制造系統(tǒng)建模與仿真 作者 蘇春 第5章 制造系統(tǒng)的仿真方法

1、2021-12-14Su Chun, Southeast University1在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)：在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)：http:/教材其余課件及動(dòng)畫(huà)素材請(qǐng)查閱在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)教材其余課件及動(dòng)畫(huà)素材請(qǐng)查閱在線教務(wù)輔導(dǎo)網(wǎng)QQ:349134187 或者直接輸入下面地址：或者直接輸入下面地址：http:/2021-12-14Su Chun, Southeast University2第第5 5章章 制造系統(tǒng)建模與仿真制造系統(tǒng)建模與仿真5.1 5.1 制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略 5.1.1 5.1.1 事件調(diào)度法事件調(diào)度法 5.1.2 5.1.2 活動(dòng)掃描法活動(dòng)掃描法 5.1.3 5.1.3

2、進(jìn)程交互法進(jìn)程交互法 5.1.4 5.1.4 消息驅(qū)動(dòng)法消息驅(qū)動(dòng)法5.2 5.2 制造系統(tǒng)的仿真時(shí)鐘推進(jìn)機(jī)制制造系統(tǒng)的仿真時(shí)鐘推進(jìn)機(jī)制5.3 5.3 蒙特卡洛仿真蒙特卡洛仿真 5.3.1 5.3.1 蒙特卡洛仿真的基本概念蒙特卡洛仿真的基本概念 5.3.2 5.3.2 基于蒙特卡洛仿真的系統(tǒng)可靠性評(píng)估基于蒙特卡洛仿真的系統(tǒng)可靠性評(píng)估5.4 5.4 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真 5.4.1 5.4.1 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真的基本概念系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真的基本概念 5.4.2 5.4.2 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真的步驟系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真的步驟 5.4.3 5.4.3 基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真的供應(yīng)鏈庫(kù)存優(yōu)化基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真的供

3、應(yīng)鏈庫(kù)存優(yōu)化2021-12-14Su Chun, Southeast University35.1 5.1 制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略 總體上，仿真模型可以分為三個(gè)層次：仿真總控程序仿真總控程序、 模模 型單元子程序型單元子程序以及公共子程序公共子程序。 2021-12-14Su Chun, Southeast University45.1 5.1 制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略 事件事件、活動(dòng)活動(dòng)、進(jìn)程進(jìn)程是描述離散系統(tǒng)狀態(tài)變化的基本術(shù)語(yǔ)。 事件事件: 此外，仿真模型中還存在程序事件，即根據(jù)需要設(shè)定的事件程序事件，即根據(jù)需要設(shè)定的事件。 事件是引起系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變

4、的行為和起因，是系統(tǒng)狀態(tài)變化的事件是引起系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變的行為和起因，是系統(tǒng)狀態(tài)變化的 驅(qū)動(dòng)力驅(qū)動(dòng)力。 例如：倉(cāng)儲(chǔ)系統(tǒng)中物品的入庫(kù)到達(dá)是一個(gè)事件，物品的出庫(kù)離 去是另一個(gè)事件。 例如：在仿真過(guò)程中為了使仿真結(jié)束，專門定義一個(gè)事件，使 其終止仿真。2021-12-14Su Chun, Southeast University55.1 5.1 制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略 例如：倉(cāng)儲(chǔ)“物品到達(dá)”是一個(gè)事件，該事件的發(fā)生可能會(huì)使倉(cāng) 儲(chǔ)系統(tǒng)的貨位從“空閑”狀態(tài)變?yōu)椤胺强臻e”狀態(tài)。從“物品到達(dá)” 事件直到“物品取出”，物品都處在貨位中存儲(chǔ)的狀態(tài)，即處于 “存儲(chǔ)”活動(dòng)中。因此，“存儲(chǔ)”活動(dòng)的開(kāi)

5、始和結(jié)束標(biāo)志著物品的 到達(dá)和離去，標(biāo)志著貨位的空閑與非空閑的轉(zhuǎn)變。 活動(dòng)活動(dòng): 活動(dòng)是事件與事件之間的過(guò)程，是系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移的標(biāo)志活動(dòng)是事件與事件之間的過(guò)程，是系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移的標(biāo)志。2021-12-14Su Chun, Southeast University65.1 5.1 制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略 進(jìn)程是有序的事件與活動(dòng)組成的過(guò)程，它描述了其中的事件、進(jìn)程是有序的事件與活動(dòng)組成的過(guò)程，它描述了其中的事件、 活動(dòng)的相互邏輯關(guān)系和時(shí)序關(guān)系活動(dòng)的相互邏輯關(guān)系和時(shí)序關(guān)系。 進(jìn)程：進(jìn)程： 例如：一種物品進(jìn)入倉(cāng)庫(kù)，經(jīng)過(guò)在貨位的存儲(chǔ)，直到從倉(cāng)庫(kù)中 出庫(kù)，物品經(jīng)歷了一個(gè)進(jìn)程。事件、活動(dòng)與進(jìn)

