系統(tǒng)仿真過程課件

1、學時：32(上課）8（上機）考核要求：平時成績（作業(yè)、出勤）30%上機（wittness建模與分析）10%期末考試 70%課程內(nèi)容第一章 概論第二章 仿真的概率統(tǒng)計基礎第三章 理論模型建模方法第四章 仿真模型設計與實現(xiàn)第五章 witness 仿真語言第六章 仿真結(jié)果分析與模型校驗第七章 離散事件系統(tǒng)仿真應用第一章 概論 1 仿真 系統(tǒng)仿真是20世紀40年代末以來伴隨著計算機技術(shù)的發(fā)展而逐步形成的一門新興學科。仿真（Simulation）就是通過建立實際系統(tǒng)模型并利用所見模型對實際系統(tǒng)進行實驗研究的過程。最初，仿真技術(shù)主要用于航空、航天、原子反應堆等價格昂貴、周期長、危險性大、實際系統(tǒng)試驗難以實

2、現(xiàn)的少數(shù)領域，后來逐步發(fā)展到電力、石油、化工、冶金、機械等一些主要工業(yè)部門，并進一步擴大到社會系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)、交通運輸系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)等一些非工程系統(tǒng)領域?？梢哉f，現(xiàn)代系統(tǒng)仿真技術(shù)和綜合性仿真系統(tǒng)已經(jīng)成為任何復雜系統(tǒng)，特別是高技術(shù)產(chǎn)業(yè)不可缺少的分析、研究、設計、評價、決策和訓練的重要手段。其應用范圍在不斷擴大，應用效益也日益顯著。 仿真三大要素：系統(tǒng)、模型、試驗 1.1 系統(tǒng) 系統(tǒng)仿真的研究對象是具有獨立行為規(guī)律的系統(tǒng)。所謂系統(tǒng)是指相互聯(lián)系又相互作用的對象的有機組合。從廣義上講，系統(tǒng)的概念是非常廣闊的，大到無窮的宇宙世界，小到分子原子，都稱之為系統(tǒng)。 根據(jù)系統(tǒng)的物理特征可以將系統(tǒng)劃分為兩大類，即

3、工程系統(tǒng)和非工程系統(tǒng)。所謂非工程系統(tǒng)是指自然和社會在發(fā)展過程中形成的，被人們在長期的生產(chǎn)勞動和社會實踐中逐漸認識的系統(tǒng)。例如社會、經(jīng)濟、管理、交通、生物系統(tǒng)等屬于非工程系統(tǒng)。所謂工程系統(tǒng)是指人們?yōu)闈M足某種需要或?qū)崿F(xiàn)某個預定的功能，利用某種手段構(gòu)造而成的系統(tǒng)。工程系統(tǒng)的例子非常多，如機械、電氣、動力、生產(chǎn)、物流系統(tǒng)等。 圖1所示彈道導彈飛行控制系統(tǒng)是一個工程系統(tǒng)的例子。導彈飛行控制系統(tǒng)的根本任務是保證彈道導彈以足夠的精度把其戰(zhàn)斗部即彈頭)送到預定的目標區(qū)。彈道導彈的飛行控制包括兩個方而，一是飛行彈道的控制，即控制導彈的質(zhì)心運動；二是對飛行姿態(tài)進行控制，即控制導彈繞其質(zhì)心的運動。制導系統(tǒng)能夠根據(jù)打

4、擊目標的要求形成控制導彈沿著預定彈道飛行所箔的指令和控制信號。姿態(tài)穩(wěn)定系統(tǒng)可以使導彈具有飛行的穩(wěn)定性，是制導系統(tǒng)正常工作的基礎。圖2所示的商品銷售系統(tǒng)即是一個非工程系統(tǒng)。 對于一個系統(tǒng)來說，不論它是大是小，都必然存在三個要素，即實體、屬性和活動。所謂實體是指組成系統(tǒng)的具體對象。例如彈道導彈飛行控制系統(tǒng)中的實體有彈道導彈彈體、測量單元、計算裝置、執(zhí)行機構(gòu)等；在商品銷售系統(tǒng)中的實體有經(jīng)理、部門、商品、貨幣、倉庫等。系統(tǒng)中的各個實體既具有一定的相對獨立性，又相互聯(lián)系構(gòu)成一個整體。 所謂屬性是指實體所具有的每一項有效特性。例如，在彈道導彈飛行控制系統(tǒng)中，導彈彈體的屬性(與控制系統(tǒng)有關的屬性)有導彈的飛

5、行速度和飛行高度、導彈的飛行姿態(tài)角等，測量單元的屬性有測量范圍，測量誤差等；在商品銷售系統(tǒng)中，部門的屬性有人員數(shù)量、職能范圍，商品的屬性有生產(chǎn)日期、進貨價格、銷售日期、售價等。 所謂活動是指隨著時間的椎移在系統(tǒng)內(nèi)部由于各種原因而發(fā)生的變化過程。例如彈道導彈飛行速度和飛行高度的增加，商品銷售系統(tǒng)中庫存商品數(shù)量的變化，零售商品價格的增長等。 系統(tǒng)是在不斷地運動、發(fā)展、變化的。由于組成系統(tǒng)的實體之間相互作用而引起實體屬性的變化。使得在不同的時刻，系統(tǒng)中的實體和實體屬性都可能會有所不同。這種變化通常用狀態(tài)的概念來描述。 在任意給定時刻，系統(tǒng)中實體、屬性以及活動的信息總和稱為系統(tǒng)在該時刻的狀態(tài)；用于表示

6、系統(tǒng)狀態(tài)的變量稱為狀態(tài)變量。 系統(tǒng)邊界的劃分在很大程度上取決于系統(tǒng)研究的目的。例如在商品銷售系統(tǒng)中，如果僅考慮商品倉庫庫存量的變化倩況，那么系統(tǒng)只需包括采購部隊倉庫以及銷售部門即可。但若要研究商品進貨與銷售的關系時，系統(tǒng)中還要包括市場調(diào)查部門，因為商品銷售狀況及對進貨的影響這部分職能是由該部門完成的。1.2 模型 模型是對相應的真實對象和真實關系中那些有用的和令人感興趣的特性的抽象，是對系統(tǒng)某些本質(zhì)方面的描述，它以各種可用的形式提供被研究系統(tǒng)的信息。模型描述可視為是對真實世界中的物體或過程相關信息進行形式化的結(jié)果。模型在所研究系統(tǒng)的某一側(cè)面具有與系統(tǒng)相似的數(shù)學描述或物理描述。從某種意義上說，模

7、型是系統(tǒng)的代表，同時也是對系統(tǒng)的簡化。在簡化的同時，模型應足夠詳細，以便從模型的實驗中取得關于實際系統(tǒng)的有效結(jié)論。 由實際系統(tǒng)構(gòu)造出個模型的任務包括兩方面的內(nèi)容：一是建立模型結(jié)構(gòu)；二是提供數(shù)據(jù)。在建立模型結(jié)構(gòu)時，要確定系統(tǒng)的邊界、鑒別系統(tǒng)的實體、屬性和活動。提供數(shù)據(jù)要求能夠使包含在活動中的各個屬性之間的關系得以確定。在選擇模型結(jié)構(gòu)時，要滿足兩個前提條件：一是要細化模型研究的目的；二是要了解有關特定的建模目標與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性質(zhì)之間的關系。 （1）系統(tǒng)模型的結(jié)構(gòu)具有以下一些性質(zhì)： 相似性 模型與所研究系統(tǒng)在屬性上具有相似的特性和變化規(guī)律，這就是真實系統(tǒng)與模型之間具有相似的物理屬性或數(shù)學描述。 簡單性

