制造系统建模与仿真知识点
《制造系统建模与仿真》讲义2
• Can be used to study simple models, but not necessary if an analytical solution is available • Real power of simulation is in studying complex models • Simulation can tolerate complex models since we don’t even aspire to an analytical solution
Su Chun, Southeast University 4
System and System Models
• Model – set of assumptions/approximations about how the system works
– Study the model instead of the real system … usually much easier, faster, cheaper, safer – Can try wide-ranging ideas with the model
2013-8-1
Su Chun, Southeast University
3
System and System Models
– Examples abound …
• • • • • • • • • • • • •
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Manufacturing facility Bank or other personal-service operation Transportation/logistics/distribution operation Hospital facilities (emergency room, operating room, admissions) Computer network Freeway system Business process (insurance office) Criminal justice system Chemical plant Fast-food restaurant Supermarket Theme park Emergency-response system
生产系统建模与仿真概述
生产系统建模与仿真概述1. 引言在现代制造业中，生产系统的建模和仿真是一个重要的工具。
通过建立准确的生产系统模型和进行有效的仿真分析，可以帮助企业优化生产流程，提高生产效率，降低成本，提高产品质量。
本文将对生产系统建模和仿真的概念、方法和应用进行概述。
2. 生产系统建模的概念生产系统建模是将实际的生产系统抽象成一种可供计算机处理的模型，以实现对生产系统进行分析和优化的目的。
生产系统建模可以基于不同的层次和粒度，从整体到局部进行建模，从宏观到微观进行分析。
生产系统建模的主要目标包括：•分析生产系统的结构和运行特性•预测生产系统的性能指标•评估生产系统的灵活性和鲁棒性•优化生产系统的配置和资源分配•支持决策和规划过程3. 生产系统建模方法生产系统建模的方法包括基于统计学的方法、基于物理建模的方法和基于仿真的方法。
下面分别对这些方法进行介绍。
3.1 基于统计学的方法基于统计学的方法是通过统计数据和概率模型来描述和分析生产系统的行为。
这种方法适用于大规模复杂的生产系统，在建模过程中需要考虑到各种不确定性因素。
常用的统计分析方法包括排队论、蒙特卡洛模拟和回归分析等。
3.2 基于物理建模的方法基于物理建模的方法是通过建立物理模型来描述生产系统的结构和运行机理。
这种方法适用于对生产系统的细节进行建模和分析，可以更加真实地模拟系统的行为。
常用的建模方法包括Petri网、离散事件系统和系统动力学等。
3.3 基于仿真的方法基于仿真的方法是通过建立仿真模型来模拟生产系统的运行过程。
仿真模型可以在计算机上进行运行，模拟真实的生产系统在不同条件下的表现和性能。
基于仿真的方法可以提供对生产系统的详细和动态的分析。
常用的仿真软件包括Arena、AnyLogic和FlexSim等。
4. 生产系统仿真的应用生产系统仿真广泛应用于制造业的各个领域和环节，包括生产计划与调度、供应链管理、物流和运输等。
以下列举几个常见的应用场景。
4.1 生产计划与调度生产计划与调度是生产系统管理的核心环节，通过仿真模型可以评估不同的排程策略和调度算法，并选择最优的方案。
制造系统建模与仿真复习重点
1、系统“三要素”：实体、属性、活动①实体：确定了系统的构成，也就确定了系统的边界；②属性：也称为描述变量，描述每一实体的特征；③活动：定义了系统内部实体之间的相互作用，从而确定了系统内部发生变化的过程。
2、系统的分类（1）静态系统 &动态系统一一时域状态（按系统状态是否变化）确定系统&随机系统——存在随机变量（按有无随机过程）单变量系统&多变量系统--------- 自由度数量连续系统&离散随机事件系统——按系统状态的变化与时间的关系（2）根据系统状态是否随时间连续变化，可以将系统分为:连续系统、离散事件系统①连续系统是指系统状态随时间发生连续性变化的系统。
②离散事件系统是指只有当在某个时间点上有事件发生时，系统状态才会发生改变的系统。
由于事件的发生具有随机性，使得离散事件系统的状态具有随机和动态特征，此类系统也常被称为离散事件动态系统（DED0。
3、机械制造系统是复杂的离散事件动态系统，它的输入为各种制造资源（如毛坯、半产品、能源、人力等），输出为零件、部件或产品。
机械制造系统的运行过程始终伴随着物料流、能量流和信息流,也称为“三流合一”。
4、系统模型分类①物理模型：采用特定的材料和工艺，根据相似性准则按一定比例制作的系统模型，以便通过试验对系统的某些方面性能作出评估。
②数学模型：采用符号、数学方程、数学函数或数据表格等方法定义系统各元素之间的关系和内在规律，再利用对数学模型的试验以获得现实系统的性能特征和规律。
③物理-数学模型（也称为半物理模型）:一种混合模型，结合了物理模型和数学模型的优点。
5、系统、模型与仿真的关系：系统、模型与仿真三者之间有着密切的联系。
其中，系统是要研究的对象，模型是系统在某种程度和层次上的抽象，而仿真是通过对模型的试验以便分析、评价和优化系统。
