CN105701273A - 一种基于主体的组件化物流系统仿真计算方法 - Google Patents

Abstract

一种基于主体的组件化物流系统仿真计算方法，首先以物流系统组成部分之间的关系特征为划分界面，根据同类关系聚合对应的实体类型，分成形成3个实体、3种交互关系、3种组织关系及对系统产生影响的外部环境；并将实体进一步分解形成若干个属性组件和行为组件进行建模，分别描述实体的某类属性或者某类行为规则，其中所述属性组件中至少包括平台组件；以平台组件为容器，选择合适的组件装载到平台组件上形成实体模型，结合属性数据和规则参数，加上实体部署信息，和实体间的相互关系信息，生成仿真情景下的对象实例。本发明具有建模更加简单，适用性好，模型可按需组合装配，模型复用性好，可扩展性好，可维护性好的优点。

Description

一种基于主体的组件化物流系统仿真计算方法

技术领域

本发明涉及仿真计算领域，具体的涉及一种利用主体仿真建模计算方法对物流系统进行仿真计算，例如仿真建模计算的方法。

背景技术

现有技术中存在着不同的仿真建模计算方法，例如：组件化建模计算方法、离散事件仿真计算方法和基于主体仿真建模计算方法。

组件化建模方法是将组成仿真实体的各要素抽象为独立的组件，包括描述实体某方面物理特性的属性组件和描述实体认知行为的行为组件，并可将组件按照一定的规则组合为各类仿真实体。这种仿真模型拆解和组合方式可提高模型的按需装配能力，在满足仿真需求的同时尽量减少模型复杂度和计算量；同时可以提高模型的可扩展性，便于进行模型特定行为能力的精细化改进，降低增加行为能力和改变行为规则的难度。

离散事件仿真是一种过程导向的仿真技术，离散事件仿真是面向事件的，研究在规定的离散时间点发生的事件引发未来一系列时间依序运行。离散事件仿真关注变量的不确定性，用蒙特卡洛法模拟随机因素，通过重复仿真得到所关注系统输出变量的概率分布。

基于主体仿真建模(ABMS:Agent-BasedModelingandSimulation)，将系统理解为构件间交互作用形成的集合体，通过对个体行为及其之间的交互关系、适应性进行刻画，来描述复杂系统的行为。基于主体仿真建模方法通过较简单个体规则的叠加和相互作用，可展现系统的整体性行为即涌现行为，是研究复杂适应性系统的有效途径。

当前用于物流仿真的主要工具，多采用单一的离散事件仿真、优化(数学)建模法或者系统动力学仿真技术，完成对供应链管理策略、物流设施平面布置，物流局部作业流程优化等问题的仿真求解。

采用单一仿真建模方法都是为了解决特定问题，如优化建模法致力于作出最优决策；离散事件仿真是为了体现和适应物流过程中的不确定性的影响；系统动力学仿真侧重于研究物流系统内部实体间的相互关系，缺乏通用的建模方法支持对物流系统多目标问题进行仿真分析。相比上述建模方法，基于主体仿真建模更具一般性和包容性，既可以基于其他建模技术建立模型组件的总体框架，又能够构建嵌套于更大系统的主体模型，但由于目标多样化导致的主体建模复杂性使得建立一种可操作的、易于实施的建模手段变得极为困难，模型体系和模型内部逻辑过于复杂以至难以进行修改和扩展，一些成功的基于主体建模案例仍然局限于一定的物流仿真场景，只能分析研究特定的问题。

而仿真建模分析是解决物流系统规划设计和管理调度中普遍存在的多目标计算问题的有效手段之一。物流系统是一个人机结合的复杂动态系统，它具有时间和空间跨度大、各组成部分行为关联性强，动态适应环境变化，多目标相互制衡等显著特点，而现有建模方法和工具一般只能侧重分析和解决物流系统某方面的具体问题，如场所选址、路线选择、车间布局优化等，无法针对时空跨度大场景下的系统综合设计问题进行高效建模，建立的模型也相对固化不能适应物流系统内外部运行环境变化以展现系统涌现行为。

如何提供一种通用化，普适性的建模方法，构建体系化、可扩展、可灵活装配的模型体系框架，以满足不同层次不同精细程度的物流仿真需要，支持快速构建物流仿真场景、定制物流仿真应用系统，辅助用户完成个性化的系统规划设计、系统优化和教学培训等仿真应用，成为现有技术亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提出一种面向物流仿真领域的，基于主体建模的组件化仿真计算方法，可构建体系化、可扩展、可灵活装配的模型组件总体框架，满足面向物流系统规划设计、运营调度优化、教学培训等不同方面需求，减少构建面向不同目标仿真应用系统的难度，增强已有仿真应用不断精化演进的能力。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于主体的组件化物流系统仿真计算方法，具体包括如下步骤：

