生产系统建模与仿真概述.pptx

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1、 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management生产系统建模与仿真生产系统建模与仿真Production System Modeling&Simulation生产系统建模与仿真概述第1页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management 面向工程实际应用型基础性课程，是工业工程专业主导课面向工程实际应用型基础性课程，是工业工程专业主导课程。程。课程介绍从课程题目中能够看出：从课程题目中能够看出：离散系统建模与仿真离散系统建模与仿真其对象是：其对象是：离散系统离散系统

2、生产系统是一个经典离散系统。生产系统是一个经典离散系统。物流系统也是一个离散系统。物流系统也是一个离散系统。目标是：仿真。即用一个抽象、能够反应系统目标是：仿真。即用一个抽象、能够反应系统 研究本质研究本质“虚假虚假”系统，来模拟实际系系统，来模拟实际系 统。而这虚假系统就是系统模型。统。而这虚假系统就是系统模型。课程性质：生产系统建模与仿真概述第2页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management征求答案征求答案什么是仿真？什么是离散系统仿真？什么是仿真？什么是离散系统仿真？为何需要做仿真？为何需要做仿真？何时需要做仿真？何时

3、需要做仿真？怎样进行仿真？怎样进行仿真？仿真要做那些准备工作？仿真要做那些准备工作？仿真可信度怎样评价？仿真可信度怎样评价？对仿真模型怎样作评价？对仿真模型怎样作评价？你知道仿真软件有哪些？各自含有哪些特征？你知道仿真软件有哪些？各自含有哪些特征？你希望经过本课程学习取得些什么？你希望经过本课程学习取得些什么？课程试图处理问题：课程试图处理问题：生产系统建模与仿真概述第3页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management离散事件系统建模与仿真基本原理离散事件系统建模与仿真基本原理离散事件系统建模与仿真方法离散事件系统建模与仿真方

4、法PetriPetri网建模与仿真网建模与仿真课程先修课程：课程先修课程：生产运作与管理生产运作与管理运筹学运筹学计算机编程与应用技术计算机编程与应用技术概率论与数理统计概率论与数理统计课程考评方法：课程考评方法：完成相关作业及期末考评。完成相关作业及期末考评。课程介绍课程主要内容：课程主要内容：生产系统建模与仿真概述第4页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management课程主要内容组成第一章第一章离散事件仿真概述离散事件仿真概述第二章第二章离散事件仿真分析离散事件仿真分析第三章第三章离散事件仿真案例分析离散事件仿真案例分析第四

5、章第四章离散事件仿真逻辑分析离散事件仿真逻辑分析Petri网网生产系统建模与仿真概述第5页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management第一章第一章第一章第一章 离散事件仿真概述离散事件仿真概述离散事件仿真概述离散事件仿真概述 1.1离散事件系统仿真基本概念离散事件系统仿真基本概念1.2生产系统仿真特征生产系统仿真特征1.3服务系统仿真特征服务系统仿真特征1.4离散系统仿真基本步骤离散系统仿真基本步骤生产系统建模与仿真概述第6页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Man

6、agement1.1离散事件系统仿真基本概念离散事件系统仿真基本概念什么是系统？什么是系统？系统是按照一些规律结合起来，相互作用、相互依存全部元素集合。系统有哪些种类？系统有哪些种类？连续系统&离散系统变量状态静态系统&动态系统时域状态确定系统&随机系统存在随机变量单变量系统&多变量系统自由度数量生产系统建模与仿真概述第7页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management1.1离散事件系统仿真基本概念离散事件系统仿真基本概念什么是系统仿真什么是系统仿真(SystematicSimulation)?仿真仿真：对现实中现象经过某种抽

7、象，建立表示现实改变规律或特征模型，利用一定伎俩加以描述，这就是仿真。系统仿真系统仿真：首先针对真实系统建立模型，然后在模型上进行试验，用模型代替真实系统，从而研究系统性能方法。系统仿真将能一一仿效实际系统各种动态活动，并把系统动态过程状态统计下来。最终得到用户所关心系统统计性能。生产系统建模与仿真概述第8页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management1.1离散事件系统仿真基本概念离散事件系统仿真基本概念为何要采取系统仿真为何要采取系统仿真?系统所包括到专业知识较为广泛，如：机械、系统所包括到专业知识较为广泛，如：机械、生产

