基于Arena的超市收银台排班分析-以杭州市物美超市为例.docx

    基于Arena的超市收银台排班分析以杭州市物美超市为例    杭州／林臣琪Reference：超市收银台结账等待时间的长短是顾客满意度的决定要素之一超市增加收银台开放的数量，虽然能大大减少顾客结账的等待时间，但也会增加收银服务人员因此，超市服务台开放数量应根据即时顾客到达数灵活设置以杭州市物美超市（文泽路店）收银台服务系统实际服务时间为基本数据，运用Arena仿真分析软件进行仿真实验，并分析相应的灵敏度，得出顾客数与服务台开放数的最佳比例，从而为超市对收银员合理排班、提高人力资源利用率、减少顾客结账等待时间，提供决策支持Keys：超市收银台服务系统；Arena仿真分析；灵敏度分析；收银员合理排班一、引言随着超市、餐饮等服务业日益发达，竞争也愈加激烈，消费者不再单纯地满足于产品质量，对服务水平也提出了更高的要求有研究表明，大型超市成功与否，很大程度上取决于能否为顾客提供方便快捷的服务，并有效理解和满足顾客的消费需求由于我国人口众多，资源总量有限，因此，人均资源占有量将非常有限，排队成了各个城市普遍的现象，如病人排队看病、银行顾客排队办理存储业务、大商场顾客排队购物结账等面对日益严峻的市场竞争，在相同产品质量或质量相似的情况下，谁能提高排队系统的服务水平，谁就能在服务行业中占据一定的优势。

因此，国内外学者针对收银服务等待与顾客满意度之间的关系，以及收银排班与顾客需求的关系进行了研究，得出为提高顾客满意度的排班决策二、相关文献与应用研究（一）相关研究文献简述Walsh指出，收银的顾客服务水平与收银效率密切相关收银排班的关键，是在为顾客服务水平与人力资源成本之间权衡，并开发了计算机辅助排班系统Ferguson则指出，超市顾客需求具有很大的波动性，收银排班不仅要优化效率，还要保持系统绩效的平稳，进行动态排班严良等提出了基于仿真的超市收银排班及流程优化张琦琮等采用智能体( Agent)仿真方法，建立了超市排队系统仿真模型，将顾客、收银台抽象为不同的Agent．并引入收银台管理Agent和引导员Agent，通过不同Agent之间的交互，动态调整收银台开放数目，在Netlogo@仿真平台下的数值实验，验证了所提方法的有效性Melaclmnoudis、Olafsson根据顾客需求的波动特征，构建了整数规划模型，求解收银员的最佳轮班尽管目前不乏针对顾客等待人数与收银台服务水平关系的研究，从而根据顾客排队人数进行收银员排班决策，但一般未考虑到达超市的顾客人数与收银台服务效率的关系假如能根据到达超市的顾客人数作出收银员排班的决策，就能提前且更高效地对收银台系统进行快速反应。

因此，本研究在现有研究的基础上，增加了顾客到达人数因素，以期更科学地作出收银排班决策二)Arena系统仿真技术及应用研究l.Arena系统仿真技术Arena是美国Rockwell Software公司开发的通用仿真软件，具有功能强大、使用方便、界面直观、动画显示等优点由于Arena可视化仿真软件能直观地进行建模，同时能使简单的模型验证成为可能，因此被广泛应用于生产制造系统、物流系统以及服务系统等领域2．应用研究本研究利用Arena系统仿真技术，在超市采集实际数据，通过顾客随机到达所服从的分布以及服务时间的分布，仿真计算出顾客在系统的等待时间、排队队长、资源利用率，确定出何时增加服务台与增加的最优台数，为超市服务系统的设计提供依据以典型的物美超市收银服务系统为例，以Arena仿真软件为分析工具，对收银台排队系统进行研究，在满足服务水平的前提下，为超市开放收银台的数目与人员合理排班提供合理化的建议，并进行了灵敏度分析，得出顾客到达数量与服务台开放数量较为合理的比例关系，同时，对物美超市实地调研过程中出现的问题进行了汇总和分析三、系统建模与仿真（一）现场数据采集为收集实际有效的数据，对杭州物美超市（文泽路店)进行了为期两天历时4个小时的数据采集工作，共采集数据120条，时间跨度为两周。

采集对象为收银台对各个排队等待结账顾客的实际服务时间，单位为秒采集到的数据如表l所示为保证服务时间的稳定性，采集的数据均选取服务稳定之后的数据，即上午时间段均选取开始购物之后两小时之后，如上午11点之后，下午3点之后到5点之间同时，为避免单周时间由于促销等不确定性事件的影响，采用两周的每个周末时间段进行数据采集工作利用Arena仿真软件中内置的Input模块，对收集到的数据进行拟合分析，可得到数据服从的分布拟合结果如图1所示二）系统分析与建模1．系统分析由于顾客到达超市的时间、顾客到达数量与超市的服务台数目、服务时间、排队等待人数都是随机的，因此，超市收银服务是一个典型的随机系统该系统的特征是：(1)排队准备结账的顾客是系统服务的对象，顾客之间相互独立、互不影响，且顾客到达服务台、顾客到达超市的时间间隔也是随机的、相互独立的2)由于每个开放的服务台需要配备一名服务员（或收银员），所以服务员（或收银员）可以被看作是系统的服务台收银系统由多个服务台构成，且对每个顾客的服务时间是随机的、相互独立的假设每个开放着的收银台的服务能力，在每个时间段内都是一样的，是一个常数3)收银服务遵从先到先服务的原则。