基于主体的实体模型抽象步骤S110：

基于主体对实体模型进行抽象，以物流系统组成部分之间的关系特征为划分界面，根据同类关系聚合对应的实体类型，分成形成多个实体、多种交互关系、多种组织关系及对系统产生影响的外部环境；

实体组件化建模步骤S120：

将实体进一步分解形成若干个属性组件和行为组件进行建模，分别描述实体的某类属性或者某类行为规则，其中所述属性组件中至少包括平台组件，并以平台组件为容器，承载其它属性组件和行为组件，组件之间的通信和控制均通过平台组件进行集中处理，确保组件可承载并且相互隔离；

基于组件的实体模型装配步骤S130：

以平台组件为容器，选择合适的组件装载到平台组件上形成实体模型，然后将实体模型与具体实体的属性数据和规则参数结合，形成型号实体模板；所述型号实体模板加上实体部署信息，和实体间的相互关系信息，生成仿真情景下的实体对象实例，即具体的实体。

优选地，物流系统可以抽象为三类实体、三种交互关系和三种组织关系；

所述三类实体为用户、调度、力量；所述三种交互关系为用户产生需求提交给调度、调度为满足用户需求下达任务给资源力量、资源力量依据任务向用户供给物资；所述三种组织关系为：用户和调度之间的保障关系，调度和力量之间的指挥关系，接收同一任务的力量实体和用户实体之间的协作关系；

其中，所述用户实体会按照一定规则消耗物资并产生物资需求，并将需求提交给存在保障关系的调度实体；

所述调度实体接收有保障关系的用户实体提交的需求，根据有指挥关系的力量实体状态，编制任务计划；

所述力量实体包括仓储、运力、工作人员和设备，负责进行物流活动；

三类交互关系中的传递要素描述如下：

物资：物流活动中的工作对象，为满足用户需求在调度的指挥下由力量从原所在位置运送到用户所需位置；

需求：由用户提出的对物资的需求，包括所需物资类型、数量以及需运送到的位置的信息，上报给有保障关系的调度实体；

任务：由调度实体依据所指挥的力量实体的状况制定，包括参与的力量实体、各参与力量实体需完成的活动的信息，下达给所指挥的力量实体去执行；

三种组织关系的描述如下：

保障关系：由用户根据某种规则动态选择特定的调度实体，或者由调度实体根据某种规则预先指定所保障的用户；

指挥关系：调度实体和特定的力量实体之间存在指挥关系，即指出某个调度实体可以指挥调动的力量实体有哪些；

协作关系：协作关系是基于任务动态形成的，所有参与同一任务的力量实体和用户实体根据任务要求进行协作顺序完成整个物流活动。

优选地，属性组件还包括资产属性组件和能力属性组件，行为组件则包括机动组件、消耗/需求生成组件、决策调度行为组件、力量实体的物流活动行为组件和用户实体的其他行为组件，除了必须包含平台组件外，实体能够包括属性组件和行为组件中的各具体组件中的一个或多个。

优选地，所述实体属性数据包括实体名称、实体所拥有的物资类型和数量、实体所拥有的车辆类型和数量中的一个或多个；

所述规则参数包括决策周期、物资补充策略和/或路径规划算法；

实体部署信息包括位置、坐标和常规机动路径；

实体间的相互关系信息包括和哪些其他实体形成保障和/或指挥关系；

所述外部环境包括社会环境、气象条件、地形条件、道路状况和交通状况中的一个或多个。

优选地，用户实体具体为使用电子商务系统下订单的客户；

调度实体包含在分拨中心内的调度系统和配送站点内的调度系统，形成上下级关系：其中，分拨中心内调度系统负责根据客户订单和所辖力量，包括仓储和货车，制定送货计划，将货物从分拨中心内仓库运送到配送站点内仓库；所述配送站点内调度系统根据分拨中心内调度系统下发的任务，该任务随订单货物运送一起到达，调度所辖力量，包括仓库和电瓶车，将货物运送到客户处；

