第3章 系统建模与仿真的基本原理 3.1 离散事件系统及其模型分类 3.2 离散事件系统建模的基本元素 3.3 离散事件系统仿真程序的基本结构 3.4 建立系统模型的常用方法3.4.1 分析与综合3.4.2 抽象与概括3.4.3 归纳与总结3.4.4 演绎与推理3.4.5 比较与类比3.4.6 概率统计法3.4.7 层次分析法Date13.1 离散事件系统及其模型分类系统分类连续系统（continuous system）离散事件动态系统（DEDS）确定性系统（ deterministic system ）随机系统（stochastic system）静态系统（static system） 动态系统（dynamic system） 系统状态与时间关系系统参数之间关系系统状态是否随时间连续变化关系Date23.2 离散事件系统建模的基本元素离散事件系统建模与仿真中的基本元素包括：1实体（entity）：系统内的对象,构成系统模型的基本要素 临时实 体 （temporary entity ） 永久实体 （permanent entity ） 2属性（attribute）：实体的状态和特性 3状态（state）：任一时刻，系统中所有实体的属性的集合Date33.2 离散事件系统建模的基本元素4事件（event）：引起系统状态变化的行为和起因，是系统状态变化的驱动力 5活动（activity）：指两个事件之间的持续过程，它标志系统状态的转移 6进程（process）：与某类实体相关的若干有序事件及活动组成，它描述了相关事件及活动之间的逻辑和时序关系 Date43.2 离散事件系统建模的基本元素7仿真时钟（simulation clock）：用于显示仿真时间的变化，是仿真模型运行时序的控制机构 ！仿真时钟是指所模拟的实际系统运行所需的时间，而不是指计算机执行仿真程序所需的时间。 Date53.2 离散事件系统建模的基本元素常用的仿真时钟的推进机制：仿真时钟可以按固定的长度向前推进，也可以按变化的节拍向前推进，将仿真时钟变化的机制称为仿真时钟的推进机制（time advance mechanism） 固定步长时间推进机制（fixed-increment time advance mechanism） 下次事件时间推进机制（next event time advance mechanism） 混合时间推进机制（mixed time advance mechanism）Date63.2 离散事件系统建模的基本元素8. 规则（rule） ：用于描述实体之间的逻辑关系和系统运行策略的逻辑语句和约定 常用的规则： 先进先出（First In First Out，FIFO） 后进先出（Last In First Out，LIFO） 加工或服务时间最短（shortest time） 按优先级（highest priority） 随机（random）选择 Date73.3 离散事件系统仿真程序的基本结构Date83.3 离散事件系统仿真程序的基本结构离散事件仿真程序中的子程序：1变量、实体属性和系统状态：用来记录系统在不同时刻所处的工作状况。2初始化子程序：在仿真模型开始运行前完成模型的初始化工作，产生必要的初始参数。 3仿真时钟：用于记录仿真模型的运行时间，可作为评价系统性能的依据，也可作为仿真调度和仿真程序是否结束的依据。 4事件列表：按事件按发生的先后顺序建立的数据列表，是仿真模型运行和仿真时钟推进的依据。 Date93.3 离散事件系统仿真程序的基本结构5定时子程序：根据事件表确定下一个将发生的事件，并将仿真时钟推进到下次事件发生的时刻。 6事件子程序：根据实际系统抽象出的事件程序。7仿真数据处理与分析子程序：用于计算、显示、分析和打印仿真结果，并为系统的优化和改进提供依据。 Date103.4 建立系统模型的常用方法系统建模要求建模者具备以下能力：建立系统模型是复杂的思维过程，它要求建模者具备扎实的专业知识，了解研究对象的结构、参数、运行和性能特征，还要求建模者掌握系统建模的基本方法，熟练应用相关的数学工具和方法。 对研究对象的分析和综合能力； 抽象和概括能力； 洞察和想象能力； 运用数学工具分析问题的能力； 设计试验验证数学模型的能力。Date113.4 建立系统模型的常用方法3.4.1 分析与综合（analysis and synthesis） 分析是研究系统的基础，也是认识事物的必经阶段。分析（analysis）是指将被研究对象的整体分解为不同部分、方面、要素、层次和功能模块，并且分别加以考察研究的思维方法，即“化整为零”的思维过程。