系統(tǒng)仿真方法與應(yīng)用1

1、系統(tǒng)仿真方法與應(yīng)用楊文東第一部分 離散事件系統(tǒng)仿真入門(mén)第1章 仿真緒論 1.1 仿真何時(shí)適用 1.2 仿真何時(shí)不適用 1.3 仿真的優(yōu)缺點(diǎn) 1.4 應(yīng)用領(lǐng)域 1.5 系統(tǒng)和系統(tǒng)環(huán)境 1.6 系統(tǒng)的成分 1.7 離散系統(tǒng)和連續(xù)系統(tǒng) 1.8 系統(tǒng)的模型 1.9 模型的類別 1.10 離散時(shí)間系統(tǒng)仿真 1.11 仿真研究的步驟第2章 仿真實(shí)例 2.1排隊(duì)系統(tǒng)的仿真2.2庫(kù)存系統(tǒng)的仿真2.3其他仿真實(shí)例2.4小結(jié)第3章 基本原理 3.1離散事件仿真的概念 3.1.1事件調(diào)度/時(shí)間推進(jìn)算法 3.1.2世界觀 3.1.3采用事件調(diào)度法系統(tǒng)仿真3.2表處理 3.2.1表：基本性質(zhì)和操作 3.2.2只用數(shù)組進(jìn)

2、行表處理 3.2.3使用動(dòng)態(tài)分配和鏈表 3.2.4高級(jí)技術(shù)3.3 小結(jié)第4章 仿真軟件 4.1仿真軟件的歷史 4.1.1探索階段（1955-1960） 4.1.2出現(xiàn)階段（1961-1965） 4.1.3形成階段（1966-1970） 4.1.4發(fā)展階段（1971-1978） 4.1.5鞏固和改進(jìn)階段（1979-1986） 4.1.6集成環(huán)境階段（1987-現(xiàn)在）4.2仿真軟件選集4.3一個(gè)仿真實(shí)例4.4 用Java語(yǔ)言仿真4.5 用GPSS仿真4.6 用SSF仿真 4.7仿真軟件 4.7.1Arena 4.7.2AutoMod 4.7.3Extend 4.7.4Flexsim 4.7.5Mi

3、croSaint 4.7.6ProModel 4.7.7QUEST 4.7.8SIMUL8 4.7.9WITNESS 4.8實(shí)驗(yàn)和分析系統(tǒng)工具 4.8.1一般特性 4.8.2產(chǎn)品第二部分 數(shù)學(xué)模型和統(tǒng)計(jì)模型第5章 仿真中的統(tǒng)計(jì)模型 5.1 術(shù)語(yǔ)和概念回顧5.2 有用的統(tǒng)計(jì)模型5.3 離散分布5.4 連續(xù)分布5.5 泊松分布 5.5.1 泊松分布的性質(zhì) 5.5.2 非平穩(wěn)泊松分布 5.6 經(jīng)驗(yàn)分布5.7 小結(jié)第6章 排隊(duì)模型 6.1 排隊(duì)系統(tǒng)的特點(diǎn) 6.1.1 擬到達(dá)總體 6.1.2 系統(tǒng)容量 6.1.3 到達(dá)過(guò)程 6.1.4 排隊(duì)行為和排隊(duì)規(guī)則 6.1.5服務(wù)時(shí)間和服務(wù)機(jī)制6.2 排隊(duì)標(biāo)記6.

4、3 排隊(duì)系統(tǒng)的長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行性能指標(biāo) 6.3.1 系統(tǒng)L的時(shí)間平均數(shù) 6.3.2 每個(gè)顧客在系統(tǒng)中花費(fèi)的平均時(shí)間w 6.3.3 守恒方程: L=w 6.3.4 服務(wù)臺(tái)利用率 6.3.5 排隊(duì)問(wèn)題中的費(fèi)用 6.4 無(wú)限系統(tǒng)馬爾科夫模型的穩(wěn)態(tài)行為特性 6.4.1具有泊松分布及無(wú)限容量的單服務(wù)臺(tái)隊(duì)列:M/G/1 6.4.2 多服務(wù)臺(tái)隊(duì)列: M/M/c/ 6.4.3 具有泊松到達(dá)及有限容量的單服務(wù)臺(tái)容量:M/M/c/N/oo6.5 有限總體模型(M/M/c/K/K)的穩(wěn)態(tài)行為特性6.6 排隊(duì)網(wǎng)絡(luò) 6.7 小結(jié)第三部分 隨機(jī)數(shù)第7章 隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生 7.1隨機(jī)數(shù)的性質(zhì)7.2 偽隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生7.3 產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的