6、程之間的關(guān)系事件、活動(dòng)與進(jìn)程之間的關(guān)系2021-12-14Su Chun, Southeast University75.1 5.1 制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略 與事件事件、活動(dòng)活動(dòng)、進(jìn)程進(jìn)程相對(duì)應(yīng)，離散事件系統(tǒng)的仿真策略可以 分為：事件調(diào)度法事件調(diào)度法、活動(dòng)掃描法活動(dòng)掃描法、進(jìn)程交互法進(jìn)程交互法等。 仿真時(shí)鐘仿真時(shí)鐘是離散系統(tǒng)系統(tǒng)仿真中的重要術(shù)語(yǔ)，它決定著仿真 事件的推進(jìn)機(jī)制、仿真精度和仿真效率。 隨著面向?qū)ο蠹夹g(shù)的發(fā)展，基于消息驅(qū)動(dòng)消息驅(qū)動(dòng)的仿真策略受到人 們重視。2021-12-14Su Chun, Southeast University85.1 5.1 制造系統(tǒng)仿真

7、的調(diào)度策略制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略 事件調(diào)度法事件調(diào)度法（event schedulingevent scheduling） 事件調(diào)度法（事件調(diào)度法（event scheduling）以事件為分析系統(tǒng)的基本單位， 通過(guò)定義事件、事件發(fā)生的時(shí)間順序及其系統(tǒng)狀態(tài)的變化，并 以事件來(lái)驅(qū)動(dòng)仿真模型的運(yùn)行。 事件（事件（event）是離散事件系統(tǒng)的基本概念，事件的發(fā)生引起 系統(tǒng)狀態(tài)的改變。 仿真模型中的事件存放于“事件表事件表”中，通過(guò)時(shí)間控制模塊從事 件表中選擇最先發(fā)生的事件；重置仿真時(shí)鐘仿真時(shí)鐘，并調(diào)用與該事件 對(duì)應(yīng)的事件處理模塊；更新系統(tǒng)狀態(tài)，決定未來(lái)將要發(fā)生的事 件；當(dāng)當(dāng)前事件結(jié)束后，返回時(shí)間控制

8、模塊；重復(fù)事件的選擇 與處理，直到仿真結(jié)束。2021-12-14Su Chun, Southeast University95.1 5.1 制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略 事件調(diào)度法的仿真過(guò)程事件調(diào)度法的仿真過(guò)程：2021-12-14Su Chun, Southeast University105.1 5.1 制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略 事件調(diào)度法仿真模型中總控程序的任務(wù)：（2）事件辨識(shí)事件辨識(shí)：辨識(shí)將要發(fā)生的事件（3）事件執(zhí)行事件執(zhí)行：執(zhí)行當(dāng)前發(fā)生的事件，將已發(fā)生的事件從事 件表中移出2021-12-14Su Chun, Southeast Universit

9、y115.1 5.1 制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略 活動(dòng)掃描法活動(dòng)掃描法（activity scanningactivity scanning） 事件調(diào)度法是一種預(yù)定事件發(fā)生時(shí)間預(yù)定事件發(fā)生時(shí)間的策略，仿真模型中必 須預(yù)定系統(tǒng)中最先發(fā)生的事件，以便啟動(dòng)仿真進(jìn)程。 此外，事件處理子程序中除要修改系統(tǒng)狀態(tài)外，還要預(yù)定本類 事件的下一事件將要發(fā)生的時(shí)間。因此，該方法對(duì)活動(dòng)持續(xù)時(shí) 間確定的系統(tǒng)較為方便。 當(dāng)事件的發(fā)生不僅與時(shí)間有關(guān)，并且只有在滿足某些條件才發(fā) 生的系統(tǒng)而言，由于系統(tǒng)活動(dòng)的持續(xù)時(shí)間不確定，無(wú)法預(yù)定活 動(dòng)的開(kāi)始或終止時(shí)間，事件調(diào)度法就存在不足。2021-12-14Su Ch

