《生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真》課程教學(xué)大綱

1、生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真課程教學(xué)大綱 課程編號(hào)：200261英 文 名：Modeling and Simulation of Operation Systems 課程類別：專業(yè)分類選修課前 置 課：系統(tǒng)工程后 置 課：學(xué) 分：2學(xué)分課 時(shí)：34課時(shí) 選定教材：孫小明：生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真，上海交通大學(xué)出版社，2006.1第一版。課程概述：以制造型生產(chǎn)企業(yè)為核心，闡述了離散事件建模與仿真技術(shù)在生產(chǎn)企業(yè)分析中的應(yīng)用原理和方法，旨在使學(xué)生對(duì)計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在生產(chǎn)系統(tǒng)的研究和分析方法上有一個(gè)正確的認(rèn)識(shí)。首先說明了計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在生產(chǎn)系統(tǒng)分析中的作用和原理，然后針對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)組成的基本元素進(jìn)行了建模方法的討論，接著

2、介紹了仿真輸入、輸出和系統(tǒng)評(píng)價(jià)的方法，最后系統(tǒng)地介紹了一個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)的仿真和分析實(shí)例。全書介紹了Witness離散事件仿真軟件。教學(xué)目的：本課程是工業(yè)工程專業(yè)學(xué)生的專業(yè)課，是面向工程實(shí)際的應(yīng)用型課程。學(xué)生通過本課程的學(xué)習(xí)能夠初步運(yùn)用仿真技術(shù)來發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題，并通過改進(jìn)措施的實(shí)現(xiàn)，提高生產(chǎn)能力和生產(chǎn)效率。教學(xué)方法：本課程內(nèi)容包括課堂理論教學(xué)和上機(jī)仿真操作兩部分組成。理論教學(xué)采用黑板板書和多媒體課件相結(jié)合的教學(xué)方法。通過理論分析和例題講解，使學(xué)生牢固掌握基本概念、基本理論、和基本分析方法。通過上機(jī)操作，掌握Witness仿真軟件基本的使用方法。總的要求為：1、 了解生產(chǎn)系統(tǒng)仿真模型的建立思

3、路和仿真步驟；2、 掌握生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真所需的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)；3、 掌握各類生產(chǎn)系統(tǒng)仿真的程序設(shè)計(jì)方法；4、 了解生產(chǎn)系統(tǒng)仿真經(jīng)過分析方法。各章教學(xué)要求及要點(diǎn)第一章 概論課時(shí)分配：2課時(shí)教學(xué)要求：對(duì)系統(tǒng)、生產(chǎn)系統(tǒng)、系統(tǒng)模型等概念有一個(gè)比較清晰的理解?；疽笥校?、 了解系統(tǒng)和生產(chǎn)系統(tǒng)的概念及其組成；2、 掌握系統(tǒng)模型和系統(tǒng)仿真的概念及系統(tǒng)仿真的若干術(shù)語；3、 了解系統(tǒng)的各種分類方法；4、 了解系統(tǒng)建模和仿真的步驟。教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié) 引言第二節(jié) 生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真的基本概念一、 系統(tǒng)。二、 系統(tǒng)模型。三、 系統(tǒng)仿真。四、 系統(tǒng)仿真的若干術(shù)語。五、 系統(tǒng)舉例。六、 系統(tǒng)仿真的類型。七、 連續(xù)系統(tǒng)

4、與離散系統(tǒng)的區(qū)別。八、 仿真的應(yīng)用。第三節(jié) 生產(chǎn)系統(tǒng)仿真模型的建立第四節(jié) 仿真研究的步驟思考題：1、 什么是仿真？何時(shí)進(jìn)行仿真？2、 仿真中是如何定義系統(tǒng)的？其定義與常規(guī)的系統(tǒng)有何不同？3、 仿真的基本分類有哪些？請(qǐng)分別舉例說明?4、 請(qǐng)簡述實(shí)體、事件、活動(dòng)、進(jìn)程、仿真鐘的基本概念，并簡述它們之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。第二章 生產(chǎn)系統(tǒng)仿真用的概率統(tǒng)計(jì)課時(shí)分配：2課時(shí)教學(xué)要求：掌握生產(chǎn)系統(tǒng)仿真用的概率統(tǒng)計(jì)的各種方法?；疽笥校?、 掌握隨機(jī)變量、離散型隨機(jī)變量、連續(xù)型隨機(jī)變量、隨機(jī)變量密度函數(shù)和數(shù)字特征的概念和計(jì)算方法；2、 掌握均勻的連續(xù)分布隨機(jī)數(shù)及其生成方法；3、 熟悉離散分布隨機(jī)數(shù)和非均勻的連續(xù)分