系统建模/? 仿真试验-------------旦_仿真建模--------- --------------系统模型：物理、数｛―\仿真模型，物理样机、学或物理一数学模型1一"/仿真程序或仿真器等系统、模型与仿真三者之间的关系6、仿真时钟的推进机制：固定步长时间推进机制、下次事件时间推进机制、混合时间推进机制注：仿真时钟是指所模拟的实际系统运行所需的时间，而不是指计算机执行仿真程序所需的时间。
制造系统建模与仿真学习心得学习资料
制造系统建模与仿真学习心得一、制造系统建模与仿真的含义1．制造系统制造系统是制造过程及其所涉及的硬件、软件和人员所组成的一个将制造资源转变为产品或半成品的输入／输出系统，它涉及产品生命周期(包括市场分析、产品设计、工艺规划、加工过程、装配、运输、产品销售、售后服务及回收处理等)的全过程或部分环节。
其中，硬件包括厂房、生产设备、工具、刀具、计算机及网络等；软件包括制造理论、制造技术(制造工艺和制造方法等)、管理方法、制造信息及其有关的软件系统等；制造资源包括狭义制造资源和广义制造资源；狭义制造资源主要指物能资源，包括原材料、坯件、半成品、能源等；广义制造资源还包括硬件、软件、人员等。
随着科技的进步，制造系统的发展也经历了传统手工生产、机械化、自动化孤岛、集成制造、并行工程和敏捷制造等几个阶段。
2．模型与仿真模型是对真实对象和真实关系中那些有用的和让人感兴趣的特性的抽象，是对系统某些本质方面的描述。
它以各种可用的形式描述被研究系统的信息。
系统模型并不是对真实系统的完全复现，而是对系统的抽象，而仿真是通过对模型的实验以达到研究系统的目的，当制造系统尚未建立或者研究时间长成本高以及从安全性考虑我们有必要对制造系统预先进行建模并仿真以确定系统的最佳结构和配置方案、防止较大的经济损失、确定合理高效的作业计划，从而提高经济效益。
制造系统建模与仿真技术是以相似原理、模型理论、系统技术、信息技术以及建模与仿真应用领域的有关专业技术为基础，以计算机系统、与应用相关的物理效应设备及仿真器为工具，利用模型参与已有或设想的制造系统进行研究、分析、设计、加工生产、试验、运行、评估、维护、和报废(全生命周期)活动的一门多学科的综合性技术。
二、系统建模与仿真的发展及类型1．系统建模与仿真的发展大致经历了这么几个阶段：1600—1940年左右，这一时期的建模仿真主要是在物理科学基础上的建模；20世纪40年代，由于电子计算机的出现，建模仿真技术开始飞速发展；20世纪50年代中期，建模仿真开始应用与航空领域；20世纪60年代，这一阶段主要是工业控制过程中的仿真；20世纪70年代，开始出现了包括经济、社会和环境因素的大系统仿真。
机械工程中的系统建模与仿真分析
机械工程中的系统建模与仿真分析机械工程是一门广泛应用于工业制造和生产中的学科，而系统建模与仿真分析是机械工程中一个非常重要的领域。
系统建模与仿真分析可以帮助工程师们更好地理解和优化机械系统的设计和运行过程。
本文将从基本概念、建模方法和分析技术等方面来探讨机械工程中的系统建模与仿真分析。
首先，了解系统建模与仿真分析的基本概念十分重要。
系统建模是将一个实际存在的机械系统抽象为数学模型的过程，以便对其进行仿真分析。
而仿真分析则是利用计算机模拟系统行为，以便预测和分析系统的性能和行为。
系统建模与仿真分析能够帮助工程师们更好地理解机械系统的运行原理和行为特性，为系统的设计优化和问题排除提供指导。
其次，机械工程中的系统建模方法有多种多样。
常见的建模方法包括物理建模、数学建模和仿真建模等。
物理建模是根据机械系统的物理特性和原理来建立数学模型。
例如，一台发动机可以通过建立其压力、温度和流量等物理量之间的关系来进行物理建模。
数学建模则是利用数学方法来描述机械系统的行为特性，例如基于微分方程的建模方法。
而仿真建模则是利用计算机仿真技术来模拟机械系统的行为，例如通过使用 Matlab 或 Simulink 等仿真软件进行建模和分析。
这些建模方法各有特点，可以根据具体情况选择适用的方法。
此外，机械工程中的系统仿真分析技术也是非常丰富多样的。
常见的仿真分析技术包括静态分析、动态分析和优化分析等。
静态分析主要是研究机械系统在静止状态下的应力、位移和变形等；动态分析则是研究机械系统在动态载荷和振动等条件下的响应；而优化分析则是通过对系统设计参数进行调整，以获得最优的性能和效果。
这些仿真分析技术可以帮助工程师们更好地评估机械系统的可靠性、稳定性和安全性等关键指标，并进行相应的改进。
此外，系统建模与仿真分析在机械工程中的应用也非常广泛。
首先，在机械系统的设计阶段，工程师们可以通过建立系统模型和进行仿真分析，评估不同设计方案的性能和可行性，从而优化系统的设计。
制造系统建模与仿真知识点1
知识点11. 在查阅资料的基础上，了解系统建模与仿真技术在经济建设、新品研发、企业运作以及社会发展中的功能与作用，包括：①系统建模与仿真技术在制造企业规划与运营中的应用，如企业选址、车间布局、生产线平衡、瓶颈分析等。
②系统建模与仿真技术在工程开发中的应用，如三峡大坝建设、机场选址、城市及区域规划、大型体育设施建设等。
③系统建模与仿真技术在工业产品研制中的应用，如长征火箭、神舟飞船、军用及民用飞机研制、高铁列车开发、汽车产品研制等。
④系统建模与仿真技术在社会服务系统中的作用，如商业服务企业选址、医院选址与布局、商业设施的布局规划、游乐设施规划布局、公交线路布点及班次优化等。
⑤系统建模与仿真技术在物流系统中的应用，如物流企业选址、配送中心选址与布局、物流系统规划开发、物流设备研制等。
⑥围绕具体产品（如汽车）或系统（如载人航天工程），分析系统建模与仿真技术的具体应用。
2．什么是系统，它有哪些特点？结合具体的制造系统、物流系统或服务系统，分析系统的组成要素、功能和边界。
3. 什么是制造系统？它有哪些特点？常见的制造系统有哪些类型？4. 什么是机械制造系统，它具有哪些特点？简要分析机械制造系统的运行过程。
5. 以机械制造系统为例，分析此类系统运作的基本特点，系统与环境之间存在哪些交互作用？6. 在查阅资料的基础上，以汽车整车制造企业为例，分析此类系统中物料流、能量流和信息流涵盖的内容。
7. 以家用电气产品（如电视机、冰箱、手机等）制造系统为例，分析此类系统在设计及运行过程可能存在的各类动态和随机性因素。
8．什么是连续系统和离散系统，它们存在哪些区别。
结合具体案例，分析连续系统和离散系统分别具有哪些特点。
9．分析系统、模型与仿真三者之间的关系。
对系统而言，建模与仿真技术具有哪些作用？10．对制造系统而言，哪些方法能够分析此类系统的性能，它们各具有什么特点？为什么计算机仿真技术的应用越来越普遍？11. 与实物试验相比，基于模型的试验具有哪些优点？12. 总体上，系统模型可以分为哪些类型？简要分析每类模型的特点，并给出具体案例。
系统建模与仿真第一章.