8、管理、人事管理、产品设计、生产工艺等生产管理、人事管理、产品设计、生产工艺等现实问题规律是复杂，普通极难用一确定数学现实问题规律是复杂，普通极难用一确定数学方程或数学函数显性地或隐性地表示。方程或数学函数显性地或隐性地表示。科学技术发展难以适应生产系统研究需要科学技术发展难以适应生产系统研究需要仿真是系统特征无法用数学方程、数学函数描述仿真是系统特征无法用数学方程、数学函数描述时，为了研究系统特征所采取一个研究方法。我们能时，为了研究系统特征所采取一个研究方法。我们能够这么说：仿真是一个够这么说：仿真是一个“不得已而为之不得已而为之”方法方法生产系统建模与仿真概述第9页 工工 业业 工工 程程

9、 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management1.1离散事件系统仿真基本概念离散事件系统仿真基本概念系统仿真方法适用怎样领域？系统仿真方法适用怎样领域？系统仿真方法适合用于任何领域工程类非工程类机械电子化工交通管理经济政治生产系统建模与仿真概述第10页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management1.1离散事件系统仿真基本概念离散事件系统仿真基本概念系统模型有哪些？系统模型有哪些？系统模型确定型模型随机型模型静态动态静态动态连续离散连续离散离散事件仿真蒙特卡洛仿真生产系统建模与仿真概

10、述第11页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management什么是离散事件系统？什么是离散事件系统？离散事件系统是包含事件发生在时间或空间上都离散事件系统是包含事件发生在时间或空间上都是离散是离散，比如交通管理、生产自动线、计算机网络、，比如交通管理、生产自动线、计算机网络、通信系统和社会经济系统都是离散事件系统。通信系统和社会经济系统都是离散事件系统。离散事件系统定义为一组元素离散事件系统定义为一组元素(实体实体)集合，为集合，为了到达一些目标，这些元素以一些规则相互作用、了到达一些目标，这些元素以一些规则相互作用、关联而集合在

11、一起关联而集合在一起。比如制造系统由机器、部件以比如制造系统由机器、部件以及操作工人组成，银行系统由出纳员和用户组成。及操作工人组成，银行系统由出纳员和用户组成。离散事件系统变量通惯用状态变量表示，如：实离散事件系统变量通惯用状态变量表示，如：实体发生与不发生；事物计数等等。体发生与不发生；事物计数等等。1.1离散事件系统仿真基本概念离散事件系统仿真基本概念离散事件仿真模型特点离散事件仿真模型特点 -随机型：含有随机性状态变量 -动态性：随时间演变是模型主要特征 -离散事件：主要改变发生在离散时间点上生产系统建模与仿真概述第12页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industri

12、al Engineering&Management1.1离散事件系统仿真基本概念离散事件系统仿真基本概念q事件发生在时间和空间上都是离散。系统事件发生在时间和空间上都是离散。系统数字仿真则经常是面向事件数字仿真则经常是面向事件q离散事件系统定义为一组元素离散事件系统定义为一组元素(实体实体)集合，集合，为了到达一些目标，这些元素以一些规则为了到达一些目标，这些元素以一些规则相互作用、关联而集合在一起。相互作用、关联而集合在一起。q离散事件系统状态变量仅仅在可数一些时离散事件系统状态变量仅仅在可数一些时间点上才有改变间点上才有改变。系统变量是反应系统各。系统变量是反应系统各部分相互作用一些事件，

13、系统模型则是反部分相互作用一些事件，系统模型则是反应这些事件状态数集，仿真结果是产生处应这些事件状态数集，仿真结果是产生处理这些事件时间历程。理这些事件时间历程。q在离散事件系统中，各事件以某种次序或在离散事件系统中，各事件以某种次序或在某种条件下发生在某种条件下发生,而且大都是随机性，不而且大都是随机性，不能用常规方法加以研究。能用常规方法加以研究。连续系统事件发生在时间和空连续系统事件发生在时间和空间上都是连续。间上都是连续。在连续系统数字仿真中，时间在连续系统数字仿真中，时间通常被分割成均匀间隔，并以通常被分割成均匀间隔，并以一个基本时间间隔计时。一个基本时间间隔计时。在连续系统仿真中，

