系统仿真 第 章 离散系统建模与仿真
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课程介绍
课程名称： 授课时数：
离散系统建模与仿真 生产系统建模与仿真 物流系统建模与仿真
3 6 小时
课程指定教材： 《离散事件系统建模与仿真》
顾启泰编著，1999年8月，清华大学出版 社
课程介绍
课程性质： 面向工程实际的应用型课程，是工业工程和物流工程专业
的主导课程。
从课程的题目中可以看出： 《离散系统建模与仿真》
课程成绩的计算：
课程成 ma绩 平 x ＝ 时作业成 核绩 成 ， 最 ＋ 绩终 最考 终 核 考
2
课程介绍
课程参考书目：
1) Simulation Modeling and Analysis, Law Averill M., Kelton W. David, 1982, McGraw Hill Inc.
系 统 system
系统是研究的一个具体对象。是实体的一个集合。如： 人群、机器等。
1970年，著名管理学家泰勒（Taylor）对“系统”作 了如下定义：实体之间是相互作用的，或是通过逻辑关 系组合在一起的。
系统是按照某些规律结合起来的，相互作用、相互依 存的所有元素的集合。
系统
“元素”：强调的系统不仅是有形的物理系统，也可以是抽象的、概念 的系统，例如，计算机，仿真的对象即可以是它的硬件系统，也可以是 它的软件系统。
“按照某些规律结合起来”是为了把
d
仿真的研究对象最大限度地加以扩展。 系统内部各元素的相互作用规律可以是
已知的、略知的或者是模糊的，甚至是
未知的。
b
c
一个实际系统的元素往往非常多，元
素之间是相互关联的，这样的系统可以
f 通过图论中的连通图对应起来：系统对
a
应的是一个图，元素对应的是图上的点，
e
而元素之间的规律作用、关系和点与点
• 模型：与系统相似的、经过抽象了 的虚拟对象
• 解法：虚拟对象代替实际系统，进 行时间历程的运行。通过元素的状 态统计来反ห้องสมุดไป่ตู้问题。
系统仿真方法适用的领域
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
1.1 引 言
系统仿真的分类——按模型形式
系统仿真
物理仿真
之间的关系对应的是图上的边。
系统的种类
• 连续系统 & 离散系统 —— 变量状态 • 静态系统 & 动态系统 —— 时域状态 • 确定系统 & 随机系统 • 单变量系统 & 多变量系统 —— 自由度数
量
什么是系统仿真?
(Systematic Simulation)
• 仿真：对现实中的现象通过某种抽象，建立表达现实变化 规律或特征的模型，运用一定的手段加以描述，这就是仿 真。
其对象是： 离散系统 生产系统是一个典型的离散系统。 物流系统也是一个离散系统。
其中：机械加工系统应该说是现实离散系统中最为复杂的一种。 目的是：仿真。即用一种抽象的、能够反映系统研究本质的“虚
假”系统，来模拟实际系统。而这虚假系统就是系统模型。
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
课程介绍
针对离散系统仿真我们有那些仿真工具： Witness 2003 离散系统仿真软件 Arena 3.0离散系统仿真软件 Slam 3.0 离散系统仿真软件 Matlab 8.0 数学计算库
第一章 绪 论
1.1 引言 1.2 离散事件系统仿真的基本概念 1.3 离散事件系统仿真模型的建立 1.4 仿真研究的步骤
将实际系统的某 一特定特征按一定的 比例放大或缩小所得 到的实物，通过这一 实物来研究实际系统 的特征。这一实物称 为物理仿真。
数学仿真
将实际系统的 某一特定特征运用 数学表达式的形式 加以描述。这一数 学表达式称为数学 仿真。
物理-数学仿真
将实际系统部 分采用物理仿真； 部分采用数学仿真。 这一仿真方法称为 物理-数学仿真。
1.1 引 言
数学优化建模与仿真建模
数学优化建模 • 原理：建立系统元素与优化目标间
的量化数学逻辑关系，通过逻辑关 系的数学递归关系求解，寻找符合 目标函数最优的元素状态。 • 模型：
min(max)C=f(x) s.t. g(x)<B
xR(N) • 解法：精确解、近似解
仿真建模
• 原理：以作业时间过程模拟系统状 态随时间变化为基础，描述系统元 素的传递活动、状态变化以及触发 因素的逻辑关系；其模型是根据系 统元素的活动逻辑进行构建，反映 的是元素状态随时间变化规律。
• 系统仿真：首先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。 系统仿真将能一一仿效实际系统的各种动态活动，并 把系统动态过程的瞬间状态记录下来。最终得到用户所关 心的系统统计性能。 系统仿真的方法适用于任何的领域。电子、机械、航 空、交通等
为什么要采用系统仿真?
