第四章离散事件系统仿真方法1

第四章离散事件系统仿真方法1

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第4章离散事件系统仿真方法

4.1离散事件系统仿真一般概念

4.1.1 一般概念

离散事件系统：系统中的状态只在离散时间点上发生变化，而且这些离散时间点一般是不确定的。

系统状态是离散变化的，而引发状态变化的事件是随机发生的，因此这类系统的模型很难用数学方程来描述。

随着系统科学和管理科学的不断发展及其在军事、航空航天、CIMS和国民经济各领域中应用的不断深入，逐步形成一些与连续系统不同的建模方法：流程图和网络图。

离散事件系统建模与仿真的基本概念：⑴ 实体：

是描述系统的三（四）要素之一，是系统中可单独辨识和刻画的构成要素。如：工厂中的机器，商店中的服务员，生产线上的工件，道路上的车辆等。从仿真角度看，实际系统就是由相互间存在一定关系的实体集合组成的，实体间的相互联系和作用产生系统特定的行为。

实体可分为两大类：临时实体和永久实体

临时实体――在系统中只存在一段时间的实体。一般是按一

定规律有系统外部到达系统，在系统中接受永久实体的作用，按照一定的流程通过系统，最后离开系统。临时实体存在一段后即自行消失，消失有时是指实体从屋里意义上退出了系统的边界或自身不存在了；有时仅是逻辑意义上的取消，意味着不必再予以考虑。如：进入商店的顾客、路口的车辆、生产线上的工件、进入防空火力网的飞机、停车场的汽车等。

永久实体――永久驻留在系统中的实体。是系统产生功能的必要条件。系统要对临时实体产生作用，就必须有永久实体的活动，也就

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必须有永久实体。可以说临时实体与永久实体共同完成了某项活动，永久实体作为活动的资源而被占用，如：理发店中的理发员、生产线上的加工装配机械、路口的信号灯等。

属性和行为相同或相近的实体可以用类来描述，这样可以简化系统的组成和关系。如：理发店服务系统可以看成是由“服务员”和“顾客”两类实体组成的，两类实体之间存在服务与被服务的关系。

⑵ 属性

是实体特征的描述，一般是系统所拥有的全部特征的一个子集，用特征参数或变量表示。选用那些参数作为实体的属性与建模目的有关，一般按以下原则：

便于实体分类：如按理发店顾客的性别；便于实体行为的

描述：如飞机的速度

便于排队规则的确定：如生产线上待处理工件的优先级水平。

⑶ 活动

实体在一段时间内持续进行的操作或过程。活动所占用的时间段称为忙期，忙期可以是定时的或随机的。

建模中，一般要给出忙期的计算公式或概率分布函数，保证一个实体一进入某一活动，其忙期就可以计算或从概率分布函数中抽取得到，如“服务员”对“顾客”的服务，其忙期就可以从指数分布函数抽样得到（服务时间）。很多情况下的活动是由几个实体协同完成的。

⑷ 状态

对实体活动的特征状况划分，其表征量称为状态变量。在理发中，顾客有等待服务、接受服务等状态，服务员有忙、闲等状态。

活动总是与一个或几个实体的状态相对应。状态可作为动态属性进行描述。

⑸ 事件

导致系统状态产生变化的瞬间操作或行为。从某种意义上说，系

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统是由事件来驱动的。

事件发生的时刻称为事件点。不关心事件所代表的操作和行

为意义时，事件与事件点是同义语。

若事件发生是有前提的，则称为条件事件。

活动、状态和事件三者间关系：时间的发生导致状态的变化，实体的活动可以与一定的状态相对应，因此可以用事件来标识活动的开始和结束。见下图：

活动、状态、事件及进程

⑹ 进程

一组按发生时间排列的事件/活动序列称为一个进程（见上图）。⑺ 队列

处于等待状态的实体序列。一般按新到的实体排在队尾的次序组成。在建模中，队列可作为一种状态或特殊实体对待。

⑻ 仿真钟

用于表示仿真时间的变化。其推进方法与仿真策略有关。⑼ 统计计数器

离散事件系统的有些变化是随机的，一次仿真运行得到的状态变

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化过程只不过是随机过程的一次取样。如果进行另一次独立的仿真运行所得到的状态变化过程可能完全是另一种情况。一般只在统计意义下有参考价值！一般在仿真中需要一个统计计数部件，以便统计系统中的有关变量。如：服务系统中的平均队长、顾客的平均等待时间、服务员的利用率等。

4.1.2 离散事件系统仿真的一般步骤

基本步骤与连续系统仿真类似，但有些特殊问题：⑴ 系统建模

系统模型一般用流程图或网络图的方式来描述。反映了临时实体在系统内部历经的过程、永久实体对临时实体的作用以及它们之间的逻辑关系。

⑵ 确定仿真算法

包括两方面内容，一是如何产生所需求的随机变量；二是采用怎样的方法进行仿真，即仿真策略。

⑶ 建立仿真模型

根据已经确定的仿真算法，进行变量定义、流程图确定，完成仿真程序实现。

⑷ 仿真结果分析

离散事件系统固有的随机性，每次仿真计算结果仅仅是随机变量的一次取样，要运行多次，并采用适当的方法进行分析。

4.2离散事件系统建模方法

4.2.1 实体流图法

4.2.1.1 实体流程图

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

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的流程图。

借助实体流程图，可以表示事件、状态变化及实体间相互作用的逻辑关系。

计算机程序框图――思想和编制方法已广为接受，实体流程图的编制方法虽然简单，但对离散事件系统的描述却比较全面，应用比较普遍。

用实体流图方法建模没有特别的技巧和理论可言：

一是要对实际系统的工作过程有深刻的理解和认识；二是要将事件、状态变化、活动和队列等概念贯穿于建模过程中。

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。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