兰州交通大学工业工程专业考试复习资料

系统仿真的三要素:系统、系统模型、、实验。系统是时间的本源，是系统分析的目的；实验是解决问题达到目的的手段；系统模型是连接系统和实验的桥梁。仿真软件是面向仿真用途的应用软件。特点是面向问题和面向用户。功能包括模型描述的规范及处理、仿真实验的执行和控制、仿真结果的分析与演示、模型和数据的存储与检索。仿真软件根据功能分为：仿真软件包、仿真语言、仿真环境。仿真的两个主要方面：建立准确的系统模型、获得正确的仿真结果。常见的用于生产管理的控制策略：MRP、KANBAN、LOC、DBR。比较的衡量指标一般包括：产量、生产率。每种控制策略中需要确定的参数包括:批量大小、看板数量、库存水品。按照库存材料在生产线中的作用可分为在线仓库和中央仓库。按照库存材料的性质可分为原材料及外购件库、在制品库、成品库、维修备件及工具库。产品开发过程可分为：概念设计、细节设计、评审和再设计等阶段。仿真的指标包括：进度、资源、成本。供应链管理包括：供应商、制造商、销售商、用户。系统划分为两类：工程系统和非工程系统计算机仿真系统的三个基本构成：系统、模型、仿真系统的三要素：实体、属性、活动。实体是指组成系统的具体对象。属性指实体所具有的每一项有效特性。活动是指随着时间的推移，在系统内部由于各种原因而发生的变化过程。系统研究包括：系统分析、系统综合、系统预测。计算机仿真的三要素：系统、模型、计算机。联系这三要素的三个基本活动：系统模型的建立、仿真模型的建立、仿真实验。事件分为：必然事件和条件事件。成分分为：主动成分和被动成分。三类基本仿真策略：事件调度法、活动扫描法、进程交互法。系统中的时间划分：处理时间、运输时间、排队时间。仿真将现实系统资源分成四类：处理器、队列、运输、共享资源。项目的转变包括：属性变化、装配操作、拆卸操作。常见的连续系统数学模型：微分方程模型、传涕函数模型、状态空间模型。建立微分方程模型较常用的两种方法：按变化规律直接列方程、模拟近似法。数值积分法常用的基本方法有三类：单步法、多步法、预估-校正法。连续系统数学仿真中最常用的数值积分算法是龙格一库塔法。实体分为两类：临时实体和永久实体。 混合时间推进机制。仿真时钟的推进方式基本上有两种：固定步长时间推进机制、下次事件时间推进机制。离散事件系统的主要建模工具是Petri网建模。Petri网是由节点和有向弧组成的一种有向图。Petri网特性分类：行为特性和结构特性。行为特性包括:可达性、有界性、可逆性、可覆盖性。Petri网的行为特性分析方法：分层或简化、可达性树分析方法、代数分析方法。实体流图法常用的图形符号：菱形框（表示判断、矩形框（表示事件、状态、活动等的中心过程）、圆角矩形框（表示开始和结束）、箭头线（表示逻辑关系）。系统动力学是以反馈控制理论为基础，以计算机仿真技术为主要手段，定性与定量相结合地分析研究大型非线性复杂系统动态行为的一门应用学科。仿真模型分为三个层次：仿真总控程序、模型单元子程序、公共子程序。面向活动仿真模型总控程序的算法结构：时间扫描、活动例程扫描、进程交互法。延迟分为：无条件延迟、条件延迟。系统：由相互联系、相互作用的事物或元素构成的具有特定功能、结构和环境的统一整体。计算机仿真的优越性。（1） 可以求解许多复杂而无法用数学手段解析求解的问题；（2） 可以预演或再现系统的运动规律或运动过程；（3） 可以对无法直接进行实验的系统进行仿真实验，从而节省大量的能源和费用。仿真软件的发展经历的四个阶段：第一阶段：以Fortran语言为代表的通用程序设计语言阶段。第二阶段：初级仿真语言阶段。第三阶段：商品化仿真语言阶段。第四阶段：一体化建模与仿真环境研究。第三阶段的特点：（1）模型的表达能力（2）数值性能和算法（3）语言的结构特征（4）模型验证。