10、un, Southeast University125.1 5.1 制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略 活動(dòng)掃描法（活動(dòng)掃描法（activity scanning）以“活動(dòng)”作為分析系統(tǒng)的基 本單元，認(rèn)為仿真系統(tǒng)的運(yùn)行是由若干活動(dòng)構(gòu)成，每一活動(dòng) 對(duì)應(yīng)一個(gè)活動(dòng)處理模塊，處理與活動(dòng)相關(guān)的事件。 一個(gè)活動(dòng)可以由“開(kāi)始（激發(fā)）”和 “結(jié)束（終止）”兩個(gè)事件 表示，每一事件都有相應(yīng)的活動(dòng)處理模塊。處理中的操作能 否進(jìn)行取決于時(shí)間及系統(tǒng)狀態(tài)時(shí)間及系統(tǒng)狀態(tài)。 一個(gè)實(shí)體可以有幾個(gè)活動(dòng)處理模塊。 每一個(gè)進(jìn)入系統(tǒng)的主動(dòng) 實(shí)體都處于某種活動(dòng)的狀態(tài)。活動(dòng)的激發(fā)與終止都會(huì)形成新 的事件。2021-12-14S

11、u Chun, Southeast University135.1 5.1 制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略 用各實(shí)體時(shí)間元的最小值推進(jìn)仿真時(shí)鐘； 按優(yōu)先序執(zhí)行激活實(shí)體的活動(dòng)處理，使測(cè)試通過(guò)的事件得以 發(fā)生； 改變系統(tǒng)狀態(tài)，確定相關(guān)事件的發(fā)生時(shí)間。 “活動(dòng)處理活動(dòng)處理”是活動(dòng)掃描法的基本處理單元。是活動(dòng)掃描法的基本處理單元。 活動(dòng)掃描法的基本思想活動(dòng)掃描法的基本思想： 活動(dòng)掃描法不斷掃描系統(tǒng)，檢驗(yàn)?zāi)男┗顒?dòng)可以激發(fā)，哪些活 動(dòng)繼續(xù)保持，哪些活動(dòng)可以終止。2021-12-14Su Chun, Southeast University145.1 5.1 制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略制造系統(tǒng)仿真

12、的調(diào)度策略 活動(dòng)掃描法仿真的基本過(guò)程活動(dòng)掃描法仿真的基本過(guò)程：2021-12-14Su Chun, Southeast University155.1 5.1 制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略2021-12-14Su Chun, Southeast University165.1 5.1 制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略2021-12-14Su Chun, Southeast University175.1 5.1 制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略 面向活動(dòng)仿真模型總控程序的算法結(jié)構(gòu)包括： 時(shí)間掃描時(shí)間掃描 活動(dòng)例程掃描活動(dòng)例程掃描 由于事件直接影響系統(tǒng)狀態(tài)

13、，活動(dòng)掃描要反復(fù)進(jìn)行，包括確 定事件和條件事件。2021-12-14Su Chun, Southeast University185.1 5.1 制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略 進(jìn)程交互法（進(jìn)程交互法（Process InteractionProcess Interaction） 事件調(diào)度法和活動(dòng)掃描法的基本模型單元分別是事件處理事件處理和 活動(dòng)處理活動(dòng)處理。它們都針對(duì)具體事件而建立，各處理相對(duì)獨(dú)立。 進(jìn)程交互法進(jìn)程交互法的基本模型單元是進(jìn)程進(jìn)程。進(jìn)程針對(duì)某類實(shí)體的生命 周期而建立，一個(gè)進(jìn)程包含了實(shí)體流動(dòng)中發(fā)生的所有事件。 以單服務(wù)臺(tái)排隊(duì)服務(wù)系統(tǒng)為例，顧客生命周期的進(jìn)程為：202

14、1-12-14Su Chun, Southeast University195.1 5.1 制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略2021-12-14Su Chun, Southeast University205.1 5.1 制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略 為每個(gè)實(shí)體建立一個(gè)進(jìn)程，以反映某個(gè)實(shí)體從產(chǎn)生開(kāi)始到結(jié)束為止的全部活動(dòng)。 進(jìn)程交互法的特點(diǎn)進(jìn)程交互法的特點(diǎn)：2021-12-14Su Chun, Southeast University215.1 5.1 制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略顧客排隊(duì)進(jìn)程模型顧客排隊(duì)進(jìn)程模型模型說(shuō)明模型說(shuō)明： 服務(wù)員兩名， 隊(duì)列一

15、條 “”表示某顧客產(chǎn)生的時(shí)刻，也為相應(yīng)進(jìn)程開(kāi)始的時(shí)刻； “ ”表示某顧客離去的時(shí)刻，也為相應(yīng)進(jìn)程撤銷的時(shí)刻； 符號(hào)“X”表示排隊(duì)顧客開(kāi)始接受服務(wù)的時(shí)刻； 虛線表示進(jìn)程的排隊(duì)時(shí)間； 波紋線表示顧客得到服務(wù)的時(shí)間。2021-12-14Su Chun, Southeast University225.1 5.1 制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略 進(jìn)程交互法中實(shí)體的進(jìn)程不斷推進(jìn)，直到某些延遲發(fā)生后才暫 停。延遲可以分為： 進(jìn)程中的復(fù)活點(diǎn)進(jìn)程中的復(fù)活點(diǎn)表示延遲結(jié)束后實(shí)體所到達(dá)的位置，即進(jìn)程繼 續(xù)推進(jìn)的起點(diǎn)。 條件延遲：條件延遲：延遲期的長(zhǎng)短與系統(tǒng)狀態(tài)有關(guān)，事先無(wú)法確定。條 件延遲發(fā)生后，實(shí)體