亚实时仿真
实时仿真
超实时仿真
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《系统建模与仿真》
计算机仿真的一般步骤
分析实际 系统 建立系统 模型 仿真建模
仿真结果 分析
仿真运行
程序设计
反馈校验
结束
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电气工程常见仿真
电气工程学科常见仿真
统 数字电路类仿真：EDA设计、微机系统与接口 线性电路类仿真：模拟电路、放大电路、控制系
2019/1/16 《系统建模与仿真》 29
重点介绍一种在全世界广为应用 的一种仿真软件——MATLAB。
MATLAB是MathWorks公司推出的一套高性能 的数值计算和可视化软件，它集数值分析、 矩阵运算、信号处理和图形显示于一体，构 成了一个方便的、界面友好的用户环境。 MATLAB的推出得到了各个领域专家学者的广 泛关注，其强大的扩展功能为各个领域的应 用提供了基础。由各领域专家学者相继推出 了MATLAB工具箱。应用各种专业工具箱，用 户可以方便地解决相应专业的计算和仿真问 题。
航 空 、 航 天 工 业 、 能 源 教 育 、 科 研
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经 济 、 社 会 交 通 、 商 业
武 器 、 军 事
《系统建模与仿真》
发展历史与趋势
20世纪40年代 至70年代 • 传统系统仿 真 • 主要面向工 程系统仿真 80年代至21世 纪初 • 复杂系统仿 真 • 主要面向社 会、经济、 生态等非工 程系统 21世纪
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《系统建模与仿真》
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第一章 绪论
本章教学要点
了解系统仿真技术的发展、特点、应用以
及相关技术；
了解系统仿真的基本概念和相关知识
《制造系统建模与仿真》讲义1
Basic Steps of Modeling and Simulation
早期仿真软件的仿真结果多以数据的形式输出，需要研究人 员花费大量时间整理、分析仿真数据，以得到科学结论。
目前，仿真软件中广泛采用图形化技术，通过图形、图表、
动画等形式显示被仿真对象的各种状态，使得仿真数据更加 直观、丰富和详尽，也有利于人们对仿真结果的分析。 另外，应用领域及仿真对象不同，仿真结果的数据形式和分 析方法也不尽相同。
神舟飞船：
神舟飞船模拟飞行图 神舟飞船系统
神舟飞船发射
2012-6-1
神舟飞船海上试验
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What is Modeling and Simulation?
风洞试验为神舟飞船打造 安全屏障
飞船上的模拟航天员
2012-6-1 8
What is Modeling and Simulation?
