1、沈阳理工大学学士学位论文I乐购超市服务排队系统的运用与分析摘 要近年来，大型超市不断的兴起给人们带来了许多便利。但是由于种种原因大型超市的排队服务系统并不完善，常常出现了队列过长或者服务台空闲等问题，因此，优化大型超市排队服务系统，减短队列便有具有了重大意义。本文针对沈阳乐购超市服务排队系统进行优化。首先对排队论的相关知识进行介绍，对多服务窗等待制 M/M/n/排队模型进行了重点阐述。其次对沈阳乐购超市浑南店顾客服务时间，到达时间等数据进行调查，取得原始数据代入排队模型进行实证分析，计算出了相应的目标参量，确定了该超市各个时段应该开放的最佳收银台的数量。然后运用 FLEXSIM 对服务系统进行
2、仿真以确定该优化方案是可行的。在此基础上本文对乐购超市的收银通道，扫描，员工专业度等方面提出问题并对其优化，最后对超市的发展提出意见。本文的研究成果对大型商场、医院、银行等具有收费服务系统的服务企业具有普遍的借鉴意义。关键词：大型超市；排队服务系统；建模；仿真；优化沈阳理工大学学士学位论文IIAbstractIn recent years, the continuous rise of large supermarkets have brought a lot of convenience to peaple. However, due to various reasons, the larg
3、e supermarkets queuing system is not perfect, many problems often arised, such as the queue is too long or deskes are idling. Therefore, to optimize the queuing service system of large supermarket to shorten the queue will have a great significance.This thesis aimed at to optimize the service queuin
4、g system of Shenyang Tesco Supermarket. At first, the knowledge about queuing theory has beed introduced, and the multi-window waiting for M/M/n/queuing model has beed focused on. Secondly, a survey of customer service time, arrival time and other data has beed conducted at Shenyang Tesco supermarke
5、t Hunnan store. Then, the original data abtained from the survey has been put into the queuing model to conduct a empirical analysis. And as a result, the corresponding target parameters are calculated, and so to determine the number of cash register at various hours of the supermarket should beed o
6、pened. Next, by using the FLEXSIM service system to conduct a simulation, finding out the optimization is feasible. On this basis, this thesis discussed the problem of cashier channel, scanning equipment and staff professionalism of the Tesco supermarket,and optimizing these problem at the same time
