系统建模与仿真-齐欢

演讲嘉宾：系统建模与仿真，齐欢，华中科技大学控制科学与工程系，作者简介，男，1948年10月出生，汉族，武汉人，数学学士，应用数学硕士，系统工程博士。他目前是华中科技大学控制科学与工程系的教授和博士生导师。主要研究方向有：系统分析、系统仿真、软测量等。已经发表了200多篇文章。主要著作有：三峡-葛洲坝通航联合调度的理论研究与工程实践(科学出版社，2010)、公共管理中的数学模型与应用实例(科学出版社，2006)、系统建模与仿真(教育部推荐的研究生图书，清华大学出版社，2004)、HLA仿真与UML建模(科学出版社，2004)、测量信息的分析与处理-反分析的模型、方法及工程应用(科学出版社，2003)、数学模型方法(华中科技大学出版社，1996)等。齐欢，王小平人，女，1974年11月出生，湖北黄梅人。他于1997年毕业于重庆大学，获得工业自动化学士学位，同年被派往重庆大学自动化学院攻读硕士学位。他于2000年7月获得工程硕士学位。2000年7月，他被分配到华中科技大学控制科学与工程系工作。他于2000年9月在华中科技大学控制科学与工程系系统工程研究所攻读博士学位，并于2003年5月在华中科技大学获得系统工程博士学位。2004年5月至2006年9月，他在华中科技大学电机工程博士后站担任博士后研究员。他目前是华中科技大学控制科学与工程系的教授。王小平，讲座：工程要求的教学内容，教学方法，教学实例，几点建议，第一，工程要求，案例1:湘钢烧结厂控制变量：配比，台车高度，点火温度，台车速度，13对风门开度，电除尘器板型，板数，风机速度，风门开度目标：烧结矿质量，产量，烧结炉流场安全指标数学模型(分析模型):燃烧模型，热传导模型，输送模型(流体力学)， 风门边界控制模型、电气除尘模型、风机模型模拟工具：ANSYS、COMSOL、烧结厂结构图、案例2、武钢轧钢厂-高速线材轧制、水冷控制系统中的温度控制20世纪60年代后，新型高速无扭精密捆绑机组将线材卷重量从几十公斤增加到两吨半，最终轧制出口速度从2030m/s增加到130m/s。 成品公差为0.1毫米。采用松卷控制冷却和水冷后，金相组织更加均匀，无需热处理即可拉丝，大大降低了生产成本。 系统出现问题，SMS(德国)水冷控制专家系统完全依赖通用电气跟踪系统输入的数据运行，系统容错性差。当部分通用电气跟踪系统出现故障时，输入数据不完整，导致水冷系统无法正常工作。1)系统不能在线修改设定温度；2)系统设计复杂。水冷系统是一个多变量输入输出、非线性、大滞后的离散控制系统，系统生产事故频繁发生。3)系统与轧制线上的跟踪系统耦合性强，跟踪系统覆盖范围广，易受外界因素影响，导致水冷系统运行异常。4)德国没有提供数学模型和测试数据。输入变量(30) (1)温度数据(计算精轧机的入口和出口温度，轧制线的数量为N，传感器的数量为I)；(2)轧制过程数据(确定线材位置和轧制进度，轧制线数量为n，传感器数量为I)；(3)轧制参数(轧制数、环境温度、水箱温度、水箱压力、冷却方式、轧机动作标记、轧制量、线材)；筛选后，可获得16个输入变量。输出变量(21):21个喷嘴的开关量控制信号、基于系统结构的数据流程图、解和数据流程图、径向基函数神经网络水冷控制系统仿真结果、基于贝叶斯网络的水冷控制系统优化、软件现场运行状态、结论、建模和仿真是现代控制工程中的重要技术。以上两种情况代表了两种类型的工程建模：分析模型(显式)和数据驱动模型(隐式)；建模需要了解工程背景；模拟需要使用工具。教学内容，3。教学方法，1。基本概念，2。案例教学，3。模拟工具的使用，4。模拟结果的评估，4。教学示例，问题背景：新产品(如Iphone4S)的销售预测，4.1单一产品上市的初始模型，4.2单一产品上市的临时模型，4.3商品销售的基础扩散模型。基础扩散模型的定义旨在采用和传播创新产品和技术。法兰克福学派提出的基础扩散模型及其扩展理论。美国管理心理学家巴斯经常被用作市场分析工具来预测新产品和新技术的需求。作为众多市场工具之一，浴扩散模型的主要功能是描述和预测新开发的耐用消费品的市场购买量。许多创新经验表明，新方法和新概念的市场扩散过程可以用巴斯公式(离散形式)充分表达：巴斯扩散模型引入三个参数来预测nt(在n阶段购买这种产品的消费者人数):m=市场潜力，即总的潜在需求。P=创新系数(外部影响)，即尚未使用产品的人在大众媒体或其他外部因素的影响下开始使用产品的可能性。Q=模仿系数(内部影响)，即由于用户口碑的影响，尚未使用该产品的人开始使用该产品的可能性。标准浴曲线(p、q值分别为0.03和0.38)，应用浴扩散模型，浴扩散模型简单易行，足以适用于初始评价，初始评价时，往往没有必要使用那些复杂的市场模型。当然，应该注意的是，巴斯扩散模型只是扩散技术模型中的一种，并且巴斯扩散模型的许多变体已经被开发出来以满足某些特殊情况的精确要求。在评估新技术的内部或外部投资时，创新动态曲线的运动变化规律和新技术(或新技术的应用)的市场扩散特征是非常有用的分析工具。在投资的初始阶段或新产品刚刚在企业内部推出时，了解新技术的市场扩散是非常重要的。然而，没有一个工具模型能够准确地检验现实，对资本、时间、市场和机会的判断可能是错误的。