07生产系统建模与仿真-chap1.ppt

生产系统建模与仿真,email:dongyang,教材及参考书,离散事件系统仿真（Discrete-eventsystemsimulation)（英文影印版.第4版）,JerryBanks,2003，机械工业出版社，定价：65.00RMB。系统仿真使用Arena（SimulationwithArena).,考试及成绩计算,期末（笔试）占总成绩的50%。仿真程序设计（C+,Java)占15%。（第8周前完成）仿真综合应用项目（Arena)占20%。(第8周提交方案）平时作出及出勤占15%。,联系方式：,机械大楼工业工程系612房间。Email:dongyang,第一章仿真概述,本章内容：,1.1何时使用（不）仿真1.2仿真的优点（缺点）1.3仿真的应用领域（演示）1.4系统1.5模型1.6离散事件系统仿真（DES）1.7仿真步骤,仿真（Simulation）:模仿真实系统的运作（随时间而变化）。仿真模型（SimulationModel):是关于系统运作的一些假设（assumption).这些假设是用实体间的数学、逻辑和符合关系来表示。仿真的用处：作为分析工具预测对现有系统的改变。作为设计工具预测新系统的性能。,分析方法VS.仿真方法一些简单系统可以采用分析方法（微积分公式、概率论、矩阵代数）来进行公式计算。复杂系统？仿真方法（NumericalComputer-basedSimulation),1.1何时使用仿真shannon1998,研究复杂系统的内部交互行为。信息、组织、环境对系统的改变所造成的影响。改变仿真输入，观察仿真输出，可能发现最重要的系统变量。仿真作为强化或验证分析方法的辅助手段。仿真可作为学习、训练的手段（没有干扰正常的生产运作）。现代系统（先进工厂、晶圆制造、服务业）太复杂，只能采用仿真方法。可以以动画的方式可视化系统的行为。,何时（不）使用仿真BanksandGibson1997,规则1：常识能够解决的问题。规则2：分析方法能够解决的问题。规则3：现场、直接实验或指导能够解决。规则4：仿真成本节约。规则5：没有足够的资源（钱和人力）。规则6：不能收集到相关的数据。规则7：系统太复杂、难以定义（如人类）,1.2仿真的优点,优化模型：通过求解方式进行。（运筹学中的整数规划、线性规划等）仿真模型：Simulationmodelsare“RUN”ratherthanSolved.,能够研究新的策略、运作过程、决策规则，而无需打断、或干扰真实系统的正常运行。能够测试新的硬件、布局、运输系统等资源，而无限实际获取这些资源。能够观察到系统变量之间的交互。能够观察到系统变量对系统性能的重要程度。帮助理解系统是如何运作的。,仿真的缺点,建模需要专门训练。解释仿真结果具有难度。仿真建模和分析可能是一件耗时、代价过高的行为。分析方法可行时，采用仿真可能是一个不好的做法。,1.3仿真的应用领域,生产制造晶圆制造项目管理军事物流、供应链、配送运输与交通业务流程仿真医院(healthCare),目前趋势：风险仿真（如保险）呼叫中心（CallCenter)自动物流系统（AMHS,AutomatedMaterialHandlingsystem)更多应用情况请参考：冬季仿真会议(WSC,WinterSimulationConference)：/,演示,1.4系统,系统（System）:Asystemisdefinedasagroupofobjectsthatarejoinedtogetherinsomeregularinteractionandinterdependencetowardtheaccomplishmentofsomepurpurse.系统边界(Systemenvironment）,系统组成（ComponentofASystem):实体(Entity)：系统中我们感兴趣的对象。属性（Attribute):实体的属性或性质。活动（Activity):具有一定时间长度的任务或工作。,系统状态（State):一组用来描述系统的变量的集合。事件（Event):导致系统状态改变的瞬间行为。,系统举例,银行：实体：Customer属性：checking-accountbalance活动：Makingdeposits事件：Arrival,depart状态变量：NumberofbusytellersNumberofcustomerwaiting,Rapidrail(火车）实体：Rider属性：Origination,destination活动：Traveling事件：Arrivalatstation;arrivalatdestination;状态变量：Numberofriderswaitingateachstation;Numberofridersintransit,制造实体：机器属性：Speed,capacity,breakdownrate活动：Welding事件：Breakdown状态变量：Statusofmachine(busy,idle,down),通信实体：Message属性：Length,destination活动：Transmitting事件：arrivalatdestination状态变量：Numberwaitingtobetransmitted,库存（Inventory):实体：Warehouse属性：Capacity活动：Withdrawing（出库）事件：Demand状态变量：Levelsofinventorybacklogged(订货）demands,离散系统VS.连续系统,连续系统：系统状态随时间连续地发生改变。,离散系统（Discretesystem):系统状态只在离散的时间点上发生改变。本课程只研究离散事情系统（DEDS,DiscreteEventDynamicSystem),1.5模型,如何研究系统？通过模型手段。