第四阶段的主要性能表现：（1）支持建模与仿真的全寿命周期活动（2）集成化程度高（3）方便友好的用户接口（4）初步的知识处理能力（5）模型与仿真的质量保证措施（6）开放性系统建模与仿真的发展趋势（新的研究热点）：（1）面向对象仿真OOS（2）定性仿真QS（3）智能仿真IS（4）分布交互仿真DIS（5）可视化仿真VS（6）多媒体仿真MS（7）虚拟现实仿真VRS（8）Internent网上仿真。目前仿真技术的应用具有以下特点和趋势：（1）仿真技术的应用范围空前的扩大（2）与网络技术结合所带来的仿真的分布性（3）与图形和传感器技术相结合，使仿真的交互性大大增强（4）仿真技术应用的集成化。车间的设计过程分为两个阶段：初步设计阶段：主要任务是研究用户的需求，然后由此确定初步设计方案。细节设计阶段：主要任务是在初步设计的基础上，提出对车间各个组成单元的详尽而完整的描述，使设计结果能够达到进行试验和投产决策的程度，具体来说是确定设备、刀具、夹具、托盘、物料处理系统、车间布局等。FMS中的调度过程包括：（1）选择进入FMS的工件（2）为工件加工选择加工路线（3）选择在机器上进行加工的工件（4）为AGV选择派潜规则。对于库存管理的仿真包括：（1）确定订货策略（2）确定订货点和订货数量（3）确定仓库分布（4）确定安全库存水平。供应链分析和设计的两个仿真器：（1）在Arena仿真平台上开发的单机后勤链（2）基于Internet的虚拟企业内供应链集成仿真环境。系统仿真是指使用计算机建立和运行系统模型，通过计算机演示系统中有关要素的变化状况，模拟出真实系统运行的状况及随时间变化的规律，在计算机上实现所要进行的系统试验的全过程。计算机系统仿真是对真实系统的一种模仿活动，是运用计算机的技术功能，从建立仿真模型的目的出发，通过计算机程序语言，对真实系统进行一种抽象的、本质的描述，这种描述与人们为建立模型紧密联系在一起。仿真的分类（1） 根据模型的类型，系统仿真可以分为：物理仿真、数学仿真、物理数学仿真。物理仿真的优点是直观且形象，但建模周期长，花费大。数学建模的特点是是经济、方便。（2） 很据仿真中所使用的计算机类型，计算机仿真可以分为模拟仿真、数学仿真和混合仿真。模拟仿真的主要工具是模拟计算机，特点是直观、运算速度快、但精度差。数学仿真的主要工具的数学计算机和仿真软件，特点：自动化程度高，具有复杂逻辑判断的能力，而且可以获得较高的精度。混乱仿真的主要工具是混乱计算机系统。（3） 根据仿真的研究对象，系统仿真分为连续系统仿真和离散事件系统仿真。计算机仿真方法主要解决下述两个问题：（1）提供计算机能接受的仿真模型（2）提供在计算机上运行计算和进行仿真研究的方法。系统仿真的步骤：（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。离散事件系统仿真方法分为两类：（1）面向过程的离散事件系统仿真（2）面向对象的离散事件系统仿真离散事件系统仿真的一般步骤：（1）问题的定义（2）制定目标和定义系统效能测度（3）描述系统的列出假设（4）列举可能的替代方案（5）收集数据和信息（6）构造计算机模型（7）验证和确认模型（8）运行可替代实验模型（9）输出分析进程交互法的特点：系统仿真钟的控制程序采用两证事件表，（1）当前事件表，包含了从当前时间点开始有资格执行的事件记录，但是该事件是否发生的条件尚未判断。（2）将来时间表，包含子将来某个仿真时刻发生的事件记录。微分方程建立的步骤：（1）翻译或转化（2）建立瞬时表达式（3）配备物理单位（4）确定条件。龙格-库塔法的基本思想：用几个点上函数的一阶导函数值的线性组合来近似替代在某点的各阶导数，然后用泰勒级数展开式确定线性组合中的各加权系数。这样既避免计算高阶导数又可提高数值积分的精度。离散事件系统建模存在的问题：（1）发生时刻离散（2）系统的性能指标具有一定的离散特性（3）系统中普遍存在一些随机特性（4）复杂离散系统通常具有分层和递阶特征（5）存在状态爆炸和计算可行性问题。Petri网的类型：基本Petri网、低级Petri网、定时Petri网、高级Petri网。