建筑的抗震和防风设计：
2012-6-1
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Basic Steps of Modeling and Simulation
离散系统的仿真一般为数值试验的过程，即测试当参数符合 一定概率分布规律时系统的性能指标。离散事件系统的仿真
模型通常是概率模型。
不同类型的离散事件系统（如服务系统、库存系统等）有不
同的仿真方法。
3 仿真结果分析 从仿真试验中提取有价值的信息，以指导实际系统的开发， 是仿真的最终目标。
阶 段 应 用 内 容 对设计方案进行技术、经济分析及可行性研究，选择合理的 设计方案 建立系统及零部件模型，判断产品外形、质地及物理特性是 否满意 分析产品及系统的强度、刚度、振动、噪音、可靠性等性能 指标 调整系统结构及参数，实现系统特定性能或综合性能的优化 概念化设计 设计建模 设计分析 设计优化
制造系统建模与仿真第1章 绪论
对于离散事件系统，系统状态通常难以用准确的函数加以描 述，但是可以通过统计分析得到系统处于不同状态的概率。
N 5 4 3 2 1
0123456 t
车间待加工零件数量与时间的关系
2020/2/3
Su Chun, Southeast University
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1.1.2 制造系统的组成与特点
制造系统（manufacturing system）是指以生产产品为目的， 由制造过程中的人员、原材料、能源、加工设备、物流设备 和其它辅助装置以及设计方法、加工工艺、生产调度、系统 维护、管理规范等组成的具有特定功能的有机整体。
2020/2/3
Su Chun, Southeast University
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成绩评定方法
按百分制评定成绩： 考勤及平时表现占10% 作业及综合实践作业占20% 期末考试占70%
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Su Chun, Southeast University
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第1章 绪论
1.1 系统与制造系统 1.1.1 什么是系统 1.1.2 制造系统的组成与特点
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Su Chun, Southeast University
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1.1.2 制造系统的组成与特点
机械制造系统是复杂的离散事件动态系统，它的输入为各种 制造资源（如毛坯、半产品、能源、人力等），输出为零件、 部件或产品。机械制造系统的运行过程始终伴随着物料流、 能量流和信息流，也称为“三流合一” 。
机械制造系统中的物料流、能量流和信息流分析
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Su Chun, Southeast University
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1.2 系统建模与仿真的基本概念
生产系统学-6-2制造系统建模与仿真
6.1 系统建模与仿真基本原理
层次分析法的应用举例 FMS的模糊综合评价模型 3. 隶属函数的确定 模糊统计法是由参与评价的专家按照划定的 评价标准，对评价因素划分等级，再统计各评价 因素发生的频数，以计算隶属函数： vj (ui ) mij / n 式中，mij为ui∈vj的次数，n为参与评价的专 家人数，μvj（ui）表示ui属于vj等级的隶属度。
6.1 系统建模与仿真基本原理
离散事件系统建模与仿真中的基本元素
实体（Entity）：存在于系统中的每一项确定的物体， 是系统的具体对象。如：待加工工件。 属性(Attribute)：是实体特征的描述，一般是实体所 拥有的全部特征的一个子集，用特征参数或变量表示 。如：机床型号等。 状态（State）：在任一时刻，系统中所有实体的属性 的集合就构成了系统的状态。 事件(Event)：事件是引起系统状态发生变化的行为和 起因，是系统状态变化的驱动力。
生产系统学
第六章 制造系统建模与仿真
制造系统建模与仿真
主要内容： 1.系统建模与仿真基本原理 2.制造系统的建模方法 3.制造系统的仿真方法 4.常用建模软件的介绍
制造系统建模与仿真
6.1 系统建模与仿真基本原理
6.1 系统建模与仿真基本原理
仿真的意义
优化系统设计。在复杂的系统建立以前，能够通过改 变仿真模型结构和调整参数来优化系统设计。 对系统或系统的某一部分进行性能评价。 节省经费。仿真试验只需要在可重复使用的模型上进 行，所花费的成本远比在实际产品上做试验低； 进行假设检验。仿真可以预测系统的特性，也可以预 测外部作用对系统的影响； 为管理决策和技术决策提供依据。
现代制造过程的建模和仿真方法
现代制造过程的建模和仿真方法制造工业一直是世界各国经济的重要组成部分之一。
随着科技的不断进步和社会需求的提升，制造过程的优化变得越来越重要。
制造工艺建模和仿真技术可以帮助生产商更好地认识制造工艺，提高产品质量和产能，并节约成本。
本篇文章将介绍现代制造过程的建模和仿真方法。
