基于GPSS的货运管理系统仿真研究

0基于 GPSS的货运管理系统仿真研究 摘 要：交通运输系统属于离散随机系统，解决好其管理和控制问题，十分重要。一般的货运管理系统仅对货运的实际信息进行管理、对实际的装卸工作进行了显示，还没有实现计划的编制，即不能预览和编制未来一段时间内的装卸计划。未能很好解决货运管理多变的问题。 基于模型的数字仿真方法，能在一个系统实现之前预测到它的运行性能，比较各种可供选择的方案，可以达到决策优化的目的。本论文利用GPSSWorld 仿真软件，对货运系统进行仿真，运用计算机仿真的方法来对货运管理系统进行优化，以提高货运工作的能力。主要研究了货运管理系统领域相关流程、仿真模型以及实现技术。为管理部门的运筹规划或预测决策提供科学依据。关键词：GPSS； 货运管理； 仿真 1Study on freight management system simulation based on GPSSAbstrsct: Freight management system is discrete stochastic system. It is important to solve the problem of management and control. A general freight management system displayed only practical information on freight by management, the actual loading and unloading are displayed, but there is no system to implement the plan, namely cannot preview and the preparation of the next period of time handling plan. Digital simulation method based on model can predict its performance before the implementation of a system. Comparison of various alternatives, can achieve the purpose of decision optimization. In this paper, using GPSSWorld simulation software, to simulate the freight transportation system. By using the method of computer simulation to optimize freight management system, to enhance the capacity of cargo work. Focuses on the flow field, freight management system simulation model and implementation technology. To provide the scientific basis for management planning or forecasting decision.Key words: GPSS; Management of freight transportation; Simulation 目录第一章 绪 论 .11.1 仿真的概念 .11.2 计算机仿真的定义 .11.3 计算机仿真的特点和作用 .21.4 计算机仿真的基本步骤 .21.5 计算机仿真软件的分类 .3第二章 离散系统的建模与仿真 .32.1 离散事件系统建模仿真 .32.2 离散事件系统图形化仿真方法 .42.3 离散事件系统的仿真策略 .5第三章 GPSS 系统 .73.1 GPSS 系统的历史 .73.2 GPSS 语言的基本格式和组成 .73.3 GPSS 语言特点 .83.4 GPSS 程序的基本结构 .83.5 GPSS 有关的模块 .93.6 GPSS 模拟系统运行 .10第四章 用 GPSS 对仓库卸货系统建模与仿真举例 .114.0 系统的描述与假设 .114.1 系统描述 .114.2 系统假设 .114.3 问题的分析与建模 .124.3.1 问题分析 .124.3.2 系统建模 .124.3.3 总结 .174.3.4 结论 .17参考文献 .180第一章 绪 论1.1 仿真的概念随着计算机技术的飞速发展，人们在研究复杂的事件的时候，通常有两种方法，一种是在系统上直接进行研究，另种是在系统的模型上进行研究。而直接在系统上进行研究存在着以下问题。