北京郵電大學自動化學院物流工程教研中心第一章緒論教材及參考材料張曉萍石偉劉玉坤等物流系統仿真清華大學出版社2008.7；肖田元

范文慧離散事件系統建模與仿真電子工業出版色2011.8；董紹華

周曉光

趙寧

劉玉坤物流系統仿真北京郵電大學出版社2008.5；齊歡王小平系統建模與仿真清華大學出版社2006.1成績評定平時成績（20％）作業＋課堂回答問題期中考試（30％）期末考試（50％）主要內容仿真的感性認識系統仿真的基本原理離散系統仿真基本概念與模型構造仿真研究的步驟系統建模與仿真的理論框架仿真的特點4北京郵電大學自動化學院物流工程教研中心劉玉坤September13,2010September13,2010北京郵電大學自動化學院物流工程教研中心劉玉坤51.1仿真的感性認識SimulationImitateMimicSimulateEmulateApproximateNumericalEstimateEvaluationAnalyticRunEvolutionSeptember13,2010北京郵電大學自動化學院物流工程教研中心劉玉坤6仿真印象配送/物流中心(distribution/logisticscenter)北京郵電大學自動化學院物流工程教研中心劉玉坤7配送中心內部作業仿真September13,2010September13,2010北京郵電大學自動化學院物流工程教研中心劉玉坤8仿真印象生產制造(production/manufacturing)September13,2010北京郵電大學自動化學院物流工程教研中心劉玉坤9仿真印象港口作業(Portoperations)September13,2010北京郵電大學自動化學院物流工程教研中心劉玉坤10仿真印象機場、海關(airportandcustom-house)September13,2010北京郵電大學自動化學院物流工程教研中心劉玉坤11具體設備（equipment）1.2系統仿真的基本原理系統仿真的方法論本質----waystostudyasystem12北京郵電大學自動化學院物流工程教研中心劉玉坤September13,2010September13,2010北京郵電大學自動化學院物流工程教研中心劉玉坤13從方法論角度，系統仿真如同運籌學、統計學、數理分析等方法一樣，是一種基礎的數學方法與工具。仿真被認為是繼理論分析和科學實驗之后的第三種認識世界和改造世界的重要方法。系統仿真方法一般被歸類為運籌學方法，被稱為運籌學領域應用最為廣泛的第二位方法。系統仿真方法是基于復雜（適應性）系統論、控制論、信息技術、計算機技術和網絡技術的綜合性理論方法。September13,2010北京郵電大學自動化學院物流工程教研中心劉玉坤14系統仿真方法是一種實驗統計方法，在非真實系統但近似等價于真實系統的模型——尤其是計算機（數字化）模型——上進行推演、執行后，考察記錄評價該系統性能的指標參數，并進行定量的統計分析，給出統計學意義上的分析結果，從而對系統的性能進行評價——而不是解析求解。決策者在看到對各種不同決策參數作用下系統的多種性能的統計評價結果后，根據自己的綜合判斷，選擇滿意的決策方案。September13,2010北京郵電大學自動化學院物流工程教研中心劉玉坤15系統建模與仿真的基本原理與基本活動仿真試驗系統建模仿真建模系統模型仿真模型對象系統數學定量關系事件邏輯關系時間、空間邏輯網絡、交互作用September13,2010北京郵電大學自動化學院物流工程教研中心劉玉坤161.3系統仿真基本概念與模型構造1.3.1基本概念1.3.1.1系統及其分類（1）系統為了某個目的，按照某些規律結合起來、相互作用、相互依存的所有實體的有機組合。系統的定義例如，企業、商店、學校、研究所都是系統，在企業中的一個車間，一條生產線，甚至一臺設備也是一個系統。它們都是由人和其他事（如資金、物資、設備等）為了一個共同的目標按照一定的組織結構而有機結合起來的整體。系統與其說是一種具體對象，還不如說是一種研究事物的方法。只有我們把注意力集中到它們各部分元素及其相互關系時，才明確指出系統性。可謂“事事是系統，處處是系統”。系統的定義系統可以是抽象的或物理的，可以是巨大的或渺小的。例如，宗教系統是一套有關神和神與人類之間關系的思想體系，它是一個抽象的系統。一輛汽車是由發動機、車輪、方向盤、車體等部件構成的一個物理系統。系統科學系統科學是一門綜合學科。系統科學可分為三個層次。第一層是基礎科學，即系統學。它主要研究系統的普遍屬性、運動規律，系統結構和功能的關系，以及系統仿真的基本原理等。第二層是技術科學。主要研究系統共性問題的技術理論，如最優化理論。目前系統的技術科學主要是運籌學。第三層是工程技術。系統的工程技術叫系統工程。它研究系統的組織和管理技術。September13,2010北京郵電大學自動化學院物流工程教研中心劉玉坤20系統的類型靜態與動態確定與隨機連續與離散……September13,2010北京郵電大學自動化學院物流工程教研中心劉玉坤21

