系统仿真方法与应用1

1、系统仿真方法与应用杨文东第一部分 离散事件系统仿真入门第1章 仿真绪论 1.1 仿真何时适用 1.2 仿真何时不适用 1.3 仿真的优缺点 1.4 应用领域 1.5 系统和系统环境 1.6 系统的成分 1.7 离散系统和连续系统 1.8 系统的模型 1.9 模型的类别 1.10 离散时间系统仿真 1.11 仿真研究的步骤第2章 仿真实例 2.1排队系统的仿真2.2库存系统的仿真2.3其他仿真实例2.4小结第3章 基本原理 3.1离散事件仿真的概念 3.1.1事件调度/时间推进算法 3.1.2世界观 3.1.3采用事件调度法系统仿真3.2表处理 3.2.1表：基本性质和操作 3.2.2只用数组进

2、行表处理 3.2.3使用动态分配和链表 3.2.4高级技术3.3 小结第4章 仿真软件 4.1仿真软件的历史 4.1.1探索阶段（1955-1960） 4.1.2出现阶段（1961-1965） 4.1.3形成阶段（1966-1970） 4.1.4发展阶段（1971-1978） 4.1.5巩固和改进阶段（1979-1986） 4.1.6集成环境阶段（1987-现在）4.2仿真软件选集4.3一个仿真实例4.4 用Java语言仿真4.5 用GPSS仿真4.6 用SSF仿真 4.7仿真软件 4.7.1Arena 4.7.2AutoMod 4.7.3Extend 4.7.4Flexsim 4.7.5Mi

3、croSaint 4.7.6ProModel 4.7.7QUEST 4.7.8SIMUL8 4.7.9WITNESS 4.8实验和分析系统工具 4.8.1一般特性 4.8.2产品第二部分 数学模型和统计模型第5章 仿真中的统计模型 5.1 术语和概念回顾5.2 有用的统计模型5.3 离散分布5.4 连续分布5.5 泊松分布 5.5.1 泊松分布的性质 5.5.2 非平稳泊松分布 5.6 经验分布5.7 小结第6章 排队模型 6.1 排队系统的特点 6.1.1 拟到达总体 6.1.2 系统容量 6.1.3 到达过程 6.1.4 排队行为和排队规则 6.1.5服务时间和服务机制6.2 排队标记6.

4、3 排队系统的长时间运行性能指标 6.3.1 系统L的时间平均数 6.3.2 每个顾客在系统中花费的平均时间w 6.3.3 守恒方程: L=w 6.3.4 服务台利用率 6.3.5 排队问题中的费用 6.4 无限系统马尔科夫模型的稳态行为特性 6.4.1具有泊松分布及无限容量的单服务台队列:M/G/1 6.4.2 多服务台队列: M/M/c/ 6.4.3 具有泊松到达及有限容量的单服务台容量:M/M/c/N/oo6.5 有限总体模型(M/M/c/K/K)的稳态行为特性6.6 排队网络 6.7 小结第三部分 随机数第7章 随机数的产生 7.1随机数的性质7.2 伪随机数的产生7.3 产生随机数的

5、方法 7.3.1 线性同余法 7.3.2 组合线性同余发生器 7.3.3 随机数流7.4随机数的检验 7.4.1 频率检验 7.4.2 自相关数的检验7.5 小结第8章 随机变量的产生8.1 反变换技术 8.1.1 指数分布 8.1.2 均匀分布 8.1.3 韦布尔分布 8.1.4 三角分布 8.1.5 经验连续分布 8.1.6 无封闭形式反函数的连续分布 8.1.7 离散分布8.2 舍选分布 8.2.1 泊松分布 8.2.2 非平稳泊松分布 8.2.3 伽马分布8.3 特殊性质 8.3.1 正态分布和对数正态分布的直接变换 8.3.2 卷积法 8.3.3更多的特殊性质8.4 小结第四部分 仿

