生产系统建模与仿真ppt课件

电子科技大学工业工程系李海庆李海庆lihaiqing27，生产系统的建模与仿真，生产系统的模型(建模)模拟系统，模型，模拟，第一章序言，一，生产系统，1.1生产者创造产品，服务从进行生产的过程来看，把投入的生产要素转换为生产(有效的产品和服务)的活动可以称为生产。 狭义生产：创造产品活动的广义生产：包括狭义生产和服务。1.2系统waynec.Turner : asystemcanbedasestocomponentwhicherelectdbysomeformsofinteraction，andwhichichctogethegehthethach 系统是相互联系、相互作用的对象的有机组合。 广义上，系统的概念非常广泛，到广阔的宇宙世界，甚至分子原子都很小。系统的概念，在一个系统中，尽管大小较小，必须存在实体、属性、活动这三个要素。 实体是指构成系统的具体对象。 属性是指实体具有的所有有效特性。 活动是随着时间的流逝，系统内部由各种原因引起的变化的过程。 1.3生产系统中的每个系统都由输入、输出、转换过程组成。 广义的生产系统也同样由输入(投入)、输出(生产)和转换过程构成。 整合投入、转换、生产，构成生产系统。 生产系统是为了生产某种或某种产品，集成了生产技术、生产计划、质量管理、人员调度、设备保养、资材管理等各种技术的复杂系统。投入是生产和服务过程中提供的各种生产要素，按生产过程中发挥的作用：物质资源：生产活动(过程)中使用的资金和物资人力资源：生产过程中所需的劳动力信息资源：生产过程中使用的信息资源管理资源：生产过程的管理。产出分为有形产物和无形产物，它们都必须有效。 有形生产是由生产创造的实物产品，它是有形的汽车、电视、手机等无形生产是服务工作提供的各种各样的服务，银行提供的金融服务、大学提供的教育等不能接触。 转换过程是把投入转化为生产的过程，是企业生产和服务的主体。 不同的生产和服务行业，其转换过程的特征不同：制造业主要涉及实物转换(由原材料变成成品)。 运输行业主要是完成场所的转移通信行业是完成信息转换的仓库行业是完成物质储藏和再分配的医疗行业是实现人的身体状况转换(从病情到健康)的学校实现知识转换等。 1.4系统的性质自然vs .人工系统(Naturalvs.Man-made )静态vs .动态系统(Staticvs.Dynamic )物理系统vs .抽象系统(physicsvs.Abstract )开环vs .设备利用率：公式中，-设备利用率-总时间段中，设备第I次利用的时间T-合计期间的时间值。设备使用率：在有效工作时间段，设备的总工作时间除以该时间段的总时间。模型：抽象化实际系统中有用和感兴趣的特性。 请注意，系统模型不是实际系统的完全再现。 如果，m可以回答与系统(s )相关的问题，并且如果在精度范围a内，则m是系统a的模型。建模的理由：通过降低风险，表现知识解释“whatif.whatis.”，改善和研究系统的日常运营，抽象的assumptionsabouttonutureofthesystem，Entity 模型relations、relations、relations、设想的行为(目标)、性能测量、模型Models、一生产系统二模型(建模)三模拟四系统、模型、模拟、 模拟的定义1961年G.W.Morgenthater :“什么是模拟？ “意味着在不存在实际系统的情况下实现系统和活动的本质”1978年Korn在Introductiontoindustrialandsystemengineering中定义了模拟为“以能代表研究的系统的模型进行实验”，1984年Oren提出“模拟是基于模型的活动” 模拟是对现实世界的模拟. 基本上共同的观点是基于模拟或模型进行的。系统仿真中的一些术语必须首先掌握与系统仿真相关联的一些基本概念，以理解系统仿真的基本方法。 1个实体：构成系统的物理单元。 