08专题04系统仿真技术209

1、管理信息系统专题 4：系统仿真技术 （2）系统仿真基础系统仿真基础排队系统的特征拟到达总体潜在顾客的总体称为拟到达总体，也称为顾客源。可以是有限的，也可能是无限或近似无限的。在拥有大量潜在顾客的系统中，通常假设拟到达总体是无限的。排队系统的特征系统容量指系统队列可以容纳的最大顾客数量，可以是有限的，也可能是无限或近似无限的。对于一个加油站，可能系统只能容纳10辆车，当车辆到达发现系统已饱和时，不会进入系统。对一个不限制排队人数的音乐会门票销售系统，可以认为系统容量是无限的。排队系统的特征顾客到达过程一般用到达时间间隔来表征，可分为确定性到达及随机性到达。顾客可能独自到达，也可能成批到达，每批到

2、达的数目可能固定，也可能随机。泊松到达过程平稳泊松到达过程顾客到达速率（单位时间内到达的顾客数，如10个/分钟）是恒定的，顾客到达时间间隔服从均值为1/（如0.1分钟）的指数分布。在长度为t的时间段中到达的顾客数目N（t）服从均值为t的泊松分布。非平稳泊松到达过程顾客到达速率随时间的不同而不同，即顾客到达时间间隔的均值谁时间波动。排队系统的特征服务时间与服务机制服务时间指服务台为顾客服务的时间，可以是确定的，也可能是随机的。服务机制指服务台的数量及其连接形式（串联还是并联），顾客是单个还是成批接受服务。排队系统的特征排队行为与排队规则排队行为拒绝进入：顾客到达系统时发现队列过长立即离开（不进入

3、队列）。中途离队：顾客排队一段时间后未接受服务中途离开系统。换队：顾客排队一段时间后换队（换到较短的队列）。排队规则FIFO：先到先服务。LIFO：后到先服务。按优先级别服务：根据队列中实体的重要程度选择最优先服务者。排队系统的符号表示A/B/C/D/E/FA顾客相继到达间隔时间分布M：指数分布，D：常数，Ek：k阶爱尔朗分布，G：一般相互独立的随机分布B服务时间分布M：指数分布，D：常数，Ek：k阶爱尔朗分布，G：一般相互独立的随机分布C服务台个数“1”则表示单个服务台，“s”(s1)表示多个服务台。D系统容量表示系统容量无限，此时一般也可省略不写。E顾客源数目表示顾客源无限，此时一般也可省

4、略不写F服务规则FCFS：先到先服务，LCFS：后到先服务，PR：优先权服务举例：M/M/1，M/G/s/ /FCFS离散事件系统仿真模型组成实体及其属性 属性是对实体特性的描述。如产品实体可以具有属性：类型、重量等。可以根据具体情况决定需要哪些属性，并为其命名、赋值、及时变更、以及适时使用（贯穿建模全过程）。 实体是被加工、处理或服务的对象，它们在系统中移动、改变形态、影响其它实体及系统状态，并影响着系统性能。在 ExtendSim中，实体被称为Item 离散事件系统仿真模型组成资源在 ExtendSim 中，有时我们可以用 Activity 模块隐性表示资源，此时资源和活动合为一体，此外，

5、还可以用 Resource Pool、Resource Item 等模块显性建模资源。 资源是对实体进行加工处理时需要的任何事物，如人员、设备或有限存储区域中的空间。当有可用资源时，实体会占用该项资源（可能同时占用多个），并在完成服务后将其释放。最好想象成把资源分配给实体，而不要想象成把实体分派到资源上，因为有时一个实体（例如零件）同时需要多个资源（如人员和机器）为其服务。 离散事件系统仿真模型组成队列在 ExtendSim 中，提供队列模块 ，而且可以定义一定的容量来表示有限的存放空间等。 当实体需要资源提供服务，而该资源已被占用时，它需要在队列（Queue）中等候。离散事件系统仿真模型组成

6、活动从仿真的角度看，我们并不在意活动的具体内容和具体的操作方式，而是关心活动的延时，以及活动需要哪些资源这些共性的东西，然后就可以利用延时模块（如 ExtendSim 中的 Activity 模块）对活动进行建模。活动是对实体执行的某种操作，它要消耗一定的时间，多数情况下，完成一项活动还需要资源的参与。离散事件系统仿真模型组成控制在 ExtendSim 中，控制构造主要通过各种 Get、Set、Select、Equation 等模块完成，必要时，还需要编写一定的程序来完成复杂的控制逻辑。控制是指仿真模型运行要遵循各项逻辑规则或者控制规则，如实体应该沿哪条路径移动，队列规则是什么，工作计划是什么

7、等等。离散事件系统仿真模型组成全局数据存储ExtendSim 没有可视化的全局变量模块，但是可以使用 ExtendSim 提供的全局数组模块（Data Source Create）存放全局数据，并用 Read 和 Write 模块来读写它。有时，模型需要存取一些全局数据，这些数据可以被模型中所有模块在不同的位置同时访问（读取或写入），这时必须有一种存储全局数据的机制。离散事件系统仿真模型组成系统变量仿真涉及三种变量：输入变量响应变量状态变量离散事件系统仿真模型组成系统变量输入变量输入变量是系统中不依赖于其它变量的变量，所以又称独立变量。顾客到达时间间隔的均值、某种资源的数量、队列的最大容量等都