6、真数据分析第9章 输入建模9.1 数据收集9.2 用数据辨识分布 9.2.1 直方图 9.2.2 选择分布簇 9.2.3 分位点-分位点（q-q)图9.3 参数估计 9.3.1统计学原理：样本均值和样本方差 9.3.2 建议使用的估计量9.4 拟合优良度检验 9.4.1 检验 9.4.2 具有等概率的 检验 9.4.3 科尔莫戈罗夫-斯米尔诺夫拟合优良度检验 9.4.4 p值和“最佳拟合”9.5 拟合非稳态泊松过程9.6 选择无数据的输入模型9.7多变量和时间序列输入模型 9.7.1 协方差和相关系数 9.7.2 多变量输入模型 9.7.3 时间序列输入模型 9.7.4 正态分布到任何分布的变

7、换9.8 小结22第10章 仿真模型的检验和验证 10.1模型的建立、检验和验证10.2 仿真模型的检验10.3 模型的检验和验证 10.3.1 表面效度 10.3.2 模型假设的验证 10.3.3 输入-输出的变换的验证 10.3.4 输入-输出验证：利用历史数据 10.3.5输入-输出验证：利用图灵机检验10.4 小结第11章 单一模型的输出分析11.1关于输出分析的仿真模型11.2 输出数据的随机性11.3 性能度量及其估计 11.3.1 点估计 11.3.2 置信区间估计11.4 终止型仿真的输出分析 11.4.1 统计学基础 11.4.2 具有规定精度的置信区间 11.4.3 分位数

8、 11.4.4 由求和数据估计概率和分位数11.5 稳态仿真的输出分析 11.5.1稳态仿真的初始化偏差 11.5.2稳态仿真的误差估计 l1.5.3稳态仿真的重复运行方法 11.5.4稳态仿真中的样本量 1.5.5稳态仿真中区间估计的批均值 11.5.6 分位数11.6 小结第12章 系统设计方案的设计与比较12.1双系统设计方案的比较 12.1.1 具有相等方差的独立采样 12.1.2 具有不相等方差的独立采样 12.1.3公共随机数 12.1.4 具有规定精度的置信区间12.2多个设计方案的比较 12.2.1 用于多方案比较的Bonferroni 法 12.2.2 用Bonferroni

9、 法选择最佳方案 12.2.3 用Bonferroni法进行筛选12.3元建模 12.3.1 简单线性回归 12.3.2 回归的显著性检验 12.3.3 多重线性回归 12.3.4 回归的随机数分派12.4 基于仿真的优化 12.4.1 “基于仿真的优化”指的是什么 12.4.2 为什么基于仿真的优化很困难 12.4.3 鲁棒启发方法的应用 12.4.4 一个例证：随机搜索第五部分 应 用 第13章 制造与物流储运系统仿真13.1 制造与物运储料仿真 13.1.1 制造系统的模型 13.1.2 物料储运系统的模型 13.1.3 一些常用的物料储运装置13.2 目标与性能度量13.3 制造与物料

10、储运仿真中的问题 13.3.1停工期和故障建模 13.3.2跟踪驱动模型13.4 制造与物料储运系统仿真的案例研究13.5 制造实例：一个装配生产线的仿真 13.5.1 系统描述和模型假设 13.5.2 仿真前的分析 13.5.3 仿真模型以及系统设计的分析 13.5.4 工位利用率分析 13.5.5 潜在系统改进的分析 13.5.6 小结第14章 计算机仿真系统 14.1 引言14.2 仿真工具 14.2.1 面向进程仿真工具 14.2.2 面向事件仿真工具14.3 模型输入 14.3.1 调制泊松分布 14.3.2 虚拟内存参照14.4 高层次的计算机系统仿真14.5 CPU 仿真14.6

