? 2009-2010年第2学期
系统仿真原理及应用
教学内容
绪论 离散事件系统仿真 输入数据的分析 仿真结果与系统方案分 物流仿真软件介绍
学校：武汉科技学院 学院：机电工程学院 班级：工业工程071 姓名： 学号：
参考教材
? 《物流系统仿真原理与应用》张晓萍主编.中国物资出版社,2005. ? 《生产系统建模与仿真》孙小明编著.上海交通大学出版社,2006. ? 《制造系统建模与仿真》
目录
第1讲 绪论
? 系统仿真技术的发展历史 ? 1.2 系统仿真的基本概念 ? 系统仿真技术的特点 ? 系统仿真的应用
? 系统仿真的相关技术
第2讲 离散事件系统建模与仿真的基本原理 ? 系统建模与仿真的基本步骤 ? 离散事件系统建模的基本要素 ? 建立系统模型的常用方法
? 离散事件系统仿真程序的基本结构 ? 系统建模与仿真案例分析
第3讲 输入数据的分析 ? 简介
? 原始数据的收集 ? 随机变量的识别 ? 参数估计
? 拟合度检验
第4讲 随机变量的产生 ? 随机数的生成方法 ? 随机数发生器的检验 ? 随机变量的生成原理 ? 典型随机变量的生成
第5讲 排队系统的建模与仿真 ? 排队论的基本概念 ? 排队系统的组成
? 到达模式 服务机构 排队规则 ? 队列的度量
? 排队模型的分类 ? 排队系统的分析
? 单服务台M/M/1模型 ? 多服务台M/M/c模型
? M/M/c和M/M/1模型比较
第6讲 系统仿真算法 ? 事件调度法 ? 活动扫描法
? 进程交互法
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第1讲 绪论
1.1 系统仿真技术的发展历史 一、系统模型
系统模型——对实际系统进行简化和抽象、能够揭示系统元素之间关系和系统特征的相关元素实体。
? 物理模型——根据相似准则缩小和简化的实际系统，对这样的物理模型进行实验研
究，其结果可以近似推广到原系统。
存在的主要问题：
? 研究费用较为昂贵 ? 试验是有限制的 ? 需要花费大量的时间 数学模型 仿真模型
1952年美国成立仿真学会
美国的《21世纪制造业发展战略报告》中提出，2020年前世界制造业面临的6大挑战和10大关键技术中，10大关键技术的第5项是“企业建模及仿真”。 20世纪40年代，冯·诺依曼正式提出了系统仿真的概念
世界先进国家的生产企业将生产仿真研究作为研究生产系统的一个重要手段，如英特尔、戴尔、马士基等，在企业扩建和改造的前期、新产品生产的投入之前，都会运营计算机仿真技术对企业将要采用的生产系统进行仿真和预测，为生产系统的调度决策、生产能力预测、生产设备的合理匹配、生产线的效率提高提供量化依据，为生产系统的早日投入正常生产运行起到出谋划策的作用。
1.2 系统仿真的基本概念
一、系统、模型与仿真的关系
为开发新系统或分析、研究已有系统的性能特征，通常需要进行试验。 总体上，试验方法可以分为两类： ① 直接以实际系统为对象进行试验； ② 构造系统模型（model of system），通过对系统模的试验来了解和验证系统的性能指标。
基于模型的试验具有以下优点：
① 新系统还处于开发阶段，尚没有可供试验的真实系统。 例如：新型飞机、汽车等新产品的研制等。
② 对真实系统的试验可能会引起系统故障或破坏，给系统、环境、操作人员及其用户等带来危害或产生重大损失。
例如：采用新技术的火箭、卫星以及载人飞船的发射，电力系统、铁路机车调度系统的操作培训等
③ 为得到系统真实的性能指标，往往需要进行多次试验，使得基于实物的试验成本高、试验周期长。
④ 试验条件的一致性是保证试验结果的准确性和可信性的重要条件，基于实物的试验在此方面存在较大难度。
随着科学技术进步和系统复杂性的提高，基于模型的试验方法得到越来越广泛的应用。
建立系统模型是开展模型试验的前提条件，该过程称为系统 建模（system modeling）。