16、停留在進(jìn)程中的某點(diǎn)，直到條件得以滿足 后才繼續(xù)向前移動(dòng)。例如，隊(duì)列中的顧客一直在排隊(duì)，直到服 務(wù)臺(tái)空閑且己處于隊(duì)首時(shí)才能離開(kāi)隊(duì)列接受服務(wù)。 無(wú)條件延遲無(wú)條件延遲：實(shí)體停留在進(jìn)程中的某點(diǎn)不再向前移動(dòng)，直到預(yù) 先確定的延遲期滿。例如，顧客停留在服務(wù)通道中直到服務(wù)完 成。2021-12-14Su Chun, Southeast University235.1 5.1 制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略 通過(guò)所有進(jìn)程中時(shí)間值最小的無(wú)條件延遲復(fù)活點(diǎn)來(lái)推進(jìn)仿真 時(shí)鐘； 當(dāng)時(shí)鐘推進(jìn)到一個(gè)新的時(shí)刻點(diǎn)后，如果某一實(shí)體在進(jìn)程中解 鎖，就將該實(shí)體從當(dāng)前復(fù)活點(diǎn)一直推進(jìn)到下一次延遲發(fā)生為 止。 進(jìn)程交互法的基

17、本思想進(jìn)程交互法的基本思想：2021-12-14Su Chun, Southeast University245.1 5.1 制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略2021-12-14Su Chun, Southeast University255.1 5.1 制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略制造系統(tǒng)仿真的調(diào)度策略 進(jìn)程交互法兼有事件調(diào)度法和活動(dòng)掃描法的特點(diǎn)，但其算法 比兩者更為復(fù)雜。根據(jù)進(jìn)程交互法建立的仿真模型稱為面向面向 進(jìn)程的仿真模型進(jìn)程的仿真模型。 面向進(jìn)程仿真模型總控程序設(shè)計(jì)采用兩個(gè)事件表：面向進(jìn)程仿真模型總控程序設(shè)計(jì)采用兩個(gè)事件表： 未來(lái)事件表（未來(lái)事件表（Future Event L

18、istFuture Event List，F(xiàn)ELFEL） 當(dāng)前事件表（當(dāng)前事件表（Current Event ListCurrent Event List，CELCEL） 面向進(jìn)程仿真模型總控程序步驟：面向進(jìn)程仿真模型總控程序步驟： 未來(lái)事件表掃描。從未來(lái)事件表掃描。從FELFEL的實(shí)體記錄中檢出復(fù)活時(shí)間最小的實(shí)的實(shí)體記錄中檢出復(fù)活時(shí)間最小的實(shí) 體，并將仿真時(shí)鐘推進(jìn)到該實(shí)體的復(fù)活時(shí)間；體，并將仿真時(shí)鐘推進(jìn)到該實(shí)體的復(fù)活時(shí)間； 移動(dòng)記錄。將移動(dòng)記錄。將FELFEL中當(dāng)前時(shí)間復(fù)活的實(shí)體記錄移至中當(dāng)前時(shí)間復(fù)活的實(shí)體記錄移至CELCEL中；中； 當(dāng)前事件表掃描。當(dāng)前事件表掃描。2021-12-14Su

19、 Chun, Southeast University265.2 5.2 仿真時(shí)鐘推進(jìn)機(jī)制仿真時(shí)鐘推進(jìn)機(jī)制 仿真時(shí)間推進(jìn)機(jī)制（仿真時(shí)間推進(jìn)機(jī)制（time advance mechanism）是指在仿真進(jìn) 程中將仿真時(shí)間從一個(gè)時(shí)刻推進(jìn)到另一個(gè)時(shí)刻的方法，以便 模擬動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程。 仿真時(shí)間推進(jìn)機(jī)制的種類、仿真時(shí)間單位所代表的實(shí)際時(shí)間 的長(zhǎng)短，直接影響仿真效率和仿真結(jié)果的有效性。 離散事件系統(tǒng)仿真的時(shí)間推進(jìn)機(jī)制： 固定步長(zhǎng)時(shí)間推進(jìn)制固定步長(zhǎng)時(shí)間推進(jìn)制（fixed-increment time advance mechanism） 下次事件時(shí)間推進(jìn)機(jī)制下次事件時(shí)間推進(jìn)機(jī)制（next event

