ch2系统仿真的基本知识

1、物流系统建模与仿真物流系统建模与仿真 系统是相互联系又相互作用的对象的有机组合。系统是相互联系又相互作用的对象的有机组合。 系统模型是对系统的特征要素、有关信息和变化规律的一系统模型是对系统的特征要素、有关信息和变化规律的一 种抽象表述，它反映了系统某些本质属性，描述了系统各种抽象表述，它反映了系统某些本质属性，描述了系统各 要素间的相互关系、关系与环境之间的相互作用。要素间的相互关系、关系与环境之间的相互作用。 系统模型的种类系统模型的种类: :抽象模型、形象模型抽象模型、形象模型 抽象模型抽象模型: :数学模型、图表模型、模拟模型、概念模型数学模型、图表模型、模拟模型、概念模型 形象模型：

2、实物模型等形象模型：实物模型等 系统仿真的方法：建立系统模型，在模型上对系统进行实系统仿真的方法：建立系统模型，在模型上对系统进行实 验研究的方法。验研究的方法。 2 连续系统是指系统的状态随时间连续变化。如许多工程连续系统是指系统的状态随时间连续变化。如许多工程 系统属于连续系统。系统属于连续系统。 离散事件离散事件系统是指状态变量随时间呈离散变化的系统。系统是指状态变量随时间呈离散变化的系统。 物流系统是典型的物流系统是典型的离散事件离散事件系统。系统。 3 , YXUTM T T时间基时间基。连续系统的。连续系统的T T是确定的数；离散系统的是确定的数；离散系统的T T是可是可 变的，而

3、且随着时间基的变化，仿真结果也各不相同。变的，而且随着时间基的变化，仿真结果也各不相同。 X X、Y Y输入、输出变量输入、输出变量。连续系统的。连续系统的X X、Y Y一般是确定性一般是确定性 的变量；离散系统的的变量；离散系统的X X、Y Y往往具有随机性。往往具有随机性。 U U状态变量状态变量。连续系统的。连续系统的U U一般是一个连续变量；离散一般是一个连续变量；离散 系统的系统的U U则可能是非连续的。则可能是非连续的。 状态转移函数状态转移函数。连续系统可由状态转移函数推算出。连续系统可由状态转移函数推算出 状态变量的变化过程；而离散系统不存在状态变量的变化过程；而离散系统不存在

4、。 状态空间状态空间。状态变量集合所表述的空间。状态变量集合所表述的空间。 4 2.1.3 物流系统仿真的核心技术物流系统仿真的核心技术 物流系统的仿真是典型的离散事件系统仿真。离散物流系统的仿真是典型的离散事件系统仿真。离散 事件系统是指系统状态在某些随机时间点上发生离散变事件系统是指系统状态在某些随机时间点上发生离散变 化的系统。这种引起状态变化的行为称为化的系统。这种引起状态变化的行为称为“事件事件”，因，因 而这类系统是由事件驱动的；而且而这类系统是由事件驱动的；而且“事件事件”往往发生在往往发生在 随机时间点上，亦称为随机事件，因而离散事件系统一随机时间点上，亦称为随机事件，因而离散

5、事件系统一 般都具有随机特性；系统的状态变量往往是离散变化的。般都具有随机特性；系统的状态变量往往是离散变化的。 5 1 1仿真钟仿真钟 仿真钟用于表示仿真时间的变化。在离散事件系统仿真仿真钟用于表示仿真时间的变化。在离散事件系统仿真 中，由于系统状态变化是不连续的，在相邻两个事件发生之中，由于系统状态变化是不连续的，在相邻两个事件发生之 前，系统状态不发生变化，因而仿真钟可以跨越这些前，系统状态不发生变化，因而仿真钟可以跨越这些“不活不活 动动”周期。从一个事件发生时刻，推进到下一个事件发生时周期。从一个事件发生时刻，推进到下一个事件发生时 刻。刻。 仿真实质上是对系统状态在一定时间序列的动