力量实体包括货车、电瓶车和仓库，所述力量实体分别从属于某个分拨中心或者配送站点。

优选地，1)用户实体和配送站点内调度系统之间存在保障关系，即客户的需求提交给配送站点内调度系统；配送站点内调度系统和分拨中心内调度系统存在级联保障关系；

2)分拨中心内调度系统和分拨中心下属力量之间存在指挥关系，即分拨中心内调度系统分配配送任务给下属力量去执行；

3)配送站点内调度系统和配送站点下属力量之间存在指挥关系，即配送站点内调度系统分配配送任务给下属力量去执行；

4)分拨中心下属力量和配送站点因订单配送任务动态产生协作关系；

5)配送站点下属力量和客户因订单配送任务动态产生协作关系。

优选地，所述用户实体包括平台组件，机动组件和订单生成组件。

所述分拨中心内调度系统包括分拨中心平台组件和决策调度行为组件；

所述配送站点内调度系统包括配送站点平台组件和决策调度行为组件。

所述仓库包括平台组件、资产属性组件和物流行为组件；

所述货车包括平台组件、能力属性组件、机动组件和物流行为组件；

所述电瓶车包括平台组件、能力属性组件、机动组件和物流行为组件。

所述调度类的决策调度行为组件采用多回路运输问题(VRP)求解；

所述货车和所述电瓶车的机动组件采用旅行商问题(TSP)求解。

本发明整合了组件化建模和基于主体建模方法的优点，提出了面向物流领域的基于主体的组件化建模计算方法，构建了一套具有普适性的物流领域模型体系，与现有技术相比具有如下优点：

1)建模方法适用性好：将物流系统按通用结构抽象分解形成主要实体类型和相互关系类型，并进一步将实体分解成相对独立、可组合的属性和行为组件，通过组件装配形成实体来模拟物流系统各组成部分独立运行和相互作用，可以有效适用于各种规模、各种时空跨度、各种精细度要求的物流系统仿真场景。

2)建模更加简便：一方面通过将物流系统抽象为包括三类实体、三种交互关系、三种组织关系以及环境模型，并将实体进一步分解为以及平台、能力属性、资产属性、机动、物流行为等典型组件，使得需求分析人员可以“对号入座”，依据已有经验快速定义模型要素和结构；另一方面通过将仿真建模的对象聚焦到实体的属性和行为特征，降低了开发人员进行模型设计和开发的难度。

3)模型可按需组合装配：针对不同仿真场景下对仿真实体的个性化要求，通过组合适当的组件就可以形成具备所需属性行为特征、满足精细程度要求的仿真实体模型，提高了仿真场景构建的效率。

4)模型复用性好：一方面，只需要对组件模型的属性和规则参数进行个性化配置就可以形成特定的属性和能力；另一方面，某些组件如机动组件，可以复用装配到不同的仿真实体模型中，只需要对组件的参数进行特定配置。

5)模型可扩展性好：只需要增加新的组件模型，或者改进某个已有组件模型即可扩展仿真实体的能力。由于组件模型的相对独立性和局部性，有效控制了开发人员扩展模型的工作范围。

6)模型可维护性好：需要修改模型时，不再需要对复杂的实体模型进行修改，而只需要修改或者替换相关的组件模型。

附图说明

图1是根据本发明的基于主体的组件化物流系统仿真计算方法的具体步骤；

图2是根据本发明的基于主体的组件化物流实体仿真场景的要素构成；

图3是根据本发明的基于主体的组件化物流实体仿真的组件化模型体系的示例；

图4是根据本发明的基于主体的组件化物流实体仿真的实体模型装配步骤；

图5是根据本发明的一个具体实施例的城市配送系统仿真场景要素构成；

图6是根据本发明的一个具体实施例的对城市配送系统的实体进行部署和配重；

图7是根据本发明的一个具体实施例的城市配送系统仿真场景推进效果。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

首先介绍与本发明有关的术语：

1.实体

实体是计算机对现实对象的映射，可以是具体的人员、飞机、货车，也可以是聚集形成的团队甚至子系统。在仿真实现上，通过实体来刻画现实对象的特征、行为。

2.主体(Agent)

主体是复杂适应性系统中具有决策能力的实体，在一般意义上，物流系统中任何做决策的实体都可以视为主体，如管理者和一线员工、用于运营调度的计算机系统、或者规模较大的团队如仓储机构和运输车队等。在基于主体的建模仿真中，主体表现为一个具有一系列的属性和行为特征的个体，属性定义该个体是什么，而行为特征定义该个体做什么。主体有一套行为规则(或者行为模式)用于感知信息、处理数据和影响外部环境，其信息处理过程通常包括某种形式的适应或者学习。单个主体对应现实对象的规模与仿真建模目的相适应。

