第3章 生产系统建模方法

实体流图
例3 .1 (6)画出系统实体流程图
通过前面分析，以顾客的活动为主线， 画出理发店服务系统的实体流图。可从顾 客到达系统开始，按照事件和活动交替原 则，按顺序画出实体在系统中的流动过程 。
实体流图
例3 .1
实体流图
例3 .1 (7)确定模型参变量 需给出的模型属性变量有:顾客到达时 间、理发师为一个顾客理发所需的服务时 间等，它们 的值可以Fra Baidu bibliotek不同的分布函数中 抽取。
实体流图
例3. 2售票窗口服务系统 一名售票员同时负责剧票的窗口销售和 电话咨询工作。购票者在窗口排队，先到 先购票，咨询者打来的电话由系统存贮后 按先来先服务原则转给售票员予以答复， 电话服务比窗口服务优先。但是售票员正 售票时若来电话，则必须完成本次售票后 才能接听。 建模目的:研究售票员的忙闲率。
实体流图
例3 .1 (4)分析引起状态变化的事件 顾客到达或顾客结束排队可导致“服务 ”活动开始，而顾客离开或顾客理发完毕 可导致“服务”活动结束。后两个事件为 条件事件，且有因果关系，可 以合并，不 单独考虑。
实体流图
例3 .1 (5)分析队列实体的操作
由于本问题中只有一个队列，且顾客不 会因人多而离去，因此队列规则简单，没 有换队等特殊的队列操作。
活动循环图法
活动循环图表示 在活动循环图中，实体的状态被分成了静 止状态和激活状态两类，并分别用不同的 符号来表示，以圆圈表示实体的静止状态 ，以矩形表示实体的活动状态，以有向弧 表示静止状态与活动状态之间的转换。
活动循环图法
建模方法与过程 ACD法建模的具体过程: (1)辨识组成系统的实体及其属性 永久实体 临时实体 队列不作为实体考虑
活动循环图法
仿真运行
活动循环图法
仿真运行
活动循环图法
仿真运行
活动循环图法 例3. 2机床加工系统模型的人工运行
活动循环图法
ACD法具有直观、形象的优点，但该方法 也存在明显缺点: (1)当系统实体数量众多时，活动循环图将 非常复杂; (2)该方法只能描述系统的稳态特征，无法 进行瞬态研究; (3)该方法缺乏定量的分析工具。 上述缺点限制了ACD法的推广。
实体流图
例3 .1 一个理发店只有一个理发师，顾客来后按 先来先理原则接受服务，只要有顾客理发 师就不停歇。若店里有顾客，新顾客来后 就会排队而不会离开。 建模目的是考察理发师的忙闲情况。
实体流图
例3 .1 (1)辨识系统实体 该理发店是一个单服务台单队列服务系统 。理发师是永久实体，顾客是临时实体， 顾客队列是一类特殊实体。
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。
基本要求
理解实体流图法生产系统建模 理解活动循环图法生产系统建模
理解Petri网建模理论与方法 了解面向对象的建模方法生产系统建模
系统建模方法概述
离散事建模中存在的困难 ①离散事件的发生时刻是离散的,不 连续性是 它的本质特征。 ②离散系统的性能指标往往具有一些离散的特 征,如零件的加工时间等。 ③系统中普遍存在着一些随机性的因素。 ④复杂离散系统通常具有分层和递阶特征。 ⑤存在“状态爆炸”性和计算可行性问题。
例3. 2售票窗口服务系统 模型属性变量:“购票者到达时间”、话咨询者 到达时间”、“售票服务时间”、"电话服 务时间”，均为随机变量。 排队规则:先到先服务。 服务规则:分别排队，电话优先。
实体流图
例4. 2售票窗口服务系统
实体流图
例3. 2售票窗口服务系统 本例中有两类临时实体同时流动，因此 可能出现资源冲突。当系统中实体类型和 数量较多且存在资源占用冲突现象时，利 用实体流图法建模便会产生困难。 对资源冲突类问题的描述，活动循环图 方法有其独到之处。
生产系统建模与仿真
Modeling and Simulation of Production System
第3章 生产系统建模方法
第3章 生产系统建模方法
§3.1 系统建模方法概述 §3.2 实体流图法
§3.3 活动循环图法
§3.4 面向对象建模方法及统一建模语言 §3.5 Petri网建模理论与方法
ACD法建模的具体过程: (4)将各实体的活动循环图连接成系统活动循 环图 (5)增添必要的虚拟实体 (6)标明活动发生(实体进入活动状态)的约束 条件和占用资源的数量 (7)给出模型参数的取值、参变量的计算
活动循环图法
某机械加工系统有两个实体:一台半自动 机床和一个操作工人。工人负责安装工件 和从机床上取下工件。工件安装完毕后， 机床可自动完成工件的加工。加工完毕机 床停止，直到工人安装一个新的工件，再 开始下一个加工循环。 试用ACD法建模。
活动循环图法
⑤从人工运行规则来看，实体流图的运行规则中 只有一条是通用的(体现了事件驱动的仿真策略) ，其他各条规则均是从具体的实体流图中抽取， 普适性较差;而活动循环图中则存在着与每个具体 的活动循环图无关的、普适性很强的运行规则。 ⑥实体流图可以对队列的排队规则和服务规则进 行比较详细的描述;与实体流图相比较来说，活动 循环图更易于用面向对象的技术来实现，软件上 也更易于实现仿真程序的自动生成，而且可以更 为方便、直观地对冲突和并发等现象进行表示。 如果不考虑模型的运行问题，实体流图法具有比 活动循环图法更为广泛的适用范围。
活动循环图法
ACD法建模的具体过程: (2)分析各类实体的活动和状态
确定实体状态的类型(活动或静止),分析 实体状态变化的顺序关系。