6、态描述。仿真实质上是对系统状态在一定时间序列的动态描述。 所以仿真钟一般是仿真的主要自变量。所以仿真钟一般是仿真的主要自变量。 仿真钟的推进有两种经典方法：固定步长推进法和变步仿真钟的推进有两种经典方法：固定步长推进法和变步 长推进法。长推进法。 应指出仿真钟显示的是系统仿真花费的时间，而不是计应指出仿真钟显示的是系统仿真花费的时间，而不是计 算机运行仿真模型的时间。因此，仿真时间与真实时间成比算机运行仿真模型的时间。因此，仿真时间与真实时间成比 例关系。例关系。 6 2 2物流系统仿真策略物流系统仿真策略 事件调度法：事件调度法：用事件的观点来分析现实系统，主要包括事件的定用事件的观点来分析

7、现实系统，主要包括事件的定 义、每个事件的变动对系统状态的影响，确定按时间顺序事件发义、每个事件的变动对系统状态的影响，确定按时间顺序事件发 生时有关的逻辑关系，执行每个事件对应的处理子模块等。生时有关的逻辑关系，执行每个事件对应的处理子模块等。 活动扫描法活动扫描法：定义系统的主导实体、主导实体的活动及该类活动：定义系统的主导实体、主导实体的活动及该类活动 的发生条件；定义与主导实体活动有关联的非主导实体及其活动；的发生条件；定义与主导实体活动有关联的非主导实体及其活动； 时间进程以主导实体活动发生的时间序列为基础；走向控制以主时间进程以主导实体活动发生的时间序列为基础；走向控制以主 导实体

8、发生活动的地点或种类为依据进入不同活动处理分支。导实体发生活动的地点或种类为依据进入不同活动处理分支。 进程交互法进程交互法：定义每个进程所包含的各个活动、活动的衔接及发：定义每个进程所包含的各个活动、活动的衔接及发 生活动的条件；对于每个进入进程的主导实体，一旦活动条件都生活动的条件；对于每个进入进程的主导实体，一旦活动条件都 满足，即完成该进程的全部活动，只要条件允许，该进程应尽可满足，即完成该进程的全部活动，只要条件允许，该进程应尽可 能连续推进；如果某一活动发生条件得不到满足，则中断该项活能连续推进；如果某一活动发生条件得不到满足，则中断该项活 动并记下断点，以便条件满足时再继续处理；

9、动并记下断点，以便条件满足时再继续处理； 7 2.1.4 物流系统仿真步骤物流系统仿真步骤 调研调研 系统系统 建立系建立系 统模型统模型 确定仿确定仿 真算法真算法 建立仿建立仿 真模型真模型 运行仿运行仿 真模型真模型 仿真仿真 结束结束 仿真结仿真结 果分析果分析 仿真结仿真结 果输出果输出 修改系修改系 统参数统参数 系统方系统方 案比较案比较 确定系确定系 统方案统方案 一般地，需了解一般地，需了解 的方面包括以下的方面包括以下 几方面：系统结几方面：系统结 构、系统流程、构、系统流程、 系统相关参数。系统相关参数。 系统模型是对系统的组成、主系统模型是对系统的组成、主 要流程和规则

10、等主要特征进行要流程和规则等主要特征进行 描述。描述。 建立系统模型首先要根据需要建立系统模型首先要根据需要 和要求确定仿真目标和要求确定仿真目标, 然后建立然后建立 模型并设定模型的有关参数。模型并设定模型的有关参数。 8 调研调研 系统系统 建立系建立系 统模型统模型 确定仿确定仿 真算法真算法 建立仿建立仿 真模型真模型 运行仿运行仿 真模型真模型 仿真仿真 结束结束 仿真结仿真结 果分析果分析 仿真结仿真结 果输出果输出 修改系修改系 统参数统参数 系统方系统方 案比较案比较 确定系确定系 统方案统方案 仿真算法是控制仿真钟推仿真算法是控制仿真钟推 进的方法，是系统仿真的进的方法，是系