3.组件

用于描述仿真实体一部分属性或者行为特性的部件，在一定模型框架约束下开发的组件可以通过自动装配形成仿真实体模型。例如，组件可以通过软件来实现。

4.仿真场景

仿真场景可描述为根据仿真分析目的而设计的与由物理系统抽象映射形成的仿真对象形态。在基于主体建模的仿真中，仿真场景包括多个仿真实体及其交互关系，随着仿真分析目的的不同，仿真场景中的仿真实体类型、仿真实体数量、仿真实体交互关系、仿真实体表征的物理对象规模大小、仿真实体属性和行为描述精细度、环境因素等均会有所区别。例如，在局部小规模物流作业分析中，需要针对装卸设备、操作人员、传输设备等对象进行精细化建模，通过仿真分析作业流程、作业布局、操作规程等因素对物流效率的影响；而在大时空跨度下的物流运输网络分析中，只聚焦于各级中转场和调度中心、车辆和班线班次配置、货物特性等建模，分析网络结构、运力配置、调度策略与货物特性和流量的适配性。

本发明有机地整合了组件化建模方法和基于主体建模方法，采用基于主体建模思想抽象分析拆解物流系统内的实体和关系，同时采用组件化建模思想将仿真实体的属性和行为分解成不同组件，构建一套组件化的、可扩展的、可按需装配的、基于主体的物流领域模型体系。

参见图1，示出了根据本发明的基于主体的组件化物流系统仿真计算方法，具体包括如下步骤：

(1)基于主体的实体模型抽象步骤S110：

基于主体对实体模型进行抽象，以物流系统组成部分之间的关系特征为划分界面，根据同类关系聚合对应的实体类型，分成形成多个实体、多种交互关系、多种组织关系及对系统产生影响的外部环境；

参见图2，示出了根据本发明的基于主体的组件化物流实体仿真场景的要素构成。

具体而言，按照基于主体仿真建模，首先需要分析抽象出物流系统中的基本仿真实体、环境模型，仿真实体之间以及仿真实体和环境之间的关系。在本发明的建模方法中，从关系分析入手，先抽象出近似的交互类型，再据此聚合交互两侧对应的实体。因此，物流系统内的实体和关系可以抽象为三类实体、三种交互关系和三种组织关系，此外，考虑环境和实体行为之间的相互影响，还抽象出外部环境。

所述三类实体为用户、调度、力量；所述三种交互关系为用户产生需求提交给调度、调度为满足用户需求下达任务给资源力量、资源力量依据任务向用户供给物资；所述三种组织关系为：用户和调度之间的保障关系，调度和力量之间的指挥关系，接收同一任务的力量实体和用户实体之间的协作关系。

所述保障关系为用户提交需求给有保障关系的调度，所述指挥关系为调度只能基于有指挥关系的力量进行决策并下达任务，所述协作关系为存在于接收同一任务的力量实体和用户实体之间的相互协作。所述外部环境包括社会环境、气象条件、地形条件、道路状况和交通状况中的一个或多个。各类实体进行决策和行动时都需要考虑和环境之间的相互作用，如道路状况会影响车辆行驶速度和车辆选择道路的决策，而车辆运行也会影响道路状况。

三类实体描述如下：

用户实体：会按照一定规则消耗物资并产生物资需求，并将需求提交给存在保障关系的调度实体。物资消耗和外部环境、用户实体行为有关。用户可以是一个人，也可以是一个团体。

调度实体：接收有保障关系的用户实体提交的需求，根据有指挥关系的力量实体状态，编制任务计划。调度可以分层，下级调度实体由于所辖力量状态不能满足所保障用户需求的，可以将需求部分或者全部提交到上级调度实体进行决策调度。

力量实体：包括仓储、运力、工作人员和设备等，负责进行物流活动。各类力量实体接收有指挥关系的调度实体下达的任务，并根据任务协作进行物流活动。力量实体状态可被具有指挥关系的调度实体掌握。

三类交互关系中的传递要素描述如下：

物资：物流活动中的工作对象，为满足用户需求在调度的指挥下由力量从原所在位置运送到用户所需位置，其类别、尺寸、重量对物流仿真中的调度、装卸、运输等各个环节都产生影响。

需求：由用户提出的对物资的需求，包括所需物资类型、数量以及需运送到的位置等信息，上报给有保障关系的调度实体。

任务：由调度实体依据所指挥的力量实体的状况制定，包括参与的力量实体、各参与力量实体需完成的活动等信息，下达给所指挥的力量实体去执行。

三种组织关系的描述如下：

保障关系：用户实体和特定的调度实体之间存在保障关系，可以由用户根据某种规则动态选择特定的调度实体，也可以由调度实体根据某种规则预先指定所保障的用户。确定保障关系后，用户的需求只会提交给有保障关系的调度实体。

指挥关系：调度实体和特定的力量实体之间存在指挥关系，即指出某个调度实体可以指挥调动的力量实体有哪些。指挥关系可以预先设定，也可以再在系统运行过程中根据需要临时建立。