5、方法 7.3.1 線性同余法 7.3.2 組合線性同余發(fā)生器 7.3.3 隨機(jī)數(shù)流7.4隨機(jī)數(shù)的檢驗(yàn) 7.4.1 頻率檢驗(yàn) 7.4.2 自相關(guān)數(shù)的檢驗(yàn)7.5 小結(jié)第8章 隨機(jī)變量的產(chǎn)生8.1 反變換技術(shù) 8.1.1 指數(shù)分布 8.1.2 均勻分布 8.1.3 韋布爾分布 8.1.4 三角分布 8.1.5 經(jīng)驗(yàn)連續(xù)分布 8.1.6 無(wú)封閉形式反函數(shù)的連續(xù)分布 8.1.7 離散分布8.2 舍選分布 8.2.1 泊松分布 8.2.2 非平穩(wěn)泊松分布 8.2.3 伽馬分布8.3 特殊性質(zhì) 8.3.1 正態(tài)分布和對(duì)數(shù)正態(tài)分布的直接變換 8.3.2 卷積法 8.3.3更多的特殊性質(zhì)8.4 小結(jié)第四部分 仿

6、真數(shù)據(jù)分析第9章 輸入建模9.1 數(shù)據(jù)收集9.2 用數(shù)據(jù)辨識(shí)分布 9.2.1 直方圖 9.2.2 選擇分布簇 9.2.3 分位點(diǎn)-分位點(diǎn)（q-q)圖9.3 參數(shù)估計(jì) 9.3.1統(tǒng)計(jì)學(xué)原理：樣本均值和樣本方差 9.3.2 建議使用的估計(jì)量9.4 擬合優(yōu)良度檢驗(yàn) 9.4.1 檢驗(yàn) 9.4.2 具有等概率的 檢驗(yàn) 9.4.3 科爾莫戈羅夫-斯米爾諾夫擬合優(yōu)良度檢驗(yàn) 9.4.4 p值和“最佳擬合”9.5 擬合非穩(wěn)態(tài)泊松過(guò)程9.6 選擇無(wú)數(shù)據(jù)的輸入模型9.7多變量和時(shí)間序列輸入模型 9.7.1 協(xié)方差和相關(guān)系數(shù) 9.7.2 多變量輸入模型 9.7.3 時(shí)間序列輸入模型 9.7.4 正態(tài)分布到任何分布的變

7、換9.8 小結(jié)22第10章 仿真模型的檢驗(yàn)和驗(yàn)證 10.1模型的建立、檢驗(yàn)和驗(yàn)證10.2 仿真模型的檢驗(yàn)10.3 模型的檢驗(yàn)和驗(yàn)證 10.3.1 表面效度 10.3.2 模型假設(shè)的驗(yàn)證 10.3.3 輸入-輸出的變換的驗(yàn)證 10.3.4 輸入-輸出驗(yàn)證：利用歷史數(shù)據(jù) 10.3.5輸入-輸出驗(yàn)證：利用圖靈機(jī)檢驗(yàn)10.4 小結(jié)第11章 單一模型的輸出分析11.1關(guān)于輸出分析的仿真模型11.2 輸出數(shù)據(jù)的隨機(jī)性11.3 性能度量及其估計(jì) 11.3.1 點(diǎn)估計(jì) 11.3.2 置信區(qū)間估計(jì)11.4 終止型仿真的輸出分析 11.4.1 統(tǒng)計(jì)學(xué)基礎(chǔ) 11.4.2 具有規(guī)定精度的置信區(qū)間 11.4.3 分位數(shù)

8、 11.4.4 由求和數(shù)據(jù)估計(jì)概率和分位數(shù)11.5 穩(wěn)態(tài)仿真的輸出分析 11.5.1穩(wěn)態(tài)仿真的初始化偏差 11.5.2穩(wěn)態(tài)仿真的誤差估計(jì) l1.5.3穩(wěn)態(tài)仿真的重復(fù)運(yùn)行方法 11.5.4穩(wěn)態(tài)仿真中的樣本量 1.5.5穩(wěn)態(tài)仿真中區(qū)間估計(jì)的批均值 11.5.6 分位數(shù)11.6 小結(jié)第12章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的設(shè)計(jì)與比較12.1雙系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的比較 12.1.1 具有相等方差的獨(dú)立采樣 12.1.2 具有不相等方差的獨(dú)立采樣 12.1.3公共隨機(jī)數(shù) 12.1.4 具有規(guī)定精度的置信區(qū)間12.2多個(gè)設(shè)計(jì)方案的比較 12.2.1 用于多方案比較的Bonferroni 法 12.2.2 用Bonferroni