活动循环图法
ACD法建模的具体过程: (3)根据实体状态分别画出各实体的活动循环 图 以实体活动过程为依据。 遵从以下原则: ①交替原则。 ②闭合原则。
活动循环图法
实体流图
实体流图模型的人工运行 建立实体流图模型后，选取有代表性的 例子将实体流图全部手工执行一遍，称为 人工运行。 要求遍历实体流图的所有分支和所有状 态，检查模型组成和逻辑关系是否正确。
实体流图
实体流图模型的人工运行 例3.1中，假定： (1)系统的初始状态 初始时刻对应为实际系统开门营业的时刻。 此时，设理发师状态为“闲”，队列长度为0。 (2)模型参数及变量取值 模型变量包括顾客到达时间间隔和为顾客理发 的时间。为讨论方便，这里取其样本值为:
实体流图
具体建模思路: (4)分析各种事件发生时，实体状态的变化规 律。 (5)在一定的服务流程下，分析与队列实体有 关的特殊操作（如换队等）。 (6)通过以上分析，以临时实体的流动为主线 ，用约定的图示符号画出被仿真系统的实 体流程图。
实体流图
具体建模思路: (7) 给出模型参数的取值、参变量的计算方 法及属性描述变量的取值方法。 (8) 给出队列的排队规则。由多个队列存 在时，还应给出其服务规则（包括队列的 优先序、换队规则等）
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。
实体流图
例3 .1 (2)分析实体状态和活动 理发师有“理发”和“休息”两个活动，对应“ 忙”和“闲”两种状态。
顾客与理发师协同完成理发活动或者排队等待， 有“等待服务”和“接受服务”两种状态。
队列的状态用队列的长度标识。。
实体流图
例3 .1 (3)分析实体状态的变化情况 顾客到达，若理发师“忙”，则进入“ 等待 服务”，否则进入“接受服务”状态 。 排队中的顾客，在理发师完成了前一个 服务 后，进入“接受服务”状态，否则保 持“等待服 务”状态。 理发师完成某一顾客服务后，若队列处 于“ 非零”状态，则立即开始服务活动， 否则进入“ 闲”状态。
活动循环图法
活动循环图的人工运行 初始状态确定后，按如下规则运行模型: 规则1活动的发生与执行 按服务优先级，依次检查各临时实体每一 项活动的前置状态(均为静止状态)和标在活 动对应状态上方的发生条件，判断活动是 否可以开始，满足以下两个条件的活动即 可开始:
活动循环图法
①活动的所有前置状态中均有实体停留， 各类永久实体的数量超过或等于相应箭头 线上所标明的资源占用量。
实体流图
实体流图模型的人工运行 例3.1
实体流图
实体流图模型的人工运行 例3.1 规则1:确定当前仿真时间 仿真开始后，仿真时间逐步向前推移， 每一步推进到下一最早事件的发生时刻， 即选取当前时间之后所有顾客到达时间和 理发师开始为顾客服务时间中的最小者。 之后转规则2或规则3。
实体流图
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”
实体流图 实体流图模型的人工运行 例3. 3按照前述规则对例3. 1给出的理发店 服务系统模型进行人工运行。
实体流图 实体流图模型的人工运行 例3. 3按照前述规则对例3. 1给出的理发店 服务系统模型进行人工运行。
TIME=47时模型的人工运行结果
活动循环图法 对于生产系统某些本质属性和行为的描 述，目前还难以建立精确的解析模型，因 此建立系统的逻辑模型便成为一种重要的 研究手段。 活动循环图(Activity Cycle Diagram)法， 简称ACD法,是用于表示系统内各要素(实体 )间逻辑关系的一种方法。
实体流图模型的人工运行 例3.1 规则2:顾客到达事件处理 若TIME时刻有顾客到达，可确定下一 顾客到达时刻。如果此时理发师忙，则顾 客进入队列等待，队长加1;否则置理发师为 忙状态，顾客开始接受理发服务。转规则1 。
实体流图
实体流图模型的人工运行 例3.1 规则3:顾客离去事件处理 若在当前TIME时刻有顾客离去，若此 时队长为0，则置理发师为闲状态;否则队首 的顾客开始接受理发服务，队长减1。转规 则1
②活动发生的约束条件已经满足。
活动循环图法
规则2确定当前时间 检查所用活动的终止时间，从中选择最小 者作为当前时间，然后转规则3。 规则3活动的完成 从所有已发生的活动中，检出终止时间等 于当前时间的临时实体，删掉其标在活动 框外的终止时间。之后将相应的临时实体 标记移至后续静止状态中。 最后，将参与活动的各永久实体的后续静 止状态分别作上标记，转规则1。
实体流图
例4. 2售票窗口服务系统 本系统中售票员为永久实体，有“窗口 售票”和“电话服务”两种活动，状态包 括“空闲” “接电话”和“售票”三种。 电话咨询者和购票者为两类临时实体。本 例特点在于同时存在两个队列，但两队列 中的顾客不可互相换队。 试绘出售票窗口服务系统的实体流图模 型。
实体流图
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
②实体流图是一种树形流程图，而活动循 环图则是由多个环套在一起组成的一种环 形的循环图。 ③在实体流图中，事件是其重要的组成部 分;而在活动循环图中，事件则是隐含在活 动之中的。 ④在实体流图中，状态判断框有着十分重 要的作用;而在活动循环图中，则是将需要 判断的状态用“空闲”或“等待”等静止 状态来表示，对实体是否处于该状态的判 断则隐含在模型运行的规则中。