生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真課程設(shè)計(jì)

1、 目錄第1章 系統(tǒng)描述與仿真目的2第2章 系統(tǒng)分析2第3章 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)4第4章 數(shù)據(jù)分析6第5章 建模與仿真11第六章 輸出分析16第七章 心得體會(huì)18第八章 參考文獻(xiàn)181、 系統(tǒng)描述與仿真目的 1、系統(tǒng)描述 所選系統(tǒng)為二龍山山腳簽到系統(tǒng)，二龍山是校內(nèi)校外人游玩的好地方，優(yōu)美的風(fēng)景讓人心曠神怡，但是，山上的安全和環(huán)境衛(wèi)生還得靠我們每一個(gè)人維持，所以，在上山游玩之前要做好簽到工作，保證出現(xiàn)問(wèn)題可以對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行追究。該處有負(fù)責(zé)簽到的工作人員一名。游客到山腳之后，若簽到處無(wú)人，則游客立刻開(kāi)始簽到，若簽到處繁忙，則游客需排隊(duì)等待簽到，簽完之后才能進(jìn)山。該系統(tǒng)為一單服務(wù)臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)，在系統(tǒng)中，游客的到達(dá)

2、是隨機(jī)的，每?jī)蓚€(gè)游客到達(dá)的時(shí)間間隔時(shí)間是不一樣的，游客簽到的時(shí)間也是不一樣的，由此組成的隊(duì)列長(zhǎng)度也是隨機(jī)的。 該排隊(duì)系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)是： 排隊(duì) 簽到 游客 到來(lái) 進(jìn)山 2、仿真目的 1）了解排隊(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)； 2）通過(guò)仿真分析，掌握witness軟件的操作； 3）通過(guò)仿真分析，研究簽到處的排隊(duì)系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率； 4）了解建模與仿真在系統(tǒng)分析中的重要作用。2、 系統(tǒng)分析 1、分析系統(tǒng)的實(shí)體、事件、狀態(tài)、活動(dòng)（1） 實(shí)體： 臨時(shí)實(shí)體：游客 永久實(shí)體：工作人員 特殊實(shí)體：隊(duì)列（2） 事件：游客到達(dá)、游客結(jié)束排隊(duì)、游客簽到完畢進(jìn)山（3）狀態(tài)： 工作人員：忙、閑 游客: 等待簽到、簽到 隊(duì)列: 隊(duì)列

3、長(zhǎng)度（4） 活動(dòng)： 排隊(duì)、簽到（5） 排隊(duì)規(guī)則：先到的先簽到，后來(lái)的排在后面，依次簽到進(jìn)山。 2、以游客流動(dòng)為主線，畫(huà)出流程圖 游客到達(dá) 排隊(duì) 簽到空閑 N Y 置簽到處忙 游客開(kāi)始簽到 游客簽完進(jìn)山 置簽到處閑三、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)通過(guò)對(duì)簽到處端午節(jié)期間一天進(jìn)行調(diào)查，得到一定時(shí)間段內(nèi)的顧客到達(dá)間隔時(shí)間和簽到時(shí)間如下表：表中時(shí)間單位均為秒（s）游客數(shù)到達(dá)時(shí)間間隔簽到時(shí)間到達(dá)時(shí)刻簽到開(kāi)始簽到結(jié)束排隊(duì)時(shí)間1-36003602430436663231173312112115404402116116118205585219219224069172282282450721182492492670863503123

4、123620915273273623893510641339139140401139304304304600121984494604681113740456468508121424184805085262815138516186186690167296906906990175656956997644187237027647876219713477378782114209297828218503921836865865871022171688288289802315814104010401054024401210801080109202510424118411841208026232812071

5、208123612765371272127213090286178133313331411029135313461411146465305144139714641508673112761524152415300323131155515551586033143015691586161617343011159916161627173555301654165416840362721168116841705337675117481748179943389511184318431854039301118731873188404049471922192219690412815195019691984194

6、27728202720272055043122620392055208116441219205120812100304541422092210021428 四、數(shù)據(jù)分析 1、直方圖與分布假設(shè) 由于調(diào)查數(shù)為45，故可設(shè)定區(qū)間個(gè)數(shù)為7（45開(kāi)方）,用matalab做出上表中游客到達(dá)間隔時(shí)間的分布直方圖如下： 由該直方圖可看出，其形狀與負(fù)指數(shù)分布曲線接近，因此可以假設(shè)這組觀測(cè)數(shù)據(jù)服從負(fù)指數(shù)分布。同理，用matalab做出簽到時(shí)間的分布直方圖如下： 由該直方圖可以看出，其形狀也接近負(fù)指數(shù)分布，故可以假定這組觀測(cè)數(shù)據(jù)服從負(fù)指數(shù)分布。2、參數(shù)估計(jì) 對(duì)于假設(shè)得到的指數(shù)分布，檢驗(yàn)的特征參數(shù)就是，需要求取該特征

