)部觸發(fā)。實(shí)體外部觸發(fā)的事件不能決定何時(shí)發(fā)生，例如倉(cāng)庫(kù)實(shí)體不能決定下級(jí)修理單位何時(shí)進(jìn)行下一次需求，所以實(shí)體外部事件優(yōu)先級(jí)應(yīng)該相同，按照FIFO的原則調(diào)用。實(shí)體外部觸發(fā)的事件均作為實(shí)體的事件觸發(fā)入口，所以優(yōu)先級(jí)均設(shè)為最高級(jí)1；由流程分析可知，當(dāng)器材滿足需求時(shí)，由需求事件觸發(fā)發(fā)貨事件，當(dāng)器材不滿足需求時(shí)，需求進(jìn)入等待事件列表，由到貨事件觸發(fā)發(fā)貨事件。因此，發(fā)貨事件為需求事件和到貨事件的后續(xù)事件，優(yōu)先級(jí)設(shè)為2；對(duì)于同時(shí)發(fā)生的訂貨事件和發(fā)貨事件，應(yīng)先進(jìn)行發(fā)貨事件而后進(jìn)行訂貨事件，如果器材數(shù)量不能滿足發(fā)貨事件，發(fā)貨事件進(jìn)入等待隊(duì)列，而后進(jìn)行訂貨事件，故而設(shè)定訂貨事件優(yōu)先級(jí)為3。

仿真事件的優(yōu)先級(jí)設(shè)置如表2：

表2 仿真事件優(yōu)先級(jí)

（3）仿真隊(duì)列的實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)中采用強(qiáng)類型列表存儲(chǔ)未來(lái)的仿真事件，通過(guò)控制仿真事件元素出入仿真事件隊(duì)列來(lái)實(shí)現(xiàn)仿真算法。在仿真模型中，每當(dāng)觸發(fā)新的事件時(shí)，先將此事件按照優(yōu)先級(jí)順序加入到仿真事件隊(duì)列當(dāng)中，然后按照仿真時(shí)鐘的推進(jìn)，從仿真事件隊(duì)列中彈出事件發(fā)生時(shí)間等于當(dāng)前仿真時(shí)間的事件并執(zhí)行此事件。

仿真事件元素入隊(duì)列的原則如下：

1）所有事件按照發(fā)生時(shí)間先后順序進(jìn)入隊(duì)列，發(fā)生時(shí)間早的事件排在隊(duì)列首部。

2）發(fā)生時(shí)間相同但發(fā)生實(shí)體不同的事件，按照FIFO（先來(lái)先服務(wù)）的順序進(jìn)入隊(duì)列。

3）發(fā)生時(shí)間、實(shí)體相同的事件，按照事件的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行排序。優(yōu)先級(jí)高的事件排在隊(duì)列首部。仿真鐘每推進(jìn)一次，執(zhí)行一次當(dāng)前仿真鐘時(shí)間仿真事件彈出隊(duì)列操作。

2.4 仿真系統(tǒng)流程

仿真系統(tǒng)主要流程如圖3所示。

（1）獲取模型結(jié)構(gòu)及實(shí)體策略參數(shù)步驟中主要完成：1）獲取每個(gè)實(shí)體相應(yīng)的庫(kù)存策略參數(shù)。例如倉(cāng)庫(kù)實(shí)體要設(shè)定相應(yīng)的訂貨策略、發(fā)貨策略和成本計(jì)算策略；2）獲取實(shí)體之間的申請(qǐng)關(guān)系、直供關(guān)系。例如戰(zhàn)役倉(cāng)庫(kù)B項(xiàng)戰(zhàn)略倉(cāng)庫(kù)A提出訂貨申請(qǐng)，戰(zhàn)術(shù)倉(cāng)庫(kù)C的器材申請(qǐng)由戰(zhàn)役倉(cāng)庫(kù)D直供。

（2）設(shè)置仿真環(huán)境參數(shù)步驟中主要完成：1）設(shè)置仿真鐘起始時(shí)間、步長(zhǎng)。仿真起始時(shí)間，仿真鐘每推進(jìn)一次，日期增長(zhǎng)多少等都需要在仿真開(kāi)始前預(yù)先設(shè)定；2）初始化仿真事件列表。每個(gè)實(shí)體的庫(kù)存策略都可能會(huì)有仿真起始事件，例如某倉(cāng)庫(kù)采用周期性的訂貨策略，則需要將本倉(cāng)庫(kù)訂貨策略的時(shí)鐘事件添加到仿真事件隊(duì)列，又例如基層消耗單位每天都可能產(chǎn)生器材消耗，需要將本單位消耗策略的時(shí)鐘事件添加到仿真事件隊(duì)列。

（3）調(diào)用仿真事件步驟中主要完成：1）根據(jù)本系統(tǒng)定義的事件調(diào)度原則，調(diào)用仿真隊(duì)列中發(fā)生時(shí)間等于當(dāng)前仿真鐘時(shí)間的事件；2）生成將來(lái)仿真事件并添加到仿真隊(duì)列。

（4）顯示當(dāng)前仿真信息步驟中主要完成：1）顯示倉(cāng)庫(kù)庫(kù)存、出入庫(kù)流水、缺貨情況等信息；2）顯示基層單位器材消耗曲線；3）顯示工廠生產(chǎn)、發(fā)貨情況；4）顯示器材成本、運(yùn)輸成本等費(fèi)用消耗情況。

（5）仿真結(jié)果統(tǒng)計(jì)步驟中主要完成：1）統(tǒng)計(jì)消耗情況；2）統(tǒng)計(jì)庫(kù)存動(dòng)態(tài)情況；3）統(tǒng)計(jì)缺貨情況；4）統(tǒng)計(jì)成本消耗情況。降低庫(kù)存成本和提高倉(cāng)庫(kù)的滿足率是庫(kù)存控制的主要目的，所以在仿真過(guò)程中主要對(duì)缺貨情況與成本消耗進(jìn)行了分析，并根據(jù)仿真結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步的仿真優(yōu)化。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文針對(duì)裝備器材庫(kù)存系統(tǒng)中存在大量的隨機(jī)參數(shù)，用解析方法很難對(duì)其進(jìn)行描述和分析的難題，在庫(kù)存控制基本理論及仿真基本理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合我軍裝備器材保障的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了基于事件調(diào)度法的裝備器材庫(kù)存仿真控制系統(tǒng)。以期通過(guò)本系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)有和虛擬的庫(kù)存控制進(jìn)行仿真優(yōu)化，達(dá)到提高裝備器材保障能力，降低庫(kù)存控制成本，優(yōu)化庫(kù)存結(jié)構(gòu)的目的。

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Design of the Inventory Simulation Control System of Guarantee Devices Based on the Event Scheduling Method

WANG Tie-ning,ZHU Yu,KE Rong-bo(Academy of Armored Forces Engineering,Beijing 100074,China)

The inventory system plays an important role in the management of the supply chain,play a role in buffering,regulate and balanced.This paper is based on basic theories of inventory control and artificial,combine the characteristic of guarantee equipment inventory control,study and design the artificial system of inventory control based on event scheduling method,offer the strong tool for improving the inventory management level of the equipment in the army.

inventory control;guarantee equipment;event scheduling method

F253

A

1002-3100(2011)07-0109-05

2011-04-25

朱 域（1986-），男（滿族），遼寧岫巖人，裝甲兵工程學(xué)院技術(shù)保障系碩士研究生，研究方向：管理科學(xué)與工程。