2事件：事件是说明系统的基本要素。 事件是引起系统状态变化的行为，系统的动态过程由事件驱动。 事件通常分为两类：必然事件和条件事件。3成分：成分是和实体相同的概念，基于习惯记述系统时使用实体，模型记述中使用成分。 成分分为能动成分和被动成分。 4个流程：由几个事件和几个活动组成的流程称为流程。 它描述了各事件活动发生的相互逻辑关系和时间序列关系。5模拟时钟：模拟时钟用于表示模拟事件的变化。 由于在离散事件系统模拟中，系统状态的变化是不连续的，所以系统状态在两个相邻事件之间不会变化，因此，模拟时钟可以跨越这些“不活动”区域。 6随机变量：复杂的现实系统经常包含随机元素。 这些复杂的随机系统很难找到和解释适当的解析表达式。 系统模拟软件，1.any logic2. arena3. auto mod4. em-plant5. extend sonim6. flexsim7. witness8. le龙(RaLC )，witness2006，1 3模拟4系统、模型、模拟5离散事件系统、系统、模型与模拟3者之间有着密切的关系：系统是研究对象，模型是系统抽象，模拟通过模型的实验来实现研究系统的目的.根据模拟所依据的模型，模拟可分为物理模拟、数学模拟和半实物模拟. 根据模拟时钟与实际时钟的比例关系，可分为实时模拟、子实时模拟和超实时模拟。根据仿真研究的系统，仿真分为连续系统仿真和离散事件系统仿真.的研究结果。 仿真模型分为确定性模型和随机性模型。 物理模拟是基于实际系统的物理性质构建系统的物理模型，用物理描绘模型进行实验过程的数学模拟是将系统抽象化，用数学关系式记述其特性得到系统的数学模型的基础上，再对数学模型进行实验过程的数学模拟半实物模拟是数学模拟和物理模拟相结合，再结合实物进行实验的过程。实时模拟：模拟时钟与实际时钟完全一致，即模型模拟的速度与实际系统的速度相同。 如果模拟的系统中存在物理模型或实物，则需要进行实时模拟. 例如，各种训练模拟器都是如此，有时也称为在线模拟。 亚实时模拟：模拟时钟比实际时钟慢。 在对模拟速度的要求严格的情况下，都是子实时模拟。 例如，很多系统离线地进行研究和分析，有时也被称为离线模拟。 超实时模拟：模拟钟比实际钟快，如大气环流的模拟和交通系统的模拟。连续系统仿真：系统状态随时间连续变化的情况，许多工程系统，如机电、机械、化工、电力等系统。离散事件系统仿真：系统状态变化离散，许多非工程系统包括管理、交通、经济等。 确定型模型：在相同的输入状态下，系统经历的任何时间点的状态都是一样的，结果是一定的。 随机模型：在相同的输入状态下，系统经历的任何时间点的状态都是随机的，其结果无法预测。 模拟的目的、生产系统模拟的目的： (1)最优化：生产系统参数(作业员、作业台数、缓冲容量) (2)预测：正常工作状态？ (3)计划和调度(4)系统性能验证：是否满足交货期.一生产系统二模型(建模)三模拟四系统，模型，模拟五离散事件系统，5.1连续系统和离散事件系统，连续系统：遵循物理学规律(电、力学、热学)。 那个数学模型可以表现为传统意义上的微分方程式和差分方程式。 那个系统的状态变量随时间连续变化。 离散事件系统DEDS/des :描述了系统状态随着某个离散时间点事件的驱动而变化。 那个数学模型很难用数学方程式来表示。有时间离散时间连续的离散事件。 生产系统是PS系统！5.2离散事件系统的基本概念、实体：构成系统的基本要素。 是系统中有意义的东西。 有些实体在模拟过程中一直存在着. 某些实体存在于某些模拟过程中，可能会进入系统或退出系统。 属性：实体的特性。 例如，在银行中，客户是实体，其属性是帐户。事件：改变系统状态，实体的瞬间行动。 注意：事件也可能触发新的事件。 DES的活动有三个特征。 1 )离散事件是使DES状态飞跃，触发新的离散事件的唯一因素。 2 )事件的交互影响系统状态的变化。 3 )事件的发生时间是异步和不确定的。