1、第第2章章 物流系统仿真基础物流系统仿真基础离散系统仿真概述离散系统仿真概述离散系统事件仿真算法离散系统事件仿真算法手工仿真手工仿真物流系统仿真基础物流系统仿真基础仿真实例仿真实例离散系统仿真概述离散系统仿真概述离散事件系统离散事件系统（Discrete Event Dynamic System)DEDS/DES:指系统的状态系统的状态在一些离离散时间点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。离散事件系统离散事件系统生产系统是DES系统！1.1.实体实体主导系统活动的对象（Object），分为主动体（Active）和被动体（Passive）。主动体为系统中具有自
2、主移动能力，如服务系统的顾客、AGV小车，运输系统中的车辆。被动体不具有自主移动的能力，如产品、工件、托盘、容器等。2.2.属性属性实体所特有的特性称为实体的属性。包括固有属性：大小，颜色、形状、重量等；仿真属性：到达时间间隔、到达批量等离散系统仿真的基本要素离散系统仿真的基本要素3 3.状态状态在某一确定时刻,系统的状态是系统中所有实体的属性的集合。4.4.资源资源系统中活动被执行时必须搭配的载具，通常用来定义由哪个实体在什么地方执行活动，可分为主动资源和被动资源。主动资源对象为本身具有自我驱动的能力，一般常见的为输送带、售货员、叉车、堆垛机等，一般讲到的资源指主动资源；被动资源对象如仓库、
3、轨道、道路等。离散系统仿真的基本要素离散系统仿真的基本要素5.5.事件事件引起系统状态发生变化的行为，系统的动态过程是靠事件来驱动的。例如，在物流系统中，工件到达可以定义为一类事件。离散系统仿真的基本要素离散系统仿真的基本要素注：事件还可能触发新的事件新的事件。DES中的事件具有三个特征：1）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。2）事件交互影响系统状态的变化。3）事件的发生时刻是异步的和不确定的。6.6.活动活动离散事件系统中的活动，通常用于表示两个可以区分的事件之间的过程，它标志着系统状态的转移。例如，等待活动。7.7.进程进程进程由若干个有序事件及若干有序活动组成
4、，一个进程描述了它所包括的事件及活动间的相互逻辑关系及时序关系8.8.仿真时钟仿真时钟仿真时钟用于表示仿真时间的变化。仿真时钟的推进有两种经典的方法：固定步长推进法和变步长推进法。离散系统仿真的基本要素离散系统仿真的基本要素早餐服务排队早餐服务排队系统的各要素系统的各要素 实体：顾客、服务员 状态：服务员人数、顾客人数、服务员忙闲 事件：顾客到达、服务完毕 活动：顾客等待、服务员服务物料加工系统的各要素物料加工系统的各要素 实体：工件、加工中心 状态：各加工中心的繁忙程度、各加工中心的等待队列 事件：（待加工工件）到达、机床完成加工 活动：工件等待、加工仿真程序的总框图仿真程序的总框图Home
5、work 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）自动装配线离散系统事件仿真算法离散系统事件仿真算法1 1、事件事件调度法调度法：将事件将事件例程作为仿真模型的基本模型单元，按照事件发生的先后顺序不断执行相应的事件例程。基本基本步骤：步骤：（1）初始化：确定仿真时钟、系统状态量及统计量的初始值；（2）扫描事件表：时间控制程序从时间表中选择最早发生的事件（3）处理该事件：相应地改变系统状态；（4）收集统计数据；（5）若仿真时间未结束，则返回（2），否则，执行下一步；（6）分析收集的统计数据，产生报告。离散系统事件仿
6、真算法离散系统事件仿真算法2 2、活动扫描、活动扫描法法：用活动的观点建模。基本步骤：基本步骤：（1）扫描所有活动 （2）列出所有活动发生的条件（包括时间条件），检验是否是否为可激活成分 （3）激活所有满足条件的活动 （4）调用所有激活活动的处理程序，改变系统状态 （5）推进系统仿真钟 （6）重复以上步骤，直到仿真结束 3 3、进程交互、进程交互法：法：以进程来控制仿真过程。基本基本步骤：步骤：（1）设置：“当前事件表CEL”、“未来事件表”FEL、系统仿真钟TIME和成分仿真钟ta（2）推进仿真时钟TIME（3）将满足ta TIME所有发生的事件从FEL表移到CEL表中（4）判断CEL中事件
7、所属的进程及在进程中的位置（5）判断该事件发生的条件是否满足（6）如果条件允许该进程尽可能连续推进，直到进程结束，该成分离开系统（7）该进程推进过程中，遇到条件不满足时，记录下进程的位置，并退出该进程（8）重复（3）（6），直至CEL中的事件处理完毕（9）重复（1）（7），直至仿真结束建模灵活，可应用范围广泛，但一般要求用户用通用的高级语言编写事件处理子例程，建模工作量大。对于各成分相关性很强的系统来说，模型执行效率高。但是，建模时，除了要对各成分的活动进行建模外，仿真执行程序结构比较复杂，其流程控制要十分小心。建模最为直观，其模型表示接近实际系统，特别适用于活动可以预测，顺序比较确定的系统，