8、從實用的觀點來看，由于在模型的建立過程中，忽略了一些次要因素和某些非可測變量的影響，因此實際的模型已是一個被簡化了的近似模型。一般來說，在實用的前提下，模型越簡單越好。 多面性 對于由許多實體組成的系統(tǒng)來說，由于其研究目的不同，就決定了所要收集的與系統(tǒng)有關的信息也是不同的，所以用來表示系統(tǒng)的模型并不是唯一的。由于不同的分析者所關心的是系統(tǒng)的不同方面，或者由于同一分析者要了解系統(tǒng)的各種變化關系，對同一個系統(tǒng)可以產(chǎn)生相應于不同層次的多種模型。 （2）建立模型時應遵循的基本原則 清晰性 一個復雜的系統(tǒng)是由許多子系統(tǒng)組成的，對應的系統(tǒng)模型也是由許多子模型構(gòu)成的。在子模型之間除了研究目的所必需的信息聯(lián)系

9、外，相互輻合要盡可能少，結(jié)構(gòu)要盡可能清晰。 相關性 模型中應該只包括系統(tǒng)中與研究目的有關的那些信息。例如對一個車間調(diào)度系統(tǒng)能力進行仿真研究，只需要考慮運輸設備的運輸能力，而無需涉及輸送設備的顏色。雖然與研究目的無關的信息包含在系統(tǒng)模型中可能不會有很大害處，但是因為它會增加模型的復雜性，從而使得在求解模型時增加額外的工作，所以應該把與研究目的無關的信息排除在外。 準確性 建立系統(tǒng)模型時，應該考慮所收集的、用以建立模型的信息的準確性，包括確認所應用的原理和理論的正確性和應用范圍，以及檢驗建模過程中針對系統(tǒng)所做假設的正確性。例如在建立工廠設施規(guī)劃與運輸系統(tǒng)模型時，應該將運輸工具視為一個三維實體而不能

10、為一個質(zhì)點，它的長度和寬度影響了運輸通道的布局。 可辨識性 模型結(jié)構(gòu)必須具有可辨識的形式。所謂可辨識性是指系統(tǒng)的模型必須有確定的描述或表示方式，而在這種描述方式下與系統(tǒng)性質(zhì)相關的參數(shù)必須有唯一確定的解。若一個模型結(jié)構(gòu)中具有無法估計的參數(shù)，則此結(jié)構(gòu)就無實用價值。 集合性 建立模型還需要進一步考慮的一個因素，是能夠把一些個別的實體組成更大實體的程度，即模型的集合性。例如對物流與供應鏈系統(tǒng)的研究中，除了能夠研究每個物流中心的物流細節(jié)和規(guī)律之外，還可以綜合計算多個物流中心構(gòu)建成一個供應鏈系統(tǒng)的效能。 （3）系統(tǒng)模型分類 系統(tǒng)模型按結(jié)構(gòu)形式分為實物模型、圖式模型、模擬模型和數(shù)學模型。 實物模型 實物模型

11、是現(xiàn)實系統(tǒng)的放大或縮小，它能表明系統(tǒng)的主要特性和各個組成部分之間的關系。如橋梁模型、電機模型、城市模型、建筑模型、風洞試驗中的飛機模型等。這種模型的優(yōu)點是比較形象，便于共同研究問題；它的缺點是不易說明數(shù)量關系，特別是不能揭示要素的內(nèi)在聯(lián)系，也不能用于優(yōu)化。 圖式模型 圖式模型是用圖形、圖表、符號等把系統(tǒng)的實際狀態(tài)加以抽象的表現(xiàn)形式如網(wǎng)絡圖(層次與順序、時間與進度等)、物流圖(物流量、流向等)。它是在滿足約束條件的目標值的比較中選取較好值的一種方法，它在選優(yōu)時只起輔助作用。當維數(shù)大于2時，該種模型作圖的范圍受到限制。其優(yōu)點是直觀、簡單；缺點是不易優(yōu)化，受變量因素的數(shù)量的限制。 模擬模型 用一種原

12、理上相似，而求解或控制處理容易的系統(tǒng)代替或近似描述另一種系統(tǒng)，前者稱為后者的模擬模型。它一般有兩種類型：一種是可以接受輸入并進行動態(tài)模擬的可控模型，如對機械系統(tǒng)的電路模擬，可用電壓模擬機械速度，電流模擬力，電容模擬質(zhì)量；另一種是用計算機和程序語言表達的模擬模型，例如物資集散中心站臺數(shù)設置的模擬，組裝流水線投料批量的模擬等。通常用計算機模型模擬內(nèi)部結(jié)構(gòu)不清或因素復雜的系統(tǒng)是行之有效的。 數(shù)學模型 數(shù)學模型是指對系統(tǒng)行為的一種數(shù)量描述。當把系統(tǒng)及其要素的相互關系用數(shù)學表達式、圖象、圖表等形式抽象地表示出來時，就是數(shù)學模型。它一般分為確定型和隨機型，連續(xù)型和離散型。 各種模型特性比較 1.3 試驗主

13、要任務：根據(jù)試驗需求所規(guī)定的試驗類型與試驗目的，明確試驗所應用的仿真背景、試驗類型與試驗方法，確定試驗因子及其變化規(guī)律，建立試驗指標與模型響應的關聯(lián)，明確方針試驗的終結(jié)方式，制定試驗方案，根據(jù)方案進行仿真試驗并收集仿真試驗數(shù)據(jù)，對試驗數(shù)據(jù)進行分析和處理。1.4 計算機仿真及其分類 計算機仿真是建立在控制理論、相似理論、信息處理技術(shù)和計算機初等理論基礎之上的，以計算機和其他專用物理效應設備為工具，利用系統(tǒng)模型對真實或假設的系統(tǒng)進行試驗，并借助于專家的經(jīng)驗知識、統(tǒng)計數(shù)據(jù)和信息資料對實驗結(jié)果進行分析研究，進而做出決策的一門綜合的實驗性學科。從廣義而言，系統(tǒng)仿真的方法適用于任何的領域，無論是工程系統(tǒng)（

14、機械、化工、電力、電子等）或是非工程系統(tǒng)（交通、管理、經(jīng)濟、政治等）。 系統(tǒng)仿真根據(jù)模型不同，可以分為物理仿真、數(shù)學仿真和物理數(shù)學仿真（半實物仿真）；根據(jù)計算機的類別，可以分為模擬仿真、數(shù)字仿真和混合仿真；根據(jù)系統(tǒng)的特性；可以分為連續(xù)系統(tǒng)仿真、離散時間系統(tǒng)（采樣系統(tǒng)）仿真和離散事件系統(tǒng)仿真；根據(jù)仿真了時鐘與實際時鐘的關系，可以分為實時仿真、欠實時仿真和超實時仿真等。 應用：航天工業(yè)：運載火箭、衛(wèi)星、飛船等大系統(tǒng)分析、設計、驗證和操作訓練的重要手段。航空：英法聯(lián)合研制的“協(xié)和”噴氣式超音速客機。飛行訓練器。武器裝備的研制；核工業(yè)領域；機械制造工業(yè)；軍事作戰(zhàn)領域；經(jīng)濟管理和營銷決策方面；醫(yī)學領域；

