《生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真》課程教學大綱

1、生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真課程教學大綱 課程編號：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 分：2學分課 時：34課時 選定教材：孫小明：生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真，上海交通大學出版社，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在生產(chǎn)企業(yè)分析中的應用原理和方法，旨在使學生對計算機仿真技術在生產(chǎn)系統(tǒng)的研究和分析方法上有一個正確的認識。首先說明了計算機仿真技術在生產(chǎn)系統(tǒng)分析中的作用和原理，然后針對生產(chǎn)系統(tǒng)組成的基本元素進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)評價的方法，最后系統(tǒng)地介紹了一個生產(chǎn)系統(tǒng)的仿真和分析實例。全書介紹了Witness離散事件仿真軟件。教學目的：本課程是工業(yè)工程專業(yè)學生的專業(yè)課，是面向工程實際的應用型課程。學生通過本課程的學習能夠初步運用仿真技術來發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)中的關鍵問題，并通過改進措施的實現(xiàn)，提高生產(chǎn)能力和生產(chǎn)效率。教學方法：本課程內(nèi)容包括課堂理論教學和上機仿真操作兩部分組成。理論教學采用黑板板書和多媒體課件相結合的教學方法。通過理論分析和例題講解，使學生牢固掌握基本概念、基本理論、和基本分析方法。通過上機操作，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)學基礎知識；3、 掌握各類生產(chǎn)系統(tǒng)仿真的程序設計方法；4、 了解生產(chǎn)系統(tǒng)仿真經(jīng)過分析方法。各章教學要求及要點第一章 概論課時分配：2課時教學要求：對系統(tǒng)、生產(chǎn)系統(tǒng)、系統(tǒng)模型等概念有一個比較清晰的理解?；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？何時進行仿真？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？請分別舉例說明?4、 請簡述實體、事件、活動、進程、仿真鐘的基本概念，并簡述它們之間的關聯(lián)關系。第二章 生產(chǎn)系統(tǒng)仿真用的概率統(tǒng)計課時分配：2課時教學要求：掌握生產(chǎn)系統(tǒng)仿真用的概率統(tǒng)計的各種方法?；疽笥校?、 掌握隨機變量、離散型隨機變量、連續(xù)型隨機變量、隨機變量密度函數(shù)和數(shù)字特征的概念和計算方法；2、 掌握均勻的連續(xù)分布隨機數(shù)及其生成方法；3、 熟悉離散分布隨機數(shù)和非均勻的連續(xù)分

5、布隨機數(shù)及其產(chǎn)生方法。教學內(nèi)容：第一節(jié) 隨機變量、概率函數(shù)、隨機數(shù)一、 確定性活動與隨機活動。二、 離散型隨機變量。三、 連續(xù)型隨機變量及其密度函數(shù)。四、 隨機變量的數(shù)字特征電阻的串聯(lián)。第二節(jié) 均勻的連續(xù)分布隨機數(shù)及其生成一、 (0，1)均勻分布隨機數(shù)。二、 計算機產(chǎn)生隨機數(shù)的方法。三、 隨機數(shù)的統(tǒng)計檢驗電壓源模型。第三節(jié) 各種離散分布隨機數(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、 請從概念上簡述隨機變量與隨機數(shù)的差異？2、 隨機數(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、排隊系統(tǒng)的建模與仿真課時分配：4課時教學要求：對排隊理論的描述，闡明排隊問題描述的特征參數(shù)，介紹排隊系統(tǒng)建模和仿真的基本方法?；疽笥校?、 掌握排隊論的基本概念；2、 掌握到達時間間隔和服務時間的分布；3、 掌握幾種排隊系統(tǒng)的分析；4、 掌握排隊系統(tǒng)的仿真方法。教學內(nèi)容：第一節(jié) 排隊論的基本概念一、 排隊系統(tǒng)的組成。二、 到達模式。三、 服務機構。四、 排隊規(guī)則。五、 隊列的度量。六、 排隊模型的分類。第二節(jié) 到達時間間隔和服務時間的分布一、 定長分布。二、 泊松分布。三、 愛爾朗分布。四、 一般相互獨立隨機分布。五、 一般隨機分布。六、 正態(tài)分布。第三節(jié) 排隊系統(tǒng)的分析一、 單服務臺MM