2) 计算机仿真，邱百光，1987年，上海交通大学出版社 3) 现代生产物流及仿真，张晓萍等编著，1998年，清华大学出版社 4) Simulation With Arena, W.David Kelton ,1998 McGraw
Hill Inc.
课程介绍
课程试图解决的问题：
什么是仿真？什么是离散系统的仿真？ 为什么需要做仿真？ 何时做仿真 仿真能解决什么问题？ 如何进行仿真？ 仿真要做那些准备工作？ 仿真的可信度如何评价？ 那些系统能够进行仿真？
系统所涉及到的专业知识较为广泛，如：机械、生产 管理、人事管理、产品设计、生产工艺等 现实问题的规律是复杂的，一般很难用一确定的数学 方程或数学函数显性地或隐性地表达。 科学技术的发展难以适应生产系统研究的需要
仿真是系统特征无法用数学方程、数学函数描述时，为了 研究系统特征所采用的一种研究方法。我们可以这样说：仿真 是一种“不得已而为之”的方法
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。
课程介绍
• 考核成绩计算方法
每一学员有两个成绩：
– “平时作业成绩”——完成相应的作业，不做作业者或未按 时交纳者，视作零分。
– “最终考核成绩”——课程结束后，会安排一次课程考核， 参加学员获得最终考核成绩。
课程名称： 授课时数：
离散系统建模与仿真 生产系统建模与仿真 物流系统建模与仿真
3 6 小时
课程指定教材： 《离散事件系统建模与仿真》
顾启泰编著，1999年8月，清华大学出版 社
课程介绍
课程性质： 面向工程实际的应用型课程，是工业工程和物流工程专业
的主导课程。
从课程的题目中可以看出： 《离散系统建模与仿真》
课程成绩的计算：
课程成 ma绩 平 x ＝ 时作业成 核绩 成 ， 最 ＋ 绩终 最考 终 核 考
2
课程介绍
课程参考书目：
1) Simulation Modeling and Analysis, Law Averill M., Kelton W. David, 1982, McGraw Hill Inc.
系 统 system
系统是研究的一个具体对象。是实体的一个集合。如： 人群、机器等。
1970年，著名管理学家泰勒（Taylor）对“系统”作 了如下定义：实体之间是相互作用的，或是通过逻辑关 系组合在一起的。
系统是按照某些规律结合起来的，相互作用、相互依 存的所有元素的集合。
系统
“元素”：强调的系统不仅是有形的物理系统，也可以是抽象的、概念 的系统，例如，计算机，仿真的对象即可以是它的硬件系统，也可以是 它的软件系统。
“按照某些规律结合起来”是为了把
d
仿真的研究对象最大限度地加以扩展。 系统内部各元素的相互作用规律可以是
已知的、略知的或者是模糊的，甚至是
未知的。
b
c
一个实际系统的元素往往非常多，元
素之间是相互关联的，这样的系统可以
f 通过图论中的连通图对应起来：系统对
a
应的是一个图，元素对应的是图上的点，
e
而元素之间的规律作用、关系和点与点
• 模型：与系统相似的、经过抽象了 的虚拟对象
• 解法：虚拟对象代替实际系统，进 行时间历程的运行。通过元素的状 态统计来反ห้องสมุดไป่ตู้问题。
系统仿真方法适用的领域
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
1.1 引 言
系统仿真的分类——按模型形式
系统仿真
物理仿真
之间的关系对应的是图上的边。
系统的种类
• 连续系统 & 离散系统 —— 变量状态 • 静态系统 & 动态系统 —— 时域状态 • 确定系统 & 随机系统 • 单变量系统 & 多变量系统 —— 自由度数
量
什么是系统仿真?