14、系统动力在连续系统仿真中，系统动力学模型是由表征系统变量之间学模型是由表征系统变量之间关系方程来描述。关系方程来描述。仿真结果为系统变量随时间改仿真结果为系统变量随时间改变时间历程。变时间历程。连续系统与离散系统有何区分？生产系统建模与仿真概述第13页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management1.1离散事件系统仿真基本概念离散事件系统仿真基本概念离散事件仿真时钟演变方法有哪些？时间离散时间离散系统只在一些特定时刻，即=t1,t2,上被考查。通常，为了便于研究，各时间间隔选定为整常数，t=常数。事件离散事件离散系统状态改变，

15、即事件时刻是不连续、跳跃式，t=ti+1-ti，i，ti为事件发生时间。生产系统建模与仿真概述第14页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management1.1离散事件系统仿真基本概念离散事件系统仿真基本概念l一些系统建模困难，如，对于大百分比系统模型，建模会变得十分复杂，程序编写与程序运行都是十分艰巨。不过伴随优质仿真专业软件诞生，对于这么系统仿真日趋简便。l仿真需要大量计算机机时。这一问题伴随计算机技术发展正在逐步得到处理。l仿真需要大量实际、准确数据，这是普通企业所难以提供，所以对仿真结果准确性带来了影响，造成了人们对仿真能力

16、怀疑。总之，正是因为上述种种原因，是人们对仿真留下了不好印象。这里还要说明是：仿真只是计算机编程一个游戏，游戏规则来自于问题本身，游戏范围也是问题所约定。离散事件仿真利用存在哪些妨碍？离散事件仿真利用存在哪些妨碍？生产系统建模与仿真概述第15页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management1.1离散事件系统仿真基本概念离散事件系统仿真基本概念离散事件仿真模型怎样建立？离散事件仿真模型怎样建立？怎样为一个离散事件系统建立一个模型1)确定一个系统目标或仿真目标2)建立概念性概念性模型3)转换为一个详细详细模型制订仿真规则4)转换为

17、一个计算机计算计算模型编制程序代码5)模型运行检验特例检验6)模型有效性检验模型检验、可信度检验经典事件屡次重复仿真循环过程生产系统建模与仿真概述第16页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management1.1离散事件系统仿真基本概念离散事件系统仿真基本概念离散事件仿真模型三层次模型离散事件仿真模型三层次模型概念模型层极其概念性层次模型（通常是语义性系统描述）模型是怎样组成？什么是模型状态变量，哪些是动态变量，哪些是主要变量？详细模型层模型书面整理模型包含哪些方程，哪些伪随机数，哪些辅助变量等模型参数怎样输入？计算模型层计算机程序

18、通用编程语言或仿真语言生产系统建模与仿真概述第17页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management1.1离散事件系统仿真基本概念离散事件系统仿真基本概念系统与系统模型实质关联是什么？系统与系统模型实质关联是什么？系统：系统：研究本体研究本体系统模型系统模型：为研究系统所搜集相关信息集合。经过：为研究系统所搜集相关信息集合。经过研究系统模型来揭示系统性能。研究系统模型来揭示系统性能。它和它和“系统系统”定义比较，二者都是集合，系统是定义比较，二者都是集合，系统是以一些规律结合起来、有相互作用元素组成；而系统以一些规律结合起来、有

19、相互作用元素组成；而系统模型是为了研究其结合规律相互作用所搜集相关信息。模型是为了研究其结合规律相互作用所搜集相关信息。因为搜集信息有详细、粗略之分，加上搜集方法差异因为搜集信息有详细、粗略之分，加上搜集方法差异和研究目标不一样，所以对于同一个系统就会出现各和研究目标不一样，所以对于同一个系统就会出现各种不一样系统模型。模型是为系统服务，所以，所揭种不一样系统模型。模型是为系统服务，所以，所揭示性能规律应该是稳定。示性能规律应该是稳定。生产系统建模与仿真概述第18页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management1.1离散事件系

20、统仿真基本概念离散事件系统仿真基本概念离散事件仿真输入数据该怎样搜集和处理？仿真输入数据起源于事件采集稳定数据仿真输入数据应该与实际数据有一样改变规律拟合度检验仿真输入数据应该是相互独立相关性检验生产系统建模与仿真概述第19页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management1.1离散事件系统仿真基本概念离散事件系统仿真基本概念离散事件仿真输出数据应该有哪些分析？仿真结果可信度分析仿真运行效率分析仿真结果性能分析生产系统建模与仿真概述第20页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineerin

