生产系统建模与仿真课件
生产系统建模与仿真课件第1章仿真概述
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1.3 系统建模与仿真的发展趋势
3 发展趋势
总体而言，计算机仿真技术正朝一体化建模与仿真环境的方 向发展，其主要热点为： 面向对象仿真：从人类认识世界的模式出发，提供更自然、 更直观、具有可维护性和可重用性的系统仿真框架； 定性仿真：以非数字手段处理信息输入、建模、行为分析和 结构输出,研究系统的定性行为,突破传统定量仿真的局限； 智能仿真：把以知识为核心和人类思维行为为背景的智能技 术，引入建模与仿真过程； 分布式仿真：通过计算机网络将分散在不同地点的仿真设备 互联，构成时间和空间相耦合的虚拟仿真环境；
系统尚不存在的情况下对于系统或活动本质的实现”。
• 1978年Korn在《连续系统仿真》一述中将仿真定义为“用能 代表所研究的系统的模型做实验”。 • 1984年Oren提出“仿真是一种基于模型的活动”，被认为是 现代仿真技术的一个重要概念。
• 基本共同观点是：仿真是基于模型进行的。
• 仿真是对真实世界的模拟。
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1.2 流行仿真软件简介
4 RaLC(乐龙)
乐龙软件由日本人工智能服务有限公司开发，完全中文化 界面，点击按钮即可在三维立体画面上显示出的对象物体，通 过对这些对象物体的配置来进行设计，对各个对象物体的形状 和规格，即使在仿真执行中也很容易可设置其属性。可以非常 直观且简单的建模。用户独创性机器设备可以与模型整合。人 工作业功能的作业管理器也可以说是杰作，如，对于“分拣、 验货、包装、搬运” 等一系列作业，用户既可以让多数人来 分担，又可以使工人互相协助;或设定作业优先度等。仅仅选 用内设菜单选项即可简单完成这些复杂的作业运行，不需要任 何复杂编程，且附带有能自动生成最短行进路径的智能化功能。
生产系统建模与仿真课件ppt课件
（1)实体（entity )。实体是指组成系统的各种
要素，它是ACD中产生活动的主体。
例如，FMS中的机床、工件、托盘、小车、机械
手等。
可用文号加数字说明。
第四章 制造系统建模方法
南昌大学
（2)活动（activity)。活动表示实体正处于 某种动作状态。
第四章 制造系统建模方法
南昌大学
模型反映了系统结构、参数及其主要行为之间的 关系，是系统设计、运行和控制的基础。 模型的表征形式：数学方程、曲线、图表、程序、 语言、数据集等。 与连续系统相比，离散事件系统建模存在不少困 难，主要表现在： ①离散事件发生在某个时刻，具有离散性。
第四章 制造系统建模方法
第四章 制造系统建模方法
南昌大学
4.2活动循环图法
4.2.1活动循环图法的基本原理
活动循环图（ACD）法：
以图形直观地显示系统状态及其变化，具有形象、
便于理解和分析等特点，在制造系统（如作业车
间、柔性制造系统等）中的应用较为广泛。
第四章 制造系统建模方法
南昌大学
ACD（活动循环图法）
实体状态循环发生变化，有静止（也称队列）和
第四章 制造系统建模方法
南昌大学
(5)直联活动和虚拟队列 如某一活动完成后，其后续活动就立即开始，
则称后续活动为直联活动。 为遵循实体的行为模式（状态交替变化），在
这两个活动之间插入一个等待时间为零的队列， 这种队列称为虚拟队列。
第四章 制造系统建模方法
南昌大学
②离散系统的性能指标常具有离散特征，如制造 系统的产量、零件的加工时间。 ③系统中随机性因素和概率化特征普遍存在。 ④复杂离散系统常具有分层和递阶特征。 如：企业生产计划：长期、中期和短期， 组织结构：集团、公司、分公司、车间、班组等
生产系统建模与仿真教学课件ppt作者周泓第六章
SC3主编第六章• 6.1 系统设计方案的比较与评价6.2 方差缩减技术6.3 仿真实验设计6.1 系统设计方案的比较与评价6.1.1 两种系统设计方案的比较6.1.2 多系统设计方案的比较设置信水平为α，则ε^近似于100(1-α)%的置信区间为（6‐1）【例6‐1】 某机床设备有两种不同的故障维修策略。
分别对其进行独立的重复仿真运行10次，每次仿真运行长度为一个季度，得到两种策略下对应的平均运行费用，如表6‐1所示。