根据超市收银服务系统的特征描述和排队论的知识，我们知道，该随机服务系统实际上就是一个动态的、多服务台、先到先服务的等待制排队系统因此，如果假设顾客是按Poisson流到达的，服务员对顾客的服务时间服从负指数分布，那么，可认为超市收银排队系统是一个M/M/c/*排队系统2．仿真建模为确定在一定入流的情况下，最为合适的收银台开放台数，需进行反向分析首先，根据现行的收银台开放数与顾客平均服务时间，给出顾客到达超市人数大概的范围；然后，分别向上和向下扩展分析，以得到服务的临界数据；最后，依次扩大服务台数，检验比例关系是否会随着人数规模的扩大而有所改变1 )entity生成设置使用Create加Schedule两个模块生成实体从实际的超市系统中可发现，不同时间段进入的顾客人数是随机的、不确定的，且人数变化较大根据实验的基本原理，当研究一个变量时，最好保持其他变量不变因此，假定进入超市的人数起始值，并通过调节进入超市的人数，分析系统的性能同时，根据此次调研的数据可分析得出，每个服务员（或收银员）每小时的服务人数应为46人左右，为取整，设为45仿真数据也会在每个服务人员平均服务46人的情况下，10人幅度的变动。

2)服务队列设置超市收银台服务在形成过程中，顾客会自动根据每个收银台的队列长度去选择，从而形成相同队列长度的队列同时，当某队列服务速度较快，或服务时间较短时，则后尾顾客又会选择去形成新的队列，从而始终可以近似等于一个队列，多个服务台的问题因此，用仿真实现时，用一个process进行[来自w](3)系统性能的好坏收银服务的系统性能主要由这几个因素决定：顾客的平均排队等待时间( AverageWT)、最大等待时间(Max WT)、工作台的服务强度(Uti-lization)，（参数定义如表3所示）基于人的工作疲劳性，假定每个工作人员的服务强度最好不超过95%由于顾客难以忍受过长的排队结账等待时间，或看到过长的结账队伍容易产生放弃购物的情绪，因此，当达到某个临界值时，顾客的满意度会急剧下降，超市无法承担顾客流失的损失假设顾客结账的最大等待时间是l小时，最大等待人数为60人三）仿真结果分析出于实际计算的方便，将单位时间内单个服务台服务人数，由46人修整为45人参与运算，并且从实际情况看，其值的改变对结果的影响并不大计算得到的在不同到达人数情况下，开放4个服务台时的服务系统性能，如表4所示从表4可看出，当人数超过195人时，应考虑增加服务台。

此时，平时等待时间虽然并不算太长，但最大等待时间和最长队列均已超过60，意味着等待时间超过一小时，前面有60多个人在等待计算得到的在不同到达人数情况下开放5个服务台时的服务系统性能，如表5所示从表5可看出，假设在4个服务台的基础上加一个服务台，当到达人数为205—250之间时，最大等待时间与最长队列均未超过60，意味着只需在4个服务台的基础上加一个服务台即可在5个服务台的超市收银系统中，当顾客到达人数超过245人时，最大等待时间与最长队列即将超过60，应考虑增加服务台上述为根据顾客到达人数适时增加服务台数，以消除顾客结账排队等待过久或队伍过长的不良情绪然而，这个快速响应机制不仅需要警示何时增加服务台数，为了考虑最低人工成本，还需要求解当顾客人数增加到某一值时，应增加的服务台具体数量为此，对4个服务台与5个服务台时的系统性能变化进行分析，如图2、图3所示从图2、图3可看出，其平均等待人数和平均等待时间的趋势都是先有个过渡，然后迅速加速而各自的加速点刚好都是在其各自的均值附近，因此，服务台的设置规则应根据均值设定通过以上分析可得出结论：假设收银人员的平均服务率为u、收银台的个数设为n，当到达超市的顾客人数大于nu时，应迅速增加服务台个数，以提高服务质量。

同时，超市也可通过检测人流量，分析并预测接下来一段时间内各个时间间隔的人流量，提前给收银人员排班、排程，以达到节省人力、降低成本的目的四、结论与研究不足（一）结论通过对杭州市物美超市收银时间数据的采集、统计和分析，利用系统数据仿真的相关理论、借助Are-na仿真工具，首先对收集到的数据进行拟合分析，得出其服从的分布；然后，根据求得的分布统计参数，设计时间段内顾客到达的人数，进而设计整个仿真实验参数在数据采集过程中，考虑了节假日促销活动的影响、收银人员的个体差异等因素，选择随机抽取多个服务人员、多个时间段进行数据采集在仿真过程中，根据实际案例的特点抽象分析，不局限于其形式，用实验工具达到了仿真的目的单次仿真结束后，叉进行灵敏度分析，在增加人数的过[来自www.lW5u.Com]程中，根据系统运算结果调节参数，从而实现提高作业人员和设备的工作效率、提高服务质量、提升超市应变能力、降低超市运营成本、提升超市综合效益的目的二）研究不足1．未将顾客在超市的购买时间考虑在内由于顾客购买时间的不确定性，会影响到收银台排队等待的人数，样本数据可能较难准确反映进入超市的顾客人数与服务台排班的关系因此，本仿真可在顾客购买时间与顾客进入收银系统等待人数的关系上进行一些补充性的分析。

2．未考虑人流量变化及其干扰性各个时间段内人流量的变化存在相互干扰，变化性较大，也是未考虑的内容作者简介：林臣琪，浙江理工大学机械与自动控制学院编辑 沈德力  -全文完-。