7、.Finally, this thesis has give some advices about how to development the supermarket.The results of this paper have universal referenceto for large shopping malls, hospitals, banks and other service enterprises who have the fee-based services systems.Keywords: supermarkets; queuing service system; m
8、odeling; simulation; optimization沈阳理工大学学士学位论文III目 录摘 要 .IAbstract .II目 录 .III1 绪论 .11.1 课题研究的背景及意义 .11.2 国内外研究现状 .11.3 论文的主要研究内容及组织结构 .41.3.1 论文主要研究内容 .41.3.2 论文主要组织结构 .42 超市排队服务系统相关理论知识 .52.1 排队论 .52.1.1 排队论的概念与发展 .52.1.2 排队论研究的内容 .62.2 排队系统 .72.2.1 排队系统的组成 .72.2.2 排队系统的主要指标 .92.2.3 排队系统的最优化 .102.3
9、 排队系统的建模 .122.3.1 系统建模的要求 .122.3.2 系统建模的原则 .122.3.3 系统建模的方法 .132.3.4 系统建模的步骤 .132.3.5 排队系统建模的符号与分类 .142.3.6 M/M/n/模型 .142.4 排队系统的仿真 .152.4.1 离散事件系统仿真 .152.4.2 FLEXSIM 软件的介绍 .16沈阳理工大学学士学位论文IV3 服务系统数据采集与指标计算 .173.1 沈阳乐购超市周边环境描述 .173.2 数据采集 .173.2.1 顾客到达时间服从分布的研究 .203.2.2 顾客服务时间服从分布的研究 .233.3 系统指标计算及优化
10、 .253.3.1 超市收银服务系统应用排队模型 .253.3.2 系统指标计算 .263.4 大型超市各时段最优服务台数确定 .274 顾客排队状况的计算机仿真 .314.1 排队服务系统模型假设 .314.2 顾客排队状况的计算机仿真 .324.3 超市排队服务系统的主要参数技术指标结果分析 .375 大型超市服务工作优化设计 .405.1 现有超市收银服务工作 .405.2 超市收银通道优化 .415.3 超市商品扫描结算工作优化 .435.4 员工专业度的改进 .455.4 对超市发展的建议 .45结 论 .46致 谢 .47参考文献 .48附录 A.50附录 B.58沈阳理工大学学士
11、学位论文11 绪论1.1 课题研究的背景及意义排队服务系统在人们实际生产生活中应用十分广泛，如顾客到超市付款，病人在医院排队看病，此外，计算机网络中数据的存储转发、电话机的占线问题、交通枢纽的车船堵塞和疏导、水库的存储调节等等都是排队现象。对这些生活生产活动都可以应用排队系统进行仿真模拟，用来研究判定合理有效的解决方案。数学上，研究排队系统的理论是排队论，排队论是运筹学的一个分支，又称随机服务系统理论或等待理论，排队系统的基本组成部分主要是输入过程、排队规则、服务机构 1。在我国市场经济的发展中，超市以其独特的经营方式和服务理念赢得了广大人民的喜爱。在超市中，如果服务实施过少或服务效率太低，便
12、会加剧拥挤，排队成龙。但增加服务设施便会增加服务成本或造成系统空闲。很多顾客因不愿意等待太久时间而流失，这对超市来说很大的损失 2。因此，有必要对排队系统的结构和运行规律加以研究，从而更好的组织配备人员和设备。对商场经营者来讲，降低成本、提高服务效率和缩短顾客等待时间，使服务系统达到最佳运行状态尤为重要 3。本文以沈阳乐购超市有限公司浑南店为研究和应用的背景,在参阅有关排队论研究和应用文献的基础上,从沈阳乐购超市有限公司浑南店现状入手,对沈阳乐购浑南店的排队服务系统进行考察，并在所获得的资料基础上利用排队论建立超市服务系统的仿真模型，再基于相应的仿真平台对其进行仿真，根据仿真运行后服务系统性能
