第六章_物流系统仿真.ppt
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1、物流系统工程物流系统工程西南交通大学电子讲义西南交通大学电子讲义第六章第六章 物流系统仿真物流系统仿真q系统仿真概述q蒙特卡洛法q计算机仿真q物流系统仿真1物流系统工程物流系统工程西南交通大学电子讲义西南交通大学电子讲义6.1 物流系统仿真概述物流系统仿真概述2物流系统工程物流系统工程第第6章章 物流系统仿真物流系统仿真一一.系统仿真的概念系统仿真的概念q什么是系统仿真v系统仿真是是根据系统分析的目的,在分析系统各要素性质及其相互关系的基础上,建立能描述系统结构或行为过程,且具有一定逻辑关系或数量关系的仿真模型,据此进行试验或定量分析,以获得正确决策所需的各种信息。v仿真就是通过建立实际系统模
2、型并利用所建模型对实际系统进行实验研究的过程。q系统仿真的目的v系统仿真的目的在于利用人为控制的环境条件,改变某些特定的参数,观察模型的反应,研究真实系统的现象或过程。3物流系统工程物流系统工程第第6章章 物流系统仿真物流系统仿真仿真研究的步骤和内容仿真研究的步骤和内容q(1)问题说明。对所研究的系统的一般描述,系)问题说明。对所研究的系统的一般描述,系统边界的基本定义等。统边界的基本定义等。q(2)研究目的。明确仿真研究应解决的问题。)研究目的。明确仿真研究应解决的问题。q(3)模型建造。确定系统中的实体,每个实体的)模型建造。确定系统中的实体,每个实体的同性以及从事的活动,系统的可能状态等
3、。同性以及从事的活动,系统的可能状态等。q(4)数据收集。收集对系统的每一个实体进行描)数据收集。收集对系统的每一个实体进行描述时所需要的信息,确定系统参数的概率分布等述时所需要的信息,确定系统参数的概率分布等q(5)程序编码。转换系统模型成为可执行的计算)程序编码。转换系统模型成为可执行的计算机程序。机程序。q(6)程序验证。确定一个仿真模型能否按预期的)程序验证。确定一个仿真模型能否按预期的要求执行,也即验证程序与模型的一致性。要求执行,也即验证程序与模型的一致性。4物流系统工程物流系统工程第第6章章 物流系统仿真物流系统仿真仿真研究的步骤和内容仿真研究的步骤和内容q(7)模型确认。比较模
4、型所表现的系统行为和实)模型确认。比较模型所表现的系统行为和实际观测到得系统行为之间的差异,缩小这些差异际观测到得系统行为之间的差异,缩小这些差异以提高模型体现所研究系统的能力。以提高模型体现所研究系统的能力。q(8)试验设计。确定各种被选方案,选择主要的)试验设计。确定各种被选方案,选择主要的输入变量及其试验水平,给定仿真运行的长度和输入变量及其试验水平,给定仿真运行的长度和重复次数。重复次数。q(9)运行与分析。评价特定输入变量对系统性能)运行与分析。评价特定输入变量对系统性能度量的影响输出分析以及决策参数的优化。度量的影响输出分析以及决策参数的优化。q(10)仿真报告。编写仿真输出的综合
5、报告。)仿真报告。编写仿真输出的综合报告。5物流系统工程物流系统工程第第6章章 物流系统仿真物流系统仿真终态仿真和稳态仿真终态仿真和稳态仿真q终态仿真是一种系统性能测度与仿真的时间区终态仿真是一种系统性能测度与仿真的时间区0,Tk有关的仿真模式。这里指在仿真中特定的有关的仿真模式。这里指在仿真中特定的仿真终止事件发生的时间。仿真终止事件发生的时间。q稳态仿真是在仿真时间趋于无限时,定义系统性稳态仿真是在仿真时间趋于无限时,定义系统性能测度极限的一种仿真模式。能测度极限的一种仿真模式。q差异差异:终态仿真主要研究在规定的时间区间内的:终态仿真主要研究在规定的时间区间内的系统行为,仿真终止事件在仿
6、真开始时已被确定,系统行为,仿真终止事件在仿真开始时已被确定,系统初始状态的选择对系统的性能测度有着显著系统初始状态的选择对系统的性能测度有着显著的影响;稳态仿真主要研究系统的稳态行为,仿的影响;稳态仿真主要研究系统的稳态行为,仿真运行的长度要足够的长,以便得到系统性能测真运行的长度要足够的长,以便得到系统性能测度的估计。度的估计。6物流系统工程物流系统工程第第6章章 物流系统仿真物流系统仿真q系统仿真技术主要用来解决那些难以用现有的分系统仿真技术主要用来解决那些难以用现有的分析模型来求解的复杂系统的决策问题,如果能用析模型来求解的复杂系统的决策问题,如果能用分析模型以解析方法求得问题的最优解