一、建模的方法建模是制造工艺优化的基础。
建模的目的是预测制造过程中的行为，帮助生产商寻找最佳生产工艺。
以下是几种建模的方法：1. 基于物理模型的建模物理模型建模是制造工艺建模中常见的一种方法。
该方法利用数学和物理原理，通过分析特定物理参数，例如压力、温度、物质流动速度等来预测制造过程。
例如，在汽车制造业中，物理模型可以模拟涂料喷涂的压力和流量，以优化涂层的质量。
2. 基于经验模型的建模经验模型建模是通过分析现有数据来计算出预测结果的一种方法。
该方法包括数据挖掘技术和统计模型。
例如，制造业可以通过收集历史数据来评估质量和成本，并创建一个模拟模型，以便了解各种策略的效果。
3. 基于计算模型的建模计算模型建模是通过利用计算机模型和模拟技术来进行预测。
这种方法可以帮助制造商快速模拟不同生产过程和生产环境，结果可以用来改进生产过程和生产环境。
例如，在航空业中，计算模型可以帮助飞机制造商预测不同颠簸下机身受力情况。
二、仿真的方法仿真是制造工艺建模的一种技术，可以帮助制造商寻找最佳制造过程和产品参数。
仿真可以通过创建模型来模拟现实过程，以寻求最佳生产策略。
以下是几种仿真的方法：1. 数字仿真数字仿真是工业界常用的仿真技术。
该技术可以模拟现实制造过程，以寻找改进生产线的最佳策略。
这种方法将制造过程的细节转换为数字信号，以便模拟计算机模型。
例如，在汽车制造业中，可以通过数字仿真来模拟汽车的整体结构、车身零件以及汽车零件的装配。
2. 虚拟现实仿真虚拟现实仿真技术是制造工艺优化的另一种方法。
虚拟现实仿真技术可以通过模拟现实环境和交互技术以模拟制造过程。
产品制造中的建模和仿真
产品制造中的建模和仿真产品制造中的建模和仿真产品总是为特定的需求而存在，产品的制造过程是把特定的功能需求映射为模型并加以实现的过程。
而以计算机技术为基础的建模和仿真是人类模型化思维的延伸，因此，建模和仿真在产品制造中具有重要的作用。
建模和仿真在产品制造中的应用大致包括三个方面：以产品模型为中心的仿真、以制造系统模型为中心的仿真和以产品开发过程模型为中心的仿真。
这三方面的应用随着制造企业信息化进程的发展而发展，总的趋势是由局部到全局，由分散到集成，并更加注重可视化技术的应用及与用户之间的交互。
三类模型及其仿真模型是进行仿真的基础，仿真是模型在计算机上的运行。
基于这种考虑，我们首先分析产品制造中所涉及的模型，并以模型分类为基础描述仿真的内容。
就产品制造中所涉及的模型种类来说，大致可以分为三类，即产品模型、制造系统模型和开发过程（包括设计、加工、装配、测试等）模型。
其中产品模型是所有活动的目的和中心，制造系统模型是产品开发必须要考虑的约束，开发过程模型是产品开发的使能器，也是对产品开发活动进行管理和控制的基础。
这里的制造系统是一个广义的概念，包括物料供应、加工、装配和检验等所有方面。
仿真技术的应用正是以这三类模型为中心展开的：(1) 以产品模型为中心的仿真包括产品的静态和动态性能分析、产品的可制造性分析、产品的可装配性分析。
在进行产品开发时，要考虑的不只局限于与功能需求有关的方面，如形状、尺寸、结构及各种物理特性，还要综合考虑诸如制造、装配、维护、成本等各方面的因素。
因此，产品本身的仿真，如CAE、DFA等，是仿真技术在制造业应用的基本方面。
(2) 以制造系统模型为中心的仿真包括对于复杂制造装备（如加工中心、机器人等）的仿真、对于复杂制造系统（柔性制造车间的设计和运行）的仿真。
仿真的目的在于，确定设备能力和运行情况，包括加工路线、资源的分配、物料的供应等。
(3) 以开发过程模型为中心的仿真包括设计过程的仿真和制造过程的仿真。
智能制造系统中的建模与仿真
智能制造系统中的建模与仿真第一章引言近年来，智能制造技术以其高效、灵活和智能化的特性，成为推动制造业转型升级的重要手段。
在智能制造系统中，建模与仿真技术扮演着关键角色，能够对系统进行全面的分析和优化，帮助企业提高生产效率和产品质量。
本文将从建模和仿真的角度，探讨智能制造系统中建模与仿真的方法与应用。
第二章智能制造系统建模2.1 智能制造系统概述在智能制造系统中，智能装备、智能控制、智能管理等子系统共同协作，实现生产过程的智能化。
建模是实现智能制造系统全面分析和优化的基础。
智能制造系统建模旨在将实际生产过程抽象为数学模型，以便对系统的各种因素进行分析和预测，为系统的优化提供依据。
2.2 建模方法在智能制造系统建模过程中，可以采用静态建模和动态建模两种方法。
静态建模主要是对智能制造系统的结构进行抽象和表达，以分析系统的组成和关系；动态建模则是对系统的行为和运行进行建模，以模拟和优化系统的运行过程。
常用的建模方法包括面向对象建模、Petri网建模、系统动力学建模等。
第三章智能制造系统仿真3.1 仿真概述仿真是指通过构建系统的数学模型，并通过计算机模拟系统运行来预测和评估系统的性能、行为和效果的过程。
在智能制造系统中，仿真可以帮助企业降低实验成本、加速产品开发过程，并预测系统在不同条件下的运行情况。
3.2 仿真方法在智能制造系统仿真中，可以采用离散事件仿真、连续系统仿真、面向agent的仿真等方法。
离散事件仿真主要用于描述系统离散事件的发生和演化过程，连续系统仿真则适用于对系统连续变化的特性进行建模和仿真。
面向agent的仿真则是通过对智能装备、智能控制等子系统进行个体建模和仿真，以实现对系统整体性能的评估。
第四章智能制造系统建模与仿真应用案例4.1 生产流程建模与仿真通过建立智能制造系统生产流程模型，并进行仿真分析，可以优化生产过程中的资源利用，提高生产效率和产品质量。
