本发明涉及现代物流，尤其是涉及一种面向自动仓储的流程仿真方法及系统。
背景技术：
1、2020年，我国快递服务企业业务量累计完成833.6亿件，同比增长31.2％，依然延续逐年跨新百亿量级的增长态势。巨大的快递量对仓储环节造成了巨大的挑战，而仓储活动中往往带有很多随机因素，如货物的重量、到达时序、机器的处理进度、故障等一般是随机的。离散事件仿真(des)技术被用来研究这类高度随机的复杂系统或优化仓储业务流程。
2、当前的物流仿真软件高度封闭和复杂，不利于初学者的学习和零基础使用，而且想要通过二次开发实现需要的功能也难以支持。其次，离散事件仿真策略中进程交互法适用于构建具有并发活动和消息传递的系统，通过模拟进程之间的通信和触发行为来实现活动的协作，但多数开源仿真框架没有采用基于进程交互法的des建模策略，这样降低了模型的效能。再者以往没有把业务流程仿真与仓库管理系统(wms)进行关联，无法实时反馈wms系统的运行状况，这样使得wms成为了一个信息孤岛。此外工作流技术与仿真结合较少，工作流管理系统(wfms)只是业务流程的定义和控制，仅依此无法在项目实施前模拟仓储活动的业务量和故障对货物出入库效率的影响。
3、因此，有必要提供一种面向自动仓储的流程仿真方法及系统，来解决上述问题。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种面向自动仓储的流程仿真方法及系统，通过分析货物出入库各个环节的时间，找出仓储业务流程瓶颈所在，提高货物出入库效率，实现仓库资源的精细化管理。
2、为实现上述目的，本发明提供了一种面向自动仓储的流程仿真方法及系统，包括
3、展示层包括仿真日志、货物排队情况、机器处理进度、出入库响应时间和机器故障比率；
4、业务层通过控制中心监控系统功能和工作流的运行，包括日志记录和权限控制，具体包括：仿真控制模块、实体功能模块、工作流模块；
5、仿真控制模块：货物到达、故障发生、仿真终止和监视运行；
6、实体功能模块：货物属性、工作台原则、事件发生器、实例创建、货物暂存区、进程调度器、流程设计器；
7、工作流模块：业务流程定义、任务拾取与分配、流程变量声明、流程管理；
8、服务层包括仓库管理系统wms系统和wfms系统，通过调用wms系统接口，为仿真模型导入货物数据，以及为wfms系统定义业务流程，启动wms系统后仿真系统创建并激活实体，同时驱动工作流引擎执行相应的活动；
9、技术层包括由服务层完成实体创建与激活得到的仿真策略支持的随机数生成、多线程并发、仿真时钟推进、进程调度，以及工作流引擎启动时从资源文件夹读取流程定义文件，通过监听器与流程推进技术执行相应业务，技术栈为springboot+activiti；
10、数据层包括由框架生成的货物属性数据、机器处理数据、暂存区数据、设备故障数据和工作流数据；
11、持久层包括存储过程、数据连接池和读写数据库；通过mybatis-plus框架将数据存入mysql数据库。
12、一种面向自动仓储的流程仿真方法，具体包括以下步骤：
13、s1：本地数据库配置；在系统的配置文件中输入要保存工作流信息和仿真数据的数据库地址、账号密码，默认选用mysql数据库，用户的数据库无需先行创建数据表，流程启动时自动生成，基于springboot的自动装配机制和mybatis-plus简化开发，用户声明需要的字段来保存数据；
14、s2：创建流程定义文件；通过调用流程设计器构建货物出/入库流程图，并定义各任务的名称和编号信息，转换为xml或bpmn格式，此为业务流程定义文件，将其保存到系统资源文件夹下，流程启动时工作流引擎自动读取该类型文件，并自动部署；
15、s3：指定任务负责人和添加流程变量；用户指定仓储各个流程由不同的机器处理，或不同的业务员操作，在系统的监听器中指定任务的执行者；业务流程定义中设置了判断条件，如货物的重量超过一定值就需要输送机交给叉车搬运，否则直接通过agv小车搬运上架，根据判断条件选择分支，流程执行时根据流程变量，如示例中货物的重量，自动选择相应的路径，实现后续实体的调度；