Petri网的特点：（1）能够很好地描述和表达离散事件动态系统建模中经常遇到的并行、同步、冲突和因果依赖关系。（2）为形式化分析提供了良好的条件，因为Petri网有良好的数学基础和语义清晰地语法。（3）使用图形来描述系统，使系统形象化，易于理解，降低了建模的难度，提高了模型的可读性。（4）对于柔性制造系统那样的分布式递阶结构，可以分层建立Petri网。（5）与系统结构关系图密切，对系统内部的数据和物流都可以描述，容易在控制模型的基础上直接实现控制系统。实体流图法建模的步骤：（1）明确组成系统的各个实体及其属性。（2）分析各种实体的状态和活动，及其相互间的影响。（3）考察能够导致这种活动的开始或结束的事件，并合并条件事件。（4）分析各事件发生时实体状态是如何变化的。（5）在一定的服务流程下，分析与队列实体有关系的特殊操作。（6）根据以上分析，以临时实体的流动为主线，用约定的图示符号画出被仿真系统的实体流图。（7）确定模型参数的取值，参变量的计算方法及属性描述变量的取值方法。（8）确认队列的排队规律。事件调度法的基本思想：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有关的逻辑关系并策划新的事件来驱动模型的运行。活动描述法的基本思想：用各实体时间元的最小值推进仿真时钟，将仿真时钟推进到一个新的时刻点，按优先序执行可激活实体的活动处理，使测试通过的事件得已发生并改变系统的状态和安排相关确定事件发生的时间。进程交互法的基本思想：通过所有进程中时间值最小的无条件延迟复活点来推进仿真时钟，当时钟推进到一个新的时刻点后，如果某一实体在进程中解锁，就将该实体从当前复活点一直推进到下一次延迟发生为止。活动周期图法的基本建模步骤：（1）辨别系统的实体和属性（2）画周期图（3）连接为活动周期图。Petri网建模的六元组£=（P;T;F;K;W;M）组成及含义。六组元£二（P,T；F,K,W,M0）构成库所/变迁网系统的条件是：①N=（P,T；F）是构成£的基网；②K,W,M0分别为N上的容量函数、权函数和初始标识P和T分别表示库所和变迁的有限集，满足PCT=0和PUT尹0。F是由一个P元素和一个T元素组成的有序偶的集合，叫做流关系，满足FPXTUTXP,X是两个集合的直积运算。初始标识M0={m1,m2,…,mm}中的分量表示起始状态时相应库所中令牌的数量。系统运行过程中的标识用M表示。容量函数K表示库所P中允许存放的最大量。不表明时为无穷大。权函数W表示每个变迁发生时消耗和产生的令牌数。活动周期法与实体流图法的区别（1）EFC法以临时实体在系统中的流动过程为主线建立模型；ACD法则是基于各类实体的行为模式建立模型（2）EFC是带有小循环的树形流程图，ACD是环形的循环图（3）事件是EFC的重要组成成分，是显性表达；而在ACD中事件蕴涵在活动中，是隐形表达（4）状态判断在EFC中的作用非常重要，ACD则是将判断状态各种静寂状态表示（5）从人工运行的规则上看，ACD存在有着普遍性很强的运行规则，EFC的运行规则的普遍适性很差（6）ACD比EFC规范，易于在软件上技术上实现，EFC比ACD的使用范围更广。］例2：若加工车间有3台不同的机器M］、M2和虬，两个操作工^和F2。操作工F1可以操作机器M1和M2,操作工F2可以操作机器M；和M30工件分为两个阶段加工，第一阶段必须用机器M1加工,第二阶段可用M2或M3加工。。当均处于空闲时，工件在M2加工；否则哪个空闲就在哪个上面加工。 23 2解：库所：机器状态一一加工、空闲；操作工状态一一加工、空闲。对于机器^有不同操作工加工的区别。变迁：操作员在某台机器上开始加工、在某台机器上结束加工;'工件到达，工件离去；库所集：a——工件到达，等待M1加工；b——工件由虬加工完，等待M2或M3加工；c——工件完成加工；d——机器M1空闲；e——机器M2空闲；f——机器M3空闲；g——操