11、统仿真的 核心核心 。 多数仿真软件是在事件调多数仿真软件是在事件调 度法、进程交互法和活动度法、进程交互法和活动 扫描法的基础上编写的。扫描法的基础上编写的。 9 调研调研 系统系统 建立系建立系 统模型统模型 确定仿确定仿 真算法真算法 建立仿建立仿 真模型真模型 运行仿运行仿 真模型真模型 仿真仿真 结束结束 仿真结仿真结 果分析果分析 仿真结仿真结 果输出果输出 修改系修改系 统参数统参数 系统方系统方 案比较案比较 确定系确定系 统方案统方案 仿真模型是在系统模型仿真模型是在系统模型 的基础上构建可进行计的基础上构建可进行计 算机运行的模型，即是算机运行的模型，即是 将系统模型规范化

12、和数将系统模型规范化和数 字化的过程。字化的过程。 10 调研调研 系统系统 建立系建立系 统模型统模型 确定仿确定仿 真算法真算法 建立仿建立仿 真模型真模型 运行仿运行仿 真模型真模型 仿真仿真 结束结束 仿真结仿真结 果分析果分析 仿真结仿真结 果输出果输出 修改系修改系 统参数统参数 系统方系统方 案比较案比较 确定系确定系 统方案统方案 采用统计学方法采用统计学方法, 对仿真对仿真 结果的可信度和精度进结果的可信度和精度进 行分析行分析, 通过多次仿真结通过多次仿真结 果的比较和分析对系统果的比较和分析对系统 方案进行评价，以达到方案进行评价，以达到 优化的目的。优化的目的。 11

13、调研调研 系统系统 建立系建立系 统模型统模型 确定仿确定仿 真算法真算法 建立仿建立仿 真模型真模型 运行仿运行仿 真模型真模型 仿真仿真 结束结束 仿真结仿真结 果分析果分析 仿真结仿真结 果输出果输出 修改系修改系 统参数统参数 系统方系统方 案比较案比较 确定系确定系 统方案统方案 12 2.2 2.2 物流仿真技术的发展趋势物流仿真技术的发展趋势 集成化的物流规划设计仿真技术是目前物流仿真技术发集成化的物流规划设计仿真技术是目前物流仿真技术发 展较快的一个方向，此项技术应用的范围非常广泛，大到物展较快的一个方向，此项技术应用的范围非常广泛，大到物 流园区的规划设计，小到企业生产物流的

14、规划设计，都可以流园区的规划设计，小到企业生产物流的规划设计，都可以 利用物流规划设计仿真技术对规划和设计方案进行比选和优利用物流规划设计仿真技术对规划和设计方案进行比选和优 化，实现的基本功能包括：化，实现的基本功能包括： （1）可以用三维虚拟物流中心模型来模拟未来实际物流中）可以用三维虚拟物流中心模型来模拟未来实际物流中 心的情况；心的情况； （2）使用虚拟中心仿真器可以对物流中心的建设进行较精）使用虚拟中心仿真器可以对物流中心的建设进行较精 确的投入确的投入-产出分析；产出分析； （3）在参观客户现场及参阅仓库图纸等的基础上，可以在）在参观客户现场及参阅仓库图纸等的基础上，可以在 计算机

15、上构筑模拟仓库，并模拟各种库中作业；计算机上构筑模拟仓库，并模拟各种库中作业； （4）可以模拟生产型物流的现场作业，并提供物流作业效）可以模拟生产型物流的现场作业，并提供物流作业效 率的评价结果；率的评价结果； 13 2.3 Flexsim 2.3 Flexsim 仿真软件简介仿真软件简介 2.3.1概论概论 Flexsim模拟软件是一个以物件为导向的模拟软件程式，可模拟软件是一个以物件为导向的模拟软件程式，可 以帮助使用者建立像规划、流程、设计等模型，依不同决策变以帮助使用者建立像规划、流程、设计等模型，依不同决策变 数之组合，分析使用率、产能、产出、前置时间、成本等策略，数之组合，分析使用