7、,那么绝分析模型以解析方法求得问题的最优解,那么绝对不用仿真技术,仿真问题的目标函数是一非线对不用仿真技术,仿真问题的目标函数是一非线性随机函数的数学期望,与分析模型不同的是这性随机函数的数学期望,与分析模型不同的是这种函数关系是通过仿真模型来描述的,在系统的种函数关系是通过仿真模型来描述的,在系统的输入变量和输出变量之间没有明确的数学表达式。输入变量和输出变量之间没有明确的数学表达式。7物流系统工程物流系统工程第第6章章 物流系统仿真物流系统仿真二二.系统仿真的基本要素系统仿真的基本要素q系统仿真包括三个基本要素系统、系统模型、计算机q联系系统仿真三要素的基本活动是系统模型建立、仿真模型建立
8、、仿真实验系统系统模型计算机建模仿真实验二次建模系统仿真三要素8物流系统工程物流系统工程第第6章章 物流系统仿真物流系统仿真三三.系统仿真的三个发展阶段系统仿真的三个发展阶段1 1 直观模仿直观模仿v在这个阶段,人们只是对自然物进行直观模仿。它的特点是:模仿自然物的外部几何形状和由几何形状产生的某种功能。v仿真的目的公于研究自然物的某种优点,以便将它移植列人工工具上,即目的在于发展模型本身。v直观仿真只能为发展科学提供一些条件,不会产生根本性变革。2 2仿真实验仿真实验v在这个阶段,人们将仿真方法用于科学实验通过仿真原型来认识、研究和改造原型。v仿真实验阶段常采用的方法,有以几何相似或物理相似
9、为基础的物理仿真和以数学关系为基础的数学仿真。v仿真实验的结果必须在实践中得到检验。3 3功能仿真功能仿真v功能仿真是以不同对象的功能和行为相似为基础的仿真方法。v功能仿真可以利用不同的结构实现相同的功能。v计算机可以仿真人脑思维功能、是系统仿真的主要工具。9物流系统工程物流系统工程第第6章章 物流系统仿真物流系统仿真四四.系统仿真的特点(作用)系统仿真的特点(作用)q利用仿真模型可将复杂事物抽象化,通过仿真模型了解系统的可行性和可靠性,检验理论的正确性,寻求解决问题的途径。q利用仿真可避免在实际系统上试验周期过长的弊病,节省人力、物力、财力。q某些复杂系统既不能用实际试验方法又不能用解析方法
10、时,计算机仿真方法是惟一有效的方法。q可以避免对实际系统进行破坏性实验或危险性实验。在这种情况下,仿真方法的优点更为突出。q仿真可以研究单个变量或参数变化时对系统整体的影响,并且可以多次重复试验,这在真实系统中是非常困难或不可能的。q仿真方法可用来检验理论分析所得的结果的正确性和有效性,其基本方法较易掌握,仿真的结果直观,便于理解。10物流系统工程物流系统工程第第6章章 物流系统仿真物流系统仿真五五.系统仿真的类型系统仿真的类型q按应用分类v生产管理仿真、工程技术仿真、军事仿真、科学试验等。v从运筹学的角度,系统仿真又可分为存储仿真、排队仿真、预测仿真、更新仿真、训练仿真等。q按结构形式分类v
11、简单式、串联式、扩展式、分析式。简单式仿真所用模型的结构也比较简单如车间生产作业的仿真;串联式仿真所用模型的结构为相继串联的若干个简单式模型;扩展式仿真所用模型表现为苦干子模型的串并联形式,例如仿真一个企业的整体;分析式仿真主要是针对一些大而复杂的系统,在仿真这类系统时,先对总系统设计仿真模型,通过粗略仿真,从中分析出薄弱环节或关键子系统。然后再针对这些薄弱环节或关键子系统构造详细的仿真模型,进一步仿真,以便进行更深入详细的分析。11物流系统工程物流系统工程第第6章章 物流系统仿真物流系统仿真五五.系统仿真的类型系统仿真的类型q按仿真实验的方法分类v物理仿真法和数学仿真法。物理仿真也称实体仿真