(1) 安全性考虑：在研究重要的、有人身安全或设备安全的系统时，不允许在实际系统上进行实验。 （2）系统可逆性差：有很多系统是不可逆的，例如已经发生的灾难。（3）研究的时间一般较长：多数情况下，在实际系统上的研究问题往往需要经历较长的时间。例如研究复杂的生态系统，需要经历多年。（4）实在的系统尚未建成：在系统规划设计阶段希望评价方案的优劣，显然无法在真实系统中进行。（5）投资的风险较大，花费较大：一些重大的工程项目、重大设备系统很复杂，投资巨大，不允许在实际系统上进行破坏性的实验，试验的花费过大。可以从多个不同的角度出发对系统仿真进行分类。根据模型的构造，可以分为数学模型和物理模型，所以系统仿真可以分为数学仿真和物理仿真。计算机出现前，基本上用建立在物理模型上的物理仿真。物理仿真形象、直观。缺点是周期长、投资大、操作复杂。在数学模型上进行的操作叫做数学仿真，数学仿真也叫计算机仿真。但它受限于系统建模技术。根据系统性质不同，系统仿真又分为连续系统仿真和离散系统仿真。连续系统仿真研究状态变量的动态变化过程，由此获取系统的性能。离散系统模型不能用微分方程或差分方程的解析形式描述，而借助于图表或流程图。离散系统仿真获取系统的统计特性。根据实际时钟与仿真时钟的推进比例关系，系统的仿真可以分为实时仿真、亚实时仿真、超实时仿真等。1.2 计算机仿真的定义计算机仿真是以控制理论、相似原理、系统技术、信息技术、计算机技术及应用领域有关的专业技术为基础，以计算机和其他各种专用物理效应设备为工具，通过建立模型对真实和设计的系统，按照一定的实验方案，通过数值计算的方法对系统模型进行试验，以获得系统的特性。并用专家知识和统计数据对系统的试验结果进行分析研究。再用分析研究的结果，做出科学决策。这是一门综合性、实验性的技术。计算机仿真技术至少由两个部分组成，一是模型的建立；二是要在计算机上对模型进行数值计算，即利用计算机运行、求解这个模型。如加以区分，前者称为建模，后者称为展模。从以上对计算机仿真定义的分析，可以发现计算机仿真存在三个要素：系统、模型和计算机。这三个要素之间存在三个活动：系统建模、仿真建模和仿真实1验。系统模型计算机仿真实验系统建模仿真建模图 1 计算机仿真三个要素 它们之间的相互关系如图 1 所示。1.3 计算机仿真的特点和作用系统的仿真技术是随着计算机技术的发展而发展的，现代仿真技术是在计算机支持下进行的。它存在以下特点。（1)仿真结果简洁美观：计算机仿真的结果易于通过图形图像来形象直观的表达，把仿真模型、计算机系统和物理模型及实物联结在一起的实物仿真，形象十分直观。 （2)运算结果稳定：只要系统模型、仿真程序是科学合理的，那么计算机的运算结果一定准确无误。因此，人们可毫无顾忌应用结果。(3)系统模型快速求解：借助于先进的计算机系统，人们在较短时间内就能知道仿真运算结果，从而为人类的实践活动提供强有力的指导。 （4）模型参数意调整：模型参数可根据要求通过计算机程序随时进行调整、修改或补充，使人们能掌握各种可能的仿真结果。通过计算机仿真的作用，可以优化系统设计、提高预测能力、减少失败风险，并显著降低实验成本。1.4 计算机仿真的基本步骤计算机仿真的可以分为三步，系统建模、仿真建模、仿真实验。更具体的说，系统仿真需要经过问题描述和系统定义、建立系统模型、收集和整理数据资料、建立仿真模型并编制程序、调试程序确认模型、实验设计、计算机仿真运行、输出结果分析、建立文档、实施仿真决策等步骤。如图 2 所示。2问题描述与系统定义建立系统模型系统建模收集和整理数据建立仿真模型 、 设计程序仿真建模模型验证 ？调试程序 、 确认模型模型确认 ？YYNN实验设计计算机仿真运行分析仿真结果实施仿真决策结果满意 ？建立文档YN仿真实验图 2 计算机仿真的步骤1.5 计算机仿真软件的分类共有三类软件可以开发仿真模型，第一类则有通用编程语言，其中的包括C、C+和 Java 等。这类语言，在描述离散事件系统是效率比较低，但具有高度的通用性和灵活性。第二类是专门的仿真编程语言，如 GPSS。第二类仿真软件把离散事件系统仿真的一些最基本的仿真机制进行封装，在保持仿真软件使用灵活性、通用性的同时提高了软件的开发效率。第二章 离散系统的建模与仿真2.1 离散事件系统建模仿真为 了 使 实 体 中 某 些 规 则 相 互 作 用 、 关 联 而 进 行 的 操 作 ， 而 利 用 该 操 作 可 以 完 成 一些 系 统 的 指 令 ， 即 命 令 其 操 作 为 离 散 事 件 系 统。 与 连 续 事 件 系 统 不 同 ， 离 散 事 件 系 统所 包 含 的 事 件 在 时 间 上 和 空 间 上 都 是 离 散 的 。