16、率、产能、产出、前置时间、成本等策略， 达到产能最大化、排程最佳化、半成品及库存最小化、成本最达到产能最大化、排程最佳化、半成品及库存最小化、成本最 小化目标。小化目标。 Flexsim提供使用者一个简洁的编排方式，透过拖曳的方式轻提供使用者一个简洁的编排方式，透过拖曳的方式轻 松地建构出图形化模式、功能齐全之元件库并已详细分类为树松地建构出图形化模式、功能齐全之元件库并已详细分类为树 状结构、通过状结构、通过2D图形化之模式建立，能自动产生图形化之模式建立，能自动产生3D实体化及实体化及 VR虚拟实境之模式。虚拟实境之模式。 14 应用应用Flexsim控制面板能轻易控制模拟过程、透过元件编

17、控制面板能轻易控制模拟过程、透过元件编 辑器能轻易地建立新的元件或修改现有的元件、允许使用辑器能轻易地建立新的元件或修改现有的元件、允许使用 者加入额外的功能及更改介面。者加入额外的功能及更改介面。 应用应用Flexsim可以建立一个真实系统的可以建立一个真实系统的3D计算机模型，然计算机模型，然 后用比在真实系统上更短的时间或者更低的成本来研究系后用比在真实系统上更短的时间或者更低的成本来研究系 统。统。 Flexsim是一个通用工具，已被用来对若干不同行业中的不是一个通用工具，已被用来对若干不同行业中的不 同系统进行建模。同系统进行建模。Flexsim已被大小不同的企业成功地运已被大小不同

18、的企业成功地运 用。粗略估计，用。粗略估计，Fortune企业中大约一半以上的企业为企业中大约一半以上的企业为 Flexsim的客户，包括一些著名的企业，如：的客户，包括一些著名的企业，如：General Mills, Daimler Chrysler, Northrop Grumman, Discover Card, DHL, Bechtel, Bose, Michelin, FedEx, Seagate Technologies, Pratt & Whitney, TRW 和和 NASA，等等。，等等。 15 Flexsim软件主窗口布局软件主窗口布局 Flexsim软件主窗软件主窗 口由

19、下面五部分构口由下面五部分构 成成: 菜单菜单 工具栏工具栏 实体库实体库 模型视图模型视图 仿真控制栏仿真控制栏 16 文件菜单文件菜单 新建模型此选新建模型此选 项清除软件中的当前项清除软件中的当前 模型以便创建一个新模型以便创建一个新 的仿真模型。此选项的仿真模型。此选项 不影响视图布局或库不影响视图布局或库 。 选 择 它 的 时 候。 选 择 它 的 时 候 Flexsim会发出警告会发出警告 ：此操作将丢失当前：此操作将丢失当前 模型中的所有实体。模型中的所有实体。 17 文件菜单文件菜单 打开模型打开模型.此此 选项用来选择一个选项用来选择一个 Flexsim模型文件（模型文件（

20、 扩展名为扩展名为.fsm）来）来 编辑。如果没有存编辑。如果没有存 盘，在当前模型中盘，在当前模型中 所进行的所有改变所进行的所有改变 都将丢失。都将丢失。 18 文件菜单文件菜单 保存保存.此选项此选项 将保存当前模型文件将保存当前模型文件 （扩展名为（扩展名为.fsm），）， 对当前模型所做的改对当前模型所做的改 变都会被保存。变都会被保存。 模型另存为模型另存为. 此选项用来将仿真模此选项用来将仿真模 型保存为文件。保存型保存为文件。保存 所创建的文件扩展名所创建的文件扩展名 为为.fsm。此模型树的。此模型树的 全部内容都将被保存。全部内容都将被保存。 19 Flexsim软件主窗口

21、布局软件主窗口布局 Flexsim软件主窗软件主窗 口由下面五部分构口由下面五部分构 成成: 菜单菜单 工具栏工具栏 实体库实体库 模型视图模型视图 仿真控制栏仿真控制栏 20 工具栏工具栏 工具栏中常用到的按钮包括工具栏中常用到的按钮包括 ToolBox：工具箱编辑全局表格：工具箱编辑全局表格/变量变量 Commands：命令集：命令集 Tree：模型树打开模型树：模型树打开模型树 Ortho：正投影打开模型正投影视图：正投影打开模型正投影视图 Persp：透视打开模型透视图：透视打开模型透视图 21 Flexsim软件主窗口布局软件主窗口布局 Flexsim软件主窗软件主窗 口由下面五部分