8、但是其流程控制复杂，建模灵活性不如事件调度法。事件调度法进程交互法活动扫描法 三种仿真策略的比较三种仿真策略的比较 4 4、时间推进法：、时间推进法：随着仿真的进程将仿真时间从一个时刻推进到另一个时刻的机制。仿真驱动方式：仿真驱动方式：时间驱动方式以仿真时间间隔为基本驱动信息 事件驱动方式以事件作为驱动信息来运行实体时间推进时间推进算法分类算法分类：保守时间推进算法 乐观时间推进算法 受约束的乐观时间推进算法 混合时间推进算法 自适应时间推进算法手工仿真手工仿真手工仿真步骤手工仿真步骤1、理发店系统手工仿真手工仿真手工仿真案例案例（1）模型基本介绍：仿真初始条件：系统中没有顾客，即：排队的队列
9、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。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：服务。假定：到达事件假定：到达事件顾客顾客到达间隔到达间隔时间服从时间服从1-81-8分钟的分钟的均匀分布。均匀分布。（2）确定输入数据的特征到达间隔时间/min概率累计概率随机数区间10.1250.12500112520.1250.25012625030.1250.37525137540.1250.50037650050.1250.62550162560.1250.75062675070.1250.8757518
10、7580.1251.0008761000表1-1 到达间隔时间分布到达事件的产生到达事件的产生顾客随机数字到达间隔时间/min顾客随机数字到达间隔时间/min16309329138792283727687537401519235259488103023表1-2 到达间隔时间的确定服务事件服务事件服务时间/min概率累计概率随机数区间10.100.10011020.200.30113030.300.60316040.250.85618550.100.95869560.051.0096100表1-3 服务时间分布服务事件的产生服务事件的产生顾客随机数字服务时间/min顾客随机数字服务时间/min1
11、8446794210179153744867445339895517210383表1-4 服务时间确定（3）构造仿真表及重复运行结果顾客到达时间间隔到达时刻服务开始时刻服务时间等待时间服务结束时间逗留时间服务员空闲时间1004044028881091436141440184541151833216058232320252263262640304178343450395487414140454292434552507010346503453703594418表1-5 仿真表min顾客到达时间间隔到达时刻服务开始时刻服务时间等待时间服务结束时间逗留时间服务员空闲时间1004044028881091
12、436141440184541151833216058232320252263262640304178343450395487414140454292434552507010346503453703594418表1-5 仿真表min顾客到达时间间隔到达时刻服务开始时刻服务时间等待时间服务结束时间逗留时间服务员空闲时间1004044028881091436141440184541151833216058232320252263262640304178343450395487414140454292434552507010346503453703594418表1-5 仿真表min顾客到达时间间隔到
13、达时刻服务开始时刻服务时间等待时间服务结束时间逗留时间服务员空闲时间1004044028881091436141440184541151833216058232320252263262640304178343450395487414140454292434552507010346503453703594418表1-5 仿真表min顾客到达时间间隔到达时刻服务开始时刻服务时间等待时间服务结束时间逗留时间服务员空闲时间1004044028881091436141440184541151833216058232320252263262640304178343450395487414140454292
14、434552507010346503453703594418表1-5 仿真表min顾客到达时间间隔到达时刻服务开始时刻服务时间等待时间服务结束时间逗留时间服务员空闲时间1004044028881091436141440184541151833216058232320252263262640304178343450395487414140454292434552507010346503453703594418表1-5 仿真表min顾客到达时间间隔到达时刻服务开始时刻服务时间等待时间服务结束时间逗留时间服务员空闲时间10040440288810914361414401845411518332160
15、58232320252263262640304178343450395487414140454292434552507010346503453703594418表1-5 仿真表min顾客到达时间间隔到达时刻服务开始时刻服务时间等待时间服务结束时间逗留时间服务员空闲时间1004044028881091436141440184541151833216058232320252263262640304178343450395487414140454292434552507010346503453703594418表1-5 仿真表min顾客到达时间间隔到达时刻服务开始时刻服务时间等待时间服务结束时间逗留
