系统建模与仿真第四章_离散事件仿真基础解析
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• 离散系统大量地存在与客观现实中，如交通管理系统、 库存管理系统、加工系统、能源规划、电话通信网络、 人口管理等，而排队论、网络分析、数学规划和调度 排序等方法是解决这类问题的主要数学方法.
• 离散事件的仿真技术研究，在国内是近二十多年才开 始的，受到计算机技术、信息处理技术、控制技术、 人工智能技术等新技术的影响而发展.
计算机仿真技术
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顾客进入系统
顾客排队
超市系统 临时实体
2. 事件(Event)
接受服务的顾客 服务员
永久实体
顾客离开
顾客到达事件
顾客开始接受 服务事件
顾客服务完毕 离去
• 引起系统状态变化的行为称为事件. “顾客到达事件”引起了系 统状态变化：服务员由“闲”变为“忙”，或排队的队长加1. 事 件是在某一时间点的瞬时行为，从某种意义上来说，系统是由事 件驱动的. 事件不仅用来协调两个实体之间的同步活动，还用于 各个实体之间传递信息.
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[例4.2] 在一个有较大水位落差河段上的船闸运行系统， 从上游新来的船只到达船闸时，进行排队，排到时，船 闸打开，船只过闸，最后船只离开船闸. 该系统的实体、 事件、活动和进程，它们之间的关系？
• 对于离散事件构成的离散事件系统或连续-离散混合系 统的研究，逐渐成为仿真技术应用的一个重要分支领 域.
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4.1.1 离散事件系统的基本要素
• 离散事件系统的一些基本要素包括：实体、活动、事 件等. • 以超市购物系统为例： [例4.1] 华联超市济南大学分店，共有10个服务台供顾客 结帐，营业时间为9：00 – 21：00，顾客选购完商品到 服务台结帐的时间是随机的，而且各自独立，每位顾客 接受服务的时间长短也是随机的. 可以用于描述该系统的 状态，可以是：
• 一个系统中往往有许多类事件，事件发生与某一实体相联系，并 可能引起其它事件的发生. 仿真模型中必须建立事件表，记录每 次发生的事件或将要发生事件的类型、时间、相关实体属性等.
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顾客进入系统
顾客排队
超市系统 临时实体
接受服务的顾客 服务员
永久实体
顾客离开
排队活动
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顾客进入系统
顾客排队
超市系统 临时实体
接受服务的顾客 服务员
永久实体
顾客离开
排队活动
接受服务活动
顾客到达事件
顾客开始接受 服务事件
顾客服务完毕 离去
4. 进程(Process)
顾客超市结帐服务进 程
• 进程是由若干个事件和若干个活动组成，它描述了事件及活动之 间的相互逻辑关系及时序关系.
• 类似的还有：公交系统里的上下车顾客，生产加工系统里等待加 工的零件，计算机系统中等待处理的信息，电话交换系统中的电 话呼叫…
• 永久实体：永久性的驻留在系统中的实体. 比如超市系统中的服 务员，以及售票员、加工设备、计算机设备、电话交换机…
• 系统状态的变化是由实体的状态变化产生的.
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4.1 离散事件系统与模型
• 离散事件系统大量地存在与我们周围，比如：
• 超级市场管理系统：顾客可以做出影响系统的“事件” • 银行服务系统：顾客 • 公交管理系统：上下车的旅客 • 车间加工调度系统：等待加工的零件
• “事件”是在离散时刻随机发生的，利用仿真技术进 行研究分析，可以了解它们的动态运行规律，从而帮 助人们做出决定，比如是否需要增加新的市场和银行， 合理的调度车辆和安排工序.
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连续系统与离散事件系统仿真的 区别
• 在连续系统数字仿真中，时间通常被分割成均等或非 均等的时间间隔，并以一个基本的时间间隔计时.
• 而离散事件仿真通常是面对事件的，时间指针不是固 定增值推进，而是由事件的推动而随机递进.