状态：系统的所有实体的属性在某个时刻t取的值的集合S(t )定义为系统状态，即描述系统的变量的集合。 活动：活动持续一定时间，活动的开始和结束使系统的状态发生变化。 例如，等待活动。5.3DES系统示例，理发店：实体、状态、事件、活动分析：客户、服务员状态：服务员数量、客户数量、服务员忙事件：客户到达、服务完成活动：客户待机、理发师服务、灵活制造系统：实体请分析事件ansa :实体：工件，加工中心事件：(计划加工工件)机床的完成加工状态：各加工中心的繁忙度各加工中心的排队活动：工件的加工等待，教室练习：1)急诊室属于DES系统吗？ 分析实际的身体、状态和事件。 2 )银行系统属于PS系统吗？ 分析实际的身体、状态和事件。基于框图的系统逻辑建模方法(1)帧(2)连接线(3)菱形帧、5.4生产系统仿真模型的构建、基于2Petri网技术的系统仿真建模方法Petri网基本配置：(1) 佩特里网是1960年代卡尔佩里发明的，适合描述异步的同时计算机系统模型。 Petri网有严格的数学表现方式和直观的图形表现方式，有丰富的系统描述手段和系统行为分析技术，为计算机科学提供了坚实的概念基础。 佩特里网可以表现合并的事件，所以被认为是自动化理论的一种。 研究领域倾向于认为Petri net是所有过程定义语言的母亲。 古典Petri网古典Petri网是一个简单的过程模型，由库和变迁、有向弧、令牌等要素组成。、Petri net的结构(1) Petri net的元素：库位置(Place )圆形节点迁移(Transition )方形节点有向弧(Connection )是库位置和迁移之间的有向弧令牌(Token )是库位置的动态对象(2)基于3系统结构再现Petri网的规则的系统仿真建模方法，首先是构成系统的基本单元模块，其中，电弧在具有方向性的两个库和变迁之间具有不被允许具有的任意数量的令牌例如定义生产系统中的加工站、检查站、库存区域、搬运设备等，然后用这些模块的动态实体前进的路径来定义，即形成生产系统的生产技术和系统的各模块间的关系。 最终形成了构成整个系统的仿真模型。(4)离散事件系统的模拟步骤，1 )问题的说明2 )设定目标和完整的项目计划(系统分析和说明：边界，限制，目标)3)建立系统的数学模型和收集数据4 )建立程序(模拟模型，5 )模型验证系统模型是否以正确的仿真模型(计算机程序)表示. 方法：程序调试、程序逻辑流程图、6 )模型验证模型是否表示实际系统？ 实验设计生产性运行和分析文件列表和报告结果的实现，模拟应用领域-生产系统，模拟应用领域-食品和服务领域，模拟应用领域-交通，模拟应用领域-化工厂，呼叫中心， MotorolaDistributionCentre摩托罗拉流通中心-物流、第二章模拟用的概率概念1随机变量、概率函数、随机数2均匀的连续分布随机数及其产生3种离散分布随机数的产生4不均匀的连续分布随机数及其产生、确定性活动和随机活动， 确定性活动：通过准确地重复一定条件，其变化的结果总是确定的，或者根据其过去的状态，可以在相同条件下预言未来的发展变化，这种活动称为确定性活动。 确定活动的主要特征是活动的运动可以用f(t )、数学函数、数学图表等确定的数学形式来记述。 随机活动：其变化的结果不能事先预言，即在相同条件下重复实验，每次结果不一样，或者知道过去的情况，不能事先确定相同条件、未来的发展，这种活动称为随机活动。 随机活动的主要特征是这种活动的描述可以用数学统计的方式描述。 研究所对随机活动使用的数学工具在概率论和数理统计研究实际系统中的随机活动时，很多随机因素经常使数学的记述和分析变得非常困难，在这种情况下，我们寻求计算机模拟的帮助。 仿真为这种复杂随机系统的研究提供了方便有效的手段。离散型随机变量定义、定义：对于随机活动的不同结果，可以用不同的数值对应。 这样，可以用变量来描述概率性活动，并且变量可以取某个概率的值是与概率性活动对应的某个概率的结果。 这样的变量称为随机变量。 离散型随机