模型（1）模型的概念對應的真實對象、真實關系中那些有用的、令人感興趣的特性的抽象，是對系統某些本質方面的描述，以各種可用形式提供被研究系統的描述信息。（2）模型的類型物理模型——實物模型，如沙盤數學模型——數學表達式，如線性模型模型的非形式描述——模型的本質與輪廓September13,2010北京郵電大學自動化學院物流工程教研中心劉玉坤22

仿真仿真(Simulation)是對實際過程或系統隨時間變化的運作的模仿(imitation,mimic)。仿真通過建立系統模型(Systemmodel)和仿真模型（simulationmodel）來描述對象系統的行為。系統仿真多數是在計算機上進行的。系統仿真可定義為：建立研究對象的計算機模型，在模型上進行數字試驗，把數字試驗得出的結論應用于對象系統的設計、評價和優化等。September13,2010北京郵電大學自動化學院物流工程教研中心劉玉坤231.3.2離散事件系統

基本要素

引例：北郵西門北側的郵政金融營業廳早晨8:30開門開始營業顧客陸續到達分別選擇窗口排隊顧客接受服務顧客離開到下午4:30,不再接收新的顧客服務完已經進入的所有顧客關門結束當天營業北京郵電大學自動化學院物流工程教研中心劉玉坤24這是一個典型離散事件系統discreteeventsystem（DES）涉及到的“實體”顧客營業員（出納）開放的服務窗口（及相應的隊列空間）如何描述清楚這個系統的活動前一頁的描述足夠清楚了嗎？September13,2010北京郵電大學自動化學院物流工程教研中心劉玉坤25一、離散事件系統建模基本知識1、描述一個DES需要的五個基本要素實體（entity）屬性（attribute）事件（event）活動（activity）進程（process）窗口服務人員顧客顧客到達顧客離開業務服務到達時間間隔到達批量永久實體臨時實體窗口數量，隊長、服務時長等排隊方式服務規則September13,2010二、離散事件系統基本要素實體：構成系統的基本元素。是系統中有意義的一個物體。有些實體在整個仿真過程中始終存在－永久實體。有些實體在一部分仿真過程中存在，有進入、退出系統的情況－臨時實體。屬性：是指某一實體的特性。例如，在銀行中，顧客是實體，其屬性是帳戶。事件：使系統狀態發生變化的、實體的瞬間行為。注：事件還可能觸發新的事件。DES中的事件具有三個特征：離散事件是導致DES狀態發生躍變和觸發新的離散事件的唯一因素。事件交互影響系統狀態的變化。事件的發生時刻是異步的和不確定的。二、離散事件系統基本要素北京郵電大學自動化學院物流工程教研中心劉玉坤28進程的概念以及