例如，可以通过仿真评估不同生产策略下的生产吞吐量、平均等待时间等指标，以供生产决策参考。
系统建模与仿真全要点复习
1、系统（system）：是一组对象的集合或总称；由诸多相互作用、相互依存的要素按照一定规律构成的集合体，它们共同组成具有特定结构和功能的整体。
它具有以下特点：①由两个或两个以上要素组成。
②构成系统的要素之间具有一定的联系，并在系统内部形成特定的结构。
③具有边界。
④系统具有特定的功能，具有存在的价值和作用，并且系统功能受到系统结构和环境的影响。
三要素：(1) 实体：组成系统的元素、对象。
(2) 属性：实体的特征。
(3) 活动：系统由一个状态到另一个状态的变化过程。
理解：组成系统的实体之间相互作用而引起的实体属性的变化，通常用状态变量来描述。
研究系统主要研究系统的动态变化。
除了研究系统的实体属性活动外，还需要研究影响系统活动的外部条件，这些外部条件称之为环境。
系统分类：1）连续系统是指系统状态随时间发生连续性变化的系统（电力生产、供电网络、石油炼制、自来水生产、电路系统等）。
2）离散事件系统是指只有当在某个时间点上有事件（event）发生时，系统状态才会发生改变的系统。
系统状态的变化只发生在离散的时间点上，且状态通常会保持一段时间。
此外，系统状态的变化也会引发新的事件。
（毛坯到达、加工开始、加工完成、设备故障等；服务系统中的顾客到达、接受服务等）2、计算机仿真（系统仿真）概念：针对真实系统建立模型,然后在模型上进行试验,用模型代替真实系统,从而研究系统性能的方法称为系统仿真。
研究对象可以是实际的系统，也可以是设想中的系统。
1）包含了系统建模、仿真建模和仿真实验三个基本活动。
联系这三个活动的是系统仿真的三要素：系统、模型、计算机（硬件和软件）。
2）系统、模型与仿真三者之间有着密切联系。
其中，系统是要研究的对象，模型是系统在某种程度和层次上的抽象，而仿真是通过对模型的试验以便分析、评价和优化系统。
3、仿真技术的主要用途：(1) 优化系统设计。
(2) 系统故障再现，发现故障原因。
(3) 验证系统设计的正确性。
制造系统建模与仿真复习重点
1、系统“三要素”：实体、属性、活动①实体：确定了系统的构成，也就确定了系统的边界；②属性：也称为描述变量，描述每一实体的特征；③活动：定义了系统内部实体之间的相互作用，从而确定了系统内部发生变化的过程。
2、系统的分类（1）静态系统& 动态系统——时域状态（按系统状态是否变化）确定系统& 随机系统——存在随机变量（按有无随机过程）单变量系统& 多变量系统——自由度数量连续系统& 离散随机事件系统——按系统状态的变化与时间的关系（2）根据系统状态是否随时间连续变化，可以将系统分为：连续系统、离散事件系统①连续系统是指系统状态随时间发生连续性变化的系统。
②离散事件系统是指只有当在某个时间点上有事件发生时，系统状态才会发生改变的系统。
由于事件的发生具有随机性，使得离散事件系统的状态具有随机和动态特征，此类系统也常被称为离散事件动态系统（DEDS）。
3、机械制造系统是复杂的离散事件动态系统，它的输入为各种制造资源（如毛坯、半产品、能源、人力等），输出为零件、部件或产品。
机械制造系统的运行过程始终伴随着物料流、能量流和信息流，也称为“三流合一”。
4、系统模型分类①物理模型：采用特定的材料和工艺，根据相似性准则按一定比例制作的系统模型，以便通过试验对系统的某些方面性能作出评估。
②数学模型：采用符号、数学方程、数学函数或数据表格等方法定义系统各元素之间的关系和内在规律，再利用对数学模型的试验以获得现实系统的性能特征和规律。
③物理-数学模型（也称为半物理模型）：一种混合模型，结合了物理模型和数学模型的优点。
5、系统、模型与仿真的关系：系统、模型与仿真三者之间有着密切的联系。
其中，系统是要研究的对象，模型是系统在某种程度和层次上的抽象，而仿真是通过对模型的试验以便分析、评价和优化系统。
6、仿真时钟的推进机制：固定步长时间推进机制、下次事件时间推进机制、混合时间推进机制注：仿真时钟是指所模拟的实际系统运行所需的时间，而不是指计算机执行仿真程序所需的时间。
机械工程中的智能制造系统建模与仿真
机械工程中的智能制造系统建模与仿真智能制造系统是近年来在机械工程领域中越来越受关注的热门话题。
随着技术的不断发展，智能制造系统的建模与仿真成为了实现自动化生产和提高生产效率的关键步骤。
本文将介绍机械工程中智能制造系统建模与仿真的理论基础、方法和应用。
一、智能制造系统建模的理论基础智能制造系统建模是指通过数学模型、计算机仿真等手段，对制造系统的各个组成部分进行描述和分析，从而实现对系统运行和性能的预测和优化。
其理论基础主要包括以下几个方面：1. 系统理论：智能制造系统是一个复杂的系统工程，需要运用系统理论中的系统结构、系统行为和系统决策等概念进行建模分析。
2. 控制理论：智能制造系统需要建立相应的控制模型，实现对系统的自动化控制和优化，因此需要借助于控制理论中的控制算法和方法。
3. 计算机科学：智能制造系统的建模与仿真需要运用计算机科学的相关知识，包括计算机编程、数据结构和算法等，以实现对系统的数字化描述和仿真分析。
二、智能制造系统建模与仿真的方法智能制造系统建模与仿真的方法多种多样，可以根据具体的需求和问题选择适合的方法。
以下是几种常用的方法：1. 离散事件仿真：离散事件仿真是一种基于事件触发的仿真方法，将制造系统中的各个组成部分抽象化为离散事件，并模拟其在时间和空间上的变化和相互作用。
2. 连续系统仿真：连续系统仿真是一种基于数学模型的仿真方法，通过建立连续的数学方程，描述制造系统中物理过程的变化和演化。