协作关系：协作关系是基于任务动态形成的，所有参与同一任务的力量实体和用户实体根据任务要求进行协作顺序完成整个物流活动。

(2)实体组件化建模步骤S120：

不同仿真场景下对仿真实体的要求是有差异的，这种差异可能体现在仿真实体的描述粒度(车辆和运输队、人员和团队)、行为规则的精细化程度等方面。如果将每个仿真实体视为一个主体进行建模，那么针对特定仿真场景建立的主体模型可能很难适用于其他仿真场景。

因此，实体进一步分解形成若干个属性组件和行为组件进行建模，分别描述实体的某类属性或者某类行为规则，其中所述属性组件中至少包括平台组件，并以平台组件为容器，承载其它属性组件和行为组件，组件之间的通信和控制均通过平台组件进行集中处理，确保组件可承载并且相互隔离。

其中，属性组件还包括资产属性组件和能力属性组件，行为组件则包括机动组件、消耗/需求生成组件、决策调度行为组件、力量实体的物流活动行为组件和用户实体的其他行为组件。除了平台组件外，实体可以包括属性组件和行为组件中的各具体组件中的一个或多个。

参见图3，示出了根据本发明的基于主体的组件化物流实体仿真的组件化模型体系的示例。但应该知道，这仅仅为示例，除了平台组件为必须之外，其它组件并不为必须所有。

每个组件的解释如下：

平台组件用于描述实体的基本属性、该实体与其他实体的关系，并作为容纳该实体其他组件的载体。实体的基本属性用于定义实体是什么。

资产属性组件用于描述实体中拥有的物资类型、存量和存量上限等资产状态情况。除了用户实体中需要装配资产属性组件来记录物资状态，力量实体中也应该装配此组件用于记录力量实体中掌握或者装载的物资情况。

能力属性组件用于描述力量实体可进行哪些物流活动，以及可从事物流活动的资源(如人员、车辆、设备)状态。特殊的，当力量实体是单个人员、车辆、设备时，仅设置组件中该类资源数量为1即可。

机动组件因为其共性，从行为类组件中被单独提取出来进行描述，它可以仿真实体的位置属性和机动能力。所有有机动能力的实体都应装配机动组件。需要注意的是，机动行为规则除了受所在实体其他行为组件决策指挥外，还可能受环境影响。

消耗/需求生成组件是用户实体的主要行为组件，可以和资产属性组件搭配使用。当有资产属性组件时，消耗/需求生成组件会模拟资产消耗并根据消耗情况发出物资补充需求。当消耗/需求生成组件独立配置时，应直接模拟需求生成。

其他行为组件描述用户实体的其他行为，这些行为组件根据仿真场景的需要进行装配，这些行为可能导致资产属性组件的状态变化但不会生成物资需求。物资需求由消耗/需求生成组件根据资产属性组件的状态统一产生。

决策调度组件是调度实体的主要行为组件，模拟调度机构的决策调度行为，根据需求和下辖力量状况编制任务并下达给力量、用户相关实体，由这些实体去协同(自动)执行任务过程。在某些仿真场景下，不存在单独的调度实体，决策调度组件装配到某个力量实体或者用户实体上，同样可以完成决策调度工作。

物流行为组件是力量实体的主要行为组件，该组件会根据接收到的任务指令，提供能力属性组件中描述的资源，独立或者和其他同一任务下的力量实体或者用户实体合作完成检验、装卸、运输、存储、加工等物流活动。不同类型力量实体的物流行为组件是不同的，如运力实体的物流行为包括装载物资、运输物资、卸载物资等，仓储实体的物流行为包括物资入库、物资盘点、物资出库、请求补货等，精细到人员/设备这样的实体其物流行为包括具体的操作活动。

(3)基于组件的实体模型装配步骤S130：

参见图4，示出了根据本发明的基于主体的组件化物流实体仿真的实体模型装配步骤。

以平台组件(基本属性组件)为容器，选择合适的组件装载到平台组件上形成实体模型，然后将实体模型与具体实体的属性数据和规则参数结合，形成型号实体模板；所述型号实体模板加上实体部署信息，和实体间的相互关系信息，生成仿真情景下的实体对象实例，即某个具体的实体。

其中，同类实体模型具有统一的模型框架，体现为平台组件预留对该实体可能包含的其他属性组件和行为组件的接口，其他属性组件和行为组件的开发需遵循这些接口，并对用户提供参数配置接口。这样就可以通过简单的操作装配所需组件模型到平台组件上，形成特定仿真场景下所需的实体对象实例。