• 连续系统仿真中，系统的动力学模型是由表征系统变 量之间的关系的方程来描述的，仿真的结果表现为系 统变量随时间变化的历程
• 离散事件系统往往是随机的，具有复杂的变化关系， 难于用常规的微分方程、差分方程等方程模型来描述， 一般只能用流程图或网络图来描述，如果应用理论分 析方法难于得到解析解，甚至无法解决，仿真技术为 解决这列问题提供了有效的手段.
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第四章 离散事件仿真基础
• 4.1 离散事件系统与模型 • 4.2 离散事件仿真 • 4.3 排队系统的仿真 • 4.4 Petri网络仿真
接受服务活动
顾客到达事件
3. 活动(Activity)
顾客开始接受 服务事件
顾客服务完毕 离去
• 离散事件中的活动，通常用于表示两个可以区分的事件之间的过 程，是实体在两个事件之间保持某一个状态的持续过程. 它标志 着系统状态之间的转移.
• “排队活动”标志着排队队长发生变化，“接受服务活动”使队长 变化或服务员由“忙”到“闲”.
• 服务台的状态：忙，闲 • 顾客排队等待的队长：0，1，2，…
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计ห้องสมุดไป่ตู้机仿真技术
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顾客进入系统
顾客排队
接受服务的顾客 服务员
顾客离开
超市系统 临时实体
永久实体
1. 实体(Entity)
• 临时实体：只存在一段时间，由系统外部到达和进入系统. 如超 市系统里的顾客，该临时实体随机到达系统，经过服务员的服务， 然后离开系统. 那些已经在超市选购但并未到服务台结帐排队的 不能称为该系统的实体.
第四章 离散事件仿真基础
• 前面所讨论的系统，其状态变量是连续变化的，这类 系统的仿真成为连续系统仿真.
• 离散事件系统受事件驱动，系统的迁移发生在一系列 离散事件点上，系统状态是跳跃式变化的，在时间和 空间上都是离散的，与连续系统在性质上完全不同. 比 如：生产调度管理、库存系统、计算机通讯网络等.
• 离散时间仿真中，系统变量是反映系统各部分相互作 用的一些时间，而系统模型则是反映这些事件的集合， 仿真结果是表现为这些事件的事件历程.
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离散事件研究背景
• 离散事件的研究可以追溯到对排队现象和排队网络的 分析，排队论最早有A.K. Erlang在1918年提出，在管 理通信和各类服务系统中有着广泛的应用.
• 离散事件的仿真技术研究，在国内是近二十多年才开 始的，受到计算机技术、信息处理技术、控制技术、 人工智能技术等新技术的影响而发展.
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顾客进入系统
顾客排队
超市系统 临时实体
2. 事件(Event)
接受服务的顾客 服务员
永久实体
顾客离开
顾客到达事件
顾客开始接受 服务事件
顾客服务完毕 离去
• 引起系统状态变化的行为称为事件. “顾客到达事件”引起了系 统状态变化：服务员由“闲”变为“忙”，或排队的队长加1. 事 件是在某一时间点的瞬时行为，从某种意义上来说，系统是由事 件驱动的. 事件不仅用来协调两个实体之间的同步活动，还用于 各个实体之间传递信息.
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[例4.2] 在一个有较大水位落差河段上的船闸运行系统， 从上游新来的船只到达船闸时，进行排队，排到时，船 闸打开，船只过闸，最后船只离开船闸. 该系统的实体、 事件、活动和进程，它们之间的关系？
• 对于离散事件构成的离散事件系统或连续-离散混合系 统的研究，逐渐成为仿真技术应用的一个重要分支领 域.
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4.1.1 离散事件系统的基本要素
• 离散事件系统的一些基本要素包括：实体、活动、事 件等. • 以超市购物系统为例： [例4.1] 华联超市济南大学分店，共有10个服务台供顾客 结帐，营业时间为9：00 – 21：00，顾客选购完商品到 服务台结帐的时间是随机的，而且各自独立，每位顾客 接受服务的时间长短也是随机的. 可以用于描述该系统的 状态，可以是：
• 一个系统中往往有许多类事件，事件发生与某一实体相联系，并 可能引起其它事件的发生. 仿真模型中必须建立事件表，记录每 次发生的事件或将要发生事件的类型、时间、相关实体属性等.