3. 代理仿真：代理仿真是一种基于代理技术的仿真方法，将智能制造系统中的各个组成部分抽象为代理个体，并模拟其自主决策和相互协作。
4. 混合仿真：混合仿真是一种综合运用离散事件仿真、连续系统仿真和代理仿真等多种方法的仿真方法，以实现对智能制造系统的全面建模。
三、智能制造系统建模与仿真的应用智能制造系统建模与仿真在机械工程领域中有着广泛的应用。
以下是几个典型的应用场景：1. 生产过程优化：通过建立智能制造系统的模型，分析和优化生产过程中的各个环节，实现生产效率的提高和资源的节约。
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知识点21. 结合具体制造系统或服务系统，分析离散事件动态系统的基本特征。
2. 什么叫“状态空间爆炸”？产生状态空间爆炸的原因是什么？它给系统性能分析带来哪些挑战？3. 常用的离散事件系统建模方法有哪些，它们是如何分类的？4. 什么是马尔可夫特性？它在离散事件系统建模与分析中有什么作用？5. 根据功能不同，仿真模型（程序）可以分为哪三个层次？分析三个层次之间的关系。
6. 分析事件调度法、活动循环法、进程交互法和消息驱动法等仿真调度方法的特点，在分析每种调度方法基本原理的基础上，阐述几种仿真调度方法之间的区别与联系，并绘制每种仿真调度方法的流程图。
7. 结合具体的离散事件系统，如银行、理发店、餐厅、超市、医院、作业车间等，采用事件调度法、活动循环法或进程交互法分析建立此类系统的仿真模型，试分析仿真模型中的建模元素以及仿真调度流程。
8. 从系统描述、建模要点、仿真时钟推进机制等层面，比较事件调度法、活动循环法和进程交互法的异同之处。
9. 什么叫仿真时钟，它在系统仿真中有什么作用？什么叫仿真时钟推进机制？常用的仿真时钟推进机制有哪些？它们的主要特点是什么，分别适合于怎样的系统？10.结合具体的离散事件系统，分析若采用固定步长时间推进机制、下次事件时间推进机制或混合时间推进机制时，分别具有哪些优点和缺点，以图形或文字等形式分析时钟推进流程。
11.什么叫仿真效率？什么叫仿真精度？分析影响仿真效率和仿真精度的因素？12.从仿真效率和仿真精度的角度，分析和比较三种仿真时钟推进机制的特点，并分析三种仿真时钟推进机制分别适合于什么样的系统？13. 什么是蒲丰投针试验？绘制蒲丰投针试验原理图，通过推导蒲丰投针试验中针与任一直线相交的概率，分析采用随机投针试验方法来确定圆周率π的原理。
14. 按照蒲丰投针试验的条件和要求，完成投针试验，在统计投针次数、针与直线的相交次数的基础上，求解π的估计值，并以报表或图形等形式表达试验结果。
具体要求如下：①自行确定针的长度、直线之间的距离。
②投针10次、20次、30次、40次、50次、…、100次、…、200次、…，分别计算针与直线相交的概率、π的估计值。
③以一随机变量描述上述试验结果，并通过编程或采用商品化软件，以图形、报表等形式表示投针试验结果，分析其中的规律，并给出结论。
④写出试验报告。
⑤在熟悉投针试验原理的基础上，编制投针试验仿真程序，动态运行投针试验的过程。
15．什么是蒙特卡洛仿真？它有什么特点，蒙特卡洛仿真应用的基本步骤是什么？16．采用C或C++等语言，分别编写产生均匀分布、正态分布、指数分布以及威布尔分布的伪随机数序列，通过改变每种分布中参数的数值，分析不同参数数值对随机数值的影响；通过对所产生的伪随机数分布区间的统计、分析和绘图，检验伪随机数的特性及其数值特征。
17. 对于制造系统而言，库存有哪些作用和功能？18. 在制造企业中，库存大致可以分成四种类型。
简要论述四种库存的名称和功能。
19. 什么是安全库存、订货提前期？确定安全库存和订货提前期时分别需要考虑哪些因素？20. 什么叫“订货点法”？要确定订货点，需要哪些条件？订货点法适合于怎样的库存系统？为什么？21. 绘制库存状态图。
分析库存状态图中的主要元素和变量，分析订货点的确定与安全库存、订货提前期、需求速率、采购批量、最大库存等参数之间的关系。
22. 库存管理理论大致经历了哪些发展阶段？简要分析不同的理论模型分别做了哪些方面的扩展、增加了哪些功能。
23. 库存系统模型有哪些构成要素？简要论述每个要素的定义、功能及其细分类型。
24. 常用的库存策略有哪些？简要分析每种策略的特点及其适用范围。
25. 什么是经济采购批量（EOQ）模型？该模型基于哪些假设条件？需求、成本等因素是如何影响经济采购批量的？26. 什么是确定型库存模型？什么是随机型库存模型？27. 什么是ABC分析法？对于库存管理系统来说，采用ABC分析法的目的是什么？应用ABC分析法的步骤是什么？28. 某公司仓库存储有10种物资，货物的年需求量及单位成本如下表所示。
现该公司拟采取ABC分析法将物资分为A、B、C，以便提高管理的效率和针对性，请给出ABC分类管理方案。
29. 某零售商店主要经营10种商品，商品编号、年销售量以及单件销售利润如下表所示。
采用ABC分析法将上述10种商品分为A、B、C三类。
31.分别解释“校核”、“验证”和“确认”的含义，指出它们的区别与联系。
32.对系统建模与仿真而言，校核、验证与确认有什么作用？33.模型及仿真系统的校核、验证与确认需要遵照哪些原则？简要阐述这些原则的含义？34.以文字或框图等描述模型与仿真校核、验证与确认的实施过程。
35.模型与仿真最终的确认结论可能有哪几种，根据这些结论应分别如何处理？36.建模与仿真的校核与验证有哪些实现技术？37.模型验证的常用方法有哪些，它们分别有什么特点、适用于什么场合？38.编制程序或利用商品化软件分别产生1000个服从[0，1]区间均匀分布、N(0，1) 和Exp(2)分布的伪随机数，并利用直方图等工具检验伪随机数的分布、参数及其它特性。