•记Z j为两种不同故障维修策略下的机床设备平均每个季度运行费用的差值，Z=X1j‐X2j(j=1，2，…，10)，则有j•故可得ε的90%的置信区间为6.1.2 多系统设计方案的比较1. Bonferroni法2.“两阶段”法1. Bonferroni法（6‐2）（6‐3）（6‐4）（6‐5）2.“两阶段”法①对k个系统设计方案，分别各做n0≥2次独立的重复仿真运行，求得它们各自的样本均值和样本方差（6‐6）② 对系统方案i (i=1，2，…，k)，再补充进行N i -n 0次的重复仿真运行，得到第2阶段样本的均值2.“两阶段”法（6‐7）（6‐8）6.2 方差缩减技术6.2.1 方差缩减技术概述6.2.2 对偶变量法6.2.3 公共随机数法6.2.1 方差缩减技术概述对仿真的输出结果进行统计分析的主要目的，就是获得系统状态变量的高精度的统计特性，以便能够对仿真运行的结果加以正确的利用。
但在前面的论述中不难发现：由于系统本身所固有的随机性特点，无论是对单个系统输出结果的性能测度，还是对多个系统设计方案的比较，所得到的结果都必然会存在一定的误差，以区间半长来表示，有（6‐9）6.2.2 对偶变量法（6‐10）（6‐11）（6‐12）6.2.3 公共随机数法（6‐13）（6‐14）6.3 仿真实验设计6.3.1 仿真实验设计概述6.3.2 仿真实验设计方法①通过科学、合理的安排仿真实验，可以减少仿真实验的次数，缩短实验周期，进而提高经济效益。
生产系统建模与仿真课件--第4章随机变量与随机分布
值、最大可能值等，它们反映了随机变量某些方面的特征。
概率函数、概率密度函数以及累积分布函数等反映了随机 变量的某些概率特征。但是，在工程实际中，往往存在以 下情况：
① 无法了解或无需知道随机变量准切的概率特征；
② 只能得到或只需利用随机变量的具有代表性的数值。
根据取值是否连续，随机变量可分为离散型随机变量和连 续型随机变量。
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4.1 随机变量和随机分布概述
4.1.1 离散型随机变量
若随机变量的取值为有限个数值或为可以逐一列举的无穷 多个数值，则称此类随机变量为离散型随机变量 （discrete random variable）。
设离散随机变量X 所有可能的取值为x1、x2、…、xn、…， 并且所有可能取值的概率分别为p1、p2、…、pn、…，则 将{xi，pi}（i=1，2，…，n，…）配对的集合称为随机
4.3 随机数发生器的检验 4.4 随机变量的生成原理 4.5 典型随机变量的生成
4.5.1 离散型随机变量的生成 4.5.2 连续型随机变量的生成
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4.1 随机变量和随机分布概述
活动的分类
（1）确定性活动（deterministic activity）
▪ 活动的变化规律已知，活动结果可以准确预计，在一定条件 下活动可以准确地再现和重复，或由根据过去状态可以准确 预见活动的未来进展。
பைடு நூலகம்
②
f (x)dx 1
F（x）为连续型随机变量的累积分布函数（CDF），它表 示
随机变量小于或等于x的概率x：
F (x) P( X x) f (x)dx
精品课件-生产系统建模与仿真-第六章
可以显示原材料、零部件、人员、运输车辆在系统中的运动状 5
★系统建模与
第七章 生产物流系统可视化
仿真★ （4）运行
通过试运行和建修模改与模仿型真，重复前三步得到
正确的计算机仿真模型之
后，对系统进行一定时间范围的运行，并在屏幕上动画显示系统 运行的过程，运行
方式可以是单步的、连续的和设定时间的。本步骤通过witness 提供的“run”工具栏
★系统建模与
第七章 生产物流系统可视化
仿真★
第六章 生产物流系统可建视模化与建仿模真与仿真
6.1 WITNESS 2003 用户界面
1
★系统建模与 仿真★
1. 元素选择窗口
第七章 生产物流系统可视化 建模与仿真
在元素选择窗口中，有五项内容：Simulation、Designer 、System、
Type、System Function。
行可视化定义。系统提供了图形库和颜色集，用户可以根据自己的
想象选择
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★系统建模与
第七章 生产物流系统可视化
仿真★（3） 详细定义：本步骤要分别建定模义与每仿个真元素detail 对话框
中的参数。
机器的详细定义：本模型中对机器主要定义它们的机器类型、加工 周期、
进入规则和送出规则。
a) Witness 提供了的机器类型有：single（单流程）、 batch（批处
名称 Widget