15、通訊和交通方面；社會、經(jīng)濟、生態(tài)等方面的宏觀決策和政策研究。1.5 系統(tǒng)仿真的一般步驟 對于每一個成功的仿真研究項目,其應用都包含著特定的步驟，見圖9-2。不論仿真項目的類型和研究目的又何不同，仿真的基本過程是保持不變的，要進行如下9步： 問題定義 制定目標 描述系統(tǒng)并對所有假設列表 羅列出所有可能替代方案 收集數(shù)據(jù)和信息 建立計算機模型 校驗和確認模型 運行模型 分析輸出 下面對這九步作簡單的定義和說明。它不是為了引出詳細的討論，僅僅起到拋磚引玉的作用。注意仿真研究不能簡單遵循這九步的排序，有些項目在獲得系統(tǒng)的內(nèi)在細節(jié)之后，可能要返回到先前的步驟中去。同時，驗證和確認需要貫穿于仿真工程的每一

16、個步驟當中。（1）問題的定義一個模型不可能呈現(xiàn)被模擬的現(xiàn)實系統(tǒng)的所有方面，有時是因為太昂貴。另外，假如一個表現(xiàn)真實系統(tǒng)所有細節(jié)的模型也常常是非常差的模型，因為它將過于復雜和難于理解。因此，明智的做法是：先定義問題，再制定目標，再構(gòu)建一個能夠完全解決問題的模型。在問題定義階段，對于假設要小心謹慎，不要做出錯誤的假設。例如，假設叉車等待時間較長，比假設沒有足夠的接收碼頭要好。作為仿真綱領，定義問題的陳述越通用越好，詳細考慮引起問題的可能原因。 （2）制定目標和定義系統(tǒng)效能測度 沒有目標的仿真研究是毫無用途的。目標是仿真項目所有步驟的導向。系統(tǒng)的定義也是基于系統(tǒng)目標的。目標決定了應該做出怎樣的假設、

17、應該收集那些信息和數(shù)據(jù)；模型的建立和確認考慮到能否達到研究的目標。目標需要清楚、明確和切實可行。目標經(jīng)常被描述成像這樣的問題“通過添加機器或延長工時，能夠獲得更多的利潤嗎？”等。在定義目標時，詳細說明那些將要被用來決定目標是否實現(xiàn)的性能測度是非常必要的。每小時的產(chǎn)出率、工人利用率、平均排隊時間、以及最大隊列長度是最常見的系統(tǒng)性能測度。 最后，列出仿真結(jié)果的先決條件。如：必須通過利用現(xiàn)有設備來實現(xiàn)目標，或最高投資額要在限度內(nèi)，或產(chǎn)品訂貨提前期不能延長等。 （3）描述系統(tǒng)和列出假設 簡單點說，仿真模型降低完成工作的時間。系統(tǒng)中的時間被劃分成處理時間、運輸時間和排隊時間。不論模型是一個物流系統(tǒng)、制造

18、工廠、或服務機構(gòu)，清楚明了的定義如下建模要素都是非常必要的：資源、流動項目（產(chǎn)品、顧客或信息）、路徑、項目運輸、流程控制、加工時間，資源故障時間。 仿真將現(xiàn)實系統(tǒng)資源分成四類：處理器，隊列，運輸，和共享資源如操作員。流動項目的到達和預載的必要條件必須定義，如：到達時間、到達模式和該項目的類型等屬性。在定義流動路徑時，合并和轉(zhuǎn)移需要詳細的描述。項目的轉(zhuǎn)變包括屬性變化、裝配操作（項目和并）、拆卸操作（項目分離）。在系統(tǒng)中，常常有必要控制項目的流動。如：一個項目只有在某種條件或某一時刻到來時才能移動，以及一些特定的規(guī)則。所有的處理時間都要被定義，并且要清楚表明那些操作是機器自動完成，哪些操作是人工獨

19、立完成，哪些操作需要人機協(xié)同完成。資源可能有計劃故障時間和意外故障時間。計劃故障時間通常指午餐時間，中場休息，和預防性維護等。意外故障時間是隨機發(fā)生的故障所需的時間，包括失效平均間隔時間和維修平均間隔時間。 （4）列舉可能的替代方案 在仿真研究中，確定模型早期運行的可置換方案是很重要的。它將影響著模型的建立。在初期階段考慮替代方案，模型可能被設計成可以非常容易的轉(zhuǎn)換到替換系統(tǒng)。 （5）收集數(shù)據(jù)和信息 收集數(shù)據(jù)和信息，除了為模型參數(shù)輸入數(shù)據(jù)外，在驗證模型階段，還可以提供實際數(shù)據(jù)與模型的性能測度數(shù)據(jù)進行比較。數(shù)據(jù)可以通過歷史紀錄、經(jīng)驗、和計算得到。這些粗糙的數(shù)據(jù)將為模型輸入?yún)?shù)提供基礎，同時將有助

20、于一些需要較精確輸入?yún)?shù)數(shù)據(jù)的收集。 有些數(shù)據(jù)可能沒有現(xiàn)成的記錄，而通過測量來收集數(shù)據(jù)可能要費時、費錢。除了在模型分析中,模型參數(shù)需要極為精確的輸入數(shù)據(jù)外,同對系統(tǒng)的每個參數(shù)的數(shù)據(jù)進行調(diào)查、測量的收集方式相比，采用估計方法來產(chǎn)生輸入數(shù)據(jù)更為高效。估計值可以通過少數(shù)快速測量或者通過咨詢熟悉系統(tǒng)的系統(tǒng)專家來得到。即使是使用較為粗糙的數(shù)據(jù)，根據(jù)最小值、最大值和最可能取值定義一個三角分布，要比僅僅采用平均值仿真效果都要好得多。有時候采用估計值也能夠很好的滿足仿真研究的目的。例如，仿真可能被簡單的用來指導人員了解系統(tǒng)中特定的因果關系。在這種情況下，估計值就可以滿足要求。 當需要可靠數(shù)據(jù)時，花費較多時間收

21、集和統(tǒng)計大量數(shù)據(jù)，以定義出能夠準確反映現(xiàn)實的概率分布函數(shù)就是非常必要的。需要的數(shù)據(jù)量的大小取決于變量的變異程度，但是也有通用的規(guī)則，大拇指法指出至少需要三十甚至上百的數(shù)據(jù)。假如要獲得隨機停機時間的輸入?yún)?shù)，必須要在一個較長時間段內(nèi)捕獲足夠多的數(shù)據(jù)。 （6）建立計算機模型 構(gòu)建計算機模型的過程中，首先構(gòu)建小的測試模型來證明復雜部件的建模是合適的。一般建模過程是呈階段性的，在進行下一階段建模之前，驗證本階段的模型工作正常，在建模過程中運行和調(diào)試每一階段的模型。不會直接將整個系統(tǒng)模型構(gòu)建起來，然后點擊“運行”按鈕來進行系統(tǒng)的仿真。抽象模型有助于定義系統(tǒng)的重要部分，并可以引導為后續(xù)模型的詳細化而進行的

