建模与仿真复习资料.doc

1 仿真软件的发展历史上第一个仿真软件是由塞尔弗里奇在1955 年开发的。他完成了利用辛普森方法进行数值积分的仿真程序设计工作。从那之后，仿真软件的发展大致经历了四个阶段：第一阶段是从50 年代到60 年代初期，以Fortran 语言为代表的通用程序设计语言阶段。第二阶段是60 年代到70 年代，出现了多种仿真程序包及初级仿真语言。这个时期仿真软件主要解决的问题是利用数字仿真方法求解常微分方程组。第三阶段在70 年代到80 年代初期，出现了高级完善的商品化仿真语言。第四阶段是80 年代中期开始的一体化建模与仿真环境研究.2计算机仿真在制造车间设计中的应用一般可以把车间的设计过程分为两个主要阶段：初步设计阶段和细节设计阶段。3 计算机仿真在制造车间运行中的应用FMS中的调度问题可以定义为分配和协调可获得的生产资源，如加工机器、自动引导运输工具（AGV)、机器人以及加班的时间等，以满足指定的目标。这些目标可以是满足交货日期、产量达到最大，机器的利用率达到最高，或上述目标的组合4计算机仿真在库存管理中的应用库存控制的目的在于使库存投资最少，且要满足生产和销售的要求。对于库存管理的仿真包括：1）确定订货策略。2）确定订货点和订货量。3）确定仓库的分布4）确定安全库存水平5系统 系统仿真的研究对象是具有独立行为规律的系统。所谓系统是指相互联系又相互作用的对象的有机组合。从广义上讲，系统的概念是非常广阔的，大到无穷的宇宙世界，小到分子原子，都称之为系统。 根据系统的物理特征可以将系统划分为两大类，即工程系统和非工程系统。6系统模型分类系统模型按结构形式分为实物模型、图式模型、模拟模型和数学模型。 7仿真的分类 系统仿真根据模型不同，可以分为物理仿真、数学仿真和物理数学仿真（半实物仿真）；根据计算机的类别，可以分为模拟仿真、数字仿真和混合仿真；根据系统的特性；可以分为连续系统仿真、离散时间系统（采样系统）仿真和离散事件系统仿真；根据仿真了时钟与实际时钟的关系，可以分为实时仿真、欠实时仿真和超实时仿真等。 8系统仿真的一般步骤 1调研系统，明确问题 2设立目标，收集数据 3建立仿真模型 4编制程序5运行模型，计算结果 6统计分析，进行决策9事件v是描述系统的另一基本要素。事件是指引起系统状态变化的行为，系统的动态过程是靠事件来驱动的。事件一般分为两类：必然事件和条件事件10进程若干事件与若干活动组成的过程称为进程。它描述了各事件活动发生的相互逻辑关系及时序关系11 离散事件系统仿真方法 （1）面向过程的离散事件系统仿真 面向过程的仿真方法主要研究仿真过程中发生的事件以及模型中实体的活动。这些事件或活动的发生是顺序的。而仿真时钟的推进正是依赖于这些事件和活动的发生顺序。 （2）面向对象的离散事件系统仿真 在面向对象仿真中，组成系统的实体用对象来描述。对象有三个基本的描述部分即属性、活动和消息。每个对象部是一个封装了对象的属性及对象状态变化操作的自主的模块，对象之间靠消息传递来建立联系以协调活动。对象内部不仅封装了对象的属性还封装了描述述对象运动及变化规律的内部和外部转换函数，这些函数以消息或时间来激活，在满足一定条件时产生相应的活动。消息和活动可以同时产生，即所谓的并发，但在单台计算机上，仍须按一定的仿真策略进行调度。在并行计算机和分布式仿真环境中、仿真策略则可以更加灵活、12离散事件系统仿真的一般步骤 1问题定义 2制定目标 3描述系统并对所有假设列表 4罗列出所有可能替代方案 5收集数据和信息 6建立计算机模型 7校验和确认模型 8运行模型 9分析输出 13Witness 提供了如下14 种标准随机分布函数：1. BETA 分布；该函数提供服从分布的随机样本值，返回值为实数。适用于在实际系统的数据有限、数据变化范围大的情况。适用情况： 产品的次品率； 工作的完成时间。 2. NORMAL 正态分布；该函数提供服从正态分布的样本值，返回值为实数。该函数是应用最为广泛的一种分布，分布曲线关于均值对称的，经常运用于工作时间围绕均值波动的随机情况。Mean: 分布均值，实数； SD：标准差，实数； Prns：为随机数流，整数。适用情况： 机器加工时间等3. BINOMIAL 二项分布；该函数提供服从二项分布的样本值，返回值为整数。在给定的成功几率和试验次数条件下，该函数返回成功的次数。适用情况： 指定尺寸的一批货物当中的次品数目；仓库中需要的货物的品种数量。 4. POISSON 泊松分布；该函数提供服从泊松分布的样本值，返回值为整数。通常情况下，使用该函数来生成在给定的时间段内顾客或部件的到达数量，可以使它为负指数分布的一种补充。适用情况： 零件到达的随机批量；生产机器的单位时间产出数量5. ERLANG 爱尔朗分布；该函数提供服从K阶爱尔朗分布的样本值，返回值为实数。爱尔朗分布是一个分布函数族：其分布曲线随着K值的不同而有所不同。 