20、advance mechanism） 混合時(shí)間推進(jìn)機(jī)制混合時(shí)間推進(jìn)機(jī)制（mixed time advance mechanism）2021-12-14Su Chun, Southeast University275.2 5.2 仿真時(shí)鐘推進(jìn)機(jī)制仿真時(shí)鐘推進(jìn)機(jī)制 固定步長(zhǎng)時(shí)間推進(jìn)機(jī)制固定步長(zhǎng)時(shí)間推進(jìn)機(jī)制：在仿真過(guò)程中仿真時(shí)鐘每次遞增一 個(gè)固定的步長(zhǎng)。該步長(zhǎng)在仿真開(kāi)始之前，根據(jù)模型特點(diǎn)確定， 在仿真過(guò)程中保持不變。 該推進(jìn)方式要求每次推進(jìn)都要掃描所有正在執(zhí)行的活動(dòng)，以 檢查此時(shí)間區(qū)間內(nèi)是否有事件發(fā)生。2021-12-14Su Chun, Southeast University285.2 5.2

21、仿真時(shí)鐘推進(jìn)機(jī)制仿真時(shí)鐘推進(jìn)機(jī)制T：仿真時(shí)鐘t：步長(zhǎng)固定步長(zhǎng)時(shí)間推進(jìn)機(jī)制原理框圖固定步長(zhǎng)時(shí)間推進(jìn)機(jī)制原理框圖2021-12-14Su Chun, Southeast University295.2 5.2 仿真時(shí)鐘推進(jìn)機(jī)制仿真時(shí)鐘推進(jìn)機(jī)制2021-12-14Su Chun, Southeast University305.2 5.2 仿真時(shí)鐘推進(jìn)機(jī)制仿真時(shí)鐘推進(jìn)機(jī)制 固定步長(zhǎng)時(shí)間推進(jìn)機(jī)制的特點(diǎn)固定步長(zhǎng)時(shí)間推進(jìn)機(jī)制的特點(diǎn)： 每次步長(zhǎng)推進(jìn)，都要進(jìn)行事件檢查，占用計(jì)算和判斷的時(shí)間， 影響仿真效率。步長(zhǎng)步長(zhǎng)t越小，問(wèn)題越嚴(yán)重越小，問(wèn)題越嚴(yán)重。 該機(jī)制將發(fā)生在同一步長(zhǎng)內(nèi)的事件都視為發(fā)生在該步長(zhǎng)的末 尾，

22、即認(rèn)為它們是同步的。由此產(chǎn)生誤差，影響仿真精度。 步長(zhǎng)步長(zhǎng)t越大，誤差越嚴(yán)重越大，誤差越嚴(yán)重。合理確定t，是固定步長(zhǎng)時(shí)間推進(jìn)機(jī)制中的重要問(wèn)題。2021-12-14Su Chun, Southeast University315.2 5.2 仿真時(shí)鐘推進(jìn)機(jī)制仿真時(shí)鐘推進(jìn)機(jī)制 下次事件時(shí)間推進(jìn)機(jī)制：下次事件時(shí)間推進(jìn)機(jī)制：仿真時(shí)鐘按照下一個(gè)事件預(yù)計(jì)將要發(fā) 生的時(shí)刻，以不等的時(shí)間間隔向前推進(jìn)以不等的時(shí)間間隔向前推進(jìn)。即仿真時(shí)鐘每次都跳 躍性地推進(jìn)到下一事件發(fā)生的時(shí)刻上去。 該推進(jìn)機(jī)制中，仿真時(shí)鐘的增量不定，取決于被仿真系統(tǒng)。 仿真時(shí)，需將事件按發(fā)生時(shí)間的先后次序排列，仿真時(shí)鐘時(shí)間 則按事件順序發(fā)生的時(shí)

23、刻推進(jìn)。當(dāng)某一事件發(fā)生時(shí)，需立即計(jì) 算出下一事件發(fā)生的時(shí)刻，以便推進(jìn)仿真時(shí)鐘，直到仿真運(yùn)行 結(jié)束。2021-12-14Su Chun, Southeast University325.2 5.2 仿真時(shí)鐘推進(jìn)機(jī)制仿真時(shí)鐘推進(jìn)機(jī)制下次事件時(shí)間推進(jìn)機(jī)制原理框圖下次事件時(shí)間推進(jìn)機(jī)制原理框圖2021-12-14Su Chun, Southeast University335.2 5.2 仿真時(shí)鐘推進(jìn)機(jī)制仿真時(shí)鐘推進(jìn)機(jī)制 下次事件時(shí)間推進(jìn)機(jī)制能在事件發(fā)生的時(shí)刻捕捉到發(fā)生的事件，下次事件時(shí)間推進(jìn)機(jī)制能在事件發(fā)生的時(shí)刻捕捉到發(fā)生的事件， 不會(huì)導(dǎo)致虛假的并發(fā)事件，精度高不會(huì)導(dǎo)致虛假的并發(fā)事件，精度高。 下次事