22、數(shù)據(jù)收集活動。我們可能想對同一現(xiàn)實系統(tǒng)構(gòu)建多個計算機模型，每個模型的抽象程度都不相同。 （7）驗證和確認模型 驗證是確認模型的功能是否同設想的系統(tǒng)功能相符合。模型是否同我們想構(gòu)建的模型相吻合，產(chǎn)品的處理時間、流向是否正確等。確認范圍更廣泛。它包括：確認模型是否能夠正確反映現(xiàn)實系統(tǒng)，評估模型仿真結(jié)果的可信度有多大等。 （8）驗證 現(xiàn)在有很多技術(shù)可以用來驗證模型。最最重要的、首要的是在仿真低速運行時，觀看動畫和仿真鐘是否同步運行，它可以發(fā)現(xiàn)物料流程及其處理時間方面的差異。 另一種驗證技術(shù)是在模型運行過程中，通過交互命令窗口，顯示動態(tài)圖表來詢問資源和流動項目的屬性和狀態(tài)。 通過“步進”方式運行模型和

23、動態(tài)查看軌跡文件可以幫助人們調(diào)試模型。運行仿真時，通過輸入多組仿真輸入?yún)?shù)值，來驗證仿真結(jié)果是否合理也是一種很好的方法。在某些情況下，對系統(tǒng)性能的一些簡單測量可以通過手工或使用對比而來獲得。對模型中特定區(qū)域要素的使用率和產(chǎn)出率通常是非常容易計算出來的。 在調(diào)試模型中是否存在著某種特定問題時，推薦使用同一隨機數(shù)流，這樣可以保證仿真結(jié)果的變化是由對模型所做的修改引起的，同時對隨機數(shù)流不做改動，有時對于模型運行在一些簡單化假設下，非常有幫助，這些假設是為了更加簡便的計算或預測系統(tǒng)性能。 （9）確認模型確認建立模型的可信度。但是，現(xiàn)在還沒有哪一種確認技術(shù)可以對模型的結(jié)果作出100%的確定。我們永遠不可

24、能證明模型的行為就是現(xiàn)實的真實行為。如果我們能夠做到這一步，可能就不需要進行仿真研究的第一步（問題的定義）了。我們盡力去做的，最多只能是保證模型的行為同現(xiàn)實不會相互抵觸罷了。 通過確認，試著判斷模型的有效程度。假如一個模型在得到我們提供的相關正確數(shù)據(jù)之后，其輸出滿足我們的目標，那么它就是好的。模型只要在必要范圍內(nèi)有效就可以了，而不需要盡可能的有效。在模型結(jié)果的正確性同獲得這些結(jié)果所需要的費用之間總存在著權(quán)衡。 在這些工作完成之后，需要將現(xiàn)實系統(tǒng)作模型描述，它遠比模型描述向計算機模型轉(zhuǎn)化困難。 現(xiàn)實向模型的轉(zhuǎn)化意味著你已經(jīng)對現(xiàn)實有了非常徹底的理解，并且能將其完美的描述出來。這一階段，將此轉(zhuǎn)換過程

25、中所作的所有假設作詳細說明非常有必要。事實上，在整個仿真研究過程中，所有假設列表保持在可獲得狀態(tài)是個很好的主意，因為這個假設列表隨著仿真的遞進還要逐步增長。假如描述系統(tǒng)這一步做得非常好，建立計算機模型這一階段將非常簡便。 注意，獲得足夠的，能夠體現(xiàn)特定仿真目的的系統(tǒng)本質(zhì)的材料是必要的，但是不需要獲得與真實系統(tǒng)一一對應的模型的描述。正如愛因斯坦所說“做到不能再簡單為止”。 判斷模型的有效性需要從如下幾方面著手：模型性能測度是否同真實系統(tǒng)性能測度匹配？ 如果沒有現(xiàn)實系統(tǒng)來對比，可以將仿真結(jié)果同相近現(xiàn)實系統(tǒng)的仿真模型的相關運行結(jié)果作對比。 利用系統(tǒng)專家的經(jīng)驗和直覺來假設復雜系統(tǒng)特定部分模型的運行狀況

26、。 對每一主要任務，在確認模型的輸入和假設都是正確的，模型的性能測度都是可以測量的之前，需要對模型各部分進行隨機測試。 模型的行為是否同理論相一致？確定結(jié)果的理論最大值和最小值，然后驗證模型結(jié)果是否落入兩值之間。 為了了解模型在改變輸入值后，其輸出性能測度的變化方向，可以通過逐漸增大或減小其輸入?yún)?shù)，來驗證模型的一致性。 模型是否能夠準確的預測結(jié)果？這項技術(shù)用來對正在運行中的模型進行連續(xù)的有效性驗證。 是否有其他仿真模擬器模擬了這個模型？要是有的話那就再好不過了，可以將已有模型的模擬結(jié)果同現(xiàn)在設計的模型的運行結(jié)果進行對比。 （10）運行可替代實驗 當系統(tǒng)具有隨機性時，就需要對實驗做多次運行。因

27、為，隨機輸入導致隨機輸出。如果可能，在第二步中應當計算出已經(jīng)定義的每一性能測度的置信區(qū)間?？商娲h(huán)境能夠單獨構(gòu)建，并可以通過使用WITNESS軟件中的“Optimizer”模塊來設置并自動運行仿真優(yōu)化。WITNESS軟件的“Optimizer”模塊為了執(zhí)行優(yōu)化操作，通過選擇目標函數(shù)的最大化或最小化，定義需要實驗的許多決策變量，需要達到的條件變量，需要滿足的約束等，然后讓優(yōu)化模塊負責搜索變量的可替換數(shù)字，來運行模型。最終得出決策變量集的優(yōu)化解決方案，和最大化或最小化的模型目標函數(shù)?！癘ptimizer”模塊設置了一套優(yōu)化方法，包括遺傳算法、仿真處理、禁忌搜索、分散搜索和其他的混合法來得出模型的優(yōu)

28、化配置方案。 在選擇仿真運行長度時，考慮啟動時間，資源失效可能間隔時間，處理時間或到達時間的時間或季節(jié)性差異，或其他需要系統(tǒng)運行足夠長時間才能出現(xiàn)效果的系統(tǒng)特征變量，是非常重要的。 （11）輸出分析 報表、圖形和表格常常被用于進行輸出結(jié)果分析。同時需要于今年用統(tǒng)計技術(shù)來分析不同方案的模擬結(jié)果。一旦通過分析結(jié)果并得出結(jié)論，要能夠根據(jù)模擬的目標來解釋這些結(jié)果，并提出實施或優(yōu)化方案。使用結(jié)果和方案的矩陣圖進行比較分析也是非常有幫助的。 系統(tǒng)仿真的一般步驟1.6.1 離散與連續(xù)系統(tǒng)示例 離散系統(tǒng)： 示例：銀行、醫(yī)院、車站售票廳、理發(fā)店 特征： 顧客到達方式為間斷、離散的方式； 顧客排隊等待的時間長短各

29、不相同； 服務員處理顧客請求的時間長短各不相同； 服務員相鄰忙閑間隔各不相同； 隊列長度是離散變化的，（整數(shù)）； 連續(xù)系統(tǒng)： 示例：車輛的運動速度、自由落體的速度、飲料生產(chǎn)中飲料的管道運輸、導彈攔截飛機 1.6 什么是離散事件系統(tǒng)（The Definition of Discrete Events System ） 特征： 狀態(tài)（速度、溫度、位置）的變化是連續(xù)的； 狀態(tài)變量的變化是時間的函數(shù)； 例如： 管道運輸量=輸送速率*t； 車輛速度=v0+a*t； 自由落體速度=gt； 炮彈運動軌跡： 離散與連續(xù)系統(tǒng)的聯(lián)系： 離散系統(tǒng)中包括連續(xù)系統(tǒng)，比如：銀行排隊系統(tǒng)中顧客的空間位置變化是連續(xù)的；購票過

