系统仿真离散系统建模与仿真.pptx

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1、授授 课课 时时 数数 ：3 63 6 小时小时课程指定教材：课程指定教材：离散事件系统建模与仿真离散事件系统建模与仿真 顾启泰编著，顾启泰编著，19991999年年8 8月，清华大学出版社月，清华大学出版社课程介绍课程介绍课课 程程 名名 称称 ：离散系统建模与仿真离散系统建模与仿真生产系统建模与仿真生产系统建模与仿真物流系统建模与仿真物流系统建模与仿真第1页/共48页 面向工程实际的应用型课程，是工业工程和物流工程专业的主导课程。面向工程实际的应用型课程，是工业工程和物流工程专业的主导课程。课程介绍课程介绍从课程的题目中可以看出：从课程的题目中可以看出：离散系统建模与仿真离散系统建模与仿真

2、其对象是：其对象是：离散系统离散系统生产系统是一个典型的离散系统。生产系统是一个典型的离散系统。物流系统也是一个离散系统。物流系统也是一个离散系统。其中：机械加工系统应该说是现实离散系统中最为复杂的一种。其中：机械加工系统应该说是现实离散系统中最为复杂的一种。目的是：仿真。即用一种抽象的、能够反映系统研究本质的目的是：仿真。即用一种抽象的、能够反映系统研究本质的“虚假虚假”系统，来模拟实系统，来模拟实际系统。而这虚假系统就是系统模型。际系统。而这虚假系统就是系统模型。课程性质：第2页/共48页离散事件系统建模与仿真的基本原理离散事件系统建模与仿真的基本原理离散事件系统建模与仿真的方法离散事件系

3、统建模与仿真的方法PetriPetri网建模与仿真网建模与仿真课程的先修课程：课程的先修课程：生产运作与管理生产运作与管理运筹学运筹学计算机编程与应用技术计算机编程与应用技术概率论与数理统计概率论与数理统计课程的考核方法：课程的考核方法：完成相关作业及期末考核。完成相关作业及期末考核。课程介绍课程介绍课程主要内容：课程主要内容：第3页/共48页课程介绍课程介绍考核成绩计算方法考核成绩计算方法每一学员有两个成绩：每一学员有两个成绩：“平时作业成绩平时作业成绩”完成相应的作业，不做作业者或未完成相应的作业，不做作业者或未按时交纳者，视作零分。按时交纳者，视作零分。“最终考核成绩最终考核成绩”课程结

4、束后，会安排一次课程考核，课程结束后，会安排一次课程考核，参加学员获得最终考核成绩。参加学员获得最终考核成绩。课程成绩的计算：课程成绩的计算：第4页/共48页课程介绍课程介绍1)1)Simulation Simulation Modeling Modeling and and Analysis,Analysis,Law Law Averill Averill M.,M.,Kelton W.David,1982,McGraw Hill Inc.Kelton W.David,1982,McGraw Hill Inc.2)2)计算机仿真，邱百光，计算机仿真，邱百光，19871987年，上海交通大学出

5、版社年，上海交通大学出版社3)3)现现代代生生产产物物流流及及仿仿真真，张张晓晓萍萍等等编编著著，19981998年年，清清华华大大学学出出版社版社4)4)Simulation Simulation With With Arena,Arena,W.David W.David Kelton Kelton,1998,1998 McGraw McGraw Hill Inc.Hill Inc.课程参考书目：第5页/共48页课程介绍课程介绍什么是仿真？什么是离散系统的仿真？为什么需要做仿真？何时做仿真仿真能解决什么问题？如何进行仿真？仿真要做那些准备工作？仿真的可信度如何评价？那些系统能够进行仿真？课程

6、试图解决的问题：课程试图解决的问题：第6页/共48页课程介绍课程介绍Witness2003离散系统仿真软件Arena3.0离散系统仿真软件Slam3.0离散系统仿真软件Matlab8.0数学计算库针对离散系统仿真我们有那些仿真工具：针对离散系统仿真我们有那些仿真工具：第7页/共48页第一章第一章第一章第一章 绪绪绪绪 论论论论 1.1引言1.2离散事件系统仿真的基本概念1.3离散事件系统仿真模型的建立1.4仿真研究的步骤第8页/共48页系系统统system 系统是研究的一个具体对象。是实体的一个集合。如：人群、机器等。系统是研究的一个具体对象。是实体的一个集合。如：人群、机器等。1970197

7、0年年，著著名名管管理理学学家家泰泰勒勒（TaylorTaylor）对对“系系统统”作作了了如如下下定定义义：实实体体之间是相互作用的，或是通过逻辑关系组合在一起的之间是相互作用的，或是通过逻辑关系组合在一起的。系统是系统是按照某些规律结合起来按照某些规律结合起来的，相互作用、相互依存的所有的，相互作用、相互依存的所有元素元素的集的集合。合。第9页/共48页 “按按照照某某些些规规律律结结合合起起来来”是是为为了了把把仿仿真真的的研研究究对对象象最最大大限限度度地地加加以以扩扩展展。系系统统内内部部各各元元素素的的相相互互作作用用规规律律可可以以是是已已知知的的、略略知知的的或或者者是是模模糊

