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1、2013-2014学年第二学期系统建模与仿真理论与实验报告班级学号姓名成绩系统建模与仿真理论与实验报告一、认识仿真1、什么是仿真定义一：从仿真对象牛津辞典：仿真是一种通过相似模型或者装置来模拟某种情形或者系统行为方式的技术，用来更便捷地获取信息或者用来训练人员。定义二：从技术本身着眼计算机仿真是指在计算机上设计，并生成拥有许多变量的替代模型，模型中的这些变量与 现实世界或者设计中的系统中的变量具有相同的动态运行法则。” 定义三：从仿真的作用和功效着眼仿真是一个将对现实复杂系统的运作规律利用计算机方式有选择地，有针对性地在计算机 内表达出来，并通过有目的的实验改善外部世界的有效手段。它是一个融合
2、多种学科知识，又服务于多种学科的复合型应用，它是一个可以研究因果关 系、预测未来发展的有效工具之一。2、仿真的本质对有限资源分配、占用、释放方式进行研究的试验工具资源包括：时间资源、设备资源、人力资源、空间资源从理解到改善快速实验，测试多种建议想法；低成本，无风险，不需要中断正常运作；图形动画界面，有效的沟通工具3、管理离散系统特点(1) 描述了大部分现实系统随时间变化的演变(2) 仿真的运行是由在不确定时间点上发生的事件驱动(3) 仿真时间是跳跃的，间隔不一定相等，有时是不确定的(4) 因为是模拟随时间变化的演变，因此需要包含延迟模块，包括作业、运输，或者广义的 活动4、随机性在计算机虚拟中
3、如何实现随机性在计算机虚拟中通过随机变量来实现的，随机变量又可分为离散型随机变量和连续型 随机变量。(1) 离散事件仿真： 描述了大部分现实系统随时间变化的演变 仿真的运行是由在不确定时间点上发生的事件驱动 仿真时间是跳跃的，间隔不一定相等，有时是不确定的 因为是模拟随时间变化的演变，因此需要包含延迟模块，包括作业、运输，或者广义 的活动 在ExtendSim中，主要由Item模块库中的模块搭建而成，如果仿真中需要传递数据 或信息，还可能包含Value模块库中的模块。 ExtendSim模拟离散事件仿真，需要注意：1）模块可以来源于Item和Value模块库中的模块。2）至少有一个可 以延迟
4、时间的 模块，例如Activity, Transport, Convey Item或 Workstation，否则时间无法向前推进。3）必须有Executive模块，而且放置于模型的左上角，担当离散事件时钟的角色。4）必须有物件生成模块，模拟需要被处理的物体或有处理能力的资源。生成模块包括Create和Resource Item。默认情况下，产生的物件以绿色小球作为二维动画图片。5）模块被激发的机制（2）ExtendSim的连续仿真 不随时间推进的蒙特卡罗计算； 等时间步长推进的系统仿真； 基于Agent仿真 其他四则运算、函数计算、概率计算5、ExtendSim 特点（1）易用性：Exten
5、dSim是唯一采用物件流和信息流可以同时在模块图标上动态表达的仿真 软件，采用模块组合的方式快速搭建模型，符合决策过程中的思维方式。学习曲线短，建 模效率高，适合教学、科研和咨询领域；（2）多用途：支持连续数值（包括蒙特卡罗等）、离散事件、离散速率（连续流体）、批量 化流程、基于Agent的复杂系统建模、基于State-Action状态决策系统等多种建模方法的 仿真集成平台（3）可重复性和可扩展性：ExtendSim模块100%开放源代码，自带集成开发环境，用户可 以根据需要修改已有模块和创造全新模块，这些模块可以归类在用户自己的模块库中，并加 密保护，具备自己的知识产权，可以独立销售这些模块
6、库，可以重复使用。这一特点增加了 模型设计的效率和增值潜力。此外，ExtendSim的三维虚拟现实系统本身也是源代码开放的 成熟软件产品。（4）交互性：ExtendSim运行前无需编译模型；即使在模型运行过程中，参数和模型逻辑 也可以在线修改。方便的交互性可以快速回答和重新分析各种问题。（5）规模性：ExtendSim充分利用类C语言的强大功能和运算能力，并且支持分层结构， 所以可以用来创建含有成千上万个模块的复杂模型，运行效率在模型超过上万个模块和对象 时也挥洒自如。（6）可视性：ExtendSim提供了快捷的二维动画和复杂逼真的三维动画开发环境。ExtendSim 的三维动画环境采用了最先
7、进的开源网络游戏引擎，动画制作效率高，效果栩栩如生。而 且三维虚拟现实引擎本身也是开源的。（7）高级数据管理：ExtendSim提供新一代图形化仿真数据库，和模型内参数和表格动态 链接，自动产生更多统计数据报告（8）连接性：ExtendSim支持ActiveX/OLE控件和ODBC数据源。内嵌1000多个系统函数可 以实现和数据库、EXCEL和其他数据源的集成，充分利用WINDOWS操作系统的资源，可以和 Delphi、C+ Builder、Visual Basic、Visual C+代码链接；（9）性价比：ExtendSim从第一个版本开始，就秉持高性价比的理念，软件的价格是其他 主流仿真软