30、程中，票據(jù)和貨幣的移動是連續(xù)的；機械加工系統(tǒng)，部件離散的方式到達機床，機床對部件切割，切割速度是連續(xù)的； 連續(xù)系統(tǒng)中包括離散系統(tǒng)，比如：車輛行駛過程，其速度和空間位置變化是連續(xù)的，其開始啟動和停止時刻是離散的，遇到紅綠燈的時間間隔是離散的，故障拋錨是離散的；炮彈打中飛機的時刻是離散的，打中與打不中事件發(fā)生的概率是離散的， 所以對實際系統(tǒng)作連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)劃分完全是由我們的研究目的和研究對象決定的。沒有絕對的離散系統(tǒng)、也沒有絕對的連續(xù)系統(tǒng)。 首先介紹離散事件系統(tǒng)建模過程中的一些基本概念。 （1）實體 實體是描述系統(tǒng)的三個基本要素之一，它是指組成系統(tǒng)的物理單元。 如物流系統(tǒng)的堆垛機、進/出貨臺、

31、倉庫、貨物及工件等。實體可分為臨時實體和永久實體兩類。在仿真全過程中，始終駐留在系統(tǒng)中的是永久實體，如服務臺、搬運設備或生產(chǎn)設備。在系統(tǒng)中只存在一段時間的實體叫作臨時實體，如到達系統(tǒng)、經(jīng)裝卸搬運離去的工件就是臨時實體。 理發(fā)店例子：顧客是臨時實體，理發(fā)師是永久實體。 （2）事件事件是描述系統(tǒng)的另一基本要素。事件是指引起系統(tǒng)狀態(tài)變化的行為，系統(tǒng)的動態(tài)過程是靠事件來驅(qū)動的。例如:顧客到達事件、服務開始事件、服務結(jié)束事件。在物流系統(tǒng)中，工件到達可以定義為一類事件。因為工件到達倉庫，進行入庫時，倉庫貨位的狀態(tài)會從空變?yōu)闈M，或者引起原來等待入庫的隊列長度的變化。 事件一般分為兩類：必然事件和條件事件。只

32、與時間有關的事件稱為必然事件。如果事件發(fā)生不僅與時間因素有關，而且還與其它條件有關，則稱為條件事件。系統(tǒng)仿真過程，最主要的工作就是分析這些必然事件和條件事件。 （3）成分 描述系統(tǒng)的第三個基本要素是成分。成分與實體是同一概念，只是根據(jù)習慣，在描述系統(tǒng)時用實體而在模型描述中用成分。成分分為主動成分和被動成分。可以主動產(chǎn)生活動的成分稱為主動成分，如物流系統(tǒng)中的工件，它的到達將產(chǎn)生入庫活動或排隊活動。本身不產(chǎn)生活動，只在主動成分作用下才產(chǎn)生狀態(tài)變化的那些成分稱為被動成分。 （4）活動 兩個相鄰發(fā)生的事件之間的過程稱為活動。它標志著系統(tǒng)狀態(tài)的轉(zhuǎn)移。 例如：“顧客到達”和“服務開始”之間存在一個“排隊等

33、候”活動，“服務開始”與“服務結(jié)束”之間存在著“理發(fā)服務”活動。 物流系統(tǒng)中，工件到達與入庫之間，是排隊活動。這一活動引起隊列長度增加。 （5）進程 若干事件與若干活動組成的過程稱為進程。它描述了各事件活動發(fā)生的相互邏輯關系及時序關系。 例如：“顧客到達”到“服務結(jié)束”的過程就可看作是一個進程。 工件由車輛裝入進貨臺，經(jīng)裝卸搬運進入倉庫，經(jīng)保管、加工到配送至客戶的過程。事件、活動與進程 （6）仿真鐘 仿真鐘用于表示仿真事件的變化。在離散事件系統(tǒng)仿真中，由于系統(tǒng)狀態(tài)變化是不連續(xù)得，在相鄰兩個事件發(fā)生之間，系統(tǒng)狀態(tài)不發(fā)生變化，因而仿真鐘可以跨越這些“不活動”區(qū)域。從一個事件發(fā)生時刻，推進到下一個事

34、件發(fā)生時刻。仿真鐘的推進成跳躍性，推進速度具有隨機性。 由于仿真實質(zhì)上是對系統(tǒng)狀態(tài)在一定時間序列的動態(tài)描述，因此，仿真鐘一般是仿真的主要自變量，仿真鐘的推進是系統(tǒng)仿真程序的核心部分。 應當指出，仿真鐘所顯示的是仿真系統(tǒng)對應實際系統(tǒng)的運行時間，而不是計算機運行仿真模型的時間。仿真時間與真實時間將設定成一定比例關系，使得像物流系統(tǒng)這樣復雜的系統(tǒng)，真實系統(tǒng)運行若干天、若干月，計算機仿真只需要幾分鐘就可以完成。（7）隨機變量 復雜的現(xiàn)實系統(tǒng)常常包含有隨機的因素。在物流系統(tǒng)中工件的到達、運輸車輛的到達和運輸事件等一般都是隨機的。這些復雜的隨機系統(tǒng)很難找到響應的解析駛來描述和求解。系統(tǒng)仿真技術(shù)成了解決這類

35、問題的有效方法。 對于有隨機因素影響的系統(tǒng)進行仿真時，首先要建立隨機變量模型，即確定系統(tǒng)的隨機變量并確定這些隨機變量的分布類型和參數(shù)。對于分布類型是已知或者是可以根據(jù)經(jīng)驗確定的隨機變量，只要確定它們的參數(shù)就可以了。無論是確定隨機變量的分布類型還是確定其參數(shù)，都要以調(diào)研觀測的數(shù)據(jù)為依據(jù)。 1.4 典型離散事件系統(tǒng)分析 指出下列系統(tǒng)中的實體、活動、事件和狀態(tài)變量： （1） 倉儲系統(tǒng)； （2） 運輸系統(tǒng)； （3） 生產(chǎn)線系統(tǒng)。 2 為什么需要對DES進行建模與仿真 2.1 DES系統(tǒng)中的隨機性特征 排隊系統(tǒng)中的隨機性特征： 顧客到達時間間隔； 顧客等待時長； 接受服務時長； 倉儲系統(tǒng)的隨機性特征：

36、貨物到達時間間隔； 貨物到達批量大??； 貨物入庫時間長短； 貨物存儲時間長短； 貨物剩余保質(zhì)期長短； 生產(chǎn)線系統(tǒng)的隨機性特征： 同排隊系統(tǒng) 機器故障時間間隔； 機器檢修時間長短； 市場需求的隨機波動。 2.2 系統(tǒng)的復雜性 以生產(chǎn)系統(tǒng)為例說明系統(tǒng)的復雜性 單產(chǎn)品單隊列單工序； 單產(chǎn)品單隊列串行多工序；單產(chǎn)品單隊列并行多工序； 單產(chǎn)品多隊列多工序；單產(chǎn)品多隊列混合多工序；多產(chǎn)品多隊列混合多工序；混流生產(chǎn)；2.3 系統(tǒng)改善的迫切性市場競爭激烈，必須以客戶需求為導向，以客戶滿意為目標； 客戶需求特征：變動性大、提前期要短、質(zhì)量要好； 市場競爭特性：成本必須降低。 2.4 傳統(tǒng)數(shù)學、運籌學方法的局限性