24、件時(shí)間推進(jìn)機(jī)制取消了不必要的計(jì)算和判斷，有利于提 高仿真的效率。 采用下次事件時(shí)間推進(jìn)機(jī)制時(shí)，仿真效率主要取決于要發(fā)生的采用下次事件時(shí)間推進(jìn)機(jī)制時(shí)，仿真效率主要取決于要發(fā)生的 事件數(shù)，即取決于被仿真的系統(tǒng)事件數(shù)，即取決于被仿真的系統(tǒng)，用戶無(wú)法控制調(diào)整。事件數(shù) 越多，發(fā)生得越頻繁，仿真效率就越低。 對(duì)于仿真時(shí)間內(nèi)事件大量發(fā)生的系統(tǒng)，下次事件時(shí)間推進(jìn)機(jī)制對(duì)于仿真時(shí)間內(nèi)事件大量發(fā)生的系統(tǒng)，下次事件時(shí)間推進(jìn)機(jī)制 的仿真效率有可能比固定步長(zhǎng)時(shí)間推進(jìn)機(jī)制的仿真效率還低。的仿真效率有可能比固定步長(zhǎng)時(shí)間推進(jìn)機(jī)制的仿真效率還低。 對(duì)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)只發(fā)生少量事件的系統(tǒng)仿真，采用下次事件時(shí)間推對(duì)長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)只發(fā)生少量事件的系

25、統(tǒng)仿真，采用下次事件時(shí)間推 進(jìn)機(jī)制能獲得高效率。進(jìn)機(jī)制能獲得高效率。2021-12-14Su Chun, Southeast University345.2 5.2 仿真時(shí)鐘推進(jìn)機(jī)制仿真時(shí)鐘推進(jìn)機(jī)制 固定步長(zhǎng)時(shí)間推進(jìn)機(jī)制固定步長(zhǎng)時(shí)間推進(jìn)機(jī)制可以通過(guò)調(diào)整步長(zhǎng)來(lái)調(diào)整仿真的效率 和精確度，但存在著影響效率的多余計(jì)算和仿真精度誤差。結(jié)結(jié) 論論： 下次事件時(shí)間推進(jìn)機(jī)制下次事件時(shí)間推進(jìn)機(jī)制不存在多余的計(jì)算，具有高的仿真精 度，但沒(méi)有調(diào)整仿真效率和仿真精確度的手段。 固定步長(zhǎng)時(shí)間推進(jìn)機(jī)制固定步長(zhǎng)時(shí)間推進(jìn)機(jī)制適合于對(duì)事件的發(fā)生在時(shí)間軸上呈均 勻分布的系統(tǒng)的仿真；下次事件時(shí)間推進(jìn)機(jī)制下次事件時(shí)間推進(jìn)機(jī)制適合于事

26、件發(fā) 生數(shù)小的系統(tǒng)仿真。2021-12-14Su Chun, Southeast University355.2 5.2 仿真時(shí)鐘推進(jìn)機(jī)制仿真時(shí)鐘推進(jìn)機(jī)制 混合時(shí)間推進(jìn)機(jī)制：混合時(shí)間推進(jìn)機(jī)制：固定步長(zhǎng)時(shí)間推進(jìn)機(jī)制和下次事件時(shí)間推 進(jìn)機(jī)制的結(jié)合體。仿真時(shí)鐘每次推進(jìn)一個(gè)固定時(shí)間步長(zhǎng)的整數(shù) 倍(nt，n1)。步長(zhǎng)t可以在仿真前確定，并能在仿真過(guò)程 中調(diào)整以獲得必要的仿真精度和仿真效率。 與下次事件時(shí)間推進(jìn)機(jī)制相似，混合時(shí)間推進(jìn)機(jī)制可以跳過(guò)沒(méi) 有事件發(fā)生的時(shí)間，避免多余的計(jì)算和判斷。 n n取決于下次事件的發(fā)生時(shí)間，即取決于仿真系統(tǒng)的狀態(tài)取決于下次事件的發(fā)生時(shí)間，即取決于仿真系統(tǒng)的狀態(tài)。2021-12