22、构口由下面五部分构 成成: 菜单菜单 工具栏工具栏 实体库实体库 模型视图模型视图 仿真控制栏仿真控制栏 22 Flexsim仿真模型的基本组成仿真模型的基本组成 对象（对象（Objects） Flexsim采用对象对实际过程中的各元素建模采用对象对实际过程中的各元素建模 连接（连接（Connections） Flexsim中通过对象之间的连接定义模型的流程中通过对象之间的连接定义模型的流程 方法（方法（Methods） 对象中的方法定义了模型中各对象所需要完成的作业对象中的方法定义了模型中各对象所需要完成的作业 23 2.3.2 基本概念基本概念 Flexsim实体实体 Flexsim的实体

23、在仿真中模拟不同类型的资源。暂存区实体的实体在仿真中模拟不同类型的资源。暂存区实体 就是一个例子，它在仿真中扮演存储或缓冲区的角色。暂存就是一个例子，它在仿真中扮演存储或缓冲区的角色。暂存 区可以代表一队人，区可以代表一队人，CPU中一队空闲处理程序，一个工厂中中一队空闲处理程序，一个工厂中 的地面堆存区，或客户服务中心的等待传叫的队列。另一个的地面堆存区，或客户服务中心的等待传叫的队列。另一个 Flexsim实体的例子是处理器实体，它模拟一段延迟或处理时实体的例子是处理器实体，它模拟一段延迟或处理时 间。它可以代表工厂中的一台机器，一个为客户服务的银行间。它可以代表工厂中的一台机器，一个为客

24、户服务的银行 出纳员，或者一个分检包裹的邮政员工，等等。出纳员，或者一个分检包裹的邮政员工，等等。 Flexsim实体可在对象库栅格面板中找到。这些实体栅格被实体可在对象库栅格面板中找到。这些实体栅格被 分为几组，默认状态下显示最常用的实体。分为几组，默认状态下显示最常用的实体。 24 Flexsim实体库简介实体库简介 Flexsim库由实体组成，这些实体之间可进行方便库由实体组成，这些实体之间可进行方便 易懂的交互。这些实体是采用面向对象的方法构建的，易懂的交互。这些实体是采用面向对象的方法构建的， 具有父类具有父类/子类的层次结构。子类实体继承父类实体的属子类的层次结构。子类实体继承父类

25、实体的属 性和默认行为，同时又特别指定了适用于特定情形的行性和默认行为，同时又特别指定了适用于特定情形的行 为。在为。在Flexsim中，库中的大多数实体都是由两个通用中，库中的大多数实体都是由两个通用 实体类，或者说是父类，之一创建的。这里所说的两个实体类，或者说是父类，之一创建的。这里所说的两个 通用类是固定实体（通用类是固定实体（FixedResources）和任务执行器）和任务执行器 （TaskExecuters）。）。 25 Flexsim的实体库的实体库 26 固定实体固定实体 固定实体是模型中固定不动的实体，可以代表处理流固定实体是模型中固定不动的实体，可以代表处理流 程的步骤，

26、如处理站或存储区域。程的步骤，如处理站或存储区域。 发生器发生器 暂存区暂存区 处理器处理器 吸收器吸收器 合成器合成器 分解器分解器 输送机输送机 流节点流节点 分类输送机分类输送机 复合处理器复合处理器 货架货架 储液罐储液罐 基本固定实体（基本固定实体（BFR） 27 任务执行器任务执行器 任务执行器是模型任务执行器是模型 中共享的可移动的资源。中共享的可移动的资源。 它们可以是操作员，被它们可以是操作员，被 用来在某给定步骤中处用来在某给定步骤中处 理一个临时实体时使用。理一个临时实体时使用。 任务执行器任务执行器: 操作员操作员 运输机运输机 堆跺机堆跺机 起重机起重机 升降机升降机

