生产系统建模与仿真

三、系统、模型与仿真
❖ 系统是按某种规律结合起来，相互作用、相互依存的所有 实体的集合，是研究的对象
❖ 模型是系统的抽象 ❖ 仿真通过对模型的实验以达到研究系统的目的
系统建模
系统
实验
模型
计算机
仿真建模
计算机仿真三要素及三个基本活动
1、系统
❖ 例1：杭州市公共交通系统 ▪ 要素：
• 道路 • 公交车 • 线路 • 公交站 • 乘客 • ……
生产系统建模与仿真
仿真的知识体系
应用
输入分析 输出分析 模型的检验与验证
随机数的产生 随机变量的产生
统计模型 排队模型
仿真实例 基本原理 仿真软件
仿真数据分析 随机数 数学与统计模型 入门基本
参考书
❖ 班克斯等著,范文慧,肖田元译,离散事件系统仿真(原书第4 版),机械工业出版社,2007.7. ￥52
▪ SIMNET ❖ 先进概念与军事需求分析
工业领域
❖ 波音777 ▪ 计算机上完成：
• 整机设计 • 部件测试 • 整机装配 • 各种环境下的试飞
▪ 开发周期
• 过去的8年缩短到5年
工业领域
❖ 设计与实施生产线 ▪ Perot System Team利用QUEST及IGRIP ▪ 在所有设备订贷之前，对生产线的运动学、动力学、 加工能力等各方面进行了分析与比较 ▪ 生产线的实施周期从24个月缩短到9.5个月
❖ 博弈决策类 ▪ 企业管理人员(厂长、经理) ▪ 交通管制人员(火车调度、航空管制、港口管制、城市 交通指挥等) ▪ 军事指挥人员(空战、海战、电子战等)
❖ 医学： ▪ 中国虚拟人
其他领域
中国虚拟人1号
中国虚拟人2号-首例女性
❖ 游戏 ▪ 模拟飞行器
其他领域
三、系统、模型与仿真
仿真的对象是什么？
1、系统
❖ 系统三要素 ▪ 元素
• 元素组成系统的具体对象
▪ 属性
• 实体所具有的每一项有效特性
▪ 活动
• 指随着时间的椎移，在系统内部由于各种原因而发生的变化过 程
2、系统模型
对实际系统进行简化和抽象、能够揭示系统 元素之间关系和系统特征的相关元素实体
2、系统模型
原型
映射
系统
实现 认识
结论
模型
1、系统
❖ 例2：一个简单的生产线 ▪ 要素： • 三台机器 • 三个传送带 • 零件 • 存储箱 • ……
❖ 例3：一个小超市 ▪ 要素： • 货架 • 商品 • 篮子 • 顾客 • 收银台 • ……
1、系统
1、系统
❖ 系统的内涵 ▪ 所有元素的集合 ▪ 相互作用、相互依存 ▪ 按某种规律结合起来 ▪ 与研究目的相关的、有界的
实验
2、系统模型
❖ 例1：杭州市公共交通系统
x, f x
f x StratTime, EndTime, BusStop, Interval
2、系统模型
❖ 例2：一个简单的生产线
2、ห้องสมุดไป่ตู้统模型
❖ 例3：一个小超市
▪ 有三个通道和一个收银台，顾客以75±10秒的均匀分布概率到达 商场。顾客到达后先取篮子，然后进入一个或者多个通道购物。 进入任一通道1、2、3的概率，所需时间和选购商品数量情况如 表所示 选好商品后，顾客以先进先出的顺序到收银台，在收银台顾客会 附加购买2±1件商品。顾客在收银台停留的时间取决于购买的商 品数量，收银时间为每件商品3秒钟。收银完毕后顾客留下篮子 并离开商场。
,2007.8. ￥36
CH1 概论
生产系统建模与仿真
第一章 概论
一．什么是仿真？ ——引言 二．仿真能干什么？——仿真的应用 三．仿真的对象是什么？——系统、模型与仿真 四．仿真有前途吗？——仿真的发展历史与趋势 五．如何仿真？——仿真研究的步骤
一、引言
什么是仿真？
发动机
CASE
❖ 例1：只有一个理发师的理发店的工作过程
的等待时间
的等待时间
3
2
1
12
3 4 5 67 8
12
A1 A2
A3
A4
A5 A6 A7
T
S1
S2
S3
S4
S5
平均等待时间=顾客等待时间之和／顾客数 平均排队长度=上方阴影面积之和／时间
CASE
❖ 例1：只有一个理发师的理发店的工作过程
顾客到达
排队等候
模型 服务台空闲？ Y
接受服务
Q
顾客离开
平均等待时间=顾客等待时间之和／顾客数
通道
通过的概率
所需时间
选购商品数量
1
0.75
120±60
3±1
2
0.55
150±30
4±1
❖ Jerry Banks, John Carson, Barry Nelson, David Nicol, “Discrete-Event System Simulation” 4th Edition, Prentice-Hall,2005.
❖ 蔡建峰,管理系统模拟,机械工业出版社,2007.1. ￥20 ❖ 王维平,离散事件系统建模与仿真（第二版）,科学出版社
分析 平均排队长度=上方阴影面积之和／时间
3
2
1
求解 1 2 3 4 5 6 7 8
12
A1 A2 A3
S1
S2
A4 S3
数据 A5 A6 A7
S4
S5
T
CASE
二、仿真的应用
仿真能干什么？
仿真的应用
1. 军事领域 2. 工业领域 3. 教育培训 4. 其他领域
军事领域
❖ 武器装备研制 ❖ 军事训练
Quest 仿真实例
工业领域
❖ 新车研制 ▪ Chrysler公司与IBM合作开发的虚拟制造环境 ▪ 在样车生产之前，发现其定位系统的控制及其他许多 设计缺陷，缩短了研制周期。
❖ 产品设计
工业领域
教育培训
❖ 载体操纵类 ▪ 训练驾驶员的操纵技术
教育培训
❖ 过程控制类 ▪ 训练各种工厂(如电厂、化工厂、核电站、电力网等)的 运行操作
顾客到达
理发师 空闲？
Y 接受服务
排队等候
顾客离开
CASE
❖ 例1：只有一个理发师的理发店的工作过程 ▪ 假设：
• 每位顾客到达间隔时间为A1，A2，A3，… • 每个顾客的服务时间为S1，S2，S3， …
▪ 目标：
• 顾客平均排队长度＝？ • 顾客平均等待时间＝？
CASE
❖ 例1：只有一个理发师的理发店的工作过程
Q
第二个顾客
第三个顾客
理发师空闲
的等待时间
的等待时间
3
2
1
12
3 4 5 67 8
12
A1 A2
A3
A4
A5 A6 A7
T
S1
S2
S3
S4
S5
A1， A2， A3…是顾客到达时间间隔 S1， S2， S3…是顾客服务时间
CASE
❖ 例1：只有一个理发师的理发店的工作过程
Q
第二个顾客
第三个顾客
理发师空闲