37、 數(shù)學模型、運籌學模型完全描述隨機離散動態(tài)系統(tǒng)，必須借助于實驗來了解系統(tǒng)在不同的運作策略和環(huán)境下的績效。 2.5 實驗方法的局限性 研究一個系統(tǒng)以便了解系統(tǒng)中各組成部分之間的關系或預測系統(tǒng)在新的策略下的運行規(guī)律是很有意義的。為了深入研究系統(tǒng)，有時可能需要對系統(tǒng)本身進行實驗。但通常有許多原因使得不能直接在真實系統(tǒng)上做實驗： 系統(tǒng)不存在。例如系統(tǒng)可能還處在方案論證或設計階段，在系統(tǒng)建成之前無法在新的系統(tǒng)上直接進行實驗。 在系統(tǒng)上進行的實驗會造成巨大的破壞和損失。例如火箭發(fā)動機和控制系統(tǒng)必須在地面經(jīng)過多次模擬實驗后才能用于真正的火箭發(fā)射，又如核電站中新的生產(chǎn)控制方案實施之前也必須經(jīng)過模擬實驗驗證。直

38、接在真實系統(tǒng)上進行實驗可能會造成無法預料的嚴重后果。 系統(tǒng)無法恢復。例如在經(jīng)濟活動中，一個新的經(jīng)濟政策出臺后需要經(jīng)過一段時間才能確定它的影響，而經(jīng)過這段時間后，即使發(fā)現(xiàn)這個新的經(jīng)濟政策是錯誤的，它所造成的損失已是無法挽回的了。 實驗條件無法保證。例如實驗的時間太長費用太高，或者是在多次實驗中無法保證實驗的環(huán)境完全一致而影響對實驗結(jié)果的判斷，尤其是當人是實驗系統(tǒng)的一部分時，由于他知道自己是實驗的一部分，行動往往會和平時不一樣，因此會影響實驗的效果。 鑒于上述原因，構(gòu)造一個真實系統(tǒng)的實驗模型，在模型上進行實驗成為對系統(tǒng)進行分析、研究十分有效的手段。系統(tǒng)模型就是為了達到系統(tǒng)研究的目的，用于收集和描述

39、系統(tǒng)有關信息的實體。 1.7 DES建模與仿真理論的發(fā)展 仿真方法、算法，建模理論（PetriNet）從處理手段上看，離散事件系統(tǒng)仿真方法可分為兩類。 （1）面向過程的離散事件系統(tǒng)仿真 面向過程的仿真方法主要研究仿真過程中發(fā)生的事件以及模型中實體的活動。這些事件或活動的發(fā)生是順序的。而仿真時鐘的推進正是依賴于這些事件和活動的發(fā)生順序。 在當前仿真時刻，仿真進程需要判斷下一個事件發(fā)生的時刻或者判斷觸發(fā)實體活動開始和停止的條件是否滿足，在處理完當前仿真時刻系統(tǒng)狀態(tài)變化操作后，將仿真時鐘推進到下一事件發(fā)生時刻或下一個最早的活動開始或停止時刻。仿真進程就是不斷按發(fā)生時間排列事件序列并處理系統(tǒng)狀態(tài)變化的

40、過程。 （2）面向?qū)ο蟮碾x散事件系統(tǒng)仿真 在面向?qū)ο蠓抡嬷?，組成系統(tǒng)的實體用對象來描述。對象有三個基本的描述部分即屬性、活動和消息。每個對象部是一個封裝了對象的屬性及對象狀態(tài)變化操作的自主的模塊，對象之間靠消息傳遞來建立聯(lián)系以協(xié)調(diào)活動。對象內(nèi)部不僅封裝了對象的屬性還封裝了描述述對象運動及變化規(guī)律的內(nèi)部和外部轉(zhuǎn)換函數(shù)，這些函數(shù)以消息或時間來激活，在滿足一定條件時產(chǎn)生相應的活動。消息和活動可以同時產(chǎn)生，即所謂的并發(fā)，但在單臺計算機上，仍須按一定的仿真策略進行調(diào)度。在并行計算機和分布式仿真環(huán)境中、仿真策略則可以更加靈活、方便。面向?qū)ο蟮姆抡嬗绕溥m用于各實體相對獨立、以信息建立相互聯(lián)系的系統(tǒng)中，如航空

41、管理系統(tǒng)、機械制造加工系統(tǒng)、以及武器攻防對抗系統(tǒng)等。 仿真算法 一個系統(tǒng)中往往有多個實體，這些實體相互聯(lián)系又相互作用，其關系可能是錯綜復雜的，在同一時刻常常會有許多實體的狀態(tài)在發(fā)生變化。如何推進仿真鐘，建立起各類實體之間的邏輯聯(lián)系，如何是模型描述的形式更容易被計算機處理，這就是仿真算法問題。對同一個系統(tǒng)，所確定的算法不同，仿真模型的結(jié)構(gòu)也不同。 目前，最常用的仿真算法有：面向事件的事件調(diào)度法；面向活動的活動掃描法和面向進程的進程交互法。當今的各種仿真程序、仿真語言幾乎都是基于這三種算法編制得，為了適應不同系統(tǒng)的仿真，往往綜合運用這三種算法。 （1）事件調(diào)度法 事件調(diào)度法是面向事件的方法，是通過

42、定義事件，并按時間順序處理所發(fā)生的一系列事件。記錄每一事件發(fā)生時引起的系統(tǒng)狀態(tài)的變化來完成系統(tǒng)的整個動態(tài)過程的仿真。由于事件都是預定的，狀態(tài)變化發(fā)生在明確的預定的時刻，所以這種方法適合于活動持續(xù)時間比較確定的系統(tǒng)。 事件調(diào)度法中仿真鐘是按下一時間步長法來推進的。通過建立事件表，將預定的事件按時間發(fā)生的先后順序放入事件表中。仿真鐘始終推進到最早發(fā)生的時間時刻。然后處理該事件發(fā)生時的系統(tǒng)狀態(tài)的變化，進行用戶所需要的統(tǒng)計計算。這樣，仿真鐘不斷從一個事件發(fā)生時間推進到下一個最早發(fā)生的事件時間，指導仿真結(jié)束。 （2）活動掃描法活動掃描法是面向活動的方法?；顒娱_始和結(jié)束是系統(tǒng)狀態(tài)變化的標志，而活動的開始與

43、結(jié)束不僅取決于事件因素，還取決于其他的因素（條件因素）。在此方法中，系統(tǒng)由元素組成，而元素包含著運動。這些活動的發(fā)生應當滿足規(guī)定事件發(fā)生的條件。每一個元素均有一個激活條件，若條件滿足，則激活該元素的活動例程。仿真過程中，活動的發(fā)生時間也作為條件之一，而且較之其它條件具有更高的優(yōu)先權(quán)。即在判斷激活條件時首先判斷該活動發(fā)生的時間是否滿足，然后再判斷其它條件。對活動的掃描循環(huán)進行，直到仿真終止為止。 （3）進程交互法 這種方法的特點是系統(tǒng)仿真鐘的控制程序采用兩張事件表，其一是當前事件表(CEL：Current Events List)的，它包含了從當前時間點開始有資格執(zhí)行的事件記錄，但是該事件是否發(fā)