27、 机器人机器人 基本任务执行器（基本任务执行器（BTE） 28 其它其它: 实体库中也有一实体库中也有一 些实体，既不是任务些实体，既不是任务 执行器，也不是固定执行器，也不是固定 实体。这些实体列出实体。这些实体列出 如下。如下。 分配器分配器 网络节点网络节点 记录器记录器 交通控制器交通控制器 可视化工具可视化工具 在在Flexsim的学习和应用中，的学习和应用中， 我们将会发现，固定实体和任我们将会发现，固定实体和任 务执行器之间的差别有时会变务执行器之间的差别有时会变 得非常模糊。在模型中，任务得非常模糊。在模型中，任务 执行器能够仿真类似固定实体执行器能够仿真类似固定实体 的处理步

28、骤，而固定实体也能的处理步骤，而固定实体也能 配置用来像共享资源一样行进配置用来像共享资源一样行进 和操作。唯一差别在于看待问和操作。唯一差别在于看待问 题的角度。题的角度。 29 临时实体临时实体 临时实体是那些在模型系统中移动通过的实体。临临时实体是那些在模型系统中移动通过的实体。临 时实体可以代表零件、托盘、组装部件、纸张、集装箱、时实体可以代表零件、托盘、组装部件、纸张、集装箱、 人、电话呼叫、订单，或任何移动通过你正在仿真的过人、电话呼叫、订单，或任何移动通过你正在仿真的过 程的对象。临时实体可以被加工，也可以被物料运输资程的对象。临时实体可以被加工，也可以被物料运输资 源携带通过系

29、统。源携带通过系统。 在在Flexsim中，临时实体产生于一个发生器实体。中，临时实体产生于一个发生器实体。 一旦临时实体从模型系统中通过，他们就被送至吸收器一旦临时实体从模型系统中通过，他们就被送至吸收器 实体。实体。 30 端口端口 每个每个Flexsim的实体都可有多个端口，端口数没有数量限的实体都可有多个端口，端口数没有数量限 制。实体通过端口与其它实体进行通信。端口有制。实体通过端口与其它实体进行通信。端口有3种类型：种类型： 输入、输出和中间端口。输入、输出和中间端口。 输入和输出端口在设定临时实体在模型中的流动路线输入和输出端口在设定临时实体在模型中的流动路线 时使用。例如，一个

30、邮件分拣器，根据包裹的目的地不同，时使用。例如，一个邮件分拣器，根据包裹的目的地不同， 把包裹放置在几个输送机中的一个上。要在把包裹放置在几个输送机中的一个上。要在Flexsim中模拟中模拟 这个过程，你需要将一个处理器实体的多个输出端口连接这个过程，你需要将一个处理器实体的多个输出端口连接 到几个输送机实体的输入端口，这表示一旦处理器（或邮到几个输送机实体的输入端口，这表示一旦处理器（或邮 件分拣器）完成对临时实体（或包裹）的处理，将把它发件分拣器）完成对临时实体（或包裹）的处理，将把它发 送到输送机。送到输送机。 31 中间端口用来建立一个实体与另一个实体的相关性。中间端口用来建立一个实体与另一个实体的相关性。 中间端口通常的应用是建立固定实体与可移动实体中间端口通常的应用是建立固定实体与可移动实体 之间的相关关系，这些固定实体如机器、暂存区、输送机之间的相关关系，这些固定实体如机器、暂存区、输送机 ，可移动实体如操作员、叉车、起重机等。本课教程中不，可移动实体如操作员、叉车、起重机等。本课教程中不 使用中间端口。使用中间端口。 端口的创建和连接操作方法是，按住键盘上不同字端口的创建和连接操作方法是，按住键盘上不同字 母，点击一个实体并拖动至第二个实体。如果在点击和拖母，点击一个实体并拖动至第二个实体。如果在点击和拖 动过程