8、是输入变量的例子，改变输入变量的取值会影响系统行为和性能。有些输入变量是不可控制的，如外部顾客的到达时间间隔均值。有些输入变量是可以控制的，如为某种操作分配的操作员数量，这种可控制的输入变量又称为决策变量，因为一组决策变量的取值对应着一个特定的决策方案，决策人员希望寻找到最优的决策变量的取值以使得系统性能最优。在 ExtendSim中，输入变量或决策变量可以是模块对话框中的参数，如队列模块的最大长度，活动模块的处理时间、资源模块的资源数量等，也可以是对应着全局数组中的某个值。离散事件系统仿真模型组成系统变量状态变量状态变量反映某一特定时点的系统状态如当前队长，机器的当前状态（忙还是闲），系统中

9、当前实体总数等。离散事件仿真的一个重要特点就是其研究的系统的状态变量是随时间离散变化的。所有与研究目的相关的状态变量的集合就构成了整个系统的状态。状态变量的取值也依赖于输入变量，即输入变量的不同取值会导致不同的状态变量取值。在 ExtendSim 中，许多模块在自己的对话框或数值连接点处都能够实时反映自己的状态变量取值，如在对列模块对话框可以看到当前队列长度的变化。离散事件系统仿真模型组成事件事件就是在某个（仿真）时刻发生的事情，它可以改变属性、变量或统计累加器的值。在 ExtendSim 中，事件处理主要由 Executive 模块完成。离散事件系统仿真模型组成仿真时钟仿真过程中的当前时间值

10、记在一个特殊变量中，称为仿真时钟（simulation clock，仿真时钟不过就是一个记录当前时间的变量）。与实际时间不同，仿真时钟并不是连续推进、均匀取值的，而是从当前事件的发生时间跳跃到下一个事件的发生时间。因为相继两个事件之间系统状态没有发生变化，所有也就没有必要让仿真时钟遍历这两个事件间的时间。在 ExtendSim中，仿真时钟由Executive模块管理。用户不必手工处理，这就大大简化了用户的建模工作。ExtendSim基本操作 仿真全局参数设置全局时间单位(Globle time units)无量纲的Generic时间单位各个模块无法使用局部时间单位有量纲的时间单位，各个模块可以

11、修改自己的局部时间单位，使之不同于全局时间单位ExtendSim基本操作 仿真全局参数设置随机数种子(Random Seed)设置为 0 或空，每次会随产生一个种子，每次生成的随机数据序列不同设置为不为0的数，每次会使用相同的种子，每次生成的随机数据序列相同ExtendSim基本操作 克隆即复制对话框项目到模型工作表或记事本上，以方便观察使用工具栏的克隆层（Clone layer）工具完成这个功能。克隆为用户提供了一种便捷的途径来改变对话框参数设置或者监控仿真结果ExtendSim基本操作 记事本典型的用途是将所有你想查看的数据集中放置到一起（通过Clone方法）以便于查看和控制。 文本输入E

12、xtendSim基本操作 工具栏通过几个图层选择工具可以选择不同的层，从而操纵不同层的对象Block/Text Layer（模块文本层，这是默认层，该层可以操纵模块和文本）Draw Layer（绘图层，该层可以绘制和操纵图形）Clone Layer（克隆层，该层操纵克隆对象）All Layer（点击该工具后可以访问所有层的对象） 图层（Layer）ExtendSim基本操作 层级功能可以将一些基本的建模结构(例如一群连接的模块) 封装为一个单个的、高级的结构，即层级模块。模型层级（Hierarchy）如何创建层级模块拖动鼠标选择一群模块选择菜单Model Make Selection Hier

13、archical 命令。层级模块的窗口子模型窗口（双击）结构窗口（菜单Model Open Hierarchical Block Structure）ExtendSim基本操作 模型层级（Hierarchy）修改层级模块的外观显示在结构窗口中改层级模块内的模块与外部模块的连接方式用红色文本框与外部连接，注意文本框名称可以修改，但后缀In、Out不能改，它表示输入还是输出。在层级模块外部的连接点上停放鼠标，会弹出跟内部红色文本框同名的小提示，表示出内外连接对应关系。ExtendSim基本操作 命名连接就是在模型中使用同名文本标签来代替连接线连接，其效果相对于将两个（或多个）端口直接连接上了。可以

14、使得界面清洁。命名连接只能用于连接模型中的同一层级，为了连接不同的层级，使用Throw和Catch模块或者给层级模块添加连接端口。ExtendSim基本操作 模型外观通过菜单 Model 下的一些子菜单，可以改变模型外观，如切换连线、端口、命名连接的显示，可以更改连线的线形。案例：确定最佳批量案例描述某产品制造流程如图所示，产品按指数分布到达生产线，平均间隔时间为1min。产品按一定数量进行成批处理后放入烤箱，每一批在烤箱中的处理时间为20min。确定最佳指，使产品从达到至离开生产线的平均周转时间最短。 Part ArrivalPart WaitingBatchingOvenUnbatchingCalculate Cycle Time & Exit案例：确定最佳批量案例建模Simulation VariableInformationMean & Variance案例：确定最佳批量案例建模：设置 Cycle Time 属性案例：确定最佳批量案例建模：设置合批与分拆案例：确定最佳批量案例建模