5、布隨機(jī)數(shù)及其產(chǎn)生方法。教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié) 隨機(jī)變量、概率函數(shù)、隨機(jī)數(shù)一、 確定性活動(dòng)與隨機(jī)活動(dòng)。二、 離散型隨機(jī)變量。三、 連續(xù)型隨機(jī)變量及其密度函數(shù)。四、 隨機(jī)變量的數(shù)字特征電阻的串聯(lián)。第二節(jié) 均勻的連續(xù)分布隨機(jī)數(shù)及其生成一、 (0，1)均勻分布隨機(jī)數(shù)。二、 計(jì)算機(jī)產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)的方法。三、 隨機(jī)數(shù)的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)電壓源模型。第三節(jié) 各種離散分布隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生一、 (a，b)均勻的離散分布。二、 非均勻的離散分布。第四節(jié) 非均勻的連續(xù)分布隨機(jī)數(shù)及其產(chǎn)生一、 反函數(shù)法(逆變法)。二、 舍去法。思考題：1、 請(qǐng)從概念上簡述隨機(jī)變量與隨機(jī)數(shù)的差異？2、 隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生的方法有哪些？它們各自的基本原理是什么？第三章

6、排隊(duì)系統(tǒng)的建模與仿真課時(shí)分配：4課時(shí)教學(xué)要求：對(duì)排隊(duì)理論的描述，闡明排隊(duì)問題描述的特征參數(shù)，介紹排隊(duì)系統(tǒng)建模和仿真的基本方法。基本要求有：1、 掌握排隊(duì)論的基本概念；2、 掌握到達(dá)時(shí)間間隔和服務(wù)時(shí)間的分布；3、 掌握幾種排隊(duì)系統(tǒng)的分析；4、 掌握排隊(duì)系統(tǒng)的仿真方法。教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié) 排隊(duì)論的基本概念一、 排隊(duì)系統(tǒng)的組成。二、 到達(dá)模式。三、 服務(wù)機(jī)構(gòu)。四、 排隊(duì)規(guī)則。五、 隊(duì)列的度量。六、 排隊(duì)模型的分類。第二節(jié) 到達(dá)時(shí)間間隔和服務(wù)時(shí)間的分布一、 定長分布。二、 泊松分布。三、 愛爾朗分布。四、 一般相互獨(dú)立隨機(jī)分布。五、 一般隨機(jī)分布。六、 正態(tài)分布。第三節(jié) 排隊(duì)系統(tǒng)的分析一、 單服務(wù)臺(tái)MM

7、1模型。二、 多服務(wù)臺(tái)MMc模型。三、 MMc和MM1模型比較。第四節(jié) 排隊(duì)系統(tǒng)的仿真思考題：1、 在生產(chǎn)系統(tǒng)仿真的數(shù)據(jù)收集中，對(duì)收集的數(shù)據(jù)都會(huì)假設(shè)其為平穩(wěn)的（或各態(tài)歷經(jīng)的），為什么？2、 影響排隊(duì)系統(tǒng)的主要因素有哪些？3、 排隊(duì)的隊(duì)列形式有哪些，各自有哪些特點(diǎn)？4、 請(qǐng)簡述排隊(duì)規(guī)則？ 第四章 庫存系統(tǒng)建模與仿真課時(shí)分配：4課時(shí)教學(xué)要求：研究庫存系統(tǒng)的目的是要比較確定各種訂貨策略。通過一個(gè)簡單的例子來說明怎樣用仿真方法比較一個(gè)庫存系統(tǒng)的各種訂貨策略?；疽笥校?、 掌握庫存系統(tǒng)的基本概念；2、 掌握庫存系統(tǒng)模型的建立方法；3、 掌握仿真程序的設(shè)計(jì)方法；教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié) 單一產(chǎn)品的庫存系統(tǒng)第二

8、節(jié) 庫存系統(tǒng)模型第三節(jié) 仿真程序設(shè)計(jì)第四節(jié) 仿真的輸出和討論思考題：1、 什么是庫存系統(tǒng)？它在生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)作中的作用是什么？2、 影響庫存系統(tǒng)的因素有哪些？作為庫存系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)如何去控制？ 第五章 加工系統(tǒng)課時(shí)分配：6課時(shí)教學(xué)要求：與排隊(duì)系統(tǒng)和庫存系統(tǒng)不同，加工系統(tǒng)是一個(gè)多作業(yè)點(diǎn)的復(fù)雜系統(tǒng)?；疽笥校?、 掌握順序分配法的概念、特點(diǎn)；2、 掌握鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)分配的概念、特點(diǎn)和方法；3、 了解簡單加工系統(tǒng)的建模與仿真方法；4、 了解一般加工系統(tǒng)的建模與仿真方法。教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié) 順序分配法第二節(jié) 鏈?zhǔn)酱鎯?chǔ)分配第三節(jié) 簡單加工系統(tǒng)建模與仿真第四節(jié) 一般加工系統(tǒng)的建模與仿真第五節(jié) 仿真的輸出與討論思考題：1、