类型表 Part
数量
1
Weigh Machine
1
Wash Produce In元spe素ct 名称C、1 类型、C2数量信C息3
Machine 1
Machine 1
Machine 1
Conveyor 1
生产线流程建模与仿真
1、生产线流程建模与仿真(共26页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--流水线生产系统WITNESS建模与仿真（一）1. 模型描述某企业在一条流水线上加工一种产品，该产品所需的零部件（Widget）经过称重（Weigh）、冲洗（Wash）、加工（Produce）和检测（Inspect）四个工序的操作后，形成产品离开系统，生产线布置如下图所示。
生产线上每道工序只有一台设备，零部件在每台设备上加工完毕后，由同其连接的输送链运输至下一设备，最后经过检测后被送出系统。
已知该流水线中各个工序的加工时间分别为：称重（weigh）5分钟、冲洗（wash）4分钟、加工（produce）3分钟、检测（inspect）3分钟。
每条输送链上有20个零件位，输送链上零件移动节拍为。
零部件的供应是源源不断的，不存在缺货现象。
使用WITNESS建立该系统的仿真模型界面如下图所示。
流水线生产系统WITNESS仿真模型界面2. 系统分析元素说明该流水线系统的组成元素主要为被加工的零部件、四台设备和三条输送线，因此该系统仿真模型的元素如下表所示：被加工的零部件由widget表示，4道工序分别由四台机器表示，C1、C2、C3表示输送链，而最后的实际产量由变量output统计和可视化显示。
表1 模型元素介绍系统运行时间仿真运行终止时间为：一天8小时=8*60=480min。
3. 模型建立使用WINTESS建立仿真模型的过程一般分为如下三步：Step1：定义元素Step2：元素细节设计Step3：仿真实验和数据分析下面描述如何通过这三步建立流水线生产系统的仿真模型。
定义元素WITNESS中可以通过四种方式定义元素：（1）通过系统布局区（layout window）定义元素：在系统布局区点击鼠标右键，在弹出菜单中选择Define菜单项，将弹出新建元素对话框，然后进行元素定义。
（2）通过元素选择窗口（elements）定义元素：选择元素选择窗口中的simulation项，单击鼠标右键，在弹出菜单中选择Define菜单项，将弹出新建元素对话框，然后进行元素定义。
第3章 生产系统建模方法
系统建模方法概述
模型反映系统结构、参数及其主要行为 特征之间的关系,它是系统设计、运行和控 制的基础。根据建模手段和目标,可以将离 散事件动态系统模型分为三个层次:即逻辑 层次、统计层次和代数层次。本章介绍前 两个层次中的几种体系较完整且得到较多 工程应用的离散事件系统建模方法。
实体流图
概念 : 实体流图法采用与计算机程序流程图相类 似的图示符号和原理，建立表示临时实体 产生、在系统中流动、接受永久实体服务 以及消失等过程的流程图。该图可以表示 事件、状态变化及实体间相互作用的逻辑 关系。
活动循环图法
活动循环图法与实体流图法的比较 ①实体流图法是以临时实体在系统中的流动 过程为主线建立的模型，在实体流图中， 队列被作为一类特殊的实体来对待，各类 临时和永久实体没有独立的符号表示;而活 动循环图法则是基于各类临时和永久实体 的行为模式，它们均有其单独的图示表达 ，队列则被看做是实体生命周期中的一种 状态。
实体流图
常用符号： 菱形框——判断; 矩形框——事件、状态、活动等中间过程; 圆端矩形框——开始和结束； 箭头线——逻辑关系。
实体流图
具体建模思路：
(1)确定组成系统的实体及属性，将队列作为一种 特殊的实体来考虑。 (2)分析各种实体的状态和活动，及其相互间的影 响。队列实体的状态是队列的长度。 (3)考虑有哪些事情（事件）导致了活动的开始或 结束，或者可以作为活动开始或结束的标志 ，以确定引起实体状态变化的事件，并合并 条件事件。
活动循环图法
活动循环图法
活动循环图法
活动循环图综合
活动循环图法
思考某机械加工系统有两个实体:三台半自 动机床和一个操作工人。
活动循环图法
活动循环图的人工运行 首先确定系统初始状态。 ①在活动循环图上标记临时实体在初始状态 下的位置，给每个实体按到达系统的顺序 标号。 ②标记永久实体在初始状态下的位置。 “等待”或“空闲”
生产系统建模与仿真
《生产系统建模与仿真》
课程名称 生产系统建模与仿真 课程编号 3041058
英文名称 Production System Modeling and