具体的实体属性数据包括实体名称、实体所拥有的物资类型和数量、实体所拥有的车辆类型和数量中的一个或多个。

规则参数包括决策周期、物资补充策略和/或路径规划算法。

实体部署信息和实体间的相互关系信息由仿真场景限定所限定。实体部署信息包括位置、坐标和常规机动路径；实体间的相互关系信息包括和哪些其他实体形成保障和/或指挥关系。

仿真场景所需的对象实例生成完毕之后，各对象实例可以基于自身规则和相互之间的交互关系自主运行，完成仿真计算过程。

合适的组件装载到平台组件上形成实体模型；然后将实体模型与具体的实体属性数据、规则参数结合，构成型号实体模板；型号实体模板加上想定数据(实体部署信息、实体间关系信息)就生成具体的对象实例。

实体模型框架设计考虑各个实体类模型的公共部分的设计，其中最重要的工作是通过框架的约束，保证组件模型集成的合理性、规范性。

实施例1：城市配送系统场景仿真

1.1仿真场景分析以及实体模型抽象

城市配送系统对应的场景是，某自营电子商务公司在一个城市范围内，能够针对各时间段的客户订单，安排分拨中心到各配送网点的运输班线和班次、行驶线路，模拟分拨中心和配送站点规划配送人员、车辆数目、确定各车辆配送线路。通过仿真模拟当前网络结构的运行情况，提出优化改进措施，包括增加配送站点数量、调整各站点车辆类型、车辆数目情况，以提高服务满足率。

参见图5，示出了城市配送系统仿真场景要素构成。

从仿真目的来看，需要在仿真场景中体现网络结构、配送调度机制，由订单来驱动仿真过程，需分析仿真过程中配送点、车辆运营情况和订单配送时效性情况，利用分析结果优化网络结构、配送机制和力量投入。

采用基于主体的物流系统内实体和关系建模方法，并参考本发明中提出的通用化物流模型体系框架，可以分析出该仿真场景中，

实体包含有：

1)用户实体为使用电子商务系统下订单的客户。

2)调度类实体有调度系统，包含在分拨中心内的调度系统、配送站点内的调度系统，形成上下级关系：其中，分拨中心内调度系统负责根据客户订单和所辖力量，包括仓储和货车，制定送货计划，将货物从分拨中心内仓库运送到配送站点内仓库；所述配送站点内调度系统根据分拨中心内调度系统下发的任务，该任务随订单货物运送一起到达，调度所辖力量，包括仓库和电瓶车，将货物运送到客户处(订单规定的地址)。

3)力量实体包括货车、电瓶车、仓库，这些力量实体分别从属于某个分拨中心或者配送站点。

实体间的组织和交互关系包括：

1)用户类实体和配送站点内调度系统(调度类实体)之间存在保障关系，即客户的需求(订单)提交给配送站点内调度系统；配送站点内调度系统和分拨中心内调度系统存在级联保障关系，因为配送站点下辖仓库不储备库存余量，所以客户提出的订单配送站点下辖力量必然不能满足需求，配送站点将订单继续上报给分拨中心内的调度系统。

2)分拨中心内调度系统和分拨中心下属力量(例如仓库、货车)之间存在指挥关系，即分拨中心内调度系统分配配送任务给下属力量去执行。

3)配送站点内调度系统和配送站点下属力量(例如仓库、电瓶车)之间存在指挥关系，即配送站点内调度系统分配配送任务给下属力量去执行。

4)分拨中心下属力量(仓库、电瓶车)和配送站点因订单配送任务动态产生协作关系。

5)配送站点下属力量(仓库、电瓶车)和客户因订单配送任务动态产生协作关系。

在本实施例中，仿真场景考虑的环境因素主要是道路状况(路网结构)，这样在进行决策调度和机动行为时需要考虑路网结构的约束。

1.2组件建模

采用实体的组件化建模步骤，并参考本发明中提出的通用化物流模型体系框架，将本城市配送系统仿真场景中的各类实体进一步分解形成组件，如下表所示。

表1实体的组件构成

从表1中可以看出，货车和电瓶车实体中除了平台组件和能力属性组件中某些属性值的名称不同，其他均相同，完全可以在模型框架体系中运力实体模型下的平台、能力属性、物流行为组件基础上略作配置即可形成货车和电瓶车实体所需组件。而机动组件根据仿真场景中的设定需要单独扩展开发，使得机动规则为沿路网按TSP(旅行商问题)问题求解；调度类实体的决策调度组件也需要扩展开发，使配送任务按VRP算法求解后分配给下属的运输力量。这充分体现了组件化建模的效率优势。