進程、事件、活動的關系有序的事件與活動組成進程進程描述了事件、活動的邏輯關系和時序關系顧客1到達開始服務1服務1結束服務n開始顧客1離開排隊金融服務1金融服務kSeptember13,2010北京郵電大學自動化學院物流工程教研中心劉玉坤291.3.3仿真模型基本構造大多數采用變步長時鐘推進機制的離散事件系統仿真模型中，通常都包含如下幾個組成部分：①系統狀態：某特定時刻系統的一組狀態變量；②仿真鐘：提供當前仿真時刻的變量；③事件列表：當前或下一時刻將發生的各類事件；④統計計數器：一組用來記錄統計信息的變量；September13,2010北京郵電大學自動化學院物流工程教研中心劉玉坤30⑤初始化程序：在系統時間為0時，用來初始化仿真模型的子程序；⑥時間推進程序：用來推進時間的子程序，它根據事件列表（變步長）或固定長度推進仿真鐘；⑦事件發生程序：特定事件發生，相應更新系統狀態的子程序⑧隨機觀測生成程序庫：根據概率分布產生隨機觀測值的一組子程序；September13,2010北京郵電大學自動化學院物流工程教研中心劉玉坤31⑨報告生成器：按某種方法計算系統績效，并在仿真結束時生成仿真報告；⑩主程序：喚醒時間推進子程序來確定下一發生事件然后將控制轉向相應的事件程序對系統狀態進行相應的更新還可能檢查仿真的終止并在仿真結束時激活報告生成器September13,2010北京郵電大學自動化學院物流工程教研中心劉玉坤32變步長時間推進法仿真模型組成及仿真控制流程September13,2010September13,2010北京郵電大學自動化學院物流工程教研中心劉玉坤33幾個重要概念（1）系統狀態用來描述系統變化特征的變量集合稱為系統狀態（變量）狀態變量的定義（選取）取決于系統仿真目標和系統模型詳細程度。例如：銀行中的顧客：排隊等待、接受服務出納員：忙、閑、暫停服務等狀態如果考察銀行的服務效率，可以把顧客在銀行內停留的時間作為狀態變量如果考察銀行系統資金流狀況，則要把銀行當日的資金額作為系統狀態變量September13,2010北京郵電大學自動化學院物流工程教研中心劉玉坤34（2）仿真鐘為了實現對系統的動態仿真，必須跟蹤仿真過程中時間的推進，同時也必須給模型一個從某一時刻推進到下一時刻的時間推進機制。首先需要記錄模型中的系統時間，我們把一個仿真模型中用來記錄仿真當前時刻的變量叫做仿真鐘。仿真鐘的推進，就是時間的演進，有兩種基本模式，等步長推進，和變步長推進。北京郵電大學自動化學院物流工程教研中心劉玉坤35（3）時間推進機制兩種經典的方法固定步長推進法變步長推進法（或稱為下一事件推進法）幾乎所有的仿真軟件都采用下一事件推進法September13,2010September13,2010北京郵電大學自動化學院物流工程教研中心劉玉坤36（4）統計計數器某一次仿真運行得到的狀態變化過程只不過是隨機過程的一次取樣,它們只有在統計意義下才有參考價值。在仿真模型中,需要有一個統計計數的部件,以便統計系統中的有關變量。September13,2010北京郵電大學自動化學院物流工程教研中心劉玉坤371.4仿真研究的步驟1、確定仿真目標2、系統調研3、建立系統模型4、確定仿真算法5、建立仿真模型6、模型驗證與模型確認

7、運行仿真模型8、仿真結果分析9、仿真結果備案10、仿真結果實施北京郵電大學自動化學院物流工程教研中心劉玉坤381、系統調研2、建立系統模型3、建立仿真模型4、運行與分析5、實施模型驗證與模型確認September13,2010September13,2010北京郵電大學自動化學院物流工程教研中心劉玉坤391.6仿真的特點1.6.1仿真適用于——作用DesigningandanalyzingmanufacturingsystemsEvaluatingmilitaryweaponssystemsortheirlogisticsrequirementsDetermininghardwarerequirementsorprotocolsforcommunicationsnetworksDetermininghardwareandsoftwarerequirementsforacomputersystemDesigningandoperatingtransportationsystemssuchasairports,freeways,ports,andsubwaysSeptember13,2010北京郵電大學自動化學院物流工程教研中心劉玉坤40Evaluatingdesignsforserviceorganizationssuchascallcenters,fast-foodrestaurants,hospitals,andpostofficesReengineeringofbusinessprocessesDeterminingorderingpoliciesforaninventorysystemAnalyzingfinancialoreconomysystemsBeingusedasatoolofcommunicationBeingusedasameanoftrainingCarryingout“whatif”analysisVerifytheresultfromothermethodsSeptember13,2010北京郵電大學自動化學院物流工程教研中