Simulation
课程类型 专业核心课
总学时 32 理论学时 22 实验学时 10 实践学时
学分 2 预修课程 物流配送系统设计与管理、
供应链管理、应用统计学
适用对象 工业工程专业学生
课程简介
本课程理论部分主要讲解离散事件系统仿真的基本概念及其仿真策略、方法、步骤；随机数及随机变量的产生方法；生产系统、物流系统典型事件的分析方法与仿真步骤以及仿真实验设计和仿真结果的分析。
实验部分分为两部分，前三个实验以离散事件系统的典型系统：排队系统和库存系统为例，介绍物流仿真软件Witness的基本操作及参数设计，后两个实验结合工业工程专业特点，以生产实际为例，理论联系实际，重在能力的提高。
生产系统建模与仿真多媒体讲义
§7.2 性能测度及其估计
区间估计
如果{Y1，Y2，…，Yn}是统计独立的观察值
由点估计定义式计算 ˆ ，然后计算样本方差 S 2 i 1
n
Y ˆ
i
2
n 1
当Yi是独立的、相同分布时，那么样本方差S2就是总体方 差σ2=var(Yi)(对所有i=1，2，…，n，皆为常数)的无偏 估计。由于ˆ 的方差为 ˆ
§7.1 引言 接上页
A C B D
研究内容：电器元件的平均寿命 研究方法：在相同的实验条件下，进行元件的寿命测量
通讯系统
即：在相同的实验环境下，从时刻0开始测量，一直进行到E事件变真。 结论：这样的仿真我们称其为终态仿真
研究内容的变化：如果对于同样的系统，研究的是系统的特性，如通讯
2
2
n
，那么σ2(ˆ )的无偏估
2 S ˆ 2 ˆ n
,f 2
计具有 f =n-1的自由度
ˆ S ˆ
n 只要 点估计是无偏的，那么置信区间 便是近似正确的 是点估计准确度的测度。
ˆ
称为点估计 ˆ 的标准偏差。标准偏差 ˆt ˆ ˆt ˆ ˆ ˆ
暂态（终态）
稳态（非终态）
§7.1 引言 例
某一个通信系统由几个部件加上几个备用部件组成。 其中一个分支环节由A、B、C、D四个部分组成，B和C呈并 联方式连接。 在系统失效为止的
B
时间周期TE内考虑系统。
停止事件E定义为
A C 通讯系统
D
E={A失效，或D失效，
或B与C同时失效} 初始条件为各部件在时刻0都是新的（系统处于理想状态） 。
§7.1 引言
系统工程系统模型与仿真PPT课件
2、建模过程
建模的基本步骤 ①明确建模的目的和要求 以便使模型满足实际
要求，不致产生太大偏差； ②对系统进行一般语言描述 因为系统的语言描
述是进一步确定模型结构的基础；
③弄清系统中的主要因素（变量）及其相互关系 （结构关系和函数关系） 以便使模型准确表示 现实系统；
④确定模型的结构 这一步决定了模型定量方面 的内容；
？合适的选择
以上各条要求往往相抵触，特别是其真 实性与简明性这两条。一个成功的模型 须在它们之间恰当权衡与折衷。
7.2 系统模型的分类
系统模型的分类方法很多，下面叙述常用的几 种，目的在于从不同的角度来认识模型的多样性。
7.3 建立系统模型的方法及过程
1、方法
建模是科学研究的重要一步，是一种创造性的劳动。 建模的思考方法主要有如下几种：直接分析法，数据 分析法，比拟思考法，传递函数法，状态空间法。下 面分别如以叙述。
（1）直接分析法
当研究的问题比较简单又足够明确时，可以根据物 理的、化学的、经济的规律，通过一般的推理分析， 将模型构造出来，这就是所谓直接分析法。
线性规划模型就是利用直接分析法建立起来的。 下面举例说明。
例1
混合配料模型：某养鸡场有一万只鸡，用动物饲料和谷物饲料混合 喂养，每天每只鸡平均吃混合饲料一斤，其中动物饲料占的比例不 得少于1/5，动物饲料每斤0.25元，谷物饲料每斤0.20元，饲料至多 能供应谷物饲料5万斤/周，问应怎样混合饲料，才能使养鸡场每周 的成本最低？
因此所求的线性回归方程是y=22.410 67＋0.765 56x； （4）若某学生入学数学成绩为80分，代入上式可求得，y≈84
分，即这个学生高一期末数学成绩预测值为84分．
（3）比拟思考法
生产系统建模与仿真概述(PPT 156页)
课程介绍
课程主要内容： •离散事件系统建模与仿真的基本原理 •离散事件系统建模与仿真的方法 •Petri网建模与仿真
课程的先修课程： •生产运作与管理 •运筹学 •计算机编程与应用技术 •概率论与数理统计
课程的考核方法： 完成相关作业及期末考核。
工业工程与管理系 Industrial Engineering & Management
1.3 服务系统仿真的特征
• 服务技术与服务管理的结合
