生产系统建模与仿真

《建模与仿真》课程教学大纲(Modeling and Simulation) 课程编码：学分：2.5总学时：40适用专业：工业工程先修课程：生产计划与控制、工程统计学、工程数学、运筹学、计算机编程技术一、课程的性质、目的和任务《建模与仿真》是面向工程实际的应用型课程，是工业工程系的主导课程之一。

学生通过本课程的学习能够初步运用仿真技术来发现生产系统中的关键问题，并通过改进措施的实现，提高生产能力和生产效率。

本课程的目的是要求学生通过学习、课堂教育和上机训练，能了解如何运用计算机仿真技术模拟生产系统的布置和调度管理。

并熟悉和掌握计算机仿真软件的基本操作和能够实现的功能。

使学生了解计算机仿真的基本步骤。

结合本课程的特点，使学生掌握或提高系统化分析问题和解决问题的能力,为系统化管理生产打下基础。

二、教学基本要求具体在教学过程中要求学生应该达到：1.全面了解本课程的性质与任务、框架内容以及理论和方法；2.掌握仿真的概率统计基础知识。

3.掌握供理论模型建模方法。

4.掌握仿真模型的设计与实现方法。

5.熟练应用建模理论,对排队系统、库存系统、加工制造系统进行建模仿真。

三、教学内容与学时分配离散事件系统仿真是仿真技术的重要领域，在规划论证、方案评估、计划调度、加工制造、产品试验、生产培训、训练模拟、管理决策等方面得到广泛应用。

本课程深入地介绍了离散事件系统建模仿真的理论、方法和技术，突出对理论建模方法和计算机实现技术的讲解，对离散事件系统建模仿真的发展和应用情况做了比较详尽的介绍。

具体教学内容如下：第一章绪论 4学时本章分析了系统和制造系统定义、组成与特点，介绍了系统建模与仿真的基本概念和使用步骤，并给出应用案例。

本章教学目标：本章教学基本要求：了解常用术语及常用的仿真软件，了解仿真技术的的发展状况及应用。

理解系统与制造系统的定义及系统建模与仿真的概念及系统、模型与仿真之间的关系。

掌握制造系统建模与仿真的基本概念及基本步骤。

本章教学重点：制造系统建模与仿真的原则及基本步骤。

本章教学难点：制造系统建模与仿真的原则及基本步骤第一节系统与制造系统 0.3学时（一）什么是系统（二）制造系统的组成与特点第二节系统建模与仿真的基本概念。

0.3学时(一)系统、模型与仿真的关系(二)系统建模与仿真技术的特点第三节制造系统建模与仿真的基本概念。

0.3学时（一）制造系统建模与仿真的特点分析（二）制造系统类型及建模元素（三）制造系统仿真的功能分析第四节系统建模与仿真的基本步骤 0.4学时第五节系统建模与仿真的案例分析 0.5学时（一）连杆生产线的组成与功能分析（二）连杆生产线仿真模型的构建（三）仿真逻辑的分析与定义（四）仿真结果分析及系统优化第二章系统建模与仿真的基本原理 2学时本章在分析离散事件系统模型的分类和元素组成的基础上，介绍了建立系统模型的常用方法。

本章教学目标：使学生掌握常用的系统建模方法本章教学基本要求：了解离散事件系统及其建模分类。

理解离散事件系统建模的基本元素及仿真程序的基本结构。

掌握建立系统模型的常用方法。

本章教学重点：建立系统模型的常用方法。

本章教学难点：概率统计法和模糊综合评价法。

第一节离散事件系统及其模型分类 0.1学时第二节离散事件系统建模的基本元素 0.2学时第三节离散事件系统仿真程序的基本结构 0.2学时第四节建立系统模型的常用方法 1.5学时（一）分析与综合 0.1学时（二）抽象与概括 0.1学时（三）归纳与总结 0.1学时（四）演绎与推理 0.1学时（五）比较与类比 0.1学时（六）概率统计法 0.3学时（七）层次分析法 0.3学时（八）模糊评价法 0.4学时第三章仿真的概率统计基础 6学时介绍随机变量、概率函数、随机数；均匀的连续分布随机数及其生成；各种离散分布随机数的产生；非均匀的连续分布随机数及其产生。

本章教学目标：使学生掌握采用计算机生成随机变量的方法。

本章教学基本要求：了解概率统计的基本概念,分布假设检验。

理解常用的概率分布。

掌握系统概率分布的模型,伪随机数及其生成,掌握常用随机变量的生成方法。

本章教学重点：伪随机数的生成及常用随机变量的生成。

本章教学难点：随机变量的生成方法。

第一节概率统计的基本概念 0.5学时第二节常用的概率分布 1.5学时（一）离散型分布 0.5学时（二）连续型分布 0.5学时（三）系统概率分布模型 0.5学时第三节分布假设与检验 1学时（一）分布类型假设 0.5学时（二）分布参数估计 0.4学时（三）分布假设检验 0.1学时第四节伪随机数及其生成1学时（一）伪随机数 0.5学时（二）伪随机数生成方法 0.4学时（三）伪随机数序列的检验和确认 0.1学时第五节随机变量的生成算法2学时（一）常用随机变量的生成方法 1学时（二）常用分布的随机变量生成 1学时第四章理论模型的建模方法 8学时本章以制造系统为对象，介绍了系统建模的主要方法，如实体流图法、活动循环图法、petri网方法等。