21、g&Management离散事件系统仿真模型简例 某某一一个个工工作作人人员员每每日日工工作作是是处处理理文文件件，他他从从天天天天开开始始工工作作时时即即处处理理文文件件，直直至至文文件件处处理理完完成成或或工工作作结结束束，每每一一个个文文件件处处理理完完成成后后开开始始下下一一个个文文件件处处理理，工工作作间间隔隔一一小小时时休休息息一一次次，休休息息时时间间为为5 5分分钟钟，但但必必须须是是在在一一个个文文件件处处理理完完成成之之后后。假假设设不不考考虑虑当当日日收收到到文文件件，那那么文件数量能够预置，并伴随每个作业完成递减，直至为零。么文件数量能够预置，并伴随每个作业完成递减，直

22、至为零。1.1离散事件系统仿真基本概念离散事件系统仿真基本概念生产系统建模与仿真概述第21页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management实例求解实例目标：了解仿真实例目标：了解仿真求解方法：手工仿真求解方法：手工仿真求解平台：求解平台：Excel求解原理：求解原理：每个文件处理时间（工作时间每个文件处理时间（工作时间tw）是一个随机过程，符合一定概率）是一个随机过程，符合一定概率分布；分布；该工作人员一上班就开始处理文件，所以第一个文件处理开始时间该工作人员一上班就开始处理文件，所以第一个文件处理开始时间就是仿真开始时间（就

23、是仿真开始时间（0时刻），后续文件开始时间时刻），后续文件开始时间tf上一文件结束上一文件结束时间或休息后时间；时间或休息后时间；每一个文件处理结束时间文件处理开始时间文件处理时间；每一个文件处理结束时间文件处理开始时间文件处理时间；设置一项统计量：累计工作时间设置一项统计量：累计工作时间tc=休息后工作时间之和。当休息后工作时间之和。当tc1小小时，则置为零，同时标识一次休息；仿真时间推进时，则置为零，同时标识一次休息；仿真时间推进5分钟。分钟。生产系统建模与仿真概述第22页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management1.

24、2 1.2 生产系统仿真特征生产系统仿真特征产品工艺技术与生产管理结合相同结果能够有不一样生产工艺生产管理策略对生产运作产生何种影响稳定生产过程生产流程稳定生产时间规律化改变生产过程存在不确定改变人工干预生产作业不确定改变及学习改变机器设备不确定故障停机生产系统建模与仿真概述第23页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management1.3 1.3 服务系统仿真特征服务系统仿真特征服务技术与服务管理结合相同结果能够有不一样服务流程服务策略对服务运作产生何种影响客户化服务过程服务流程伴随客户需求而改变服务时间不确定改变服务过程存在不确

25、定改变服务流程不确定服务时间不确定服务资源配置不确定客户数量、需求不确定生产系统建模与仿真概述第24页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management1.4 1.4 离散系统仿真基本步骤离散系统仿真基本步骤明确离散系统仿真需要处理问题系统运作流程（确定流程或可能流程）系统运作管理策略运作规则系统概念性建模：明确系统组成元素系统详细建模：明确系统各元素参数系统运行编程：依据管理策略形成系统运行规则系统试运行系统模型有效性检验和可信度检验系统正式运行生产系统建模与仿真概述第25页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Ind

26、ustrial Engineering&Management第二章第二章 离散事件仿真分析离散事件仿真分析2.1随机数产生随机数产生2.2离散事件仿真建模离散事件仿真建模2.3输入数据分析输入数据分析2.4输出数据分析输出数据分析生产系统建模与仿真概述第26页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management2.1随机数产生随机数产生为何要产生随机数?平时我们碰到随机数符合怎样分布？随机数生产方法有哪些？随机事件是全部不确定事件中唯一能够分析一个事件形式。所以，对于很多不能明确解析实际系统中最常见就是随机系统，随机系统运行首要处理

27、问题就是产生随机数。（0，1）均匀分布随机数。线性平移法（适合用于均匀分布随机数产生）同余法（适合用于均匀分布随机数产生，惯用方法）逆变换法（密度函数反函数可求情况）舍取法（任意给定分布）组正当（标准分布组合形成复杂分布）经验生成法（特殊惯用分布，利用经验公式产生）生产系统建模与仿真概述第27页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management2.1随机数产生随机数产生（0，1）随机数检验数字特征检验分布均匀性检验独立性检验服从N(0，1)在给定显著性水平后，即可依据正态分布确定临界值，据此判断与理论平均值及与X2理论平均值之差异