适用情况： 完成一项服务所需的时间6. RANDOM 0-1 均匀分布；该函数提供服从0-1均匀分布的样本值，返回值为0，1之间的实数，返回0于1之间任意小数的概率是相同的。适用情况： 使用此函数作为我们自定义随机分布函数中的随机种子数7. GAMMA 分布；该函数提供服从分布的样本值，返回值为实数适用情况： 机器出故障的时间间隔。 8. TNORMAL 截断正态分布；该函数提供服从截断正态分布的样本值，返回值为实数。它同正态分布及其相似，不同之处在于它指定了样本值的最大值和最小值，而正态分布的最大值和最小值为无穷大 适用情况： 一些服从正态分布的随机变量，但是很明显，它又不会出现在无穷大于无穷小处9. IUNIFORM 整数均匀分布；该函数提供服从整数均匀分布的样本值，返回值为整数。可以用来表示从指定范围内，等概率获取整数的情况。适用情况： 当仅仅知道某一变量在两个整数之间取值，而对其他情况一无所知时，首选的分布就是整数均匀分布函数。 10. TRIANGLE 三角分布；该函数提供服从三角分布的样本值，返回值为实数。适用情况： 当采用统计方法不能够对数据拟合成特定的概率密度函数，而其取值范围和取值密集点能够确定时，采用三角分布函数。 11. LOGNORML 对数正态分布；该函数提供服从对数正态分布的样本值，返回值为实数。如果某一变量的样本数据的对数服从正态分布，那么该变量就是服从对数正态分布。适用情况： 完成一项服务所需的时间，例如：完成一名顾客的服务时间或修理好一台机器的时间。 12. UNIFORM 均匀分布；该函数提供服从均匀分布的样本值，返回值为实数。用于等概率获得指定范围内的数值。适用情况： 对某变量的数据知之甚少，并且希望获得特定范围内的实数值时，就采用该函数。 13. NEGEXP 负指数分布；该函数提供服从负指数分布的样本值，返回值为实数。可以认为它是泊松分布的补集。适用情况： 相邻事件发生的时间间隔， 14. WEIBULL 韦布尔分布该函数提供服从威布尔分布的样本值，返回值为实数。根据指定的形状和比例参数返回随机样本值。 14使用Witness软件包进行物流与供应链系统的建模与仿真，同样要遵循建模与仿真的一般步骤。在使用它进行计算机模型的建立时，有其特定的步骤：. 元素定义（Define）.元素可视化（Display）的设置.细节（Detail）设计.运行（Run）.报告（Report）.归档（Documentor）.优化（Optimizer）15仿真软件主要通过如下五类元素来构建现实系统的仿真模型：离散型元素、连续型元素、运输逻辑型元素、逻辑型元素、图形元素16离散型元素 零部件（Part）零部件是一种最基本的离散型元素，它可以代表在其他离散型元素间移动的任何事物。机器（Machine）机器是获取、处理零部件并将其送往目的地的离散元素。不同的机器代表不同类型的处理过程。输送链（Conveyor）；缓冲区（Buffer）；缓冲区是存放部件的离散元素。车辆（Vehicle）；轨道（Track）；劳动者（Labor）；路径（Path）；模块（Module17连续型元素同离散型元素相对应，连续型元素用来表示加工或服务对象是流体的系统，比如化工、饮料等。主要包括：流体（Fluid）；管道（Pipe）；处理器（Processor）；容器（Tank）。18逻辑元素 逻辑元素是用来处理数据、定制报表、建立复杂逻辑结构的元素，通过这些元素可以提高模型的质量和实现对具有复杂结构的系统的建模。主要包括：属性（Attribute）；变量（Variable）；分布（Distribution）；函数（Function）；文件（File）；零部件文件（Partfile）；班次（Shift）；19图形元素图形元素可以将模型的运行绩效指标在仿真窗口动态的表现出来。主要包括：时间序列图（Time series）；饼状图（Pie chart）；直方图（Histogram）。20 witness提供了四种类型的变量，用来进行数据处理。它们是整型；整型变量用来存储不包含小数点部分的数字。在witness中，可以是-2 147 483 648到2 147 483 647之间的整数。 实型；实型变量可以存储由数字（09）、小数点和正负号组成的数据。范围为（3.4E-38，3.4E38）；名型；名型（name）变量用来存储witness仿真系统组成元素的名称。字符型；字符型变量用来存储不具有计算能力的字符型数据。字符型数据是由汉字和ASCII字符集中可打印字符（英文字符、数字字符、空格以及其他专用字符）组成，长度范围是04095个字符。 21程序三种基本结构顺序结构是在程序执行时，根据程序中语句的书写顺序依次执行的命令序列。WITNESS系统中的大多数命令都可以作为顺序结构中的语句。分支结构是在程序执行时，根据不同的条件，选择执行不同的程序语句，用来解决有选择、有转移的诸多问题。 循环结构 Witness 有几类不同的规则：输入规则( 这类规则包括装载和填入规则)。 输入规则控