11、 内存仿真14.7 小结第15章 计算机网络仿真 15.1 引言15.2 通信流量建模 15.3 媒介访问控制 15.3.1令牌传递协议 15.3.2 以太网15.4 数据链路层15.5 传输控制协议15.6 模型构建 15.6.1 构建 15.6.2 例子15.7小结第1章 仿真绪论 1.1 仿真何时适用1.2 仿真何时不适用1.3 仿真的优缺点1.4 应用领域1.5 系统和系统环境1.6 系统的成分1.7 离散系统和连续系统1.8 系统的模型1.9 模型的类别1.10 离散事件系统仿真1.11 仿真研究的步骤 仿真是对现实世界的过程或系统随时间运行的仿真。1.1 仿真何时适用 仿真可被用于

12、以下目的： 1. 仿真使得对复杂系统内部的相互作用和复杂系统内部的相互作用的研究和实验成为可能 2.可以仿真信息、组织及环境的变更，以观察这些改变对模型行为的影响 3. 在仿真模型设计中获取的知识可能有很大的价值，可对被研究系统的改进提出建议 4.改变仿真的输入并观察产生的输出，可以使我们深入了解哪些变量是最终要的，以及了解变量间是如何相互作用的 5. 仿真可以作为教学设备来增强解析求解方法学的能力 6. 用于在新设计和策略实施前进行实验 7.用于验证解析解 8. 对机器不同能力进行仿真有助于确定其需求 9. 设计用于训练的仿真模型使得学习成为可能，无需费用和现场指导 10. 动画显示仿真运行

13、中的系统，使计划具有可视性 11. 现代系统（工厂、晶圆生产厂、服务组织等）非常复杂，只能通过仿真来处理其内部的相互作用1.2 仿真何时不适用 问题可通过普通方法解决时 例：自动打标签设备服务速度12人/小时，到达速率100人/小时，最少需要多少设备 100/12= 8.33 问题可以通过解析解决时 直接进行实验 成本超过仿真节省的开销：如果仿真成本20000元，而节省只有10000元 没有足够的资源或时间：如果仿真成本20000元，而只有10000元 无数据可用 如果负责人有不合理的预期 如果系统太复杂或不可定义1.3 仿真的优缺点 其中有一些优点是: 1.新的策略、操作程序、决策规则、信息

14、流、组织程序等的研究可以不干扰实际系统正在进行的操作 2.新的硬件设计、物理布局、运输系统等测试可在不具备获得它们必要资源的前提下进行 3.关于某些现象怎样发生或为什么发生的假设可以测试其可能性 4.可以压缩或者拓展时间来加速或减缓被研究的现象 5.可以深入了解有关变量的相互作用 6.可以获得变量对系统性能重要性的了解 7.可以进行瓶颈分析，进而发现在过程、信息、物料等工作中的哪个地方被过分延迟 8、仿真研究可以帮助理解系统是如何运行的，而不是一个人去思考系统如何运行 9、可以回答“如果就会”这样的问题，在新系统中特别有用一些缺点是：1.4应用领域 制造应用 半导体制造 建筑工程和项目管理 军

15、事应用 物流、供应链及分布式应用 运输模式及交通 经营过程仿真 健康护理1.5 系统和系统环境 系统的概念系统的概念：定义为一组连接在一起的对象，它们以某种规则的相互作用或相互依赖去达到某种目的。 系统环境系统环境：系统通常受到系统外部变化的影响，这种变化称为在系统环境中发生。1.6 系统的成分 实体：系统中感兴趣的对象 属性：实体的特征 活动：表示一段特定长度的时期 事件：可能会改变系统状态的即时发生的事情 系统的状态：定义为变量的集合 银行：忙碌的出纳员数量、正在接受服务的顾客数量系统实体属性活动事件状态变量银行顾客经常账户余额存款到达；离去处于忙态的出纳员数目；等待的顾客数目高速铁路乘客出发地；目的地旅行到达站；到达目的站每站等待的乘客数；正在运输的乘客数制造机器速度；容量；故障率焊接；冲压故障停机机器的状态（忙、闲、停机）通信信息长度；目的地传输到达目的地等待传输的数目仓