8、糊的的，甚甚至至是是未未知的。知的。一一个个实实际际系系统统的的元元素素往往往往非非常常多多，元元素素之之间间是是相相互互关关联联的的，这这样样的的系系统统可可以以通通过过图图论论中中的的连连通通图图对对应应起起来来：系系统统对对应应的的是是一一个个图图，元元素素对对应应的的是是图图上上的的点点，而而元元素素之之间间的的规规律律作作用用、关关系系和和点点与与点点之间的关系对应的是图上的边。之间的关系对应的是图上的边。“元素元素”：强调的系统不仅是有形的物理系统，也可以是抽象的、概念强调的系统不仅是有形的物理系统，也可以是抽象的、概念的系统，例如，计算机，仿真的对象即可以是它的硬件系统，也可以是

9、的系统，例如，计算机，仿真的对象即可以是它的硬件系统，也可以是它的软件系统。它的软件系统。系统第10页/共48页系统的种类连续系统&离散系统变量状态静态系统&动态系统时域状态确定系统&随机系统单变量系统&多变量系统自由度数量第11页/共48页什么是系统仿真什么是系统仿真?(Systematic Simulation)仿真：仿真：对现实中的现象通过某种抽象，建立表达现实变对现实中的现象通过某种抽象，建立表达现实变化规律或特征的模型，运用一定的手段加以描述，这就化规律或特征的模型，运用一定的手段加以描述，这就是仿真。是仿真。系统仿真：系统仿真：首先针对真实系统建立模型，然后在模型上首先针对真实系统

10、建立模型，然后在模型上进行试验，用模型代替真实系统进行试验，用模型代替真实系统,从而研究系统性能的方从而研究系统性能的方法法。系统仿真将能一一仿效实际系统的各种动态活动，系统仿真将能一一仿效实际系统的各种动态活动，并把系统动态过程的瞬间状态记录下来。最终得到用户并把系统动态过程的瞬间状态记录下来。最终得到用户所关心的系统统计性能。所关心的系统统计性能。系统仿真的方法适用于任何的领域。电子、机械、系统仿真的方法适用于任何的领域。电子、机械、航空、交通等航空、交通等 第12页/共48页为什么要采用系统仿真为什么要采用系统仿真?系统所涉及到的专业知识较为广泛，如：机械、生产管理、人事管理、产品设计、

11、生产工艺等现实问题的规律是复杂的，一般很难用一确定的数学方程或数学函数显性地或隐性地表达。科学技术的发展难以适应生产系统研究的需要 仿真是系统特征无法用数学方程、数学函数描述时，为了研究系统特征所采用的一种研究方法。我们可以这样说：仿真是一种“不得已而为之”的方法1.1 1.1 引引 言言第13页/共48页数学优化建模与仿真建模数学优化建模原理：建立系统元素与优化目标间的量化数学逻辑关系，通过逻辑关系的数学递归关系求解，寻找符合目标函数最优的元素状态。模型：min(max)C=f(x)s.t.g(x)1小时，则置为零，同时标识一次休息；仿真时间推进5分钟。第39页/共48页文件处理系统的模型文

12、件处理系统的模型文件号i开始时刻tb工作时间tw完成时刻tf累计时间tc休息标记F作业号N1045454505724516616115636657150554712910034054510033133671536138251632505271632118446051在上述表中，我们可以分析得到：表述系统的独立变量为完成文件处理的工作时间用以描述系统状态的数，称为状态描述字。一些状态描述字具有物理上的意义，如文件数i和时间t；另一些则只表明条件，如标记F。当状态描述字的值发生变化时，则称为产生了一个离散事件。在复杂的系统中,可能同时产生两个或两个以上不同的事件，只是与该事件相关的那些状态描述字才

13、发生改变。第40页/共48页实例第41页/共48页简单的银行服务系统简单的银行服务系统银行系统（出纳员）客户到达客户离去仿真实体为：顾客、出纳员、排队线等。决定仿真实体的属性为：顾客事务的数目及到达率；出纳员的人数，处理事务的原则和速率；排队线平均长度，每个顾客的平均等待时间。第42页/共48页简简单单的的银银行行服服务务系系统统仿真处理方法之一面向时间的仿真程序结构图 第43页/共48页简简单单的的银银行行服服务务系系统统面向事件的仿真程序结构图 仿真处理方法之二第44页/共48页简简单单的的银银行行服服务务系系统统仿真处理方法之三 仿真程序是面向进程的，它的设计特点是为每一个实体(如银行系统的顾客或出纳员)建立一个进程，该进程反映某一个动态实体从建立开始到结束为止的全部活动。面向进程的仿真程序结构图 第45页/共48页出纳员进程 顾客进程 简单的银行服务系简单的银行服务系统统第46页/共48页第47页/共48页感谢您的观看！第48页/共48页