7、參數(shù)的值,指數(shù)分布估計(jì)量該樣本的數(shù)量n=45,45個(gè)觀測(cè)值如上表所示，該樣本的均值為：到達(dá)間隔時(shí)間的參數(shù)估計(jì)：，簽到時(shí)間的參數(shù)估計(jì)：，3、擬合度檢驗(yàn) 因?yàn)閷?shí)際分布與理論分布有一定的差異，故要對(duì)其進(jìn)行擬合度檢驗(yàn)，此處用擬合度檢驗(yàn)，檢驗(yàn)統(tǒng)計(jì)量，是實(shí)際測(cè)得數(shù)落在第i個(gè)分組區(qū)間的觀察頻數(shù)（試驗(yàn)分布），而根據(jù)假設(shè)的分布計(jì)算其在該分組區(qū)間的期望頻數(shù)（理論分布）。每一區(qū)間的頻數(shù)是=n，是假設(shè)概率的理論計(jì)算值，是對(duì)應(yīng)的第i個(gè)分組區(qū)間的假設(shè)概率。：實(shí)際分布與理論分布一致。1）到達(dá)間隔時(shí)間的擬合度檢驗(yàn)：間隔時(shí)間0-322118390.5033-651214-240.2966-9868-240.599-131321

8、10.5132-16423-110.330.5+0.29+0.5+0.5+0.33=2.12自由度f(wàn)=k-s-1,k為區(qū)間數(shù),s為假設(shè)分布的參數(shù)個(gè)數(shù)；該檢驗(yàn)中k=5,s=1,故f=5-1-1=3；因?yàn)?.12 <=7.815,故不能拒絕，即到達(dá)間隔時(shí)間的實(shí)際分布與理論分布是一致的。2）簽到時(shí)間的擬合度檢驗(yàn)：簽到時(shí)間0-151210240.416-311922-390.4132-47812-4161.3348-634224264-7925-391.80.4+0.41+1.33+2+1.8=5.94因?yàn)?.94 <=7.815,故不能拒絕，即簽到時(shí)間的實(shí)際分布與理論分布是一致的。4、相

9、關(guān)性分析 為了正確認(rèn)定隨機(jī)樣本數(shù)的隨機(jī)特征，需對(duì)兩個(gè)隨機(jī)變量的樣本值進(jìn)行相關(guān)分析，做兩者之間的散布圖，根據(jù)變化趨勢(shì)觀察其關(guān)聯(lián)性。到達(dá)間隔時(shí)間和簽到時(shí)間的散點(diǎn)圖：由excel算出兩者相關(guān)系數(shù)r=0.02,故到達(dá)間隔時(shí)間和簽到時(shí)間之間為無(wú)相關(guān)。（0-0.2為非常弱的相關(guān)或無(wú)相關(guān)）5、分析計(jì)算 平均速率（單位時(shí)間內(nèi)到達(dá)或簽到的游客數(shù)）（1）到達(dá)間隔時(shí)間的平均速率: （2）簽到時(shí)間的平均速率：（3） 服務(wù)設(shè)備利用率：，即簽到處有60%是繁忙的，40%是空閑的。（4）系統(tǒng)中游客數(shù)（期望數(shù)）：（5）排隊(duì)等待簽到人數(shù)（期望值）：（6）游客逗留的時(shí)間：（7）游客排隊(duì)等待時(shí)間：五、Witness建模與仿真 游客

10、到達(dá)間隔時(shí)間服從負(fù)指數(shù)分布，均值為：游客簽到時(shí)間服從指數(shù)分布，均值為：1、模型元素定義（Define） 本系統(tǒng)的元素定義如下表：元素名稱類型數(shù)量說(shuō)明YoukePart1游客JifenPart1對(duì)游客積分PaiduiBuffer1排隊(duì)積分GongzuorenyuanMachine1工作人員Jifen0Variable(type:real)1積分結(jié)果顯示DuichangTimeseries1隊(duì)列長(zhǎng)度顯示2、元素可視化設(shè)置(Display) 各個(gè)實(shí)體元素的顯示特征定義設(shè)置如下所示：（1）Part元素可視化設(shè)置，對(duì)youke元素的text、icon進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置如下圖所示： (2)Buffer元素可視

11、化設(shè)置，對(duì)paidui元素的text、icon、rectangle、part queue進(jìn)行設(shè)置，rectangle、part queue設(shè)置如下圖所示，其余設(shè)置同上。 (3)Machine元素可視化設(shè)置，對(duì)gongzuorenyuan元素的text、icon、part queue進(jìn)行設(shè)置，設(shè)置同上。(4)Variable元素的可視化設(shè)置，對(duì)jifen0元素的text、value進(jìn)行設(shè)置，value的設(shè)置如下圖所示，其余設(shè)置同上。(5)Timeseries元素可視化設(shè)置，對(duì)duichang元素的text、timeseries進(jìn)行設(shè)置，timeseries的設(shè)置如下圖所示，其余設(shè)置同上。 3、元

