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1、生产系统建模与仿真 仿真的知识体系 输入分析输出分析模型的检验与验证 随机数的产生随机变量的产生 统计模型排队模型 仿真实例基本原理仿真软件 应用 参考书 班克斯等著 范文慧 肖田元译 离散事件系统仿真 原书第4版 机械工业出版社 2007 7 52JerryBanks JohnCarson BarryNelson DavidNicol Discrete EventSystemSimulation 4thEdition Prentice Hall 2005 蔡建峰 管理系统模拟 机械工业出版社 2007 1 20王维平 离散事件系统建模与仿真 第二版 科学出版社 2007 8 36 CH1概论
2、生产系统建模与仿真 第一章概论 什么是仿真 引言仿真能干什么 仿真的应用仿真的对象是什么 系统 模型与仿真仿真有前途吗 仿真的发展历史与趋势如何仿真 仿真研究的步骤 什么是仿真 一 引言 发动机 CASE 例1 只有一个理发师的理发店的工作过程 CASE 例1 只有一个理发师的理发店的工作过程假设 每位顾客到达间隔时间为A1 A2 A3 每个顾客的服务时间为S1 S2 S3 目标 顾客平均排队长度 顾客平均等待时间 CASE 例1 只有一个理发师的理发店的工作过程 CASE 例1 只有一个理发师的理发店的工作过程 CASE 例1 只有一个理发师的理发店的工作过程 平均等待时间 顾客等待时间之和
3、 顾客数平均排队长度 上方阴影面积之和 时间 模型 求解 数据 分析 CASE 仿真能干什么 二 仿真的应用 仿真的应用 1 军事领域 军事领域 武器装备研制军事训练SIMNET先进概念与军事需求分析 工业领域 波音777计算机上完成 整机设计部件测试整机装配各种环境下的试飞开发周期过去的8年缩短到5年 工业领域 设计与实施生产线PerotSystemTeam利用QUEST及IGRIP在所有设备订贷之前 对生产线的运动学 动力学 加工能力等各方面进行了分析与比较生产线的实施周期从24个月缩短到9 5个月 Quest仿真实例 工业领域 新车研制Chrysler公司与IBM合作开发的虚拟制造环境在
4、样车生产之前 发现其定位系统的控制及其他许多设计缺陷 缩短了研制周期 工业领域 产品设计 教育培训 载体操纵类训练驾驶员的操纵技术 教育培训 过程控制类训练各种工厂 如电厂 化工厂 核电站 电力网等 的运行操作博弈决策类企业管理人员 厂长 经理 交通管制人员 火车调度 航空管制 港口管制 城市交通指挥等 军事指挥人员 空战 海战 电子战等 其他领域 医学 中国虚拟人 中国虚拟人2号 首例女性 中国虚拟人1号 其他领域 游戏模拟飞行器 仿真的对象是什么 三 系统 模型与仿真 三 系统 模型与仿真 系统是按某种规律结合起来 相互作用 相互依存的所有实体的集合 是研究的对象模型是系统的抽象仿真通过对
5、模型的实验以达到研究系统的目的 计算机仿真三要素及三个基本活动 1 系统 例1 杭州市公共交通系统要素 道路公交车线路公交站乘客 1 系统 例2 一个简单的生产线要素 三台机器三个传送带零件存储箱 1 系统 例3 一个小超市要素 货架商品篮子顾客收银台 1 系统 系统的内涵所有元素的集合相互作用 相互依存按某种规律结合起来与研究目的相关的 有界的 1 系统 系统三要素元素元素组成系统的具体对象属性实体所具有的每一项有效特性活动指随着时间的椎移 在系统内部由于各种原因而发生的变化过程 2 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 2 系统模型 2 系统
6、模型 例1 杭州市公共交通系统 2 系统模型 例2 一个简单的生产线 2 系统模型 例3 一个小超市有三个通道和一个收银台 顾客以75 10秒的均匀分布概率到达商场 顾客到达后先取篮子 然后进入一个或者多个通道购物 进入任一通道1 2 3的概率 所需时间和选购商品数量情况如表所示选好商品后 顾客以先进先出的顺序到收银台 在收银台顾客会附加购买2 1件商品 顾客在收银台停留的时间取决于购买的商品数量 收银时间为每件商品3秒钟 收银完毕后顾客留下篮子并离开商场 3 系统仿真 系统仿真将系统的行为 状态 历程用数学或者图示的方法演示出来 系统仿真的本质对系统模型的实验研究一个系统 3 系统仿真 仿真