(Systematic Simulation)
• 仿真：对现实中的现象通过某种抽象，建立表达现实变化 规律或特征的模型，运用一定的手段加以描述，这就是仿 真。
其对象是： 离散系统 生产系统是一个典型的离散系统。 物流系统也是一个离散系统。
其中：机械加工系统应该说是现实离散系统中最为复杂的一种。 目的是：仿真。即用一种抽象的、能够反映系统研究本质的“虚
假”系统，来模拟实际系统。而这虚假系统就是系统模型。
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
课程介绍
针对离散系统仿真我们有那些仿真工具： Witness 2003 离散系统仿真软件 Arena 3.0离散系统仿真软件 Slam 3.0 离散系统仿真软件 Matlab 8.0 数学计算库
第一章 绪 论
1.1 引言 1.2 离散事件系统仿真的基本概念 1.3 离散事件系统仿真模型的建立 1.4 仿真研究的步骤
将实际系统的某 一特定特征按一定的 比例放大或缩小所得 到的实物，通过这一 实物来研究实际系统 的特征。这一实物称 为物理仿真。
数学仿真
将实际系统的 某一特定特征运用 数学表达式的形式 加以描述。这一数 学表达式称为数学 仿真。
物理-数学仿真
将实际系统部 分采用物理仿真； 部分采用数学仿真。 这一仿真方法称为 物理-数学仿真。
1.1 引 言
数学优化建模与仿真建模
数学优化建模 • 原理：建立系统元素与优化目标间
的量化数学逻辑关系，通过逻辑关 系的数学递归关系求解，寻找符合 目标函数最优的元素状态。 • 模型：
min(max)C=f(x) s.t. g(x)<B
xR(N) • 解法：精确解、近似解
仿真建模
• 原理：以作业时间过程模拟系统状 态随时间变化为基础，描述系统元 素的传递活动、状态变化以及触发 因素的逻辑关系；其模型是根据系 统元素的活动逻辑进行构建，反映 的是元素状态随时间变化规律。
• 系统仿真：首先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。 系统仿真将能一一仿效实际系统的各种动态活动，并 把系统动态过程的瞬间状态记录下来。最终得到用户所关 心的系统统计性能。 系统仿真的方法适用于任何的领域。电子、机械、航 空、交通等
为什么要采用系统仿真?
2) 计算机仿真，邱百光，1987年，上海交通大学出版社 3) 现代生产物流及仿真，张晓萍等编著，1998年，清华大学出版社 4) Simulation With Arena, W.David Kelton ,1998 McGraw
Hill Inc.
课程介绍
课程试图解决的问题：
什么是仿真？什么是离散系统的仿真？ 为什么需要做仿真？ 何时做仿真 仿真能解决什么问题？ 如何进行仿真？ 仿真要做那些准备工作？ 仿真的可信度如何评价？ 那些系统能够进行仿真？
系统所涉及到的专业知识较为广泛，如：机械、生产 管理、人事管理、产品设计、生产工艺等 现实问题的规律是复杂的，一般很难用一确定的数学 方程或数学函数显性地或隐性地表达。 科学技术的发展难以适应生产系统研究的需要
仿真是系统特征无法用数学方程、数学函数描述时，为了 研究系统特征所采用的一种研究方法。我们可以这样说：仿真 是一种“不得已而为之”的方法
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。
课程介绍
• 考核成绩计算方法
每一学员有两个成绩：
– “平时作业成绩”——完成相应的作业，不做作业者或未按 时交纳者，视作零分。
– “最终考核成绩”——课程结束后，会安排一次课程考核， 参加学员获得最终考核成绩。