16、s4：在仿真控制模块中定义仿真条件；用户在仿真控制模块中定义货物到达的规则，调用wms系统接口，或模拟产生，输入仿真参数，设置仿真终止条件，仿真终止条件可设为系统接受一定数目的货物后不再接收而终止，也可设为仿真运行一定时间后终止，亦可设为某个工作台处理完成一定数目的货物后系统终止仿真，用户可按自身需求给予相应的参数。仿真控制模块调用实体功能模块的事件发生器，创建工作台，监视仿真运行状况；
17、s5：选择随机数的分布类型；系统提供了服从多种分布类型的随机数生成器，类型包括指数分布、超指数分布、正态分布、均匀分布和爱尔朗分布，结合排队论知识和货物到达规律，默认选择指数分布来模拟货物的到达时间和机器的处理时长，设备故障和修复时间选用给定上下限的均匀分布模拟，上述指数分布、超指数分布、正态分布、均匀分布和爱尔朗分布的均值由用户设定或让系统随机产生；
18、s6：定义实体功能模块；实体功能模块包含货物属性、工作台原则、事件发生器、实例创建、货物暂存区、进程调度器、流程设计器；用户自设货物属性作为后续流程变量；实体功能模块的工作台规则中定义各环节机器处理货物的时长和顺序，处理完成后将其放入后置的货物暂存区，机器将货物处理信息发送到仿真控制模块中，控制中心记录过程信息并保存为日志，用户自行设定每个工作台的顺序及参数；仿真控制模块的故障发生机制在一定时间会激活实体功能模块中的事件发生器，使相应的机器停止运行，并设定修复的时间，模拟机器运行一段时间后故障，停机维修后继续处理未完成的任务，记录设备发生故障的频率及修复时长，及某个环节阻塞对整个仓储效率的影响；
19、s7：启动流程仿真系统，统计数据，将数据结果反馈给wms系统。
20、优选的，在步骤s5中，货物到达仓库的时间、离开仓库的时间和机器处理货物的时间服从给定均值的指数分布，随机数产生方法为线性同余生成器和乘同余生成器进行混合来生成，使用逆变换法构造服从指数分布和正态分布的随机变量。
21、调用流程设计器创建流程定义文件并保存在资源文件夹下，待流程启动时读取和部署。仿真启动时控制中心调用实体功能模块中的货物接收及属性定义、工作台处理规则和故障，完成相应的仿真功能。通过监听器配置用户可指定仓储各个流程由不同的机器处理，即在系统的监听器中指定任务的执行者，系统会在合适的时机会拾取任务并分配到相应的工作台。用户可通过仿真控制模块监控工作流的运行，实现流程监控和管理定义如货物到达的规则、故障是否发生、仿真何时终止、创建工作台和货物处理规则等，可以实时监视仿真运行状况。接下来就是作业的调度与完成。系统一旦开始仿真，立即启动货物生成模块，到达仓库的货物先放在暂存区中，一旦该暂存区不为空，则激活后续机器执行出/入库流程并记录作业时间，处理完成的货物继续放入后面的暂存区，后续设备空闲时接收处理，若发生故障则待机等待修复，恢复后继续处理前面暂存区的货物。不同的货物按其属性不同分配到不同的机器，走完各自的出/入库流程。仿真时间到或到货数达到一定量时控制中心下达系统终止运行的命令。最后进行统计数据与反馈。用户在设定好了仿真参数后，启动仿真程序等待终止即可，仿真结束后会输出统计数据。这些数据可以导出到本地数据库，依用户需求进行详细分析评价，以找出业务流程瓶颈所在，反馈给wms系统管理员，改进wms管理仓储业务流程的策略，提高货物出入库效率。
22、优选的，设置有多个暂存区，暂存区容量无限大。
23、优选的，仿真策略使用进程交互法实现进程的调度，据此推进仿真时钟，被激活或唤醒的进程在仿真就绪队列中等待调度器统一调度，暂停也是通过进程调度器挂起。
24、优选的，机器随机发生故障，发生故障时间和修复时间服从给定上下限的均匀分布，设备故障期间机器无法处理货物，货物在其前面的暂存区排队等待。
25、优选的，仓储业务流程中定义的任务须在仿真系统的监听器中分配负责人。
26、优选的，仿真运行状况监视和仿真终止条件由一个仿真控制中心监控，该模块中创建工作台、货物接收、故障发生规则、日志记录及仿真结果输出。