离散 事 件 系 统 一 般 不 是 随 机 的 ， 它 随 时到 处 可 以 见 到 ， 例 如 一 个 餐 厅 就 是 离 散 事 件 系 统 ， 它 是 由 客 人 和 收 银 员 构 成 的 。 该 离 散事 件 系 统 中 ， 各 种 事 件 不 紧 随 机 性 的 ， 而 且 都 是 有 顺 序 的 。 所 以 经 常 用 网 络 图 和 流3程 图 来 描 述 系 统 中 的 活 动 。 这 类 系 统 在 被 用 来 建 模 的 时 候 ， 不 需 要 描 述 系 统 中 变 化 的 过程 ， 只 需 要 研 究 系 统 内 部 变 化 的 时 间 点 和 这 些 变 化 的 原 因。 本 章 的 大 部 分 都 是 从 离 散 系统 进 行 分 析 从 而 更 好 进 行 仿 真 。2.2 离散事件系统图形化仿真方法实体流程图通过运用与计算机程序流程图相同的图示符号和原理，建立表示临时实体产生、在系统中流动、接受永久实体“服务”以及消失等过程的流程图。程序框图的思想和编制方法已被人们认可，实体流程图编制的方法即比较全面，而且应用起来也比较简单，所以被人们普遍运用。运用实体流程图表示事件状态变化及实体间相互作用的逻辑关系。实体流图方法建模的方法一般比较简单：一对实际的工作状况有一个深刻的掌握；二把实际的一切状态融合于建模的过程之中。常用符号：菱形框判断;矩形框状态、活动、事件等中间过程;圆端矩形框开始和结束；箭头线逻辑关系。具体建模思路：（1） 确定组成系统的实体及属性，将队列作为一种特殊的实体来考虑。（2） 分析各种实体的状态和活动，及其相互间的影响。队列实体的状态是队列的长度。（3） 要想到有什么事情导致了活动的开始或结束，或啥时间可以作为活动开始标志，确定引起实体状态变化的事件，并合并条件事件。4（4） 当事件突然发生，看看实体的变化情况。（5） 从以上各种情况中确定临时实体流动，用图示符号画出被仿真系统的实体流程图。（6） 给出模型参数的取值、参变量的计算方法及属性描述变量的取值方法。属性描述变量，如顾客到达时间、服务时间等，可以取一个固定值（由某一计算公式取值） ；也可以是一个随机变量，要给出其分布函数。给出队列的排队规则。有多个队列存在时，还应给出其服务规则（包括队列的优先序、换队规则等）2.3 离散事件系统的仿真策略离散事件系统仿真的基本方法：主要考虑三种仿真方法，活动扫描、事件调度法、进程交互法。活动扫描法：运用活动的角度来建模。由于系统是由成分构成、成分中包含着许多活动，只有满足某些条件才能构成真正的活动。而仿真过程中活动的时间可以做为条件之一，而且比其他的条件的位置更高。事件调度法(Event Scheduling)事件调度法思想是：每个事件发生的逻辑关系必须按照时间顺序被确定和执行。依据 开始进行事件调度法中仿真钟的推Ctmin)s(t A进，而该事件发生的测试条件必须在该事件程序内部去完成。当满足条件时，该事件发生，不然，则推迟或取消该事件发生进度。从客观上来分析， “预定事件发生时间”的事件调度法的本质特点。这样，仿真模型中必须事先考虑系统中下一最早发生的事件。该策略对于活动持续时间确定性较强（可以是服从某种分布的随机变量）的系统是比较方便的。5事件的发生不仅仅与时间有关，还和另外的某些情况有关联，而仅仅只满足某些条件时才会发生的事件。事件调度法策略的弱点则突出出来了，这类系统的活动持续时间的不确定性等因素，活动的开始或终止时间将无法得知。当事件全部放在事件表中的时候。一个时间控制成分将被设置，具有最早发生时间的事件将有最高优先权，仿真钟将被修改到该事件发生的时间，再调用与该事件相应的事件处理模块，当事件被处理完后就可返回时间控制成分。这样，事件的选择与处理不断地进行，直到仿真终止的条件或程序事件产生为止。进程交互法（Process Interactive）进程交互法运用的是进程描述系统，模型中的主动的事件及活动的时间讲被组合在一起，从而可以快速形成一个进程表，只要条件充足，一个成分如果进入进程该进程的全部活动即将被完成。仿真钟的控制程序一般情况下采用两张事件表，其一是将来事件表（FEL：Future Events List） ，他的事件的事件记录发生在将来的某个时刻。其中的事件都是记录着该事件的多种属性，必包含有一个属性，说明该事件在进程中所处位置的指针。其二是当前事件表（CEL：Current Events List） ，所资执行的事件的事件记录是从当前的时刻开始的，但是事件发生的条件一般不得而知，仿真钟被推进时，满足 TIME 的所有事件记录从 FEL 移到 CEL 中，CEL 中的每个记t录进行扫描将被完成，从 CEL 中拿出的事件记录中分析，必须判断它从属的进程以及它在该进程中的位置关系。发生条件决定着该事件是否发生。若=True, 则发生包含该事件的活动，如果条件允许的话 , 该进程要