13、的相关数据，对排队系统进行分析。对于所得出的结果进行优化，合理的配置服务员，有效的缩短顾客等待时间，改进服务系统的效率得到优化后的服务系统从而提高超市的效益 4。1.2 国内外研究现状随着人们生活水平的逐步提高，超市越来越受到人们的喜爱，这也导致了超市中排队现象的日益严重，尤其是大型超市这种问题更加突出 5。随着国内外学者对此问题的关注越来越多的人对其进行了相关研究，而这个问题可以归结为超市收银服务窗口的动态开放的问题，即在一定的排队的情形下如何去安排收银窗口的开放和员工的分工协调才能使得收银服务系统既保证顾客不会因为过长时间的等待而离去，同时又尽沈阳理工大学学士学位论文2可能的减少收银服务窗
14、口的开设数量，从而使超市的管理费用和人力资源成本最低 6。以上问题涉及多个变量，要解决这个问题需要在多个量之间进行优化组合，这属于运筹学的优化问题研究的范围。具体的说就是应用经典排队论优化算法找出系统在某个运营状态下的最优解，即排队系统的最优化。排队系统的最优化是指通过对排队系统的某些变量的调整和控制，使系统处于最佳的运营状态 8。一般的排队系统由三个方面组成：输入过程、排队规则和服务机构 9。我们把要求得到服务的对象统称为顾客。在排队系统中有两个对立的面：即顾客和服务机构。顾客方总希望进入服务系统后可以立刻得到服务，他们希望在系统中等待的时间越短越好，因而希望服务台开放的数量越多越好。这样顾
15、客在系统中等待的时间就会减少，因此他们遭受的损失就小。但是作为服务提供者的服务机构来说，增加窗口时就会增加成本，虽然窗口的增加可以提高服务的效率，但同时也增加了自身的运营成本。并且如果开放的窗口过多的话很容易导致窗口的闲置，这样更加加大了超市的运营成本。通常来说，服务机构由于各方面条件的制约不会增加过多的窗口。由此可见，对于一个排队系统来说，其设计与运行需要兼顾顾客与服务机构双方的利益，以便在某种合理指标上使两者利益达到最优化。对于大多数实际问题来说，输入过程可以看作是由客观条件决定的不受人为因素控制的。因此，解决这种问题的关键是确定服务率或服务台或选取顾客的服务规则或这几个量的组合，使之在某
16、种意义下系统达到最优。最优化问题要么从服务一方考虑，要么从顾客、服务机构双方综合考虑，优化的指标可以是时间，也可以是费用 10。而目前大多数学者主要从费用优化模型、仿真优化技术、排队论算法三个方面着手对排队系统优化问题进行研究：1、费用优化模型费用优化模型顾名思义是以费用为主进行优化的方法。以超市为例，组成超市服务系统主要有两部分，分别是顾客和收银台窗口，超市希望可以以较少的收银窗口进行服务以减少成本，而顾客则是希望超市增加服务窗口以减少等待时间，而窗口的增加势必导致了超市成本费用的增加，因此，出于对两方利益的考虑，就可以以费用为优化目标，求出超市服务台的最佳台数，令两方的总成本最小。可以设总
17、费用=顾客排队损失的费用+服务费用。假设服务水平固定，则排队损失费用是服务台数的减函数，服务费用是服务台数的增函数。当费用最小值存在的时候，对应的值即为最优的服务台数。而这种方法是把顾客在等待中所产生的费用看做是一个已知量，而将等待费用沈阳理工大学学士学位论文3和服务费用的总费用当作目标函数得到一个最优的控制策略，但是在现实中，顾客的等待费用是很难确定的。不同的人在同一时间的价值是不一样的，即便是同一个人，他在不同的时间等待损失费用也是不一样的；另一方面，由于现在超市之间的竞争激烈，企业应该把提高顾客满意度，提高服务质量放在首位。因此在实际中这种方法也是不可行的 11。2、仿真优化技术系 统
18、仿 真 是 通 过 计 算 机 建 立 能 反 映 真 实 系 统 规 律 的 仿 真 模 型 ， 对 模 型 进 行 仿 真实 验 ， 对 实 验 数 据 进 行 分 析 ， 进 而 科 学 地 开 展 系 统 方 案 评 价 和 系 统 分 析 的 关 键 技 术 。近年来在超市排队系统中应用计算机仿真技术已经成为研究的热点，仿真技术的优势在于对现实情况和优化模型的长期模拟测试能力 12。当某一优化方案确定之后，就可以在计算机中建立起仿真模型，然后让方案在虚拟环境中运行较长的时间，得出一些数据指标，根据这些指标来确定方案是否真的起到了优化系统的作用，同时也可以看出最优解是否可行。由于计算机
19、仿真技术对现实情况有相对模拟的能力，因此在某种程度上仿真技术成了优化方案应用之前的检验标准 13。3、排队论算法排 队 论 或 称 随 机 服 务 系 统 理 论 ,是 通 过 对 服 务 对 象 到 来 及 服 务 时 间 的 统 计 研 究 ，得 出 这 些 数 量 指 标 （ 等 待 时 间 、 排 队 长 度 、 忙 期 长 短 等 ） 的 统 计 规 律 ， 然 后 根 据 这些 规 律 来 改 进 服 务 系 统 的 结 构 或 重 新 组 织 被 服 务 对 象 ， 使 得 服 务 系 统 既 能 满 足 服 务对 象 的 需 要 ， 又 能 使 机 构 的 费 用 最 经 济