分析的任务包括： 分析构成系统的要素、结构及其属性； 通过对系统运行过程的分析，确定系统要素之间的关系。 Date123.4 建立系统模型的常用方法综合（synthesis）是将已有的关于研究对象的各个部分、方面、要素、层次和功能模块的认识联结起来，以便构成一个整体的思维方法，即“积零为整”的思维过程。综合不是系统要素、结构的简单累加，而要在分析的基础上区分主次、去粗取精，以便从整体上把握系统的本质特征和运行规律，以便正确地认识系统。分析与综合是揭示系统规律的基本方法之一。分析是综合的基础，但是分析着眼于系统局部，分析得到的结果是关于系统各部分的信息，而不是关于系统整体的认识。若只分析而忽视综合，就会导致片面性。Date133.4 建立系统模型的常用方法分析的目的是为了综合，分析结果是综合的出发点。实际上，认识系统的过程就是沿着“分析-综合-再分析-再综合”不断深化的过程。系统建模时，应先分析后综合，将二者有机地结合起来。 Date143.4 建立系统模型的常用方法3.4.2 抽象与概括（abstraction and generalization） 抽象（abstraction）是指从某种角度抽取要研究系统的本质属性的思维方法。在数学中，抽象是指从研究对象或问题中抽取出数量关系或空间形式而舍弃其他属性对其进行考察的方法。 数学中的概念、关系、定理、方法、符号等都是数学抽象的结果。 采用系统建模与仿真技术研究系统时，需要建立系统的数学模型。因此，抽象思维是数学建模的基础之一。Date153.4 建立系统模型的常用方法概括（generalization）是把抽象出来的若干事物的共同属性归结出来进行考察的思维方法。 概括以抽象为基础，它是抽象的发展。抽象度越高，则概括性越强。 高度的概括使得对事物的理解更具有一般性，所获得的理论或方法也就更具有普遍的指导性。 抽象思维侧重于分析、提炼，概括思维则侧重于归纳、综合 。 Date163.4 建立系统模型的常用方法3.4.3 归纳与总结（induction and summingup） 归纳是指从个别的事物、现象出发，通过感官观察、经验推 理或数学推导等，得出关于此类事物或现象的具有普遍性结论的过程。 归纳的前提是单个事实或特殊的情况，它建立在观察、经验或实验的基础上。 归纳的意义在于：在一定条件下，将得出的结论应用于不同的应用对象，或避免犯类似的错误。 Date173.4 建立系统模型的常用方法3.4.4 演绎与推理（deduction and reasoning） 演绎（deduction）是由普遍性前提推导出特殊性结论的思维方法，是由一般到特殊的推理过程。演绎推理是严格的逻辑推理，一般表现为大前提、小前提 、 结论的三段论模式，即从两个反映客观世界对象联系和关 系的判断中得出新的判断的推理形式。演绎推理（deductive reasoning）的基本要求是： 大、小前提的判断必须真实； 推理过程必须符合正确的逻辑形式和规则。Date183.4 建立系统模型的常用方法当推理形式和推理逻辑正确时，在真实的前提下由演绎方法一定能得出正确的结论，不会出现前提真而结论假的情况。英国科学家牛顿（Isaac Newton，1642-1727）以微积分方法为工具，应用演绎推理方法，在开普勒三定律和牛顿第二定律的基础上，推导出万有引力定律，从而定量地解释了许多自然现象。由于该演绎推理的前提正确、推理逻辑无误，万有引力被大量的实验数据所证实。Date193.4 建立系统模型的常用方法3.4.5 比较与类比要判定一个系统性能的优劣，可以采用以下两种方法： 采用实验手段直接测量，得到系统性能的绝对值； 将待研究对象与类似的已知系统作比较，得到系统性能的相对值。比较与类比是指由两个对象的某些相同或相似的性质，推断它们在其他性质上也有可能相同或相似的一种推理形式。Date203.4 建立系统模型的常用方法3.4.6 概率统计法（probabilistic method） 系统建模和仿真时，模型的输入参数（如待加工零件的比例和到达时间、零件在不同工序的加工时间、设备故障停机时间等）都服从一定分布，系统的性能指标（如机床利用率、零件平均等待时间、车间生产率等）也具有随机性。要准确地描述模型的输入/输出参数，必须利用概率统计法概率统计法（probability statistics method）是以概率论为基础，通过观察、采集、处理和分析待研究系统的样本数据，从而推断出系统总体性能指标。 Date21