39. 分别采用线性同余法（m=9600、α=17、c=19、Z0=5）、开方取小数法以及Excel软件生成[0，1]区间均匀分布的随机数，完成下列工作：①分别产生随机500个样本数据，取小数点后4位数。
②通过对样本数据分布区间的统计分析，利用频率法校验伪随机数的均匀性和随机性，比较三种随机数生成方法的优劣。
③通过修改程序代码中的参数，观察输入参数对随机数性质的影响。
④对线性同余随机数发生器而言，可以从哪些方面提高随机数的性能？40. 制造系统建模与仿真软件系统可以分为哪三种类型？41. 选择制造系统仿真软件时需要考虑哪些因素？42.了解常用系统建模与仿真软件的类型、功能、特点及其使用步骤。
43.建立制造系统仿真模型的基本步骤是什么？需要采集哪些数据？44.ProModel软件中的建模元素有哪些，简要分析它们的定义、功能及其参数设置。
45.简述采用ProModel软件进行系统建模与仿真的步骤。
46. 利用商品化仿真软件，完成下图所示生产车间的建模和仿真。
其中，各工序加工时间单位为分钟。
根据以往数据，毛坯供应充足，且车间开始生产时就有毛坯可供加工；抛光后的产品经检验有90％合格直接出厂，其余10％需要重新进行抛光加工。
分别将仿真模型运行为100小时、1000小时和10000小时，统计各工位以及系统性能，分析系统的瓶颈环节，提出改进和优化意见。
47. 采用商品化仿真软件，完成下述理发店的建模与仿真研究：（1）已知顾客到达理发店的时间间隔服从均值为10min的指数分布；理发员为每一位顾客理发的时间服从8至10min的均匀分布，该时间包括与顾客打招呼以及收银等时间；理发员每天工作8个小时（480min）。
通过仿真求系统的下列特性：①理发员每天能够提供理发服务的顾客数量。
②等待理发的顾客平均数（队列长度），队列的最大长度。
③顾客在理发店花费的平均时间。
④理发员的平均利用率。
（2）已知理发店的顾客中20%为儿童、50%为妇女、30%为男士；顾客到达的时间间隔服从最小值、模数、最大值分别为7、8、9min的三角分布；根据顾客类型不同，理发时间服从如下表所示的均匀分布，该该时间包括与顾客打招呼以及收银等时间；理发员每天工作8个小时（480min）。
通过仿真求系统的下列特性：顾客类型理发时间（min）均值半宽度儿童8 2妇女12 3男士10 2①每天理发员可以提供服务的顾客类型及其数量。
②每种类型顾客等待理发的平均队列长度，每个队列的最大长度。
③每种类型顾客在理发店中平均花费的时间。
④理发员的平均利用率。
（3）已知顾客到达的时间间隔如下表所示，理发店每天的营业时间为早晨6：00到晚上9：00，服务顾客类型、理发时间等参数分别与第（2）题相同。
通过仿真求系统下列特性：从至百分比（%）上午6：00 上午6：30 5上午6：30 上午8：00 20上午8：00 上午11：00 5上午11：00 下午1：00 35下午1：00 下午5：00 10下午5：00 晚上7：00 20晚上7：00 晚上9：00 5①每天理发员可以提供服务的顾客类型及其数量。
②每种类型顾客等待理发的平均队列长度，每个队列的最大长度。
③每种类型顾客在理发店中平均花费的时间。
④理发员的平均利用率。
48.到达时间间隔（秒）10～20 20～30 30～40比例0.20 0.30 0.50A、B、C三种零件的加工时间均呈正态分布。
每种零件所占的比例以及相应的加工时间参数如下表所示：零件类型比例均值（秒）标准差（秒）A B C 0.50.30.2304050346已知系统中的每台机床都可以加工任意类型的零件，且每台机床一次只能加工一个零件。
假设系统中有一台、两台和三台机床，分别建立系统的仿真模型，比较系统主要性能指标的变化，并评估不同规则对系统性能的影响。
49．某车间有4台机床，4台机床功能各不相同，每种机床只有1台。
共有5类零件需要加工，零件按指数分布到达车间，间隔为10分钟。
零件比例及其加工工艺如下表所示，其中加工时间服从三角分布（单位：分钟）。
根据经验数据，第一类零件在到达工位以及不同加工工位之间移动时所需时间服从参数为（7，12，15）分钟的三角分布，其余4类零件在到达工位以及不同加工工位之间的移动时间服从参数为（8，10，12）分钟的三角分布。
①建立该加工车间的仿真模型，运行仿真模型1000小时，仿真次数为5次，分析系统生产效率、各工位利用率和堵塞率等性能特征，并提出改进方案。
②在完成系统建模、仿真和结果分析的基础上，撰写仿真分析报告，提交仿真模型及报告。
50. 某车间有一台机床，已知零件按均值为10分钟的指数分布到达车间，每个零件的加工时间服从参数为U（8，10）分钟的均匀分布，车间采用两班工作制，有效加工时间为16小时。
建立该车间仿真模型，并求解以下问题：①该车间每天能加工零件的数量。
②车间中平均等待加工的零件数，等待加工零件的最大数量。
③每个零件在该车间的平均停留时间。
④机床的平均利用率。
⑤从加工设备数量的角度提出该车间优化配置方案。
51. 某车间有一台机床，有A、B、C三类零件需要加工，A、B、C三类零件的比例构成为20％、50％和30％。
已知所有零件均按（7，8，9）分钟的三角分布规律到达车间，A类零件的加工时间服从U（6，10）分钟的均匀分布，B类零件的加工时间服从U（9，15）分钟的均匀分布，C类零件的加工时间服从U（8，12）分钟的均匀分布，车间采用两班工作制，有效加工时间为16小时。
建立该车间仿真模型，并求解以下问题：①该车间每天能加工零件的数量。