16、时间服务员空闲时间1004044028881091436141440184541151833216058232320252263262640304178343450395487414140454292434552507010346503453703594418表1-5 仿真表min顾客到达时间间隔到达时刻服务开始时刻服务时间等待时间服务结束时间逗留时间服务员空闲时间10040440288810914361414401845411518332160582323202522632626403041783434503954874141404542924345525070103465034537035
17、94418表1-5 仿真表min顾客到达时间间隔到达时刻服务开始时刻服务时间等待时间服务结束时间逗留时间服务员空闲时间1004044028881091436141440184541151833216058232320252263262640304178343450395487414140454292434552507010346503453703594418表1-5 仿真表min（4）仿真结果计算 顾客的平均等待时间 顾客的等待概率 服务员空闲的概率 服务员忙碌的概率 平均服务时间 平均到达间隔时间 在队列的排队顾客的平均等待时间 顾客在系统中逗留的平均时间 全部顾客的平均等待时间为9/10=
18、0.9（min）顾客必须在队中等待的概率为3/10=0.3 服务员空闲的概率为18/53=0.34 服务员忙碌的概率为1-0.34=0.56 平均服务时间为35/10=3.5(min)平均到达间隔时间为46/9=5.1(min)在队列的排队顾客的平均等待时间为9/3=3(min)顾客在系统中逗留的平均时间为44/10=4.4(min)2、汽车加油站系统仿真（1）模型基本介绍：一个汽车加油站有A、B两个加油工作台。A工作台距入口近，出口较B工作台方便，如A、B都空闲，A优先被占用。都忙，汽车排队等待。仿真的目的是分析系统中车辆平均排队时间和加油工作台的利用率。系统状态：通过一组变量来描述LQ（t
19、）在t时刻等待服务的汽车数LA（t）在t时刻A工作台忙或闲（1或0）LB（t）在t时刻B工作台忙或闲（1或0）汽车随机到达，到达间隔时间分布如表汽车随机到达，到达间隔时间分布如表2-12-1所所示示（2）确定输入数据的特征表2-1 到达间隔时间分布到达间隔时间/min概率累计概率随机数区间10.250.25012520.400.65266530.200.85668540.151.008600汽车在汽车在A A、B B工作台的加油时间分布如表工作台的加油时间分布如表2-22-2所所示示A服务分布时间（min）B服务分布时间（min）服务时间概率累计概率随机数服务时间概率累计概率随机数20.300
20、.30013030.350.35013530.280.58315840.250.60366040.250.83598350.200.80618050.171.00840060.201.008100表2-2 汽车在A、B工作台的加油时间分布（3）构造仿真表及重复运行结果 汽车加油站模拟表（两台加油设备）顾客编号到达随机数到达间隔到达时钟时间服务随机数AB排队时间开始服务时间服务时间完成服务时间开始服务时间服务时间完成服务时间1-95055-02262221-23503984651639-04904109210515-052621289-1261806422143815318-1774317131
21、8220-188032061-20525096832350-23427010221244924327-0114822639-27431112342285328331-0134523088-3163701424131131233-115342338133437-0166323553-37441217382378137441-0188034064-4154611942242142244-020562446744448-021894481-48351022181494749352-0235125175-51556024713545754357-0（4）仿真结果计算 全部加油车辆的平均等待时间8/26
22、=0.307 加油车辆的平均被服务时间(51+49)/26=3.846 车辆的总等待时间8 A设备忙碌的概率51/62=0.823 B设备忙碌的概率49/62=0.790仿真实例仿真实例以某机器修理车间的仿真为例（1）已知的基本信息如下（2）建模目的编程序求解：机器的平均等待时间；机器的平均逗留时间；修理台利用率。（3）模型描述入口队列等待区等修机器被修机械修理区出口修 理 台车间流程图（4）仿真建模方法采用事件调度法，具体的仿真步骤如下：初始化：给出当前仿真时钟、系统状态量及统计量的初始值；扫描事件表，将当前仿真时钟增加到下一个最早发生事件的时间上；处理该事件，相应地改变系统状态；收集统计数据；若仿真时间未结束，则返回，否则，执行下一步；分析收集的统计数据，产生报告。（5）计算仿真结果 给定随机数发生器种子SEED113，通过计算机仿真可以得出一台机器利用率为78.9%，在系统中平均逗留时间为33天；在队列中平均等待时间为40天。