7、1模型。二、 多服務臺MMc模型。三、 MMc和MM1模型比較。第四節(jié) 排隊系統(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，對收集的數(shù)據(jù)都會假設其為平穩(wěn)的（或各態(tài)歷經(jīng)的），為什么？2、 影響排隊系統(tǒng)的主要因素有哪些？3、 排隊的隊列形式有哪些，各自有哪些特點？4、 請簡述排隊規(guī)則？ 第四章 庫存系統(tǒng)建模與仿真課時分配：4課時教學要求：研究庫存系統(tǒng)的目的是要比較確定各種訂貨策略。通過一個簡單的例子來說明怎樣用仿真方法比較一個庫存系統(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、 掌握仿真程序的設計方法；教學內(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) 仿真程序設計第四節(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)應當如何去控制？ 第五章 加工系統(tǒng)課時分配：6課時教學要求：與排隊系統(tǒng)和庫存系統(tǒng)不同，加工系統(tǒng)是一個多作業(yè)點的復雜系統(tǒng)?；疽笥校?、 掌握順序分配法的概念、特點；2、 掌握鏈式存儲分配的概念、特點和方法；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。教學內(nèi)容：第一節(jié) 順序分配法第二節(jié) 鏈式存儲分配第三節(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)的特點是什么？影響生產(chǎn)系統(tǒng)運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)的分析課時分配：4課時教學要求：“輸入數(shù)據(jù)是仿真實驗的動力”，對于一個系統(tǒng)來說，輸入數(shù)據(jù)就決定了仿真的時間進程。基本要求有：1、掌握數(shù)據(jù)的收集方法；2、掌握數(shù)據(jù)分布的識別方法；3、掌握參數(shù)估計、擬合度檢驗和相關性分析的方法。教學內(nèi)容：第一節(jié) 數(shù)據(jù)的收集第二節(jié) 分布的識別一、 直方圖。二、 分布的假設。第三節(jié) 參數(shù)估計一、 樣本均值和樣本方差。二、 估計量。第四節(jié) 擬合度檢驗第五節(jié) 相關性分析一、 單變量線性回歸。二、 回歸顯著性檢驗。三、 多變量線性回

10、歸。思考題：1、 為何需要對輸入數(shù)據(jù)進行分析？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分配：2課時教學要求：仿真的輸出分析就是仿真模型通過仿真運行所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)并依據(jù)一定的分析手段進行分析?；疽笥校?、 掌握性能測度及其估計的概念和方法；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) 性能測度及其估計一、 點估計。二、 區(qū)間估計。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)仿真重復運行方法。三、 在穩(wěn)態(tài)仿真中樣本量與準確度的關系。四、 在穩(wěn)態(tài)仿

11、真中區(qū)間估計的批平均值。思考題：1、 仿真系統(tǒng)性能測度的估計方法是什么？2、 仿真系統(tǒng)性能測度的評價方法是什么？第八章 仿真方案的比較與評價課時分配：2課時教學要求：在解決實際問題的過程中，我們常常需要對多種規(guī)劃方案、改進方案進行分析，比較多種方案的運行效果。基本要求有：1、 掌握兩個方案比較方法；2、 掌握k個方案的比較方法；3、 掌握用以估計不同的設計方案效果的統(tǒng)計模型。教學內(nèi)容：第一節(jié) 兩個仿真方案的比較一、 具有相等方差的獨立采樣。二、 具有不相等方差的獨立采樣。三、 相關采樣。第二節(jié) k個仿真系統(tǒng)方案之間的比較第三節(jié) 用以估計不同的設計方案效果的統(tǒng)計模型一、 試驗統(tǒng)計的目的。二、 單

12、因子完全隨機化試驗設計。三、 兩因子的析因設計。思考題：1、 兩個系統(tǒng)設計方案的比較方法是什么？2、 從隨機的概念出發(fā)，設計方案的比較采用什么方法？推廣到一般，系統(tǒng)的評價方法該如何運用？3、 多個系統(tǒng)設計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)仿真的應用實例課時分配：4課時教學要求：掌握Witness仿真軟件在生產(chǎn)系統(tǒng)仿真中的應用。教學內(nèi)容：第一節(jié) Witness仿真軟件一、 集成運算放大器的特點。二、 電路的簡單說明。三、 引腳。四、 主要參數(shù)。五、 理想運算放大器及其分析。第二節(jié) 生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真應用一、 生產(chǎn)系統(tǒng)簡介。二、 模型的構建。三、 模型仿真及其結果分析。實驗一 單服務排隊系統(tǒng)的仿真課時分配：2課時實驗二 庫存系統(tǒng)的仿真程序編制和系統(tǒng)優(yōu)化仿真課時分配：2課時實驗三 簡單生產(chǎn)系統(tǒng)的仿真建模和仿真運行課時分配：2課時附錄：參考