系统建模与仿真第2讲离散事件系统基本概念

1、系统建模与仿真,知识回顾 仿真的目的是什么？ 什么是系统，连续系统和离散系统？ 离散系统的基本要素有哪些？ 什么是仿真模型？,仿真的目的,生产系统仿真的目的： （1）优化：生产系统参数（操作工人、工作台数、缓冲区容量） （2）预测：正常工作状态？ （3）计划与调度 （4）系统性能的验证：交货期是否满足？,一、系统,系统根据其模型表示可以分为： 连续系统 离散事件系统,连续系统,连续系统：其服从于物理学定律（电学、力学、热学），其数学模型可表示为传统意义上的微分方程或差分方程。 其系统的状态变量随时间而发生连续变化。,离散事件系统,离散事件系统（Discrete Event Dynamic Sy

2、stem) DEDS/DES: 指系统的状态在一些离散时间点上由于某种事件的驱动而发生变化。其数学模型很难用数学方程来表示。,二、离散事件系统基本要素,实体： 构成系统的基本元素。 是系统中有意义的一个物体。 有些实体在整个仿真过程中始终存在永久实体。 有些实体在一部分仿真过程中存在，有进入、退出系统的情况临时实体。 属性： 是指某一实体的特性。例如，在银行中，顾客是实体，其属性是帐户。,事件： 使系统状态发生变化的、实体的瞬间行为。 注：事件还可能触发新的事件。 DES中的事件具有三个特征： 离散事件是导致DES状态发生跃变和触发新的离散事件的唯一因素。 事件交互影响系统状态的变化。 事件的

3、发生时刻是异步的和不确定的。,二、离散事件系统基本要素,状态：描述系统所用的变量集合。 活动：活动持续一定时间，活动开始和结束事件将导致系统状态的变化。 例如，等待活动。 进程：由和某类实体相关的事件及若干活动组成,二、离散事件系统基本要素,仿真模型,仿真模型是指能够在计算机上实现并运行的模型； 建立系统的仿真模型过程包括根据系统的数学模型，确定仿真模型的模块结构，确定各个模块的输入输出接口，确定模型和数据的存储方式，选择编制模型的程序设计语言等。 程序设计语言包括通用语言和专用的仿真语言。专用仿真语言的优点是使用方便，建模仿真功能强，有良好的诊断措施等，缺点是模型格式确定，缺乏灵活性。,三、

4、DES系统举例,理发店： 分析其实体、状态、事件、活动 Answer: 实体：顾客、服务员 状态：服务员个数、顾客数、服务员忙闲 事件：顾客到达、服务完毕 活动：顾客等待、理发员服务,课堂练习： 去银行银行办理个人业务系统是否属于DES系统？分析其实体、状态、事件、活动。,三、DES系统举例,四、离散事件系统仿真步骤,1）问题提出 2）系统分析与描述：边界、约束、目标 3）建立系统的数学模型 4）数据收集 5）建模仿真模型：,6）模型验证(verification) 系统模型是否由准确地仿真模型（计算机程序）表示。 方法：程序调试、程序逻辑流程图 7）模型确认(Validation) 是否模型

5、代表实际系统？,四、离散事件系统仿真步骤,仿真的一般过程,计算机仿真的三个阶段,离散事件系统仿真策略,面向事件的仿真：事件表 面向活动的仿真：活动扫描 面向进程的仿真：为每个实体建立一个进程，反映其从开始到结束的全部活动。,事件调度法,事件调度法以事件为分析系统的基本单元，通过定义事件及每个事件发生对系统状态的变化，按时间顺序确定并执行每个事件发生时相关的逻辑关系并策划新的事件来驱动模型的运行。 预定事件的发生顺序和发生时间。适合活动持续时间确定性较强的系统； 事件的发生不仅和时间有关，还和其他条件相关。,活动扫描法,活动扫描法以活动作为分析系统的基本单元，认为仿真系统在每个运行的时刻都由若干

6、活动构成。每一活动对应一个活动处理模块，处理与活动相关的事件。,进程交互法,进程交互法以进程为基本单元，进程是针对某个实体的生命周期而建立的，因此一个进程中要处理实体流动中发生的所有事件，如：单服务台排队系统 顾客到达 排队等等，直到位于队首 进入服务通道 停留于服务通道，直到服务完毕离去。,Homework,1，判断下列系统是否属于DES系统，若是，指出下列系统中的实体、属性、活动、事件以及状态。 1）家乐福超市 2）医院急救室 3)肯得基店,手工仿真排队系统,手工仿真步骤,1、确定仿真的每个输入的特征。 2，构造一个仿真表。 3、对每一重复运行i，为每一组由p个输入产生一个值，并评价其功能

7、，计算响应yi的值。,例1：排队系统,仿真方法：手工仿真 仿真初始条件：系统中没有顾客，即：排队的队列中没有顾客等待，服务台无服务对象。 仿真开始：以第一个顾客到达时刻为仿真的起始点。,服务台,排队队列,排队系统,顾客总体,服务员,等待线,排队系统,模型： 实体：顾客、服务员 状态：系统中的顾客数、服务员忙闲 事件：到达事件、离开事件（完成服务） 活动：,? 事件何时出现？ 在仿真中，通过随机数来产生！,Step 1:确定输入数据的特征,到达事件统计特性,假定：到达事件：顾客到达间隔时间为1-8分钟的均匀分布到达。,产生的0-1之间的均匀分布随机数,到达事件的产生,服务事件统计特性,服务事件：服务时间为16分钟，其概率为0.10,0.20,0.30,0.25,0.10,0.05,产生的0-1之间的均匀分布随机数,服务事件的服务时间的产生,Step 2: 构造仿真表,Step 3: 重复运行,仿真结果计算： 顾客的平均等待时间：