模型：是系统的简化。为研究系统而对系统的描述。是对真实系统中那些有用的和令人感兴趣的特性的抽象化。模型并不是对真实系统的完全复现,模型的组成,考虑模型与系统的关系：系统的组成：模型的组成：=(实体，属性，活动，状态）,系统VS.模型,1.6离散事件系统仿真,Discrete-eventsystemsimulation:isthemodelingofsystemsinwhichthestatevariableschangeonlyatadiscretesetsofpointsintime.仿真模型是“运行”（run)，而不是求解（Solved)。（分析方法是求解）。-从模型假设中产生的系统历史，然后收集观测数据，估计系统的性能。,1.7仿真步骤,Fundamentallyaniterativeprocess,DetermineGoalsandObjectives,Whatdoesyou(orthecustomer)hopetoaccomplishwiththemodelMaybeanendinitselfPredicttheweatherTrainpersonneltodevelopcertainskills(e.g.,driving)MoreoftenameanstoanendOptimizeamanufacturingprocessordevelopthemostcosteffectivemeanstoreducetrafficcongestioninsomepartofacityOftenrequiresdevelopingabusinesscasetojustifythecostImprovedefficiencywillsavethecompany$Example:electronicsEvenso,maybehardtojustifyinleantimesGoalsmaynotbeknownwhenyoustarttheproject!Oneoftenlearnsthingsalongtheway,DevelopConceptualModel,Anabstract(i.e.,notdirectlyexecutable)representationofthesystemWhatshouldbeincludedinmodel?Whatcanbeleftout?WhatabstractionsshouldbeusedLevelofdetailOftenavariationonstandardabstractionsExample:transportationFluidflow?Queueingnetwork?Cellularautomata?Whatmetricswillbeproducedbythemodel?Appropriatechoicedependsonthepurposeofthemodel,DevelopSpecificationModel,AmoredetailedspecificationofthemodelincludingmorespecificsCollectdatatopopulatemodelTrafficexample:Roadgeometry,signaltiming,expectedtrafficdemand,driverbehaviorEmpiricaldataorprobabilitydistributionsoftenusedDevelopmentofalgorithmsnecessarytoincludeinthemodelExample:Pathplanningforvehicles,DevelopComputationalModel,ExecutablesimulationmodelSoftwareapproachGeneralpurposeprogramminglanguageSpecialpurposesimulationlanguageSimulationpackageApproachoftendependsonneedforcustomizationandeconomicsWheredoyoumakeyourmoney?DmercialindustryOther(non-functional)requirementsPerformanceInteroperabilitywithothermodels/tools/data,Verification,DidIbuildthemodelright?Doesthecomputationalmodelmatchthespecificationmodel?Largelyasoftwareengineeringactivity(debugging)Nottobeconfusedwithcorrectness(seemodelvalidation)!,Validation（有效性）,DidIbuildtherightmodel?Doesthecomputationalmodelmatchtheactual(orenvisioned)system?Typically,compareagainstMeasurementsofactualsystemAnanalytic(mathematical)modelofthesystemAnothersimulationmodelBynecessity,alwaysanincompleteactivity!OftencanonlyvalidateportionsofthemodelIfyoucanvalidatethesimulationwith100%certainty,whybuildthesimulation?,1.8系统、模型、仿真之间的关系,本章重点（Summary),模型、系统的概念模型的组成、系统的组成离散事件仿真和分析方法的不同仿真步骤：Mod