27、-14Su Chun, Southeast University365.2 5.2 仿真時(shí)鐘推進(jìn)機(jī)制仿真時(shí)鐘推進(jìn)機(jī)制 混合時(shí)間推進(jìn)機(jī)制的原理：混合時(shí)間推進(jìn)機(jī)制的原理：2021-12-14Su Chun, Southeast University375.2 5.2 仿真時(shí)鐘推進(jìn)機(jī)制仿真時(shí)鐘推進(jìn)機(jī)制 仿真效率與仿真精度：仿真效率與仿真精度： 仿真精度仿真精度是指仿真結(jié)果與實(shí)際系統(tǒng)行為結(jié)果的接近程度。仿 真結(jié)果與實(shí)際結(jié)果越接近，仿真精度越高。 仿真效率仿真效率是指對(duì)同一系統(tǒng)在同樣一段時(shí)間的行為進(jìn)行一次仿 真時(shí)，所耗費(fèi)計(jì)算機(jī)機(jī)時(shí)的多少。費(fèi)時(shí)少則效率高，費(fèi)時(shí)多 則效率低。 對(duì)同一系統(tǒng)而言，仿真效率和仿真

28、精度均與仿真模型、仿真 算法及時(shí)間推進(jìn)機(jī)制有關(guān)。2021-12-14Su Chun, Southeast University385.2 5.2 仿真時(shí)鐘推進(jìn)機(jī)制仿真時(shí)鐘推進(jìn)機(jī)制 固定步長(zhǎng)時(shí)間推進(jìn)機(jī)制固定步長(zhǎng)時(shí)間推進(jìn)機(jī)制的效率完全取決于步長(zhǎng)，步長(zhǎng)越長(zhǎng)則效 率越高，步長(zhǎng)越短則效率越低。若要完全消除因步長(zhǎng)而造成的 誤差則步長(zhǎng)需趨于0，仿真時(shí)間趨于無(wú)窮大。 下次事件時(shí)間推進(jìn)機(jī)制下次事件時(shí)間推進(jìn)機(jī)制的效率完全取決于在仿真時(shí)間內(nèi)發(fā)生的 事件數(shù)，用戶無(wú)法改變仿真效率。 混合時(shí)間推進(jìn)機(jī)制混合時(shí)間推進(jìn)機(jī)制的效率不僅與步長(zhǎng)有關(guān)，而且與事件的時(shí)間 分布有關(guān)。步長(zhǎng)越長(zhǎng)，事件在時(shí)間軸上的分布越不均勻，效率 就越高，反

29、之越低，2021-12-14Su Chun, Southeast University395.2 5.2 仿真時(shí)鐘推進(jìn)機(jī)制仿真時(shí)鐘推進(jìn)機(jī)制 在同樣的仿真精度下，采用混合時(shí)間推進(jìn)機(jī)制的效率不低于采在同樣的仿真精度下，采用混合時(shí)間推進(jìn)機(jī)制的效率不低于采 用固定步長(zhǎng)時(shí)間推進(jìn)機(jī)制的效率用固定步長(zhǎng)時(shí)間推進(jìn)機(jī)制的效率。 對(duì)同一實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行仿真時(shí)，采用混合時(shí)間推進(jìn)機(jī)制的效率不對(duì)同一實(shí)際系統(tǒng)進(jìn)行仿真時(shí)，采用混合時(shí)間推進(jìn)機(jī)制的效率不 低于采用下次事件時(shí)間推進(jìn)機(jī)制的效率。低于采用下次事件時(shí)間推進(jìn)機(jī)制的效率。2021-12-14Su Chun, Southeast University405.2 5.2 仿真時(shí)鐘推

30、進(jìn)機(jī)制仿真時(shí)鐘推進(jìn)機(jī)制（message-driving）的仿真機(jī)制是面向?qū)ο螅嫦驅(qū)ο螅╫bject-orientedobject-oriented） 程序設(shè)計(jì)方法在系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用。 以面向?qū)ο蟮挠^點(diǎn)，制造系統(tǒng)S是由對(duì)象（如加工設(shè)備、生 產(chǎn)計(jì)劃等）以及對(duì)象之間的關(guān)系組成。 在數(shù)學(xué)上，系統(tǒng)S可以表示為： S=（O，R） 式中：O =Oi 是系統(tǒng)中對(duì)象的集合。其中：Oi表示系統(tǒng)中的 對(duì)象i，i=1，2，n；n為系統(tǒng)中對(duì)象的數(shù)目。 R=Rij是系統(tǒng)中對(duì)象之間關(guān)系的集合。其中：i，j=1， 2，n，且ij；Rij表示對(duì)象i與j之間的關(guān)系。2021-12-14Su Chun, Southeast Un