9、 法選擇最佳方案 12.2.3 用Bonferroni法進(jìn)行篩選12.3元建模 12.3.1 簡(jiǎn)單線性回歸 12.3.2 回歸的顯著性檢驗(yàn) 12.3.3 多重線性回歸 12.3.4 回歸的隨機(jī)數(shù)分派12.4 基于仿真的優(yōu)化 12.4.1 “基于仿真的優(yōu)化”指的是什么 12.4.2 為什么基于仿真的優(yōu)化很困難 12.4.3 魯棒啟發(fā)方法的應(yīng)用 12.4.4 一個(gè)例證：隨機(jī)搜索第五部分 應(yīng) 用 第13章 制造與物流儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)仿真13.1 制造與物運(yùn)儲(chǔ)料仿真 13.1.1 制造系統(tǒng)的模型 13.1.2 物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)的模型 13.1.3 一些常用的物料儲(chǔ)運(yùn)裝置13.2 目標(biāo)與性能度量13.3 制造與物料

10、儲(chǔ)運(yùn)仿真中的問(wèn)題 13.3.1停工期和故障建模 13.3.2跟蹤驅(qū)動(dòng)模型13.4 制造與物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)仿真的案例研究13.5 制造實(shí)例：一個(gè)裝配生產(chǎn)線的仿真 13.5.1 系統(tǒng)描述和模型假設(shè) 13.5.2 仿真前的分析 13.5.3 仿真模型以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)的分析 13.5.4 工位利用率分析 13.5.5 潛在系統(tǒng)改進(jìn)的分析 13.5.6 小結(jié)第14章 計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng) 14.1 引言14.2 仿真工具 14.2.1 面向進(jìn)程仿真工具 14.2.2 面向事件仿真工具14.3 模型輸入 14.3.1 調(diào)制泊松分布 14.3.2 虛擬內(nèi)存參照14.4 高層次的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)仿真14.5 CPU 仿真14.6

11、 內(nèi)存仿真14.7 小結(jié)第15章 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)仿真 15.1 引言15.2 通信流量建模 15.3 媒介訪問(wèn)控制 15.3.1令牌傳遞協(xié)議 15.3.2 以太網(wǎng)15.4 數(shù)據(jù)鏈路層15.5 傳輸控制協(xié)議15.6 模型構(gòu)建 15.6.1 構(gòu)建 15.6.2 例子15.7小結(jié)第1章 仿真緒論 1.1 仿真何時(shí)適用1.2 仿真何時(shí)不適用1.3 仿真的優(yōu)缺點(diǎn)1.4 應(yīng)用領(lǐng)域1.5 系統(tǒng)和系統(tǒng)環(huán)境1.6 系統(tǒng)的成分1.7 離散系統(tǒng)和連續(xù)系統(tǒng)1.8 系統(tǒng)的模型1.9 模型的類別1.10 離散事件系統(tǒng)仿真1.11 仿真研究的步驟 仿真是對(duì)現(xiàn)實(shí)世界的過(guò)程或系統(tǒng)隨時(shí)間運(yùn)行的仿真。1.1 仿真何時(shí)適用 仿真可被用于

12、以下目的： 1. 仿真使得對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)內(nèi)部的相互作用和復(fù)雜系統(tǒng)內(nèi)部的相互作用的研究和實(shí)驗(yàn)成為可能 2.可以仿真信息、組織及環(huán)境的變更，以觀察這些改變對(duì)模型行為的影響 3. 在仿真模型設(shè)計(jì)中獲取的知識(shí)可能有很大的價(jià)值，可對(duì)被研究系統(tǒng)的改進(jìn)提出建議 4.改變仿真的輸入并觀察產(chǎn)生的輸出，可以使我們深入了解哪些變量是最終要的，以及了解變量間是如何相互作用的 5. 仿真可以作為教學(xué)設(shè)備來(lái)增強(qiáng)解析求解方法學(xué)的能力 6. 用于在新設(shè)計(jì)和策略實(shí)施前進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 7.用于驗(yàn)證解析解 8. 對(duì)機(jī)器不同能力進(jìn)行仿真有助于確定其需求 9. 設(shè)計(jì)用于訓(xùn)練的仿真模型使得學(xué)習(xí)成為可能，無(wú)需費(fèi)用和現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo) 10. 動(dòng)畫(huà)顯示仿真運(yùn)行

