第2章 系统仿真的基本知识

物流系统仿真

物流系统仿真系统仿真的基本知识

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本章结构

系统仿真的基本概念– 系统、模型与系统仿真 – 连续系统与离散事件系统 – 离散事件系统的基本要素 – 仿真钟 – 排队系统 – 存储系统

典型离散事件系统

离散事件系统仿真的基本步骤

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系统仿真的基本概念

系统、模型与系统仿真– 何谓系统？ 诸多元素，相互作用，有机结合 系统范围的划分与研究的目标有关

– 模型跟系统有何关系？ 模型是系统的抽象表示，反映系统某些方面的本质特征、 反映系统内部要素的关系、反映内部要素与外部环境的关 系。

– 系统仿真 建立系统的模型，在模型上对系统进行实验研究的方法

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连续系统与离散事件系统 连续系统系统的状态随时间连续变化的系统。如温控系统、液压系 统等

离散事件系统系统状态变量随时间离散状态变化的系统。如生产系统、 运输系统等

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区别 时间基。连续-确定，离散-不确定。 输入变量和输出变量。连续系统的输入变量通常是确定 的；离散事件系统的变量往往带有随机性。输出变量与 输入变量情况相同。 状态变量。连续系统的状态变量一般也是连续变量；离 散事件系统的状态变量可能是非连续的，如仓库货位的 状态是空或非空。 状态转移函数。连续系统存在一个状态转移函数，可通 过其推算出状态变量的变化过程；离散事件系统则不存 在状态转移函数。福建工程学院工业工程教研室

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离散事件系统的基本要素– 属性 临时实体、永久实体

– 实体：组成系统的物理单元。 实体所具有的特性。属性与研究目的相关 –必然事件、偶然事件 相邻两个事件之间的过程，它标志着系统状态的转移。 例如，一个工件到达缓冲站，经过排队，等待运输，直到 运输离开。福建工程学院工业工程教研室

– 事件：引起系统状态变化的行为 – 活动

– 进程：有序的事件与活动组成的过程

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仿真钟 用于表示仿真时间的变化。仿真钟有两种推进方式：固定步长推进法：时间增量固定 变步长推进法：根据事件确定时间增量，仿真钟跨越 “不 活动”周期，从一个事件发生时刻，推进到下一个事件发 生时刻。

仿真钟所显示的是系统仿真所花费的时间，而不是计算 机运行仿真模型的时间。

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离散事件系统仿真

排队系统– 举例例如：例如某路公共车到达站点的间 储户等待存钱、顾客等待理发、等待装运的货物等

– 组成

隔时间T~uniform(8,12);相邻 例如：有两个理发师，为男士 储户到达银行的间隔时间 理发的时间 到达模式 T~negexp(10) 例如：柜台对储户的选取为FIFO; T~normal(15,3),为女士 – 临时实体的到达规律，一般是个统计量 堆垛机对单向货架上货物的选取为 理发的时间 服务模式 T~normal(40,10) LIFO;急诊室对病人的选取为病 – 服务者的数量；服务时间。服务时间一般是个统计量 情严重优先；机修员对螺丝的选取 为any 排队规则

– 服务者对下一个临时实体进行服务的选取规则

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间隔 时间 概率

1 0.1 25

2 0.1 25

3 0.1 25

4 0.1 25

5 0.1 25

6 0.1 25

7 0.1 25

8 0.1 25

一个只有一个服务窗口的银行服务系统，每天 8小时工作制。所有到达的客户都在这个服务 窗口前排队，等待处理银行业务。经过统计， 顾客到达银行间隔时间出现的概率为 每个顾客被服务时间的概率为服务 时间 概率 0-1 0.1 1-2 0.2 2-3 0.3 3-4 0.25 4-5 0.10 5-6 0.05

仿真30天，统计系统顾客到达、等待和被服 务的情况，以及银行工作人员忙闲情况福建工程学院工业工程教研室

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库存系统 举例原材料库存、半成品库存、成品库存等

库存系统的主要特征补充模式 订货批量、到达时间 需求模式(统计量) 需求量、需求频率、交货期 成本代价 订货费、保管费、缺货损失费

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离散事件系统仿真的基本步骤1、确定仿真目标 利润、成本、最大流程时间、消除瓶颈

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2、进行系统调研

系统结构：描述系统结构的物理参数或几何参数，如自动化立体仓 库的平面布局、设备组成、存放的物品形状、尺寸等静态参数。 系统工艺参数：描述了系统运行的工艺流程以及各流程之间的相互 逻辑关系，如自动化立体仓库每种工件入出库经过的设备、工序， 在每个工序滞留的时间等。 系统动态参数：描述了系统在运行过程中动态变化着的一些参数， 如自动化立体仓库中堆垛机、运输机的加速度、速度，出入库物品 的到达间隔时间，运输车的装卸时间等。 系统逻辑参数：描述了系统运行过程中各种流程和作业之间的逻辑 关系，如自动化立体仓库中堆垛机3个方向运行之间的互锁关系、运 输机与堆垛机之间的衔接关系、立库与分拣系统运作之间的时序关 系等。逻辑参数还包括各种优先级的约定、排队规则的设定、各种 解结规则(如出现死锁的应对措施)等。 系统状态变量：描述状态变化的变量，如自动化立体仓库中堆垛机 的工作状态是“闲”还是“忙”、货位的状态是“空”还是“满”、 物

品排队的队列长度等。 系统输入、输出变量：输入变量分为确定性变量和随机变量。如果 是随机变量则需要确定其分布和特征值。输出变量是根据仿真目标 设定的，目标不同，输出变量也不同。 事件表：事件表列举了系统运行过程所发生的各种事件的类型与描 述、事件发生的时间及其相关属性。福建工程学院工业工程教研室

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3、建立系统模型 组成：模型、模型参数。对系统调研结果的整理。 形式：文字叙述型，流程图型，图标型，数学表达式型。 离散事件系统仿真模型最常用的是流程模型，应包含临 时实体到达模型、永久实体服务模型和排队规则。

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4、建立仿真模型 系统模型是对系统的抽象化描述，是仿真者对系统深入 了解的必经过程。 仿真模型是将系统模型规范化和数字化的过程。

5、验证和确认模型 验证：对仿真模型必须进行验证，以保证通过仿真软件 或仿真语言所建立的系统模型能准确地反映所描述的系 统模型。 确认：考察所建立的模型及模型的运行特征是否能够代 表所要研究的实际系统。

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6、运行仿真模型 仿真终止条件、预热时间、时间单位

7、分析仿真结果 仿真结果两种角度的分析：(1)是否满意；(2)是 否可信 稳态型：选择多长的时间仿真比较恰当； 终止型：如何确定恰当的仿真次数。

8、结果输出

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作业P28 第14题

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