20、或 某 些 指 标 最 优 14。 它 是 运 筹 学 的 分 支 学科 。 也 是 研 究 服 务 系 统 中 排 队 现 象 随 机 规 律 的 学 科 。 广 泛 应 用 于 计 算 机 网 络 , 生产 , 运 输 , 库 存 等 各 项 资 源 共 享 的 随 机 服 务 系 统 。 排 队 论 研 究 的 内 容 有 3 个 方 面 ：统 计 推 断 ， 根 据 资 料 建 立 模 型 ； 系 统 的 性 态 ， 即 和 排 队 有 关 的 数 量 指 标 的 概 率 规律 性 ； 系 统 的 优 化 问 题 。 其 目 的 是 正 确 设 计 和 有 效 运 行 各 个 服 务
21、系 统 ， 使 之 发 挥 最佳 效 益 。 也 有 人 将 排 队 论 的 理 论 应 用 到 超 市 收 银 服 务 系 统 中 15。 但 是 ， 由 于 缺 乏对 数 据 的 科 学 收 集 以 及 合 理 的 分 析 处 理 ， 使 得 统 计 数 据 不 能 为 管 理 者 的 决 策 提 供 可靠 的 信 息 。 因 此 合 理 利 用 排 队 论 相 关 知 识 来 分 析 超 市 收 银 服 务 系 统 具 有 重 要 的 现 实意 义 和 经 济 价 值 。 该 系 统 是 一 个 动 态 的 多 服 务 台 等 待 制 随 机 服 务 系 统 ， 通 过 对 该 系统 中
22、 队 长 、 等 待 时 间 等 指 标 的 分 析 研 究 ， 找 出 不 同 时 段 需 要 开 放 的 最 佳 的 收 银 台 的数 量 ， 以 达 到 优 化 系 统 、 提 高 工 作 效 率 和 服 务 质 量 的 目 的 16。沈阳理工大学学士学位论文41.3 论文的主要研究内容及组织结构1.3.1 论文主要研究内容本文以乐购超市收银服务系统为载体，运用排队论的思想和相关方法对其进行分析。运用多服务窗口等待制 M/M/n/ / 排队模型对超市收银服务系统进行了优化。对沈阳浑南乐购超市进行数据采集并进行实证分析，计算出了相应的目标参数，确定了该超市各个时间段应该开放的最佳收银台数量
23、，并且对其进行仿真，以确定该改进的合理性，如若发现问题进行优化，并且对服务系统其它的问题提出改进策略 17。1.3.2 论文主要组织结构本文共分为五章，主要内容如下：本文第一章为绪论，对文章选题的背景及意义进行了叙述，对当前国内外对于排队系统的研究现状进行综述，在本章的最后阐述了文章的主要内容及组织结构。第二章主要介绍了排队论的发展及相关理论知识，排队系统与系统建模的相关概念、离散事件的系统仿真、FLEXSIM 软件的介绍。第三章主要介绍了调查表的设计和乐购超市的周边环境情况，并且进行了数据采集，将运用排队论的相关思想和方法应用到了超市收银服务系统的管理中，把调查的数据代入排队模型进行分析，计
24、算出了相应的目标参数，并对收银服务系统进行了优化，从而确定了该超市各个时段应该开放的收银台的数目。第四章通介绍了计算机仿真的主要步骤，对顾客的排队情况进行了计算机仿真。并且对超市排队系统的主要相关参数技术指标结果进行了分析。第五章是在第三章调查所得到的真实数据的基础之上，对数据进行整理分析，找出了现有超市收银工作中存在的一些造成等待时间过长的问题。并结合实际情况对问题逐一进行了分析研究，提出了相应的解决方案。沈阳理工大学学士学位论文52 超市排队服务系统相关理论知识2.1 排队论2.1.1 排队论的概念与发展排 队 论 (queuing theory), 或 称 随 机 服 务 系 统 理 论
25、 , 是 通 过 对 服 务 对 象 到 来 及服 务 时 间 的 统 计 研 究 ， 得 出 这 些 数 量 指 标 （ 等 待 时 间 、 排 队 长 度 、 忙 期 长 短 等 ） 的统 计 规 律 ， 然 后 根 据 这 些 规 律 来 改 进 服 务 系 统 的 结 构 或 重 新 组 织 被 服 务 对 象 ， 使 得服 务 系 统 既 能 满 足 服 务 对 象 的 需 要 ， 又 能 使 机 构 的 费 用 最 经 济 或 某 些 指 标 最 优 。 它是 数 学 运 筹 学 的 分 支 学 科 18。 也 是 研 究 服 务 系 统 中 排 队 现 象 随 机 规 律 的 学
