系统仿真 第 1 章 离散系统建模与仿真

1、离散系统建模与仿真Discrete System Modeling and Simulation孙小明 （上海交通大学现代物流研究中心）Addr. 上海市东川路1954号 闵行校区 机械楼 616 室Tel.Fax.mail: 工 业 工 程 与 管 理 系Industrial Engineering & Management生产系统建模与仿真Production System Modeling and Simulation物流系统建模与仿真Logistics System Modeling and Simulation授 课 时 数 ：

2、 3 6 小时课程指定教材： 离散事件系统建模与仿真 顾启泰编著，1999年8月，清华大学出版社课程介绍课 程 名 称 ： 离散系统建模与仿真生产系统建模与仿真物流系统建模与仿真 面向工程实际的应用型课程，是工业工程和物流工程专业的主导课程。课程介绍从课程的题目中可以看出： 离散系统建模与仿真其对象是：离散系统生产系统是一个典型的离散系统。物流系统也是一个离散系统。其中：机械加工系统应该说是现实离散系统中最为复杂的一种。目的是：仿真。即用一种抽象的、能够反映系统研究本质的“虚假”系统，来模拟实际系统。而这虚假系统就是系统模型。课程性质：离散事件系统建模与仿真的基本原理离散事件系统建模与仿真的方

3、法Petri网建模与仿真课程的先修课程：生产运作与管理运筹学计算机编程与应用技术概率论与数理统计课程的考核方法： 完成相关作业及期末考核。课程介绍课程主要内容：课程介绍考核成绩计算方法每一学员有两个成绩：“平时作业成绩”完成相应的作业，不做作业者或未按时交纳者，视作零分。“最终考核成绩”课程结束后，会安排一次课程考核，参加学员获得最终考核成绩。 课程成绩的计算：课程介绍1)Simulation Modeling and Analysis, Law Averill M., Kelton W. David, 1982, McGraw Hill Inc.2)计算机仿真，邱百光，1987年，上海交通大

4、学出版社3)现代生产物流及仿真，张晓萍等编著，1998年，清华大学出版社4) Simulation With Arena, W.David Kelton ,1998 McGraw Hill Inc.课程参考书目：课程介绍什么是仿真？什么是离散系统的仿真？为什么需要做仿真？何时做仿真仿真能解决什么问题？如何进行仿真？仿真要做那些准备工作？仿真的可信度如何评价？那些系统能够进行仿真？课程试图解决的问题：课程介绍Witness 2003 离散系统仿真软件Arena 3.0离散系统仿真软件Slam 3.0 离散系统仿真软件Matlab 8.0 数学计算库针对离散系统仿真我们有那些仿真工具：第一章 绪

5、论 1.1 引言 1.2 离散事件系统仿真的基本概念1.3 离散事件系统仿真模型的建立 1.4 仿真研究的步骤 系 统 system 系统是研究的一个具体对象。是实体的一个集合。如：人群、机器等。 1970年，著名管理学家泰勒（Taylor）对“系统”作了如下定义：实体之间是相互作用的，或是通过逻辑关系组合在一起的。 系统是按照某些规律结合起来的，相互作用、相互依存的所有元素的集合。 “按照某些规律结合起来”是为了把仿真的研究对象最大限度地加以扩展。系统内部各元素的相互作用规律可以是已知的、略知的或者是模糊的，甚至是未知的。 一个实际系统的元素往往非常多，元素之间是相互关联的，这样的系统可以通

6、过图论中的连通图对应起来：系统对应的是一个图，元素对应的是图上的点，而元素之间的规律作用、关系和点与点之间的关系对应的是图上的边。“元素”：强调的系统不仅是有形的物理系统，也可以是抽象的、概念的系统，例如，计算机，仿真的对象即可以是它的硬件系统，也可以是它的软件系统。系 统系 统 的 种 类连续系统 & 离散系统 变量状态静态系统 & 动态系统 时域状态确定系统 & 随机系统单变量系统 & 多变量系统 自由度数量什么是系统仿真?(Systematic Simulation)仿真：对现实中的现象通过某种抽象，建立表达现实变化规律或特征的模型，运用一定的手段加以描述，这就是仿真。系统仿真：首先针对

7、真实系统建立模型，然后在模型上进行试验，用模型代替真实系统,从而研究系统性能的方法。 系统仿真将能一一仿效实际系统的各种动态活动，并把系统动态过程的瞬间状态记录下来。最终得到用户所关心的系统统计性能。系统仿真的方法适用于任何的领域。电子、机械、航空、交通等 为什么要采用系统仿真?系统所涉及到的专业知识较为广泛，如：机械、生产管理、人事管理、产品设计、生产工艺等现实问题的规律是复杂的，一般很难用一确定的数学方程或数学函数显性地或隐性地表达。科学技术的发展难以适应生产系统研究的需要 仿真是系统特征无法用数学方程、数学函数描述时，为了研究系统特征所采用的一种研究方法。我们可以这样说：仿真是一种“不得

8、已而为之”的方法1.1 引 言数学优化建模与仿真建模数学优化建模原理：建立系统元素与优化目标间的量化数学逻辑关系，通过逻辑关系的数学递归关系求解，寻找符合目标函数最优的元素状态。模型：min(max)C=f(x)s.t.g(x)1小时，则置为零，同时标识一次休息；仿真时间推进5分钟。文件处理系统的模型文件号i开始时刻tb工作时间tw完成时刻tf累计时间tc休息标记F作业号N1045454505724516616115636657150554712910034054510033133671536138251632505271632118446051在上述表中，我们可以分析得到：表述系统的独立变量

9、为完成文件处理的工作时间用以描述系统状态的数，称为状态描述字。一些状态描述字具有物理上的意义，如文件数i和时间t；另一些则只表明条件，如标记F。当状态描述字的值发生变化时，则称为产生了一个离散事件。在复杂的系统中,可能同时产生两个或两个以上不同的事件，只是与该事件相关的那些状态描述字才发生改变。 实例简单的银行服务系统银行系统（出纳员）客户到达客户离去仿真实体为：顾客、出纳员、排队线等。决定仿真实体的属性为：顾客事务的数目及到达率； 出纳员的人数，处理事务的原则和速率；排队线平均长度，每个顾客的平均等待时间。 简单的银行服务系统仿真处理方法之一面向时间的仿真程序结构图 简单的银行服务系统面向事件