本章教学目标：使学生掌握系统建模的方法，能对实际系统选择不同方法进行建模。

本章教学基本要求：理解一些基本概念和术语，Euler网的方法。

掌握实体流图、活动循环图、Petri网建模方法。

本章教学重点：实体流图、活动循环图、Petri网建模方法。

本章教学难点：Petri网建模方法。

第一节基本概念和术语 0.5学时第二节实体流图法 2学时（一）实体流图 1.5学时（二）实体流图模型的人工运行 0.5学时第三节活动循环图法 2学时（一）活动循环图 1.5学时（二）ACD模型的人工运行 0.5学时第四节Petri网的方法3学时（一）Petri网的定义及其建模方法 1学时（二）网系统 1学时（三）Petri网的特性 0.5学时（四）小结 0.5学时第五节Euler网的方法0.5学时（一）Euler网 0.5学时第五章仿真模型的设计与实现 4学时本章分析了常用的仿真调度策略和仿真时钟推进机制，对仿真模型进行设计，并且通过计算机实现仿真模型。

本章教学目标：使学生掌握离散事件系统仿真策略，能够进行仿真模型设计，并通过计算机实现。

本章教学基本要求：理解离散事件系统仿真策略。

掌握仿真模型设计，模型的计算机实现。

本章教学重点：仿真模型的设计。

本章教学难点：仿真模型的计算机实现。

第一节离散事件系统仿真策略 2学时（一）事件调度法 0.5学时（二）活动扫描法 0.5学时（三）三段扫描法 0.5学时（四）进程交互法 0.5学时第二节仿真模型设计 1.5学时（一）面向事件的仿真模型 0.5学时（二）面向活动的仿真模型 0.5学时（三）面向进程的仿真模型 0.5学时第三节仿真模型的计算机实现 0.5学时（一）简单排队系统模型的C++语言实现第六章仿真结果分析与模型校验 4学时本章简要介绍了系统建模与仿真中的校核、验证以及确认的概念和方法。

本章教学目标：使学生掌握建模与仿真校核、验证的基本方法。

本章教学基本要求：理解建模与仿真校核、验证的意义及基本概念和原则。

掌握建模与仿真校核、验证的基本方法本章教学重点：几种常用的模型验证的基本方法。

本章教学难点：灵敏度分析。

第一节校核、验证及确认概述 1学时（一）校核、验证及确认的基本概念 0.3学时（二）校核、验证及确认基本原则 0.3学时（三）校核、验证及确认的实施过程 0.4学时第二节建模与仿真校核、验证的基本方法 1.5学时（一）建模与仿真的校核与验证技术 0.5学时（二）模型验证的常用方法 1.5学时第七章离散事件系统仿真应用 6学时本章应前面所学知识针对几种常见的离散系统进行分析，并进行仿真模型设计。

本章教学目标：掌握几种常见的离散系统建模实例分析，并学会应用于其它类似系统。

本章教学基本要求：了解几种常用系统的基本知识。

掌握几种常用系统模型建立的方法。

本章教学重点：几种常用系统模型建立的方法。

本章教学难点：系统建模。

第一节排队系统仿真 2学时（一）基本知识 0.2学时（二）系统建模 1学时（三）仿真实例 0.8学时第二节库存系统仿真 2学时（一）基本知识 0.2学时（二）系统建模 1学时（三）仿真实例 0.8学时第三节加工制造系统仿真 2学时（一）问题描述 0.2学时（二）系统建模 1学时（三）仿真实例 0.8学时实验内容和基本要求实验(一) 简单排队系统模型的C++语言实现2学时实验(二) 服务排队系统的仿真2学时实验(三) 库存系统的仿真程序编制和系统优化仿真2学时实验(四) 生产系统的仿真建模和仿真运行2学时初步了解离散事件系统仿真及仿真建模的基本方法，学会仿真的操作。

《建模与仿真》课程教学学时分配表四、教学参考书教材：《离散事件系统建模与仿真》，王维平，2007年，科学出版社。

参考书：《制造系统建模与仿真》，苏春编著，2008年，机械工业出版社《Simulation Modeling and Analysis》，Law Averill M.，Kelton W. David，1982，McGraw Hill Inc。

《现代生产物流及仿真》，张晓萍等编著，1998年，清华大学出版社。

五、说明本课程采用多媒体教学，课程为学生提供学习用的Witness仿真软件。