系统仿真 第 1 章 离散系统建模与仿真

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,工 业 工 程 与 管 理 系,Industrial Engineering & Management,离散系统建模与仿真,Discrete System Modeling and Simulation,孙小明 （上海交通大学现代物流研究中心）,Addr,.,上海市东川路,1954,号 闵行校区 机械楼,616,室,Tel. 021-34206782 Fax. 021-34206782,Email:,xmsun,工 业 工 程 与 管 理 系,Industrial Engineering & Management,生产系统建模与仿真,Production System Modeling and Simulation,物流系统建模与仿真,Logistics System Modeling and Simulation,授 课 时 数 ：,3 6,小时,课程指定教材：,离散事件系统建模与仿真,顾启泰编著，,1999,年,8,月，清华大学出版社,课程介绍,课 程 名 称 ：,离散系统建模与仿真,生产系统建模与仿真,物流系统建模与仿真,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,从课程的题目中可以看出：,离散系统建模与仿真,其对象是：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。,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“虚假”系统，来模拟实际系统。而这虚假系统就是系统模型。,课程性质：,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,Petri,网建模与仿真,课程的先修课程：,生产运作与管理,运筹学,计算机编程与应用技术,概率论与数理统计,课程的考核方法：,完成相关作业及期末考核。,课程介绍,课程主要内容：,课程介绍,考核成绩计算方法,每一学员有两个成绩：,“平时作业成绩”,完成相应的作业，不做作业者或未按时交纳者，视作零分。,“最终考核成绩”,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。,课程成绩的计算：,课程介绍,1)Simulation Modeling and Analysis, Law Averill M.,Kelton,W. David, 1982, McGraw Hill Inc.,2),计算机仿真，邱百光，,1987,年，上海交通大学出版社,3),现代生产物流及仿真，张晓萍等编著，,1998,年，清华大学出版社,4) Simulation With Arena, W.David,Kelton,1998 McGraw Hill Inc.,课程参考书目：,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？,课程试图解决的问题：,课程介绍,Witness 2003,离散系统仿真软件,Arena 3.0,离散系统仿真软件,Slam 3.0,离散系统仿真软件,Matlab,8.0,数学计算库,针对离散系统仿真我们有那些仿真工具：,第一章 绪 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,系 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。,1970,年，著名管理学家泰勒（,Taylor,）,对“系统”作了如下定义：,实体之间是相互作用的，或是通过逻辑关系组合在一起的,。,系统是,按照某些规律结合起来,的，相互作用、相互依存的所有,元素,的集合。,“,按照某些规律结合起来,”,是为了把仿真的研究对象最大限度地加以扩展。系统内部各元素的相互作用规律可以是已知的、略知的或者是模糊的，甚至是未知的。,一个实际系统的元素往往非常多，元素之间是相互关联的，这样的系统可以通过图论中的连通图对应起来：系统对应的是一个图，元素对应的是图上的点，而元素之间的规律作用、关系和点与点之间的关系对应的是图上的边。,“,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。,系 统,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,什么是系统仿真,?,(Systematic Simulation),仿真：,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，这就是仿真。,系统仿真：,首先针对真实系统建立模型，然后在模型上进行试验，用模型代替真实系统,从而研究系统性能的方法,。,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、航空、交通等,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、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,引 言,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。,文件处理系统的模型,文件号,i,开始时刻,t,b,工作时间,t,w,完成时刻,t,f,累计时间,t,c,休息标记,F,作业号,N,1,0,45,45,45,0,57,2,45,16,61,61,1,56,3,66,5,71,5,0,55,4,71,29,100,34,0,54,5,100,33,133,67,1,53,6,138,25,163,25,0,52,7,163,21,184,46,0,51,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发生改变。,实例,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。,简单的银行服务系统,仿真处理方法之一,面向时间的仿真程序结构图,简单的银行服务系统,面向事件的仿真程序结构图,仿真处理方法之二,简单的银行服务系统,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,出纳员进程,顾客进程,简单的银行服务系统,