28、是否显著，从而决定能否将产生随机数看作是(0，1)均匀分布随机变量N个独立取祥值。服从自由度为k-12分布服从N(0，1)生产系统建模与仿真概述第28页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management2.2离散事件仿真建模离散事件仿真建模排队系统：由服务机构（服务模式）（能够是服务台、加工机器、搬运设备等）、抵达模式及排队规则组成集合。库存系统：由订单抵达模式、订单规模、补货数量、交货期及补货策略（盘库间隔、到货规则）组成集合。流程系统：由特定一簇服务对象按照其自有运作流程（次序及滞留时间）将对应服务机构（排队系统、库存系统）有

29、序地连接在一起组成集合。生产系统建模与仿真概述第29页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management前后事件多对一前后事件多对一 前后事件一对多前后事件一对多 前后事件多对多前后事件多对多 事件返回事件返回 离散事件系统生产系统建模与仿真概述第30页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management事件合并事件合并 事件拆分事件拆分 离散事件系统生产系统建模与仿真概述第31页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineerin

30、g&Management设备可用性。设备能够加工工件前提是设备是可用，设备可用必要条件有：（1）当前时刻是生产系统工作日志所要求正常工作时间，而不是休息、保养、大修时间；（2）当前时刻设备是正常状态，而不是处于损坏、维修、冻结、堵塞等状态；（3）当前时刻设备具备正常运行所需全部技术条件，包含操作工人、工装、模具等；（4）当前时刻设备空闲或设备某一工位空闲；离散事件系统生产系统建模与仿真概述第32页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management1）单台机器排序问题（n/1/B)n个工件全部经由一台机器处理离散事件系统生产系统建模

31、与仿真概述第33页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management常见单台机器排序问题目标函数常见单台机器排序问题目标函数1)平均流程时间最短2）最大延期量最小定义:为最大延期量。目标函数为n个零件经由一台机器平均流程时间。定义:目标函数：使平均流程时间最短Fi=Pi+WiTi=max0,Li Li=Ci-di,工件i延误时间 Li0 延误生产系统离散事件系统Pi=任务i作业时间 Wi=任务i开始作业时间生产系统建模与仿真概述第34页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&M

32、anagement 依据排序目标不一样，能够选择不一样排序规则，又称为确定零件加工优先权。常见排序规则：SPT-Shortest Process Time,优先选择加工时间最短工件EDD-Earliest Due Date 优先选择交货期紧工件FCFS-First Come First Served 按工件抵达先后次序CR-Critical Rate 优先选择临界比最小工件 CR=（交货期-当前日期）/剩下加工时间离散事件系统生产系统建模与仿真概述第35页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management2)求平均流程时间最短排序

33、问题 求平均流程时间最短作业次序，采取SPT标准。按工件加工时间长短，从小到大按排作业。例：一台加工中心，现有5个工件需要该机器加工。相关加工时间和要求完成时间（交货期）以下表所表示，求平均流程时间最短作业次序。J1J2J3J4J5加工时间11293112交货期6145313332离散事件系统生产系统建模与仿真概述第36页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management解：根据SPT原则，得出：J4-J5-J1-J2-J3有关项目计算：发生延迟发生延迟加工时间开始时间完成时间交货期延迟J4101330J5213320J11131

34、4610J2291443450J33143743143=43生产系统离散事件系统生产系统建模与仿真概述第37页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management3）求最大延期量最小排序问题 求最大延期量最小作业次序采取EDD标准。例：同上面例子，按延期量(完工日期-交货期）大小，从小到大排序。解：依据EDD标准，得出 J J3 3-J-J5 5-J-J4 4-J-J2 2-J-J1 1加工时间完成时间交货期延迟J33131310J5233321J4134331J229634518J111746113生产系统离散事件系统=18生产系

35、统建模与仿真概述第38页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management1、两台机器排序问题含义、两台机器排序问题含义(n/2/F/Fmax)n个工件都必须经过机器1和机器2加工，即工艺路线是一致。生产系统n项任务在两台机器排序问题离散事件系统生产系统建模与仿真概述第39页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management2、两台机器排序问题目标、两台机器排序问题目标两台机器排序目标是使生产周期Fmax最短。Fmax含义见以下列图。Fmax 时间 机器AB在机器A上