1.3基于组件的实体模型装配

在该步骤中，先基于组件进行实体模板装配，然后将进行实体部署和配置，即可形成城市配送系统的仿真场景。

实体模板装配流程如下：

1)选择平台组件；

2)将选定的其他组件装载到平台组件上形成实体模板；

3)对加载形成的实体模板进行参数配置；

4)重复1)到3)步，直至所需实体模板均被创建；

实体部署和配置可在电子地图上进行，将实体模板拖拽到电子地图上，然后点击实体图标调出参数配置面板，按照仿真场景的要求配置实体名称、型号、能力等属性参数，以及实体包含的其他组件(物流行为组件)规则参数配置，并配置实体间的组织关系，

参见图6，示出了对实体进行部署和配置。步骤如下：

1)从左上角可部署实体模板区选择货车实体拖拽到地图上；

2)双击地图上的货车图标弹出参数配置窗口；

3)在参数配置窗口中进行修改，如修改货车名称、图标、初始位置、车型、载重等属性；

4)在左下角已部署实体列表中找到新部署的货车，将其拖拽到已部署的某个分拨中心下，则建立起两者之间的指挥关系，在地图上以箭头显示。

重复完成上述步骤将所有实体部署配置完毕，则仿真场景构建完成。由于采用了基于主体的建模方法，各实体自带行为组件，可以按照设定的规则进行交互和活动，推动系统运行。

参见图7，示出了仿真场景推进的效果。

本发明整合了组件化建模和基于主体建模方法的优点，提出了面向物流领域的基于主体的组件化建模计算方法，构建了一套具有普适性的物流领域模型体系，与现有技术相比具有如下优点：

1)建模方法适用性好：将物流系统按通用结构抽象分解形成主要实体类型和相互关系类型，并进一步将实体分解成相对独立、可组合的属性和行为组件，通过组件装配形成实体来模拟物流系统各组成部分独立运行和相互作用，可以有效适用于各种规模、各种时空跨度、各种精细度要求的物流系统仿真场景。

2)建模更加简便：一方面通过将物流系统抽象为包括三类实体、三种交互关系、三种组织关系以及环境模型，并将实体进一步分解为以及平台、能力属性、资产属性、机动、物流行为等典型组件，使得需求分析人员可以“对号入座”，依据已有经验快速定义模型要素和结构；另一方面通过将仿真建模的对象聚焦到实体的属性和行为特征，降低了开发人员进行模型设计和开发的难度。

3)模型可按需组合装配：针对不同仿真场景下对仿真实体的个性化要求，通过组合适当的组件就可以形成具备所需属性行为特征、满足精细程度要求的仿真实体模型，提高了仿真场景构建的效率。

4)模型复用性好：一方面，只需要对组件模型的属性和规则参数进行个性化配置就可以形成特定的属性和能力；另一方面，某些组件如机动组件，可以复用装配到不同的仿真实体模型中，只需要对组件的参数进行特定配置。

5)模型可扩展性好：只需要增加新的组件模型，或者改进某个已有组件模型即可扩展仿真实体的能力。由于组件模型的相对独立性和局部性，有效控制了开发人员扩展模型的工作范围。

6)模型可维护性好：需要修改模型时，不再需要对复杂的实体模型进行修改，而只需要修改或者替换相关的组件模型。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。

Claims (10)

1.一种基于主体的组件化物流系统仿真计算方法，具体包括如下步骤：

基于主体的实体模型抽象步骤S110：

基于主体对实体模型进行抽象，以物流系统组成部分之间的关系特征为划分界面，根据同类关系聚合对应的实体类型，分成形成多个实体、多种交互关系、多种组织关系及对系统产生影响的外部环境；

实体组件化建模步骤S120：

将实体进一步分解形成若干个属性组件和行为组件进行建模，分别描述实体的某类属性或者某类行为规则，其中所述属性组件中至少包括平台组件，并以平台组件为容器，承载其它属性组件和行为组件，组件之间的通信和控制均通过平台组件进行集中处理，确保组件可承载并且相互隔离；

基于组件的实体模型装配步骤S130：

以平台组件为容器，选择合适的组件装载到平台组件上形成实体模型，然后将实体模型与具体实体的属性数据和规则参数结合，形成型号实体模板；所述型号实体模板加上实体部署信息，和实体间的相互关系信息，生成仿真情景下的实体对象实例，即具体的实体。

2.根据权利要求1所述的基于主体的组件化物流系统仿真计算方法，其特征在于：

物流系统可以抽象为三类实体、三种交互关系和三种组织关系；

所述三类实体为用户、调度、力量；所述三种交互关系为用户产生需求提交给调度、调度为满足用户需求下达任务给资源力量、资源力量依据任务向用户供给物资；所述三种组织关系为：用户和调度之间的保障关系，调度和力量之间的指挥关系，接收同一任务的力量实体和用户实体之间的协作关系；

