《制造系统建模与仿真 教学课件 ppt 作者 苏春 第5章 制造系统的仿真方法》由会员分享，可在线阅读，更多相关《制造系统建模与仿真 教学课件 ppt 作者 苏春 第5章 制造系统的仿真方法（53页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2019/5/25,Su Chun, Southeast University,1,第5章 制造系统建模与仿真,5.1 制造系统仿真的调度策略 5.1.1 事件调度法 5.1.2 活动扫描法 5.1.3 进程交互法 5.1.4 消息驱动法 5.2 制造系统的仿真时钟推进机制 5.3 蒙特卡洛仿真 5.3.1 蒙特卡洛仿真的基本概念 5.3.2 基于蒙特卡洛仿真的系统可靠性评估 5.4 系统动力学仿真 5.4.1 系统动力学仿真的基本概念 5.4.2 系统动力学仿真的步骤 5.4.3 基于系统动力学仿真的供应链库存优化,2019/5/25,Su Chun, Southeast Universit
2、y,2,5.1 制造系统仿真的调度策略,总体上，仿真模型可以分为三个层次：仿真总控程序、 模 型单元子程序以及公共子程序。,2019/5/25,Su Chun, Southeast University,3,5.1 制造系统仿真的调度策略,事件、活动、进程是描述离散系统状态变化的基本术语。,事件:,此外，仿真模型中还存在程序事件，即根据需要设定的事件。,事件是引起系统状态转变的行为和起因，是系统状态变化的 驱动力。,例如：仓储系统中物品的入库到达是一个事件，物品的出库离 去是另一个事件。,例如：在仿真过程中为了使仿真结束，专门定义一个事件，使 其终止仿真。,2019/5/25,Su Chun,
3、 Southeast University,4,5.1 制造系统仿真的调度策略,例如：仓储“物品到达”是一个事件，该事件的发生可能会使仓 储系统的货位从“空闲”状态变为“非空闲”状态。从“物品到达” 事件直到“物品取出”，物品都处在货位中存储的状态，即处于 “存储”活动中。因此，“存储”活动的开始和结束标志着物品的 到达和离去，标志着货位的空闲与非空闲的转变。,活动:,活动是事件与事件之间的过程，是系统状态转移的标志。,2019/5/25,Su Chun, Southeast University,5,5.1 制造系统仿真的调度策略,进程是有序的事件与活动组成的过程，它描述了其中的事件、 活动
4、的相互逻辑关系和时序关系。,进程：,例如：一种物品进入仓库，经过在货位的存储，直到从仓库中 出库，物品经历了一个进程。,事件、活动与进程之间的关系,2019/5/25,Su Chun, Southeast University,6,5.1 制造系统仿真的调度策略,与事件、活动、进程相对应，离散事件系统的仿真策略可以 分为：事件调度法、活动扫描法、进程交互法等。,仿真时钟是离散系统系统仿真中的重要术语，它决定着仿真 事件的推进机制、仿真精度和仿真效率。,随着面向对象技术的发展，基于消息驱动的仿真策略受到人 们重视。,2019/5/25,Su Chun, Southeast University,
5、7,5.1 制造系统仿真的调度策略, 事件调度法（event scheduling）,事件调度法（event scheduling）以事件为分析系统的基本单位， 通过定义事件、事件发生的时间顺序及其系统状态的变化，并 以事件来驱动仿真模型的运行。,事件（event）是离散事件系统的基本概念，事件的发生引起 系统状态的改变。,仿真模型中的事件存放于“事件表”中，通过时间控制模块从事 件表中选择最先发生的事件；重置仿真时钟，并调用与该事件 对应的事件处理模块；更新系统状态，决定未来将要发生的事 件；当当前事件结束后，返回时间控制模块；重复事件的选择 与处理，直到仿真结束。,2019/5/25,Su
6、 Chun, Southeast University,8,5.1 制造系统仿真的调度策略,事件调度法的仿真过程：,2019/5/25,Su Chun, Southeast University,9,5.1 制造系统仿真的调度策略,事件调度法仿真模型中总控程序的任务：,（2）事件辨识：辨识将要发生的事件,（3）事件执行：执行当前发生的事件，将已发生的事件从事 件表中移出,2019/5/25,Su Chun, Southeast University,10,5.1 制造系统仿真的调度策略, 活动扫描法（activity scanning）,事件调度法是一种预定事件发生时间的策略，仿真模型中必 须
7、预定系统中最先发生的事件，以便启动仿真进程。,此外，事件处理子程序中除要修改系统状态外，还要预定本类 事件的下一事件将要发生的时间。因此，该方法对活动持续时 间确定的系统较为方便。,当事件的发生不仅与时间有关，并且只有在满足某些条件才发 生的系统而言，由于系统活动的持续时间不确定，无法预定活 动的开始或终止时间，事件调度法就存在不足。,2019/5/25,Su Chun, Southeast University,11,5.1 制造系统仿真的调度策略,活动扫描法（activity scanning）以“活动”作为分析系统的基 本单元，认为仿真系统的运行是由若干活动构成，每一活动 对应一个活动处
8、理模块，处理与活动相关的事件。,一个活动可以由“开始（激发）”和 “结束（终止）”两个事件 表示，每一事件都有相应的活动处理模块。处理中的操作能 否进行取决于时间及系统状态。,一个实体可以有几个活动处理模块。 每一个进入系统的主动 实体都处于某种活动的状态。活动的激发与终止都会形成新 的事件。,2019/5/25,Su Chun, Southeast University,12,5.1 制造系统仿真的调度策略,用各实体时间元的最小值推进仿真时钟； 按优先序执行激活实体的活动处理，使测试通过的事件得以 发生； 改变系统状态，确定相关事件的发生时间。,“活动处理”是活动扫描法的基本处理单元。,活动