13、中的系統(tǒng)，使計(jì)劃具有可視性 11. 現(xiàn)代系統(tǒng)（工廠、晶圓生產(chǎn)廠、服務(wù)組織等）非常復(fù)雜，只能通過(guò)仿真來(lái)處理其內(nèi)部的相互作用1.2 仿真何時(shí)不適用 問(wèn)題可通過(guò)普通方法解決時(shí) 例：自動(dòng)打標(biāo)簽設(shè)備服務(wù)速度12人/小時(shí)，到達(dá)速率100人/小時(shí)，最少需要多少設(shè)備 100/12= 8.33 問(wèn)題可以通過(guò)解析解決時(shí) 直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn) 成本超過(guò)仿真節(jié)省的開(kāi)銷：如果仿真成本20000元，而節(jié)省只有10000元 沒(méi)有足夠的資源或時(shí)間：如果仿真成本20000元，而只有10000元 無(wú)數(shù)據(jù)可用 如果負(fù)責(zé)人有不合理的預(yù)期 如果系統(tǒng)太復(fù)雜或不可定義1.3 仿真的優(yōu)缺點(diǎn) 其中有一些優(yōu)點(diǎn)是: 1.新的策略、操作程序、決策規(guī)則、信息

14、流、組織程序等的研究可以不干擾實(shí)際系統(tǒng)正在進(jìn)行的操作 2.新的硬件設(shè)計(jì)、物理布局、運(yùn)輸系統(tǒng)等測(cè)試可在不具備獲得它們必要資源的前提下進(jìn)行 3.關(guān)于某些現(xiàn)象怎樣發(fā)生或?yàn)槭裁窗l(fā)生的假設(shè)可以測(cè)試其可能性 4.可以壓縮或者拓展時(shí)間來(lái)加速或減緩被研究的現(xiàn)象 5.可以深入了解有關(guān)變量的相互作用 6.可以獲得變量對(duì)系統(tǒng)性能重要性的了解 7.可以進(jìn)行瓶頸分析，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)在過(guò)程、信息、物料等工作中的哪個(gè)地方被過(guò)分延遲 8、仿真研究可以幫助理解系統(tǒng)是如何運(yùn)行的，而不是一個(gè)人去思考系統(tǒng)如何運(yùn)行 9、可以回答“如果就會(huì)”這樣的問(wèn)題，在新系統(tǒng)中特別有用一些缺點(diǎn)是：1.4應(yīng)用領(lǐng)域 制造應(yīng)用 半導(dǎo)體制造 建筑工程和項(xiàng)目管理 軍

15、事應(yīng)用 物流、供應(yīng)鏈及分布式應(yīng)用 運(yùn)輸模式及交通 經(jīng)營(yíng)過(guò)程仿真 健康護(hù)理1.5 系統(tǒng)和系統(tǒng)環(huán)境 系統(tǒng)的概念系統(tǒng)的概念：定義為一組連接在一起的對(duì)象，它們以某種規(guī)則的相互作用或相互依賴去達(dá)到某種目的。 系統(tǒng)環(huán)境系統(tǒng)環(huán)境：系統(tǒng)通常受到系統(tǒng)外部變化的影響，這種變化稱為在系統(tǒng)環(huán)境中發(fā)生。1.6 系統(tǒng)的成分 實(shí)體：系統(tǒng)中感興趣的對(duì)象 屬性：實(shí)體的特征 活動(dòng)：表示一段特定長(zhǎng)度的時(shí)期 事件：可能會(huì)改變系統(tǒng)狀態(tài)的即時(shí)發(fā)生的事情 系統(tǒng)的狀態(tài)：定義為變量的集合 銀行：忙碌的出納員數(shù)量、正在接受服務(wù)的顧客數(shù)量系統(tǒng)實(shí)體屬性活動(dòng)事件狀態(tài)變量銀行顧客經(jīng)常賬戶余額存款到達(dá)；離去處于忙態(tài)的出納員數(shù)目；等待的顧客數(shù)目高速鐵路乘客出發(fā)地；目的地旅行到達(dá)站；到達(dá)目的站每站等待的乘客數(shù)；正在運(yùn)輸?shù)某丝蛿?shù)制造機(jī)器速度；容量；故障率焊接；沖壓故障停機(jī)機(jī)器的狀態(tài)（忙、閑、停機(jī)）通信信息長(zhǎng)度；目的地傳輸?shù)竭_(dá)目的地等待傳輸?shù)臄?shù)目倉(cāng)