7、 模拟 Simulation意指在实际系统尚不存在的情况下 对于系统或活动本质的复现 G W Morgenthler 1961系统仿真是通过对系统模型的实验 研究一个存在的或者设计中的系统 简言之 系统仿真是对系统动态模型的实验 目前流行于工程技术界的定义 计算机仿真三要素及三个基本活动 4 系统与模型的类型 System Experimentwithactualsystem Experimentwithamodelofactualsystem Physicalmodel Mathematicalmodel Analyticalsolution Simulation 4 系统与模型的类型 仿真
8、模型的分类DeterministicorStochasticDoesthemodelcontainstochasticcomponents RandomnessiseasytoaddtoaDESStaticorDynamicIstimeasignificantvariable ContinuousorDiscreteDoesthesystemstateevolvecontinuouslyoronlyatdiscretepointsintime Continuous classicalmechanicsDiscrete queuing inventory machineshopmodels 连续
9、系统 Acontinuessystemisoneinwhichthestatevariableschangecontinuouslyovertime Headofwaterbehindthedam 离散系统 Adiscretesystemisoneinwhichthestatevariableschangeonlyatadiscretesetofpointsintime Bankexample 离散系统模型 Discrete EventSimulationModelStochastic somestatevariablesarerandomDynamic timeevolutionisimpo
10、rtantDiscrete Event significantchangesoccuratdiscretetimeinstances 四 仿真的发展历史与趋势 仿真有前途吗 四 仿真的发展历史与趋势 发展历史 四 仿真的发展历史与趋势 发展历史 四 仿真的发展历史与趋势 面向对象仿真 定性仿真 智能仿真 分布交互仿真 可视化仿真 多媒体仿真 虚拟现实仿真 Internet网上仿真 发展趋势 面向对象仿真OOS 使用面向对象设计和程序设计工具进行建模和执行的系统 SimulaSmalltalk 定性仿真 QualitativeSimulation 以非数字手段处理信息输入 建模 行为分析和结果输
11、出等仿真环节 通过定性模型推导系统的定性行为描述 定性仿真能处理多种形式的信息 有推理能力和学习能力 能初步模仿人类思维方式 人机界面更符合人的思维习惯 所得结果更容易理解 智能仿真 将智能技术引入整个建模与仿真过程 分布交互仿真 通过计算机网络将分散在各地的仿真设备互联 构成时间和空间相互耦合的虚拟仿真环境 分布交互仿真 1983年美国国防部的国防高级研究计划局 DARPA 启动了SIMNET SimulatorNetworking 计划 可视化仿真 为数值仿真过程及其结果增加文本提升 图形 图像 动画等 动画仿真 Quest仿真实例 乐龙仿真实例 多媒体仿真 使人的感官和思维进入仿真回路采
12、用不同媒体形态描述不同性质的模型信息建立反映系统内在运动规律和外在表现形式的多媒体仿真模型在多媒体计算机上运行产生定性 定量相结合的系统动态演变过程 虚拟现实仿真 采用计算机技术和其他专用软硬件生成一个使人在视觉 听觉 触觉和嗅觉等感官上都有逼真感的模拟系统 或虚拟实体 且用户可利用其自然技能对这一模拟系统进行交互作用特性 逼真性交互性 虚拟厨房场景 虚拟展览馆场景 插值方法得到的虚拟现实场景 VE几何和物理建模得到的场景 Internet仿真 美国海军研究院的Simkit特点 可以在浏览器的支持下进行分布式仿真用Simkit建立的仿真模型可以在世界任何地点的网络用户机上运行可以进行全球范围内总体仿真模型的分布式仿真运行 五 仿真研究的步骤 如何仿真 五 仿真研究的步骤 ThankYou