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顾客进入系统
顾客排队
超市系统 临时实体
接受服务的顾客 服务员
永久实体
顾客离开
排队活动
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顾客进入系统
顾客排队
超市系统 临时实体
接受服务的顾客 服务员
永久实体
顾客离开
排队活动
接受服务活动
顾客到达事件
顾客开始接受 服务事件
顾客服务完毕 离去
4. 进程(Process)
顾客超市结帐服务进 程
• 进程是由若干个事件和若干个活动组成，它描述了事件及活动之 间的相互逻辑关系及时序关系.
• 类似的还有：公交系统里的上下车顾客，生产加工系统里等待加 工的零件，计算机系统中等待处理的信息，电话交换系统中的电 话呼叫…
• 永久实体：永久性的驻留在系统中的实体. 比如超市系统中的服 务员，以及售票员、加工设备、计算机设备、电话交换机…
• 系统状态的变化是由实体的状态变化产生的.
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4.1 离散事件系统与模型
• 离散事件系统大量地存在与我们周围，比如：
• 超级市场管理系统：顾客可以做出影响系统的“事件” • 银行服务系统：顾客 • 公交管理系统：上下车的旅客 • 车间加工调度系统：等待加工的零件
• “事件”是在离散时刻随机发生的，利用仿真技术进 行研究分析，可以了解它们的动态运行规律，从而帮 助人们做出决定，比如是否需要增加新的市场和银行， 合理的调度车辆和安排工序.
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连续系统与离散事件系统仿真的 区别
• 在连续系统数字仿真中，时间通常被分割成均等或非 均等的时间间隔，并以一个基本的时间间隔计时.
• 而离散事件仿真通常是面对事件的，时间指针不是固 定增值推进，而是由事件的推动而随机递进.
• 连续系统仿真中，系统的动力学模型是由表征系统变 量之间的关系的方程来描述的，仿真的结果表现为系 统变量随时间变化的历程
• 离散事件系统往往是随机的，具有复杂的变化关系， 难于用常规的微分方程、差分方程等方程模型来描述， 一般只能用流程图或网络图来描述，如果应用理论分 析方法难于得到解析解，甚至无法解决，仿真技术为 解决这列问题提供了有效的手段.
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第四章 离散事件仿真基础
• 4.1 离散事件系统与模型 • 4.2 离散事件仿真 • 4.3 排队系统的仿真 • 4.4 Petri网络仿真
接受服务活动
顾客到达事件
3. 活动(Activity)
顾客开始接受 服务事件
顾客服务完毕 离去
• 离散事件中的活动，通常用于表示两个可以区分的事件之间的过 程，是实体在两个事件之间保持某一个状态的持续过程. 它标志 着系统状态之间的转移.
• “排队活动”标志着排队队长发生变化，“接受服务活动”使队长 变化或服务员由“忙”到“闲”.
• 服务台的状态：忙，闲 • 顾客排队等待的队长：0，1，2，…
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顾客进入系统
顾客排队
接受服务的顾客 服务员
顾客离开
超市系统 临时实体
永久实体
1. 实体(Entity)
• 临时实体：只存在一段时间，由系统外部到达和进入系统. 如超 市系统里的顾客，该临时实体随机到达系统，经过服务员的服务， 然后离开系统. 那些已经在超市选购但并未到服务台结帐排队的 不能称为该系统的实体.
第四章 离散事件仿真基础
• 前面所讨论的系统，其状态变量是连续变化的，这类 系统的仿真成为连续系统仿真.
• 离散事件系统受事件驱动，系统的迁移发生在一系列 离散事件点上，系统状态是跳跃式变化的，在时间和 空间上都是离散的，与连续系统在性质上完全不同. 比 如：生产调度管理、库存系统、计算机通讯网络等.
• 离散时间仿真中，系统变量是反映系统各部分相互作 用的一些时间，而系统模型则是反映这些事件的集合， 仿真结果是表现为这些事件的事件历程.
济南大学控制科学与工程学院
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离散事件研究背景
• 离散事件的研究可以追溯到对排队现象和排队网络的 分析，排队论最早有A.K. Erlang在1918年提出，在管 理通信和各类服务系统中有着广泛的应用.