31、iversity415.2 5.2 仿真時(shí)鐘推進(jìn)機(jī)制仿真時(shí)鐘推進(jìn)機(jī)制 消息驅(qū)動(dòng)的仿真機(jī)制提供了自然、 能反映現(xiàn)實(shí)世界的開(kāi)發(fā)環(huán) 境。它將被仿真的系統(tǒng)視為實(shí)體（entity）的集合，實(shí)體之間 通過(guò)消息（message）進(jìn)行通信，系統(tǒng)中的事件即是實(shí)體之間 消息的傳遞。 對(duì)象（類）具有用屬性（attribute）、狀態(tài)（state）以及方 法（method）表示的自身行為特性。對(duì)象之間的聯(lián)系用消息（ message）來(lái)描述。系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)過(guò)程就是由對(duì)象的方法以及對(duì) 象之間相互聯(lián)系的消息組成。 消息驅(qū)動(dòng)的仿真中，實(shí)體（entity）有兩個(gè)形式：活動(dòng)、等待。 如果實(shí)體當(dāng)前正在執(zhí)行動(dòng)作，則是“活動(dòng)”的；否則，實(shí)

32、體狀態(tài) 為“等待”。只有當(dāng)一個(gè)體接收到一個(gè)消息而滿足了等待條件或 它的等待時(shí)間期滿時(shí)，它才能由等待狀態(tài)轉(zhuǎn)為活動(dòng)狀態(tài)。2021-12-14Su Chun, Southeast University425.2 5.2 仿真時(shí)鐘推進(jìn)機(jī)制仿真時(shí)鐘推進(jìn)機(jī)制 實(shí)體（entity） 消息體（message） Create短語(yǔ)：創(chuàng)建新的實(shí)體 Free短語(yǔ)：終結(jié)實(shí)體 Sendmessage短語(yǔ)：實(shí)體之間發(fā)送消息 Wait短語(yǔ)：用于定義實(shí)體等待一段時(shí)間或等待接收消息 消息驅(qū)動(dòng)的仿真模型的基本要素：2021-12-14Su Chun, Southeast University435.3 5.3 蒙特卡羅仿真方法蒙特

33、卡羅仿真方法 蒙特卡羅（Monte Carlo）法亦稱為隨機(jī)仿真（random simulation）方法、隨機(jī)抽樣（random sampling）技術(shù)或統(tǒng)計(jì) 試驗(yàn)（statistical testing）方法。 20世紀(jì)40年代，Monte Carlo仿真首先應(yīng)用于核武器研制。 美國(guó) “曼哈頓計(jì)劃”的主持人之一數(shù)學(xué)家馮諾依曼首先采用數(shù) 學(xué)方法直接模擬裂變物質(zhì)的中子隨機(jī)擴(kuò)散，并以位于摩納哥國(guó) 的世界聞名賭城蒙特卡羅作為秘密代號(hào)。 用賭城名比喻隨機(jī)仿真，風(fēng)趣貼切，該方法很快得到接受。 此后，人們便把這種計(jì)算機(jī)隨機(jī)仿真方法稱為蒙特卡羅方法 目前，蒙特卡羅方法已經(jīng)在物理、工程技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、金融、社

34、會(huì)、決策等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。2021-12-14Su Chun, Southeast University445.3 蒙特卡羅仿真方法蒙特卡羅仿真方法 蒙特卡羅方法以統(tǒng)計(jì)抽樣理論為基礎(chǔ)，根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)抽象出概率模型或隨機(jī)過(guò)程，產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)，并通過(guò)對(duì)隨機(jī)變量統(tǒng)計(jì)、抽樣實(shí)驗(yàn)或隨機(jī)模擬，以統(tǒng)計(jì)特征量作為待解問(wèn)題的數(shù)值解。 蒙特卡羅方法的基本原理：蒙特卡羅方法的基本原理： 根據(jù)實(shí)際問(wèn)題建立概率統(tǒng)計(jì)模型，所構(gòu)造模型的主要特征參量 要與實(shí)際問(wèn)題或系統(tǒng)相一致； 建立隨機(jī)變量的抽樣方法，包括產(chǎn)生偽隨機(jī)數(shù)及各種分布隨機(jī) 變量抽樣序列的方法； 分析仿真試驗(yàn)結(jié)果，給出問(wèn)題的概率解或解的精度估計(jì)。 按照所建立的模型進(jìn)行仿真試驗(yàn)、計(jì)算，求出問(wèn)題的隨機(jī)解。2021-12-14Su Chun, Southeast University455.3 蒙特卡羅仿真方法蒙特卡羅仿真方法 蒙特卡羅方法的優(yōu)點(diǎn)：蒙特卡羅方法的優(yōu)點(diǎn)： 收斂速度、計(jì)算的復(fù)雜性與問(wèn)題維數(shù)無(wú)關(guān)，計(jì)算時(shí)間僅與維 數(shù)成比例。 在某些領(lǐng)域（如粒子物理等），該方法具有其他數(shù)值計(jì)算方 法不能替代的作用。 受問(wèn)題條件的限制的