垃圾回收物流仿真系统设计

第十一章垃圾回收物流仿真系统设计11.1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。本节内容可以参看随书光盘models/垃圾回收仿真文件夹下的dumpreversesim.mod，模型运行结果参看此目录下的reverse.xls文件。11.2数据信息仿真系统涉及的数据信息如下：11.2.1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11.1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11.2所示。表11.1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11.2点间距离路径起点路径终点距离（km）符号Tran_stationCorppark11Distance(pt)Dump001Dump00210Distance(12)Dump002Dump00310Distance(23)Dump003Dump00412Distance(34)Dump004Dump00510Distance(45)Dump005Dump00612Distance(56)Dump006Dump0076Distance(67)11.2.2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11.3所示：表11.3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（可以是1，2，3）。11.2.3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。11.3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（TotalLogisticCost，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+CC2CC[i]=X[i]+V[i]+S[i]+P[i]*365*60S[i]=(runtime[i]-240)*mS[i]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。runtime[i]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；11.4系统逻辑结构此垃圾回收物流系统的逻辑结构分为五个子模块：垃圾产生模块、叫车模块、收集模块、收工模块、数据处理模块。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，通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。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。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。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。数据处理模块每天车辆收工时，11.5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：11.5.1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11.4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车辆将通过它们来进行垃圾a的回收Getb(1)~getb(7)Track车辆将通过它们来进行垃圾b的回收表11.5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。11.5.2元素显示display各个元素的显示设置如图11.1所示。图11.1垃圾回收物流仿真系统可视化界面11.5.3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。系统初始化程序设计（initializeactions），通过选择系统菜单model/initializeactions…菜单项，得到初始化程序编辑框，输入如下程序：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FORnum=1TO7meandump(num)=1.2*personum(num)*1000NEXT!分别生成每天七个小区产生垃圾的均值setcapacityofdumpcart1tocapacitycart(1)setcapacityofdumpcart2tocapacitycart(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FORnum=1TO7moddemanda(num)=0moddemandb(num)=0!决定叫车次数的变量NEXTFORnum=1TO4roadchoicea(num)=0roadchoiceb(num)=0!最短路径控制变量NEXTFORnum=1TO3runtimea(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各个小区垃圾的详细设计表11.6垃圾元素详细设计列表NameFirstarrivalInterarrivalLotsizeToDumpa10.00011440ERLANG(meandump(1)/3,3,1)PUSHtobuffera1Dumpa20.00021440ERLANG(meandump(2)/3,3,2)PUSHtobuffera2Dumpa30.00031440ERLANG(meandump(3)/3,3,3)PUSHtobuffera3Dumpa40.00041440ERLANG(meandump(4)/3,3,4)PUSHtobuffera4Dumpa50.00051440ERLANG(meandump(5)/3,3,5)PUSHtobuffera5Dumpa60.00061440ERLANG(meandump(6)/3,3,6)PUSHtobuffera6Dumpa70.00071440ERLANG(meandump(7)/3,3,7)PUSHtobuffera7Dumpb10.00011440ERLANG(meandump(1)/3,3,8)PUSHtobufferb1Dumpb20.00021440ERLANG(meandump(2)/3,3,9)PUSHtobufferb2Dumpb30.00031440ERLANG(meandump(3)/3,3,10)PUSHtobufferb3Dumpb40.00041440ERLANG(meandump(4)/3,3,11)PUSHtobufferb4Dumpb50.00051440ERLANG(meandump(5)/3,3,12)PUSHtobufferb5Dumpb60.00061440ERLANG(meandump(6)/3,3,13)PUSHtobufferb6Dumpb70.00071440ERLANG(meandump(7)/3,3,14)PUSHtobuffer