8、件价格的1/2到1/4,具有不可比拟的投资回报率。6、仿真步骤（1）创建模型并设置仿真参数;(2) 设置模块对话框参数;(3) 连接模块并运行仿真;(4) 查看结果；(5) 模型动画二、仿真实验1、真实系统描述一家自选超市决定为顾客提供购物小推车，购物小推车方便顾客携带物品，同时，容量较 大的中小推车可以在潜意识中让顾客采购更多的物品，填补购物车的空间。但这些小推车需要 超市花费成本来采购和维护。同时，为了小推车的行走和存放，超市需要牺牲一定的商品摆放 空间。所以超市面临一个决策问题，就是如何用尽可能少的成本(小推车)获得最大的效益。这个超市对顾客的到达进行了分析，可以认为顾客到达时间服从指数
9、分布，平均1min来一位 顾客。顾客到达时，如果发现有空的小推车，就取一个进入到超市中；如果没有空的小推车， 顾客也进入到超市中，但只能靠双手来携带物品，不但会影响到顾客可以购买总商品的价值， 也会缩短顾客的购物时间。统计发现，没有小推车的顾客购物时间为5-15min，购物金额在0-80 元之间；而有小推车的顾客购物时间则为25-45min，购物金额在50-200元之间，当顾客挑选 完物品以后，就到出口的收款台处交款，收款台处有一位收款员，所需时间为1min，结账后 小推车返回原处以备后用购物时间购物金额没推车的顾 客515min080 元有推车的顾 客25 5min50200 元超市需要研究
10、在有20辆小推车的时候，超市一个月总的销售收入是多少？(超市每天开放 12h, 一个月工作30天)2、仿真逻辑图3、建立ExtendSim模型双击桌面ExtendSim7 LT打开软件，分别在Library中打开所需要的模块，如Item模块、 Value模块等，再选择自己所需要的模块建立模型。模块属性模块属性系统元素ItemExecutive仿真钟描述系统仿真的时间Resource Pool小推车数量Create顾客到达Select Item Out顾客获取小推车Queue顾客占用小推车Set设定顾客属性Select Item In进入超市的顾客Activity设定顾客的购物时间Queue A
11、ctivity顾客到收银处排队交款Get用来读取顾客属性值Select Item out判断顾客是否占用小推车Resource Pool Release顾客释放小推车Exit顾客离开ValueRandom Number设定不同类型顾客的购物时 间Constant是否获得了小推车Holding Tank用来统计所有顾客购物金额 总和第一步：列出所需要模块建立模型将Executive、Resource Pool图形从Item中调出来,表示仿真时钟和小推车数量，并设置参数。 I txtendSim LI l=vaIuation/Studentj: Model-.mox设置参数如下:arrResour
12、celJ双击疽 U并按二O键确定第二步：从Item模块中将Create、Select Item Out模块调出来，并设定Select Item Out 参数叵 None双击设置参数如下:兰1 3 Select Item Out I 1=1 l| 回Opti on sItem Animation 日 lock Animationgirments OKISends each item to a selected outputCancelSpecily selection conditions-Select output based on: |select connectw JTop output
13、is chosen by Select value: 0Select optio ns-InvalidSelectvalue: |由mses MttDE output JI- Predict the path of the item before it enters this blockI- Show throughput on iconTe BlockTtwooghpiJt |5Sfet14|f-1QlL4| I3o|Link |SBlock type: Decision并按 键确定第三步：从Item模块中将Queue模块调出来，并设置Queue的参数urce4 ExtendSim LT E
14、valuation/StudentJ: Model-3.mox双击脚l旱设置参数如下:并按键确定第四步：从Item模块中将Set模块调出来，并设定顾客属性，然后再从Value 模块中将Random Number、Constant模块调出,并并填入顾客的购物时间和是否获得了小推车双击,设置参数如下:并按键确定双击=Minimum设置参数如下: 1 43 Random Number Distributions Uptionm Distit)utiDn Fitting | Comments| 。|Generates random numbers：Cancel-Specily a distribution Unifoim Re