27、优选的，每个货物执行下一个活动前依货物属性判断该由哪个机器处理，目标机器会拾取任务并执行。
28、优选的，仿真统计结果导出到本地，进行专项分析后反馈到wms系统，改善运营策略，进而优化仓储管理。
29、因此，本发明采用上述一种面向自动仓储的流程仿真方法及系统，具备以下有益效果：
30、(1)本发明系统功能明确，具有图形化界面，操作简单，支持用户二次开发，提高了系统的可拓展性和用户体验，模块间具有较低的耦合性，也降低了维护难度。
31、(2)本发明系统整合了activiti7、springboot2、mybatis-plus等成熟的框架，配置简单，在实现多种需求的同时保证运行稳健。
32、(3)本发明仿真策略采用进程交互法，支持多进程并发执行，并且可以通过事件进行交互，提高了仿真效率和可靠性。
33、(4)本发明随机变量和伪随机数的生成使用线性同余生成器和乘同余生成器进行混洗来产生随机数，进而使用逆变换法构造服从指数分布等的随机变量，这样可以使发生器生成的伪随机数与“真实”均匀分布的随机数更接近，还可以构造服从多种分布类型的随机数，而且其伪随机数的周期长度可以设定得更长，独立性和拟合优度也更好。
34、(5)本发明依据仓库管理系统定义的仓储业务流程，在平台上构建工作流管理系统，将仿真与流程建模进行关联，仿真结果实时反馈wms系统的运行状况，打破了不同系统间的信息壁垒，也有效利用了实际业务的数据。
35、(6)本发明考虑了设备发生故障或业务员离岗状态下仓储流程的转变，及展示其对整个货物出入库效率的影响。
36、(7)本发明除了自设仿真参数，也支持从wms系统导入货流和仓储各环节的处理过程和时间等数据，同时为每个步骤操作后设置了暂存区，以满足货物排队等待处理的需求，增强了系统的实用性。
37、(8)本发明仿真过程信息和仿真结果都可导出到本地数据库，便于检查每个货物的处理进程和做进一步的数据分析，提高货物出入库效率。
38、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
1.一种面向自动仓储的流程仿真系统，其特征在于：包括
2.一种面向自动仓储的流程仿真方法，其特征在于：具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种面向自动仓储的流程仿真方法，其特征在于：在步骤s5中，货物到达仓库的时间、离开仓库的时间和机器处理货物的时间服从给定均值的指数分布，随机数产生方法为线性同余生成器和乘同余生成器进行混合来生成，使用逆变换法构造服从指数分布和正态分布的随机变量。
4.根据权利要求3所述的一种面向自动仓储的流程仿真系统，其特征在于：设置有多个暂存区，暂存区容量无限大。
5.根据权利要求4所述的一种面向自动仓储的流程仿真方法，其特征在于：仿真策略使用进程交互法实现进程的调度，据此推进仿真时钟，被激活或唤醒的进程在仿真就绪队列中等待调度器统一调度，暂停也是通过进程调度器挂起。
6.根据权利要求5所述的一种面向自动仓储的流程仿真方法，其特征在于：机器随机发生故障，发生故障时间和修复时间服从给定上下限的均匀分布，设备故障期间机器无法处理货物，货物在其前面的暂存区排队等待。
7.根据权利要求6所述的一种面向自动仓储的流程仿真方法，其特征在于：仓储业务流程中定义的任务须在仿真系统的监听器中分配负责人。
8.根据权利要求7所述的一种面向自动仓储的流程仿真系统，其特征在于：仿真运行状况监视和仿真终止条件由一个仿真控制中心监控，该模块中创建工作台、货物接收、故障发生规则、日志记录及仿真结果输出。
9.根据权利要求8所述的一种面向自动仓储的流程仿真系统，其特征在于：每个货物执行下一个活动前依货物属性判断该由哪个机器处理，目标机器会拾取任务并执行。
10.根据权利要求9所述的一种面向自动仓储的流程仿真系统，其特征在于：仿真统计结果导出到本地，进行专项分析后反馈到wms系统，改善运营策略，进而优化仓储管理。