工业工程与管理系 Industrial Engineering & Management
实例求解
• 实例目标：了解仿真 • 求解方法：手工仿真 • 求解平台：Excel • 求解原理：
– 每个文件的处理时间（工作时间tw）是一个随机过程，符合一定的 概率分布；
– 该工作人员一上班就开始处理文件，所以第一个文件处理的开始时 间就是仿真的开始时间（0时刻），后续文件的开始时间tf＝上一文 件的结束时间或休息后的时间；
在离散事件系统中，各事件以某种顺序或 在某种条件下发生,并且大都是随机性的， 不能用常规的方法加以研究。
连续系统事件的发生在时间和 空间上都是连续的。
在连续系统的数字仿真中，时 间通常被分割成均匀的间隔， 并以一个基本的时间间隔计时。
在连续系统仿真中，系统动力 学模型是由表征系统变量之间 关系的方程来描述的。
工业工程与管理系 Industrial Engineering & Management
1.1 离散事件系统仿真的基本概念
• 系统仿真方法适用怎样的领域？
系统仿真的方法适用于任何的领域
工程类
非工程类
机械 电子 化工 交通 管理 经济 政治
生产系统建模与仿真
模型
8 7 6 5 4 3 2 1 H H
G
100.00 40.00
F
140.00
F
290.00
100.00
E
140.00
150.00
210.00
E
60.00
76.00
60.00
30.00
35.00
20.00
55.00 95.00
55.00 75.00 105.00
20.00 40.00
170.00
有形产出-通过生产创造出的实物产品，它是看得见摸得 着的，汽车、电视、手机等； 无形产出是指服务作业提供的各种服务，它是不可触及的， 如银行提供的金融服务、大学提供的教育等。
引言
产出与服务的有效性是指所提供的产品与服务 必须具有附加价值或效用。效用可以体现为：
形体转换-指物质产品形体变化带来的效用； 位置转换-地点变化带来的效用，如运输； 信息转换-将初始、零散、分布的信息转换为特定的、有 用的信息，如管理咨询和市场调查报告。
第5章 加工系统 Chapter 5. Modeling Manufacturing Systems
授课内容 Contents
第6章 输入数据的分析 Chapter 6. Data Collection and Analysis 第7章 仿真的输出分析 Chapter 7. Simulation Output Analysis 第8章 仿真方案的比较与评价 Chapter 8. Comparing Alternative Systems 第9章 生产系统仿真的应用实例 Chapter 8. Case Study – Using ProModel
第七章 生产系统仿真软件及其应用举例ppt课件
（2）元素可视化（Display）的设置
3）Draw按钮，用于激活显示设计对话框来进行
显示属性的绘制和更改。
4）Erase按钮，用于激活删除显示属性项对话框来
进行属性项的删除。
5）Layers是按钮，用于激活层设计对话框来进行层
的可移动性和可视性设计。
6）Lock是按钮，用于设定元素显示属性项的锁定状 态，该按钮将在三种状态之间切换（Lock、 Unlock和Superlock）。
（2）元素可视化（Display）的设置
元素显示工具栏中一共有九个对象，下面 从左到右，分别介绍这九个对象如下：
1）显示设计模式下拉列表框：有两个选项Draw和 Updata，第一次设计建模元素的某一显示属性时， 选择Draw项；对已经设计了的显示属性进行修改 设计时，选择Updata项。
（2）元素可视化（Display）的设置
（7）优化（Optimizer）
Witness还提供了系统优化“Optimizer”。如果 一个系统的绩效将因其构成元素的配置不同而得 到不同的结果，并不需要建立多种配置的计算机 模型。我们可以直接使用同一个计算机模型，然 后通过“Optimizer”模块来设定每一元素的可 变属性值的取值范围，得到一个取值范围集合， 并设定表示绩效的目标函数是最大值还是最小值 进行优化仿真运行，就可以得到前n个最优绩效 的系统配置（n可自行设定。）
在属性下拉列表框中选择“Labor Queue”， 点击 按钮进入Display Part Queue对话框。 在Queue Type对话框中选择Queue，在Queue Direction对话框中选择Right，在Display Size对话框中设置为8，点击Drew鼠标呈现 “+”形，把鼠标移动到适当位置点击左键即 可。