9、扫描法的基本思想：,活动扫描法不断扫描系统，检验哪些活动可以激发，哪些活 动继续保持，哪些活动可以终止。,2019/5/25,Su Chun, Southeast University,13,5.1 制造系统仿真的调度策略,活动扫描法仿真的基本过程：,2019/5/25,Su Chun, Southeast University,14,5.1 制造系统仿真的调度策略,2019/5/25,Su Chun, Southeast University,15,5.1 制造系统仿真的调度策略,2019/5/25,Su Chun, Southeast University,16,5.1 制造系统仿真的调度
10、策略,面向活动仿真模型总控程序的算法结构包括： 时间扫描 活动例程扫描,由于事件直接影响系统状态，活动扫描要反复进行，包括确 定事件和条件事件。,2019/5/25,Su Chun, Southeast University,17,5.1 制造系统仿真的调度策略, 进程交互法（Process Interaction）,事件调度法和活动扫描法的基本模型单元分别是事件处理和 活动处理。它们都针对具体事件而建立，各处理相对独立。,进程交互法的基本模型单元是进程。进程针对某类实体的生命 周期而建立，一个进程包含了实体流动中发生的所有事件。,以单服务台排队服务系统为例，顾客生命周期的进程为：,2019/
11、5/25,Su Chun, Southeast University,18,5.1 制造系统仿真的调度策略,2019/5/25,Su Chun, Southeast University,19,5.1 制造系统仿真的调度策略,为每个实体建立一个进程，以反映某个实体从产生开始到 结束为止的全部活动。,进程交互法的特点：,2019/5/25,Su Chun, Southeast University,20,5.1 制造系统仿真的调度策略,顾客排队进程模型,模型说明： 服务员两名， 队列一条 “”表示某顾客产生的时刻，也为相应进程开始的时刻； “”表示某顾客离去的时刻，也为相应进程撤销的时刻； 符号
12、“X”表示排队顾客开始接受服务的时刻； 虚线表示进程的排队时间； 波纹线表示顾客得到服务的时间。,2019/5/25,Su Chun, Southeast University,21,5.1 制造系统仿真的调度策略,进程交互法中实体的进程不断推进，直到某些延迟发生后才暂 停。延迟可以分为：,进程中的复活点表示延迟结束后实体所到达的位置，即进程继 续推进的起点。,条件延迟：延迟期的长短与系统状态有关，事先无法确定。条 件延迟发生后，实体停留在进程中的某点，直到条件得以满足 后才继续向前移动。例如，队列中的顾客一直在排队，直到服 务台空闲且己处于队首时才能离开队列接受服务。,无条件延迟：实体停留在
13、进程中的某点不再向前移动，直到预 先确定的延迟期满。例如，顾客停留在服务通道中直到服务完 成。,2019/5/25,Su Chun, Southeast University,22,5.1 制造系统仿真的调度策略,通过所有进程中时间值最小的无条件延迟复活点来推进仿真 时钟； 当时钟推进到一个新的时刻点后，如果某一实体在进程中解 锁，就将该实体从当前复活点一直推进到下一次延迟发生为 止。,进程交互法的基本思想：,2019/5/25,Su Chun, Southeast University,23,5.1 制造系统仿真的调度策略,2019/5/25,Su Chun, Southeast Unive
14、rsity,24,5.1 制造系统仿真的调度策略,进程交互法兼有事件调度法和活动扫描法的特点，但其算法 比两者更为复杂。根据进程交互法建立的仿真模型称为面向 进程的仿真模型。,面向进程仿真模型总控程序设计采用两个事件表： 未来事件表（Future Event List，FEL） 当前事件表（Current Event List，CEL）,面向进程仿真模型总控程序步骤： 未来事件表扫描。从FEL的实体记录中检出复活时间最小的实 体，并将仿真时钟推进到该实体的复活时间； 移动记录。将FEL中当前时间复活的实体记录移至CEL中； 当前事件表扫描。,2019/5/25,Su Chun, Southea
15、st University,25,5.2 仿真时钟推进机制,仿真时间推进机制（time advance mechanism）是指在仿真进 程中将仿真时间从一个时刻推进到另一个时刻的方法，以便 模拟动态系统的运行过程。,仿真时间推进机制的种类、仿真时间单位所代表的实际时间 的长短，直接影响仿真效率和仿真结果的有效性。,离散事件系统仿真的时间推进机制： 固定步长时间推进制（fixed-increment time advance mechanism） 下次事件时间推进机制（next event advance mechanism） 混合时间推进机制（mixed time advance mecha
16、nism）,2019/5/25,Su Chun, Southeast University,26,5.2 仿真时钟推进机制,固定步长时间推进机制：在仿真过程中仿真时钟每次递增一 个固定的步长。该步长在仿真开始之前，根据模型特点确定， 在仿真过程中保持不变。,该推进方式要求每次推进都要扫描所有正在执行的活动，以 检查此时间区间内是否有事件发生。,2019/5/25,Su Chun, Southeast University,27,5.2 仿真时钟推进机制,T：仿真时钟 t：步长,固定步长时间推进机制原理框图,2019/5/25,Su Chun, Southeast University,28,5.2 仿真时钟推进机制,2019/5/25,Su Chun, Southeast University,29,5.2 仿真时钟推进机制,固定步长时间推进机制的特点：,每次步长推进，都要进行事件检查，占用计算和判断的时间， 影响仿真效率。步长t越小，问题越严重。,该机制将发生在同一步长内的事件都视为发生在该步长的末 尾，即认为它们是同步的。由此产生误差，影响仿真精度。 步长t