其中，所述用户实体会按照一定规则消耗物资并产生物资需求，并将需求提交给存在保障关系的调度实体；

所述调度实体接收有保障关系的用户实体提交的需求，根据有指挥关系的力量实体状态，编制任务计划；

所述力量实体包括仓储、运力、工作人员和设备，负责进行物流活动；

三类交互关系中的传递要素描述如下：

物资：物流活动中的工作对象，为满足用户需求在调度的指挥下由力量从原所在位置运送到用户所需位置；

需求：由用户提出的对物资的需求，包括所需物资类型、数量以及需运送到的位置的信息，上报给有保障关系的调度实体；

任务：由调度实体依据所指挥的力量实体的状况制定，包括参与的力量实体、各参与力量实体需完成的活动的信息，下达给所指挥的力量实体去执行；

三种组织关系的描述如下：

保障关系：由用户根据某种规则动态选择特定的调度实体，或者由调度实体根据某种规则预先指定所保障的用户；

指挥关系：调度实体和特定的力量实体之间存在指挥关系，即指出某个调度实体可以指挥调动的力量实体有哪些；

协作关系：协作关系是基于任务动态形成的，所有参与同一任务的力量实体和用户实体根据任务要求进行协作顺序完成整个物流活动。

3.根据权利要求1所述的基于主体的组件化物流系统仿真计算方法，其特征在于：

属性组件还包括资产属性组件和能力属性组件，行为组件则包括机动组件、消耗/需求生成组件、决策调度行为组件、力量实体的物流活动行为组件和用户实体的其他行为组件，除了必须包含平台组件外，实体能够包括属性组件和行为组件中的各具体组件中的一个或多个。

4.根据权利要求1所述的基于主体的组件化物流系统仿真计算方法，其特征在于：

所述实体属性数据包括实体名称、实体所拥有的物资类型和数量、实体所拥有的车辆类型和数量中的一个或多个；

所述规则参数包括决策周期、物资补充策略和/或路径规划算法；

实体部署信息包括位置、坐标和常规机动路径；

实体间的相互关系信息包括和哪些其他实体形成保障和/或指挥关系；

所述外部环境包括社会环境、气象条件、地形条件、道路状况和交通状况中的一个或多个。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的基于主体的组件化物流系统仿真计算方法，其特征在于：

用户实体具体为使用电子商务系统下订单的客户；

调度实体包含在分拨中心内的调度系统和配送站点内的调度系统，形成上下级关系：其中，分拨中心内调度系统负责根据客户订单和所辖力量，包括仓储和货车，制定送货计划，将货物从分拨中心内仓库运送到配送站点内仓库；所述配送站点内调度系统根据分拨中心内调度系统下发的任务，该任务随订单货物运送一起到达，调度所辖力量，包括仓库和电瓶车，将货物运送到客户处；

力量实体包括货车、电瓶车和仓库，所述力量实体分别从属于某个分拨中心或者配送站点。

6.根据权利要求5所述的基于主体的组件化物流系统仿真计算方法，其特征在于：

1)用户实体和配送站点内调度系统之间存在保障关系，即客户的需求提交给配送站点内调度系统；配送站点内调度系统和分拨中心内调度系统存在级联保障关系；

2)分拨中心内调度系统和分拨中心下属力量之间存在指挥关系，即分拨中心内调度系统分配配送任务给下属力量去执行；

3)配送站点内调度系统和配送站点下属力量之间存在指挥关系，即配送站点内调度系统分配配送任务给下属力量去执行；

4)分拨中心下属力量和配送站点因订单配送任务动态产生协作关系；

5)配送站点下属力量和客户因订单配送任务动态产生协作关系。

7.根据权利要求5所述的基于主体的组件化物流系统仿真计算方法，其特征在于：

所述用户实体包括平台组件，机动组件和订单生成组件。

8.根据权利要求5所述的基于主体的组件化物流系统仿真计算方法，其特征在于：

所述分拨中心内调度系统包括分拨中心平台组件和决策调度行为组件；

所述配送站点内调度系统包括配送站点平台组件和决策调度行为组件。

9.根据权利要求5所述的基于主体的组件化物流系统仿真计算方法，其特征在于：

所述仓库包括平台组件、资产属性组件和物流行为组件；

所述货车包括平台组件、能力属性组件、机动组件和物流行为组件；

所述电瓶车包括平台组件、能力属性组件、机动组件和物流行为组件。

10.根据权利要求9所述的基于主体的组件化物流系统仿真计算方法，其特征在于：

所述调度类的决策调度行为组件采用多回路运输问题(VRP)求解；

所述货车和所述电瓶车的机动组件采用旅行商问题(TSP)求解。