44、生的條件尚未判斷。其二是將來事件表(FEL：Future Event List)，它包含在將來某個仿真時刻發(fā)生的事件記錄。每一個事件記錄中包含該事件的若干屬性，其中必有一個屬性說明該事件在過程中所處位置的指針。 進程交互法首先按一定分布產(chǎn)生到達實體并置于FEL中，實體進入排隊等待，然后對當前事件表進行掃描，判斷各種條件是否滿足再對滿足條件的活動進行處理，仿真鐘推進到服務結(jié)束并將核實體從系統(tǒng)中清除，最后將FEL中為當前事件的實體移到當前事件表中。 四、仿真必要性與可行性問題 要認識到，要想仿真能夠正確的解決問題，在決定進行仿真研究之前，要對以下四個項目進行正確評估： 問題類型 資源的可獲得性 費

45、用 數(shù)據(jù)的可獲得性 （1）問題類型 如果一個問題能夠由常識或簡單分析來解決，就沒有必要使用仿真。另外，使用算術(shù)和數(shù)學等式比仿真解決問題要快，而且費用較低。假如可以在被評估系統(tǒng)上直接做實驗就能夠解決的問題，就不如直接做試驗，而不要進行仿真。最近學校的運輸部門為了研究校園班車的增開問題，使用自己的人力和交通工具在周末進行實驗。與此相對比，開發(fā)一個研究校園班車系統(tǒng)的仿真將要花費一個學生幾周的時間來完成。但是，在系統(tǒng)上直接作實驗時，也要考慮到實驗對實際系統(tǒng)的影響。如果對系統(tǒng)的干擾過大，就要考慮使用別的途徑。真實系統(tǒng)自身對仿真也起到一定的決定作用。如果系統(tǒng)過于復雜，不能夠被定義，或不易于理解，仿真將不能

46、夠產(chǎn)生有意義的結(jié)果。當一個系統(tǒng)包含有人的活動時，通常就不能夠進行很好的仿真。 （2）資源的可獲得性 進行仿真研究的決定性資源是人員和時間。有經(jīng)驗的分析師是非常重要的資源，因為他具有判斷模型應該達到的詳細程度和怎樣去驗證和確認模型的能力和經(jīng)驗。如果缺少了訓練有素的模型開發(fā)人員，將可能導致開發(fā)出錯誤的模型，以及該錯誤模型產(chǎn)生的不可靠結(jié)果。另外，時間的分配不能夠太少，以至開發(fā)人員被迫在設計時，對模型進行壓縮處理。要想獲得有意義的結(jié)果，時間進度表的安排應該有足夠的時間允許必要改動以及驗證和確認活動。 （3）費用 在仿真過程中的每一步都要預算費用，購買仿真軟件和計算機硬件等。很明顯，如果替換現(xiàn)有系統(tǒng)的費

47、用超過了潛在收益，就不應作仿真。 （4）數(shù)據(jù)的可獲得性 必要的數(shù)據(jù)應當被識別并被定位，假如數(shù)據(jù)不存在，就需要去收集。如果數(shù)據(jù)既不存在，又不能夠收集到，后續(xù)的仿真研究最終將只能產(chǎn)生不可信和無用的結(jié)果。仿真輸出就不能夠同實際系統(tǒng)性能想對比，而這一點對驗證和確認模型至關重要。 一旦仿真被確定為解決特定問題的首選方法，對由仿真研究結(jié)果分析所得出的建議行動作出實施決策并不是說明仿真研究的結(jié)束。根據(jù)對真實系統(tǒng)所經(jīng)歷的變異的反應，模型需要得到相應的維護。但是，模型能夠得以維護的范圍和深度主要取決于原有模型的柔性和模型設計之初的目的。 五計算機仿真在生產(chǎn)物流中的應用 5.1 計算機仿真在生產(chǎn)管理控制策略中的應

48、用 用于生產(chǎn)管理控制策略的仿真包括確定有關參數(shù)以及用于不同控制策略之間的比較。常見的控制策略有：1）MRP：這是一種“推”式的控制策略，通過需求預測，綜合考慮生產(chǎn)設備能力、原材料可用量和庫存量來制定生產(chǎn)計劃。2)KANBAN（看板）：這是一種“拉”式的控制策略，根據(jù)訂單來制定生產(chǎn)計劃，即所說的準時生產(chǎn)。3）LOC：面向負載能力的控制策略。根據(jù)庫存水平來控制生產(chǎn)過程。4）DBR：面向瓶頸的控制策略。根據(jù)生產(chǎn)過程中的瓶頸環(huán)節(jié)來控制整個流程。 比較的衡量指標一般包括產(chǎn)量、生產(chǎn)率等。 每種控制策略中需要確定的參數(shù)包括：批量大小、看板數(shù)量、庫存水平等。5.2 計算機仿真在制造車間設計中的應用 一般可以把

49、車間的設計過程分為兩個主要階段：初步設計階段和細節(jié)設計階段。 在初步設計階段，可以在仿真程序中包含經(jīng)濟效益分析算法，運行根據(jù)初步設計方案所建立的仿真模型，給出以下評價信息： 1）在新車間中生產(chǎn)的產(chǎn)品類型和數(shù)量能否滿足用戶要求？ 2）產(chǎn)品質(zhì)量和精度能否滿足要求？ 3）新車間的效率和投資回收率是否合理？在細節(jié)設計階段，使用仿真技術(shù)可以對候選方案的以下方面作出評價1）在制造主要零件時，車間中主要加工設備是否能夠得到充分的利用？負載是否比較平衡？2）物料處理系統(tǒng)是否能夠滿足生產(chǎn)調(diào)度的要求？ 是否具有一定的可重構(gòu)能力？3）新車間的整體布局是否能滿足生產(chǎn)調(diào)度的要求，是否具有一定的可重構(gòu)能力？4）在發(fā)生故障

50、時，車間生產(chǎn)系統(tǒng)是否能夠維持一定程度的生產(chǎn)能力5.3 計算機仿真在制造車間運行中的應用 FMS中的調(diào)度問題可以定義為分配和協(xié)調(diào)可獲得的生產(chǎn)資源，如加工機器、自動引導運輸工具（AGV)、機器人以及加班的時間等，以滿足指定的目標。這些目標可以是滿足交貨日期、產(chǎn)量達到最大，機器的利用率達到最高，或上述目標的組合。FMS中的調(diào)度過程包括： 1）選擇進入FMS的工件。 2）為工件加工選擇加工路線。 3）選擇在機器上進行加工的工作。 4）為AGV選擇派遣規(guī)則。5.4 計算機仿真在庫存管理中的應用 庫存控制的目的在于使庫存投資最少，且要滿足生產(chǎn)和銷售的要求。 對于庫存管理的仿真包括： 1）確定訂貨策略。 2

51、）確定訂貨點和訂貨量。 3）確定倉庫的分布 4）確定安全庫存水平六 建模方法1、一般實體行為的建模（1）有限狀態(tài)機 通過事件、狀態(tài)、變遷等元素來描述系統(tǒng)狀態(tài)對外部事件的響應，適合于描述系統(tǒng)狀態(tài)隨時間改變的過程。（2）時間自動機 增加了一個有限時鐘集合，能夠更好的反映實時的一些特性，如非確定性、周期性、限制反應、時間延遲等。（3）事件圖 由L.Schruben 于1983年首先提出（4）狀態(tài)圖 由D.Harel根據(jù)有限狀態(tài)機方法發(fā)展而來，適合于離散事件系統(tǒng)行為描述，便于圖形化表達（5）Petri網(wǎng) 是德國學者1962年提出的描述事件和條件關系的網(wǎng)絡，能較好的表示離散事件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，并能較好的表示和