12、一般仿真的过程是以物理性质和几何形状相似为基础,而其他性质不变的仿真。数学仿真是以数学方程式相似为基础的仿真方法,它是用数学式来表示被仿真的对象。q按系统中事件出现的特性分类v随机性仿真和确定性仿真。如果在系统中事件的出现是随机的,那么对这种系统所进行的仿真为随机性仿真反之,如果事件的出现是确定的,那么对这种系统所进行的仿真为确定性仿真。在管理仿真中,由于搜集数据方面的困难,通常所进行的是确定性仿真。蒙持卡洛法(Monte Carlo Method)是应用较多的一种随机仿真方法,它用统计试验法求解一些数学问题,尽管这些问题基本上是确定性的,但由于此方法使用了随机数的缘故,因此通常把它作为随机仿
13、真的一个类别。12物流系统工程物流系统工程第第6章章 物流系统仿真物流系统仿真五五.系统仿真的类型系统仿真的类型q按照系统中实体成活动的动态形式分类v连续系统仿真和离散系统仿真。如果系统变化的主要方面是连续的,那么对此所进行的仿真为连续系统的仿真。如果系统变化的主要方面是离散的,那么对此所进行的仿真为离散系统的仿真。连续系统的仿真方法主要通过常微分方程的求解,利用改变系统的边界条件与初始值以研究系统的变化。离散系统的仿真又分为两类:一类是离散时间系统的仿真,一类是离散事件系统的仿真。离散时间系统的仿真是每隔规定的时间间隔取一个分析系统的数据点,这种仿真又叫定时仿真法;离散事件系统的仿真是根据发
14、生的事件的瞬间作为分析事件的数据点,这种仿真又叫事件仿真法。13物流系统工程物流系统工程第第6章章 物流系统仿真物流系统仿真六六.系统仿真的优缺点系统仿真的优缺点14物流系统工程物流系统工程第第6章章 物流系统仿真物流系统仿真仿真语言仿真语言q分类:分类:q(1)按被仿真系统的特点分为连续系统仿真语言、按被仿真系统的特点分为连续系统仿真语言、离散系统仿真语言和连续离散混合系统仿真语言;离散系统仿真语言和连续离散混合系统仿真语言;q(2)按数学模型的形式分为面向框图的仿真语言)按数学模型的形式分为面向框图的仿真语言和面向方程的仿真语言;和面向方程的仿真语言;q(3)按运行方式分为交互式仿真语言和
15、批处理式)按运行方式分为交互式仿真语言和批处理式仿真语言。仿真语言。15物流系统工程物流系统工程第第6章章 物流系统仿真物流系统仿真q系统仿真语言的组成:系统仿真语言的组成:q(1)模型定义语言:用以定义模型和仿真实验的)模型定义语言:用以定义模型和仿真实验的语言。语言。q(2)翻译程序或处理程序:翻译程序是将模型定)翻译程序或处理程序:翻译程序是将模型定义语言书写的源程序翻译成宿主语言。处理程序义语言书写的源程序翻译成宿主语言。处理程序是将源程序连续实用程序库和运行支持程序,形是将源程序连续实用程序库和运行支持程序,形成机器码。成机器码。q(3)实用程序库:包括算法、专用函数、随机采)实用程
16、序库:包括算法、专用函数、随机采样函数、各种框图和绘图程序。样函数、各种框图和绘图程序。q(4)运行控制程序:供用户以人机交互的方式控)运行控制程序:供用户以人机交互的方式控制仿真运行、改变参数、收集数据和显示数据的制仿真运行、改变参数、收集数据和显示数据的程序。程序。16物流系统工程物流系统工程第第6章章 物流系统仿真物流系统仿真q系统仿真语言的特点:系统仿真语言的特点:q(1)仿真语言使用户可以采用习惯的表达方式来描述仿)仿真语言使用户可以采用习惯的表达方式来描述仿真模型。真模型。q(2)仿真语言具有良好的并行性。)仿真语言具有良好的并行性。q(3)仿真语言与顺序性的通用编程语言有兼容性,
17、以扩)仿真语言与顺序性的通用编程语言有兼容性,以扩展仿真语言的功能。展仿真语言的功能。q(4)仿真语言备有多种积分方法可供用户选用。)仿真语言备有多种积分方法可供用户选用。q(5)仿真语言配有常用输入和输出子程序。)仿真语言配有常用输入和输出子程序。q(6)用仿真语言编制的源程序,便于实现多次运行仿真)用仿真语言编制的源程序,便于实现多次运行仿真的研究。的研究。q用仿真语言编制的源程序,在程序运行不同阶段,可给出用仿真语言编制的源程序,在程序运行不同阶段,可给出诊断程序错误的信息,帮助用户查找程序错误。诊断程序错误的信息,帮助用户查找程序错误。17物流系统工程物流系统工程西南交通大学电子讲义西
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