巴斯扩散模型的优势在于它可以有效地评估投资新技术的收益。巴斯扩散模型的局限性在于，巴斯模型给出了购买者的数量，而不是企业的产品销售额，但销售额可以根据顾客使用的频率来间接估计。巴斯模型的意义在于，它提出了市场动态规律，对不同时期企业的市场容量及其变化趋势做出了科学有效的估计。虽然Bass模型在理论上是完美的，但它只适用于市场上已经存在了一段时间的新产品的市场预测。然而，当新产品上市时，顾客对其质量和性能相当陌生，企业无法对Bass模型中的创新系数和模仿系数做出可靠的估计。因此，有必要补充低音扩散模型。4.4斯特芬斯-墨菲模型，模型有效性检验数据拟合。根据Steffens和Murthy的文章提供的数据，在4.5仿真产品的干扰下，新产品的销量在一段时间内也呈现出逐渐上升的趋势。然而，与此同时，社会上一些不具备自主创新能力的企业，为了追求利益，在个别技术上采取一定程度的改进，大量生产模仿流行的新产品，并低价出售以获取利润。就价格而言，这些仿制品通常比畅销产品有一定的优势。尽管仿制品的技术水平有限，但它们仍有可能对畅销新产品的销售产生不同的影响。因此，研究新产品在模仿冲击下的销售是非常必要的。通过研究，我们可以分析不同技术水平的模仿对新产品销售的影响，从而帮助推出新产品的企业做出必要的决策，维护自主创新知识产权的成果，帮助推出新产品的企业获得最大的利益。新产品销售也可能呈现另一种情况：一个公司开发出畅销的新产品，与该公司的同行或更有影响力的大公司认为有利可图，也可能推出类似的新产品之后，因为大公司在消费者中的可信度相对较高，虽然推出了仿制产品，但它很可能在市场上以比原来更好的质量销售新产品，甚至可能完全压倒原来的新产品。因此，对于一些具有自主创新能力的小公司来说，对这种模仿的研究也是非常必要的，这有助于分析大公司的产品对其新产品的影响程度，从而在恰当的时机做出恰当的决策，在激烈的竞争中生存和发展。(1)新产品信息分为两类：搜索信息和体验信息。前者是消费者通过电视、广播、报纸和商店购物或他们的小册子获得的信息。后者是消费者购买产品和使用产品后的体验信息。(2)消费者分为两类：创新者和模仿者。前者是获得搜索信息并决定购买的消费者。后者是获得经验信息并决定购买的消费者。(3)在模拟过程中可能购买新产品的消费者总数是确定的。将这个数字设为K，将消费者中可以购买的创新者总数设为K1，将消费者中可以购买的模仿者总数设为K2，满足K=K1 K2。(4)只考虑一个购买周期，即新产品的服务周期被认为很大，消费者不会在短时间内再次购买新产品，每个消费者只会购买一个单位的新产品。(5)只考虑模仿对新产品的影响，不考虑推出新产品的公司的决定对模仿的影响，从而对新产品的销售的影响。(6)忽略购买产品的消费者评估产品所需的时间。(7)假设产品的评价令人满意，忽略不满意的部分。无论考虑到模仿时新产品的销售模式如何，模仿的竞争能力远不如新产品。在这种情况下，新产品的销售往往在模仿的早期阶段受到影响。由于仿制品在质量、价格和其他综合考虑方面不能满足更多的消费者，因此对新产品的影响很小。模拟图如下：(1)单位时间内仿制品销售情况：其中，红线表示考虑仿制品影响的曲线，蓝色表示不考虑仿制品影响的曲线。可以看出，虽然仿制品的出现对新产品的销售有一定的影响，但销量仍呈现持续增长的趋势，从整体上看，仿制品对新产品的影响可以忽略不计。当模仿者竞争时，红色是受模仿者影响的图形，蓝色是不受模仿者影响的图形。从模拟图中可以看出，仿制品的出现将对新产品的销售产生很大的影响。从单位时间的销售速度来看，创新者购买产品的速度和模仿者购买产品的速度甚至有负值。在模仿的影响下，新产品的总产量也有很大的下降，但考虑到新产品仍然非常强大，最终将在市场上获得优势。如果实际销售额大幅下降，新产品的制造商应该采取一定的措施进一步推广新产品，以获得更大的销售利润。(3)模仿竞争力与新产品竞争力相当时的模拟，其中红色是受模仿影响的新产品销售额，蓝色是不受模仿影响的销售额从模拟图中可以看出，这种仿制品的出现对新产品的销售有很大的影响。根据仿制品的质量和价格，它们可能占据不同的市场份额。上述数字指的是仿制品占据一半市场份额的情况。随着时间的增长，新产品的销售增长率会放缓，甚至在某些时期会出现负增长。在一个周期结束时，时间T的销售量仅为原始销售量的一半，收入受到了很大的影响。在这种情况下，新产品公司应采取必要的改进措施来维护其知识产权，利用科技水产品来改进其产品，使其仿制品难以到达其科技水产品，或采取适当的降价措施或促销措施来提高其产品的竞争力，以获得更大的利润。(4)仿制品的竞争力大于新产品，红色是受仿制品影响的图形，蓝色是不受仿制品影响的图形。从模拟图中可以看出，由于仿制品的强大生命力，仿制品在短时间内占据了大部分市场份额，从而使得新产品的销售逐渐接近零。在这种情况下，新产品公司应该仔细分析当前的情况，看看是否可以通过一些改进措施来扭转下降趋势。同时，要总结新产品销售中的不足，立足未来，努力在未来推出更具竞争力的产品。结论，通过模拟，我们可以看出，根据仿制品的质量和价格以及其他综合质量，会对新产品的销售产生不同程度的影响。在实际销售中