36、作业时间总加工周期生产系统离散事件系统生产系统建模与仿真概述第40页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management3、两台机器排序问题算法、两台机器排序问题算法约翰逊法(JohnsonsLaw)，约翰逊法处理这种问题分为4个步骤：(1)列出全部工件在两台设备上作业时间。(2)找出作业时间最小者。(3)假如该最小值是在设备1上，将对应工件排在前面，假如该最小值是在设备2上，则将对应工件排在后面。(4)假如同时出现一个以上最小值,任意选区一个.(5)排除已安排好工件，在剩下工件中重复步骤(2)(4)，直到全部工件都安排完成。生产系

37、统离散事件系统生产系统建模与仿真概述第41页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management例：某一班组有A、B两台设备，要完成5个工件加工任务。每个工件在设备上加工时间以下表所表示。求总加工周期最短作业次序。工件在两台设备上加工时间工件编号J1J2J3J4J5设备A36715设备B28643生产系统离散事件系统生产系统建模与仿真概述第42页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management解：由约翰逊法可知，表中最小加工时间值是1个时间单位，它又是出现在设备1上，

38、依据约翰逊法规则，应将对应工件4排在第一位，即得：J4-*-*-*-*去掉J4，在剩下工件中再找最小值，不难看出，最小值是2个时间单位，它是出现在设备2上，所以应将对应工件J1排在最终一位，即：J4-*-*-*-J1 再去掉J1，在剩下J2、J3、J5中重复上述步骤，求解过程为：J4-*-*-J5-J1 J4-J2-*-J5-J1 J4-J2-J3-J5-J1 当同时出现多个最小值时，可从中任选一个。最终得 J4-J2-J3-J5-J1生产系统离散事件系统生产系统建模与仿真概述第43页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Manageme

39、nt工件在两台设备上加工时间工件编号J1J2J3J4J5设备A3369716117522设备B25817623427330（1）计算加工周期（按零件序号加工）生产系统离散事件系统生产系统建模与仿真概述第44页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management工件在两台设备上加工时间工件编号J4J2J3J5J1设备A1167714519322设备B45815621324226（2）计算加工周期（按约翰逊法）生产系统离散事件系统生产系统建模与仿真概述第45页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engi

40、neering&Management(a)J1-J2-J3-J4-J530AB26AB(b)J4-J2-J3-J5-J1生产系统离散事件系统生产系统建模与仿真概述第46页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management离散事件系统仿真可在加入随机原因（工时改变、设备失效）前提下以更直观方式获知那种排序规则更加好。离散事件系统仿真是在管理规范化基础上考虑到更为细节原因，可使生产线管理策略更加好地适应现实世界。生产系统离散事件系统生产系统建模与仿真概述第47页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial En

41、gineering&Management2.3输入数据分析输入数据分析什么是输入数据？什么是输入数据分析？输入数据分析些什么？仿真模型中，用于支撑仿真进行各个已知元素特征参数。有很多这么参数展现出（假设为）随机特征。对各个含有随机特征已知元素特征参数，利用数理统计方法来取得其适当随机概率分布，以支持仿真过程中随机数产生。-随机概率密度函数（什么分布？分布参数是多少？）-分布检验（拟合度检验、独立性检验）生产系统建模与仿真概述第48页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management2.3输入数据分析输入数据分析输入数据分析基本步骤

42、数据过滤：消除非规律性影响原因。分布假设：经过频率图形状预计，假设数据理论分布假设分布参数预计：预计假设给定理论分布函数参数分布拟合度检验：假设理论分布与实际分布值之间拟合程度检验（f=k-s-1 方检验）变量相关性检验：系统仿真中随机产生数据应该符合数据本身独立特征（f=n-m-1t检验）生产系统建模与仿真概述第49页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management2.4输出数据分析输出数据分析离散事件仿真数据特点？不确定性（不可重复性、理论上无统计规律）离散事件仿真数据真实性是什么？给定置信水平置信区间怎样提升置信水平？增加

43、重复运行仿真次数。置信度为100%仿真次数为生产系统建模与仿真概述第50页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management2.4输出数据分析输出数据分析仿真输出数据性能测度上式成立条件是某一仿真性能参数之间是独立。（自相关函数为零）当自相关函数是负值，上式趋于保守。当自相关函数为正值，上式不成立。须进行详细地检验。生产系统建模与仿真概述第51页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management2.4输出数据分析输出数据分析终态仿真输出分析什么是终态仿真？在某一个连续