模型（model）是对实际或设计中系统的某种形式的抽象、
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简化与描述，通过模型可以分析系统的结构、状态、动态 行为和能力。
系统模型可以分为：① 物理模型② 数学模型③ 物理-数学模型
物理模型（physical model）是采用特定的材料和工艺，根据相似性准则按一定比例制作的
系统模型，以便通过试验对系统的某些方面性能作出评估。
例如：研制新型飞机时，一般先要对按比例缩小的飞机模型进行风洞试验，以验证飞机的空气动力学性能；开发新型轮船时，一般先要在水池中对缩小的轮船模型进行试验，以了解轮船的各种性能；工程建设或发电站选址时需要建立沙盘模型；军事演习中采用沙盘模型完成推演； 企业选址和车间布局时，利用模型进行评估与论证；建筑模型、城市规划模型等都属于物理模型…
数学模型（mathematical model）是采用符号、数学方程、数学函数或数据表格等方法定义
系统各元素之间的关系和内在规律，再利用对数学模型的试验以获得现实系统的性能特征和规律。
例如：国家或地区人口增长模型； 经济增长预测模型；数控机床可靠性预计模型…
物理-数学模型（physical-mathematical model），也称为半物理模型（semi-physical model）。它是一种混合模型，结合了物理模型和数学模型的优点。
例如：航空、航天仿真训练器；发电厂调度仿真训练器；铁路调度仿真训练器…
仿真（simulation）是通过对系统模型的试验，研究已存在的或设计中的系统性能的方法及其技术。简单地说，仿真就是一种基于模型的活动。
仿真可以再现系统的状态、动态行为及性能特征，用于分析系统配置是否合理、性能是否满足要求，预测系统可能存在的缺陷，为系统设计提供决策支持和科学依据。 根据仿真模型的不同，仿真可以分为物理仿真、数学仿真以及物理-数学仿真。 系统、模型与仿真三者之间有着密切的联系。其中，系统是要研究的对象，模型是系统在某种程度和层次上的抽象，而仿真是通过对模型的试验以便分析、评价和优化系统。
系统、模型与仿真三者之间的关系
随着计算数学的成熟和计算机技术的发展，人们越来越多地 通过数学模型并通过计算机仿真来分析和优化系统，形成了 计算机仿真（simulation based on computer）技术。
计算机仿真属于数学仿真，它的实质是仿真过程的数字化，
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也称为数字化仿真（digital simulation）。
1.3 系统仿真技术的特点
仿真是分析、评价和优化系统性能的一种技术手段。与运筹学（优化）模型等相比，仿真模型无需对系统作过多简化，能更真实地反映系统结构和性能特征。优化模型通常仅给出优化结果，而仿真可以再现系统的动态运行过程。目前，数字化仿真已广泛应用于产品开发和制造系统研制过程中，成为系统方案论证、规划设计、参数及性能优化研究的有效工具。
1.4 系统仿真的应用
1、系统仿真技术在制造系统中的作用：
（1）有利于提高产品及制造系统的开发质量 （2）有利于缩短产品的开发周期
（3）有利于降低产品及制造系统的开发成本 （4）可以完成复杂产品或系统的操作培训 2、系统仿真在物流中的作用 物流系统规划与设计 物料控制 物料运输调度 物流成本估算
物流系统进行可靠性分析
1.5 系统仿真的相关技术
? 建模与仿真方法学 ? 仿真算法 ? 仿真软件
? 仿真计算机/仿真器 ? 虚拟现实技术 ? 分布仿真技术 ?
1.6 系统仿真的类型
根据模型的种类分类：物理仿真 数学仿真 根据仿真时钟与实际时钟的比例关系分类：
? 实时仿真 ? 亚实时仿真 ? 超实时仿真
根据系统模型的特性分类：
? 连续事件系统仿真 ? 离散事件系统仿真
半实物仿真 5