52、分析并行、同步、沖突、死鎖等系統(tǒng)特性（6）Euler 是一種面向?qū)嶓w活動的建模方法，以圖論為基礎，結(jié)合了有限狀態(tài)機、活動周期圖和Petri網(wǎng)膜性的優(yōu)點。仿真軟件的發(fā)展歷史上第一個仿真軟件是由塞爾弗里奇在1955 年開發(fā)的。他完成了利用辛普森方法進行數(shù)值積分的仿真程序設計工作。從那之后，仿真軟件的發(fā)展大致經(jīng)歷了四個階段：第一階段是從50 年代到60 年代初期，以Fortran 語言為代表的通用程序設計語言階段。第二階段是60 年代到70 年代，出現(xiàn)了多種仿真程序包及初級仿真語言。這個時期仿真軟件主要解決的問題是利用數(shù)字仿真方法求解常微分方程組。第三階段在70 年代到80 年代初期，出現(xiàn)了高級完善

53、的商品化仿真語言。 模型的表達能力； 數(shù)值性能和算法； 語言的結(jié)構(gòu)特征； 模型驗證； 程序執(zhí)行方式； 數(shù)據(jù)管理和處理能力； 輸入輸出特性；第四階段是80 年代中期開始的一體化建模與仿真環(huán)境研究.在當今市面上，仿真可采用專用軟件來實現(xiàn)。下面列舉了一些仿真軟件： 20-Sim、Arena、Automod、Awesim、Easy5、Idef、Intrax、Manufacturing Engineering、Matlab、Modsim、Promodel、Service Model、Medmodel、Prosolvia、Quest、Flexsim、SDI Supply Chain 以及Witness 等

54、。仿真軟件分類通用的 vs. 面向應用的仿真軟件 通用的仿真軟件包括： Arena, Extend, FlexSim。面向應用的仿真軟件包括：生產(chǎn)領域：Witness, AutoMod, ProModel等。過程重組： ProcessModel, SimProcess等。 衛(wèi)生醫(yī)療： MedModel呼叫中心： Arena Call Center通信網(wǎng)絡： Comnet III等。ArenaExtend AutomodAutoMod官方網(wǎng)站軟件下載地址 /pages/274_student_version.cfm SimProcessFlexSimFlexsim仿真軟件Flexsim 是工程師

55、、管理者和決策人對提出的 “ 關于操作、流程、動態(tài)系統(tǒng)的方案 ” 進行試驗、評估、視覺化的工具。它具有完全的 C+ 對象指定 (object-oriented) 性，超強的 3D 虛擬現(xiàn)實（ 3D 動畫），直觀的、易懂的用戶接口，卓越的柔韌性。 Flexsim 是世界唯一的在圖形的模型環(huán)境中應用 C+ IDE 和編譯程序的仿真軟件。定義模型邏輯時，可直接使用 C+ ，而且可立刻編譯到 Flexsim 中。因為 Flexsim 具有高度的開放性和柔韌性，所以能為幾乎所有產(chǎn)業(yè)定制特定的模型。 Flexsim 的主要特性如下 :應用領域Flexsim 是一款建模應用軟件，可以用于對任何商業(yè)流程，包括

56、制造、物流、管理等等的仿真和可視化。尤其適合于流水線（研發(fā)、生產(chǎn)制造、銷售展示、工程規(guī)劃、生產(chǎn)管理分析）、物流設備（研發(fā)、生產(chǎn)制造、銷售展示、工程規(guī)劃、性能分析）、物流與配送（工程布局規(guī)劃、性能分析）等。Flexsim 的理念就是柔性。無論是建模對象、視圖、圖形用戶界面，還是你能想到的許許多多其他構(gòu)件，在 Flexsim 中都可以完全用戶化。 Witness仿真軟件介紹| 無論在制造業(yè)或服務業(yè)，都可以使用該仿真平臺建立自己流程的仿真模型，仿真模型不僅僅是二維的流程邏輯模型，還可以擴展到三維空間的工廠或流程的真實表示，基于此的仿真試驗可以較準確的進行工廠或流程的行為預測。從而在計算機上實現(xiàn)生產(chǎn)系

57、統(tǒng)運營、管理和控制的虛擬現(xiàn)實場景。這樣，仿真提供給用戶的，是基于決策的更大的幅度和深度的信息，它不僅僅是一種可視化的手段，而且是通過仿真解決問題不可或缺的有效途徑。 生產(chǎn)場景的可視化仿真技術(shù)作為一門獨立的學科已經(jīng)有50多年的歷史，它不僅用于航天、航空、各種武器系統(tǒng)的研制部門，而且已經(jīng)廣泛應用于電力、交通運輸、通信、化工、核能各個領域。特別是，近20年來，隨著系統(tǒng)工程與科學的迅速發(fā)展，視景仿真技術(shù)已從傳統(tǒng)的工程領域擴展到非工程領域，因而在社會經(jīng)濟系統(tǒng)、環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、生物醫(yī)學系統(tǒng)、教育訓練系統(tǒng)也得到了廣泛的應用。視景仿真技術(shù)正是從其廣泛的應用中獲得了日益強大的生命力，而仿真技術(shù)的的發(fā)展反

58、過來使其得到越來越廣泛的應用。 無論在制造業(yè)或服務業(yè)，都可以使用該仿真平臺建立自己流程的仿真模型，仿真模型不僅僅是二維的流程邏輯模型，還可以擴展到三維空間的工廠或流程的真實表示，基于此的仿真試驗可以較準確的進行工廠或流程的行為預測。從而在計算機上實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)運營、管理和控制的虛擬現(xiàn)實場景。這樣，仿真提供給用戶的，是基于決策的更大的幅度和深度的信息，它不僅僅是一種可視化的手段，而且是通過仿真解決問題不可或缺的有效途徑。 Some Useful LinksArena, /Extend, / Extend試用版：/prods_demo.htmlWitness, /WITNESS仿真軟件2004教育版

59、下載 /viewthread.php?tid=872341/pages/274_student_version.cfmAutoMod，/AutoMod學生版 AutoMod官方網(wǎng)站軟件下載地址 Promodel（Academic)：/academic/Flexsim 教程下載 /search?search=%46%6c%65%78%73%69%6d&restype=-1&sortby=8&suffix=1&page=1&id=10000002&f=0&r=0&ty=0&b=0&pattern=0&al 試用版下載 /?fsid=96&id=4022&cpath=#2第一節(jié) 建模原理一、模型與建

60、模建模：通過觀測和檢測，在忽略次要因素及不可檢測變量的基礎上，用數(shù)學的方法對實際系統(tǒng)進行描述，從而獲得簡化近似模型的過程 在系統(tǒng)研究中，模型用來收集系統(tǒng)有關信息和描述系統(tǒng)有關實體模型是用以產(chǎn)生行為數(shù)據(jù)的一組指令由實際系統(tǒng)構(gòu)造模型建立模型結(jié)構(gòu)（確定系統(tǒng)的邊界，鑒別系統(tǒng)的實體屬性和活動） 提供數(shù)據(jù)（使活動中的屬性間建立確定的關系） 系統(tǒng)模型應有的性質(zhì) 相似性模型與系統(tǒng)在屬性上具有相似的特性和變化規(guī)律 簡單性實用的前提下，越簡單越好 多面性同一系統(tǒng)可能有不同層次的多種模型 模型的有效性 可用實際系統(tǒng)數(shù)據(jù)和模型產(chǎn)生的數(shù)據(jù)之間的符合程度來度量，分三個級別 復制有效（Replicatively valid