9、從仿真的角度看，加工系統(tǒng)的特點(diǎn)是什么？影響生產(chǎn)系統(tǒng)運(yùn)作的基本因素有哪些？2、作為生產(chǎn)的作業(yè)單元，生產(chǎn)系統(tǒng)模型的基本參數(shù)有哪些？ 第六章 輸入數(shù)據(jù)的分析課時(shí)分配：4課時(shí)教學(xué)要求：“輸入數(shù)據(jù)是仿真實(shí)驗(yàn)的動(dòng)力”，對(duì)于一個(gè)系統(tǒng)來說，輸入數(shù)據(jù)就決定了仿真的時(shí)間進(jìn)程。基本要求有：1、掌握數(shù)據(jù)的收集方法；2、掌握數(shù)據(jù)分布的識(shí)別方法；3、掌握參數(shù)估計(jì)、擬合度檢驗(yàn)和相關(guān)性分析的方法。教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié) 數(shù)據(jù)的收集第二節(jié) 分布的識(shí)別一、 直方圖。二、 分布的假設(shè)。第三節(jié) 參數(shù)估計(jì)一、 樣本均值和樣本方差。二、 估計(jì)量。第四節(jié) 擬合度檢驗(yàn)第五節(jié) 相關(guān)性分析一、 單變量線性回歸。二、 回歸顯著性檢驗(yàn)。三、 多變量線性回

10、歸。思考題：1、 為何需要對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行分析？它需要作哪些主要分析？2、 輸入數(shù)據(jù)分析的基本步驟有哪些？3、 輸入數(shù)據(jù)分析過程中需要注意哪些問題？ 第七章 仿真的輸出分析課時(shí)分配：2課時(shí)教學(xué)要求：仿真的輸出分析就是仿真模型通過仿真運(yùn)行所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)并依據(jù)一定的分析手段進(jìn)行分析?；疽笥校?、 掌握性能測度及其估計(jì)的概念和方法；2、 掌握穩(wěn)態(tài)仿真的輸出分析方法。第一節(jié) 引言第二節(jié) 性能測度及其估計(jì)一、 點(diǎn)估計(jì)。二、 區(qū)間估計(jì)。第三節(jié) 終態(tài)仿真的輸出分析第四節(jié) 穩(wěn)態(tài)仿真的輸出分析一、 穩(wěn)態(tài)仿真中初始條件所引起的偏差。二、 穩(wěn)態(tài)仿真重復(fù)運(yùn)行方法。三、 在穩(wěn)態(tài)仿真中樣本量與準(zhǔn)確度的關(guān)系。四、 在穩(wěn)態(tài)仿

11、真中區(qū)間估計(jì)的批平均值。思考題：1、 仿真系統(tǒng)性能測度的估計(jì)方法是什么？2、 仿真系統(tǒng)性能測度的評(píng)價(jià)方法是什么？第八章 仿真方案的比較與評(píng)價(jià)課時(shí)分配：2課時(shí)教學(xué)要求：在解決實(shí)際問題的過程中，我們常常需要對(duì)多種規(guī)劃方案、改進(jìn)方案進(jìn)行分析，比較多種方案的運(yùn)行效果?；疽笥校?、 掌握兩個(gè)方案比較方法；2、 掌握k個(gè)方案的比較方法；3、 掌握用以估計(jì)不同的設(shè)計(jì)方案效果的統(tǒng)計(jì)模型。教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié) 兩個(gè)仿真方案的比較一、 具有相等方差的獨(dú)立采樣。二、 具有不相等方差的獨(dú)立采樣。三、 相關(guān)采樣。第二節(jié) k個(gè)仿真系統(tǒng)方案之間的比較第三節(jié) 用以估計(jì)不同的設(shè)計(jì)方案效果的統(tǒng)計(jì)模型一、 試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)的目的。二、 單

12、因子完全隨機(jī)化試驗(yàn)設(shè)計(jì)。三、 兩因子的析因設(shè)計(jì)。思考題：1、 兩個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的比較方法是什么？2、 從隨機(jī)的概念出發(fā)，設(shè)計(jì)方案的比較采用什么方法？推廣到一般，系統(tǒng)的評(píng)價(jià)方法該如何運(yùn)用？3、 多個(gè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的比較方法是什么？它的特征是什么？第九章 生產(chǎn)系統(tǒng)仿真的應(yīng)用實(shí)例課時(shí)分配：4課時(shí)教學(xué)要求：掌握Witness仿真軟件在生產(chǎn)系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用。教學(xué)內(nèi)容：第一節(jié) Witness仿真軟件一、 集成運(yùn)算放大器的特點(diǎn)。二、 電路的簡單說明。三、 引腳。四、 主要參數(shù)。五、 理想運(yùn)算放大器及其分析。第二節(jié) 生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真應(yīng)用一、 生產(chǎn)系統(tǒng)簡介。二、 模型的構(gòu)建。三、 模型仿真及其結(jié)果分析。實(shí)驗(yàn)一 單服務(wù)排隊(duì)系統(tǒng)的仿真課時(shí)分配：2課時(shí)實(shí)驗(yàn)二 庫存系統(tǒng)的仿真程序編制和系統(tǒng)優(yōu)化仿真課時(shí)分配：2課時(shí)實(shí)驗(yàn)三 簡單生產(chǎn)系統(tǒng)的仿真建模和仿真運(yùn)行課時(shí)分配：2課時(shí)附錄：參考