44、时间TE内系统仿真。如：生产设备使用寿命就是这一类系统仿真。终态仿真特征：系统仿真是在零时刻开始“开启”，至TE时刻“关闭”，其中TE能够是一个随机变量。研究是不一样连续时间TE或“开启”时刻状态对系统性能参数影响。终态仿真输出分析独立重复运行法假设系统仿真进行了n次独立重复运行，得到n个系统性能测度仿真观察值Y1,Y2,Yn，则系统性能测度预计量为生产系统建模与仿真概述第52页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management2.4输出数据分析输出数据分析设仿真重复进行了R组，r(=1，2，R)为其中一组仿真。令Yri为第r组仿

45、真中第i次系统性能测度观察值，i=1，2，nr。此时，对每一次运行r，其样本均值为，r=1，2，RR次独立重复运行后，系统性能测度预计量为上式能够看到：标准差预计量伴随R增加而减小。即仿真可信度有所提升。生产系统建模与仿真概述第53页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management2.4输出数据分析输出数据分析稳态仿真输出分析什么是稳态仿真？生产系统建模与仿真概述第54页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management2.4输出数据分析输出数据分析提升仿真效率数据

46、处理方法生产系统建模与仿真概述第55页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management第四章第四章离散事件仿真逻辑分析离散事件仿真逻辑分析Petri网网什么是Petri网？在定义Petri网(PetriNet)时，必须要区分PN结构与标识PN(MarkedPetriNet)。它定义了DES(DiscreteEventSystem)可能状态、事件、及其它们之间关系，这相当于连续状态变量系统CVDS状态方程。在PN中，用标识（Marking）描述DES状态。后者又称PN，它是指含有一定标识PN，描述处于一定状态下DES，相当于给定了

47、状态方程状态变量在一定时刻值CVDS。定义定义：PN结构是由四要素描述一个有向图：PNS=(P,T,I,O)满足：（1）P=p1,pn是库所(位置)有限集合，n(0)为位置(库所)个数;（2）T=t1,tm是变迁有限集合，m(0)为变迁个数；PT=，PT；（3）I：PTN是输入函数，它定义了从P到T有向弧重复数或权(Weight)集合，这里N=0,1,为非负整数集；（4）O：TPN是输出函数，它定义了从T到P有向弧重复数或权集合。在表示PN结构有向图中，库所用圆表示；变迁用长方形或粗实线段表示；若从位置p到变迁t输入函数取值为非负整数w，记为I I(p p,t t)=)=w w，则用从p到t一

48、有向弧并旁注w表示；若从变迁t到位置p输出函数取值非负整数w，记为O O(p p,t t)=)=w w，则用从t到p一有向弧并旁注w表示。尤其地，若w=1，则无须标注；若I(p,t)=0或O(p,t)=0，则无须画弧。I与O均表示为nm非负整数矩阵，O与I之差C=O-I 称为关联矩阵关联矩阵。生产系统建模与仿真概述第56页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&ManagementPetri网实例例：一PN结构如图所表示。按照PN定义，该PN结构可描述以下：P=p1,p2,p3；T=t1,t2；I(p1,t1)=1;I(p2,t1)=1;I

49、(p3,t1)=0;I(p1,t2)=0;I(p2,t2)=0;I(p3,t2)=1;p2p3p1t1t2O(p1,t1)=0;O(p2,t1)=0;O(p3,t1)=1;O(p1,t2)=0;O(p2,t2)=1;O(p3,t2)=0.输入函数：输出函数：关联矩阵：生产系统建模与仿真概述第57页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&Management第四章第四章离散事件仿真逻辑分析离散事件仿真逻辑分析Petri网网在PN结构中，p表示了离散事件系统(DES)局部状态，P表示DES整体状态；T表示其全部可能事件；某一库所所表示局部状态实

50、现情况(是否实现？实现了几次？)用库所中所包含标识(Token)数目m(p)来表示(用库所p中圆点或数量表示标识)。尤其地，m(p)=0，则p中无圆点，表示p所代表局部状态当前没有实现。t与t分别表示t全部输入与输出库所集合；p与p分别表示库所p输入与输出变迁；I与O描述全部可能状态与事件之间关系，其中I描述事件发生前提状态(因)，而O描述事件发生所实现状态(果)。Petri网有哪些功效？生产系统建模与仿真概述第58页 工工 业业 工工 程程 与与 管管 理理 系系Industrial Engineering&ManagementPetri网实例(续)p2p3p1t1t2比如，比如，比如，比如