12、素細(xì)節(jié)（Detail）設(shè)計(jì)（1）對(duì)Part元素Youke細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)Type:ActiveInput to er Arrival:-50*LN(RANDOM(1)Lot size:1Input to model.To:PUSH to PaiduiActions on Create:ICON設(shè)置圖如下圖所示：（2）對(duì)Part元素Jifen細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)Type:ActiveInput to er Arrival:1.0Lot size:1Input to model.To:PUSH to SHIPActions on Create:Jifen0=Jifen0+NPART

13、S(Paidui)(3)對(duì)buffer元素的Paidui細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)Capacity:100(4)對(duì)Machine元素Gongzuorenyuan細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)Type:SingleInput .From:PULL from PaiduiDuration.Cycle Time:-25*LN(RANDOM(1)Output .To:PUSH to SHIP設(shè)置圖如下圖所示：(5)對(duì)Timeseries元素的Duichang細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)Recording:5.0在Plot Expressions下第一個(gè)plot中將“Undefined”改為NPARTS(Paidui)在Plot Expressions下第二個(gè)p

14、lot中將“Undefined”改為NPARTS(Gongzuorenyuan)設(shè)置圖如下圖所示：仿真模型運(yùn)行情況如下圖所示：六、輸出分析模型仿真鐘取默認(rèn)的1的時(shí)間單位為1s，運(yùn)行3600仿真時(shí)間單位，將各元素的運(yùn)行結(jié)果記錄到下表中，并修改游客到達(dá)間隔時(shí)間和簽到時(shí)間，在相同仿真時(shí)間下仿真，將仿真的結(jié)果也計(jì)入下表，與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比。元素變量標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比1對(duì)比2對(duì)比3對(duì)比4(50,25)(50,15)(35,25)(75,25)(50,40)YoukeNo. Entered71711144343No. Shipped63701104343W.I.P.81400Avg W.I.P.1.120.501.

15、270.210.74Avg Time56.7325.4540.1517.7961.56Sigma Rating6.006.006.006.006.00PaiduiTotal In71711144343Total Out64711114343Now In70300Max74835Min00000Avg Size0.650.200.810.040.29Avg Time32.7510.1225.563.7424.09GongzuorenyuanIdle52.7069.7753.8083.2255.25Busy47.3030.2346.2016.7844.75No.of operations63701

16、104343由上表的數(shù)據(jù)可以看出，當(dāng)改變了游客的到達(dá)時(shí)間間隔和簽到時(shí)間之后，仿真得到的的各項(xiàng)數(shù)據(jù)也有所變化，說(shuō)明到達(dá)時(shí)間和簽到時(shí)間都對(duì)系統(tǒng)造成影響，比如排隊(duì)隊(duì)列的最大最小隊(duì)長(zhǎng)。在標(biāo)準(zhǔn)情況下，仿真得到設(shè)備利用率為47.3%，與數(shù)據(jù)分析得到的設(shè)備利用率60%有一定不同，是因?yàn)槟Ｐ瓦\(yùn)行下與實(shí)際情況下是有所不同造成的，所以在實(shí)際情況下，可以采取一定的手段來(lái)減少工作人員的勞動(dòng)率，提高服務(wù)效率和服務(wù)質(zhì)量由數(shù)據(jù)知道，要減少設(shè)備利用率，提高服務(wù)質(zhì)量，同時(shí)減小最大隊(duì)長(zhǎng)，那么，可以通過(guò)減小簽到時(shí)間和增大游客到達(dá)間隔時(shí)間，這樣可以到達(dá)預(yù)期目的，但減少到達(dá)間隔時(shí)間是不實(shí)際的，因此切實(shí)減少簽到時(shí)間才是最有效的。七、心得

17、體會(huì)本次課程設(shè)計(jì)是以提高我們的實(shí)踐能力為目的的，從整體上來(lái)說(shuō)，我們所學(xué)的生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真的東西不是很繁雜，對(duì)我們解決問(wèn)題有大體上的指導(dǎo)，這就要求我們要學(xué)會(huì)在課本的基礎(chǔ)上去查找自己在實(shí)際中所遇到問(wèn)題的詳細(xì)信息，去找解決具體問(wèn)題的方法，掌握信息檢索能力，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行信息的整合，歸納，形成自己解決問(wèn)的所需要的東西?；仡櫞舜握n程設(shè)計(jì)，從選題到定稿，從理論到實(shí)踐，在一星期的時(shí)間里，可以說(shuō)是苦盡甘來(lái)，但是學(xué)到了很多東西，通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合的重要性，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把理論與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從實(shí)踐中得出結(jié)論，才能真正提高自己的動(dòng)手和獨(dú)立思考能力，在設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題是很復(fù)雜的，但是，通過(guò)解決這些問(wèn)題之后，發(fā)現(xiàn)了自身的不足，對(duì)所學(xué)知識(shí)理解得不夠透徹，掌握得不夠牢固。通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)