26、 科 。 广 泛应 用 于 计 算 机 网 络 , 生 产 , 运 输 , 库 存 等 各 项 资 源 共 享 的 随 机 服 务 系 统 。 排 队论 研 究 的 内 容 有 3 个 方 面 ： 统 计 推 断 ， 根 据 资 料 建 立 模 型 ； 系 统 的 性 态 ， 即 和 排 队有 关 的 数 量 指 标 的 概 率 规 律 性 ； 系 统 的 优 化 问 题 。 其 目 的 是 正 确 设 计 和 有 效 运 行 各个 服 务 系 统 ， 使 之 发 挥 最 佳 效 益 19。排 队 系 统 的 一 般 模 型 图 如 图 2.1.1 所 示 。 下 图 表 明 每 个 来 到
27、服 务 窗 口 的 顾 客需 要 按 照 排 队 规 则 进 行 排 队 等 候 服 务 ， 服 务 窗 口 则 按 照 服 务 规 则 进 行 服 务 ,顾 客 接受 完 服 务 之 后 就 会 离 开 。 图 中 的 排 队 结 构 是 指 队 列 的 数 目 和 排 队 的 方 式 ， 排 队 规 则和 服 务 规 则 说 明 顾 客 在 排 队 系 统 中 是 按 照 什 么 规 则 ， 以 什 么 次 序 接 受 服 务 的 。图 2.1.1 排队系统一般模型图沈阳理工大学学士学位论文6日 常 生 活 中 存 在 大 量 有 形 和 无 形 的 排 队 或 拥 挤 现 象 ， 如 旅
28、 客 购 票 排 队 ， 市 内 电话 占 线 等 现 象 。 排 队 论 的 基 本 思 想 是 1910 年 丹 麦 电 话 工 程 师 A.K.埃 尔 朗 在 解 决自 动 电 话 设 计 问 题 时 开 始 形 成 的 ， 当 时 称 为 话 务 理 论 。 他 在 热 力 学 统 计 平 衡 理 论 的启 发 下 ， 成 功 地 建 立 了 电 话 统 计 平 衡 模 型 ， 并 由 此 得 到 一 组 递 推 状 态 方 程 ， 从 而 导出 著 名 的 埃 尔 朗 电 话 损 失 率 公 式 。 自 20 世 纪 初 以 来 ， 电 话 系 统 的 设 计 一 直 在 应 用 这
29、 个 公 式 。 30 年 代 苏 联 数 学家 .欣 钦 把 处 于 统 计 平 衡 的 电 话 呼 叫 流 称 为 最 简 单 流 。 瑞 典 数 学 家 巴 尔 姆 又 引入 有 限 后 效 流 等 概 念 和 定 义 。 他 们 用 数 学 方 法 深 入 地 分 析 了 电 话 呼 叫 的 本 征 特 性 ，促 进 了 排 队 论 的 研 究 。 50 年 代 初 ， 美 国 数 学 家 关 于 生 灭 过 程 的 研 究 、 英 国 数 学 家D.G.肯 德 尔 提 出 嵌 入 马 尔 科 夫 链 理 论 ， 以 及 对 排 队 队 型 的 分 类 方 法 ， 为 排 队 论 奠
30、定了 理 论 基 础 。 在 这 以 后 ， L.塔 卡 奇 等 人 又 将 组 合 方 法 引 进 排 队 论 ， 使 它 更 能 适 应 各种 类 型 的 排 队 问 题 。 70 年 代 以 来 ， 人 们 开 始 研 究 排 队 网 络 和 复 杂 排 队 问 题 的 渐 近解 等 ， 成 为 研 究 现 代 排 队 论 的 新 趋 势 。2.1.2 排队论研究的内容排队论研究的内容主要是以下三个部分： 1、排队论的性态问题 所谓排队系统的性态问题就是研究各种排队系统的规律性。在一个排队系统中，其排队的队长是随机的，顾客等待时间的长短以及服务台繁忙时间的长短也是随机的。排队系统的规律性
31、主要是研究排队队长的分布、等待时间的分布以及忙期的分布，它包含了瞬间状态和统计平衡条件下的稳态两种情形。 2、排队系统的最优化问题 排队系统的最优化问题主要有两类：包括系统的最优化设计和系统的最优化运行控制。前者又称为静态最优化，后者又称为动态最优化。前者是在服务系统设置之前就对未来的运行情况进行估计，从而使设计人员有所依据。例如车站的规模、水库容量的大小等。而后者是对已有的排队系统通过一定的数学方法寻求最优运行策略，例如去银行取款的时候，当排队的人太多时，就增设服务的窗口，这样虽然增加了运营成本，但同时却减少了顾客的等待时间，即减少了顾客的机会成本提高了顾客的满意度，这样带来的好处可能远远超过服务费用的增加。因此，在对一个排队系统进行设计或运行管理的时候，就需要兼顾顾客与服务双方的利益，以便在某种合理指标的基
