第5章 生产系统的建模方法5.1 系统建模方法概述 5.2 基于框图的系统逻辑建模方法5.3 活动循环图法 5.4 基于Petri网技术的仿真建模方法(略) 5.5 基于系统结构重现的仿真建模方法Date15.1 系统建模方法概述 对系统进行仿真研究，首先要建立系统的模型。 离散事件系统的时间是连续变化的，而系统的状态仅在一些 离散的时刻上由于随机事件的驱动而发生变化。 由于状态是离散变化的，而引发状态变化的事件是随机发生 的，因此这类系统的模型很难用数学方程来描述。 随着系统科学和管理科学的不断发展及其应用的不断深入， 逐步形成一些与连续系统不同的建模方法。 主要方法有： 基于框图（实体流程图）的系统逻辑建模方法 活动循环图(ACD)法 基于Petri网技术的系统仿真建模方法 基于系统结构重现的系统仿真建模方法 等等Date25.2 基于框图的系统逻辑建模方法 基于框图（实体流程图）的系统逻辑建模方法u 该方法与计算机程序流程图的画法类似，所建立的实体流图模型易于转换为面向事件的仿真模型。u 采用与计算机程序流程图相类似的图示符号和原理，建立表 示临时实体产生、在系统中流动、接受永久实体“服务”以及消失等过程的流程图。借助实体流程图，可以表示事件、状态变 化及实体间相互作用的逻辑关系。u 由于计算机程序框图的思想和编制方法已广为人们所接受，加上实体流程图编制方法虽然简单，但对离散事件系统的描述 却比较全面等特点，使得实体流图法的应用比较普遍。1、方法及特点Date35.2 基于框图的系统逻辑建模方法u建立实际系统的实体流程图模型的关键：p对实际系统的工作过程有深刻的理解和认识；p将事件、状态变化、活动和队列等概念贯穿于建模过程中。u常用的图示符号只有菱形框(表示判断)、矩形框(表示事件、状态、活动等中间过程)、圆端矩形框(表示开始和结束)及箭头线(表示逻辑关系)等。u建模时可按照以下思路进行：基于框图（实体流程图）的系统逻辑建模方法2、具体方法与思路Date45.2 基于框图的系统逻辑建模方法（1）辨识组成系统的实体及属性。（2）分析各种实体的状态和活动，及其相互间的影响。（3）确定引起实体状态变化的事件。（4）分析各种事件发生时，实体状态的变化规律。（5）在一定的服务流程下，分析与队列实体有关的特殊操作。（6）通过以上分析，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程图。（7）给出模型参数的取值、参数计算方法及属性描述变量的取 值方法。2、具体方法与思路Date55.2 基于框图的系统逻辑建模方法理发店服务系统：有一个小理发店只有一个理发员。顾客来到理发店 后，如果有人正在理发就坐在一旁等候。理发员按先来先理的原则为每一 位顾客服务，而且只要有顾客就不停歇。建模目的是在假定顾客到达间隔 和理发花费的时间服从一定的概率分布时，考察理发员的忙闲情况。上述服务系统由分析： 系统由3类实体组成：理发员、顾客及顾客队列。 理发员是永久实体，其活动为“理发”，有“忙”和“闲”两种状态。 顾客是临时实体，它与理发员协同完成理发活动，有“等待服务”、“接 受服务”(与理发员“忙”状态相对应)等状态。 顾客队列是一类特殊实体，其状态以队列长度来标识。 三类实体的活动及状态之间存在逻辑上的联系： l 某一顾客到达时，如果理发员处于“忙”状态，则该顾客进入“等待服务 ”状态；否则，进入“接受服务”状态。 l 理发员完成对某一顾客的服务时，如果队列处于“非零”状态，则立即开 始服务活动；否则进入“闲”状态。3、举例Date65.2 基于框图的系统逻辑建模方法根据上述，可对该服务系统建立模型框图：Date75.3 活动循环图法在上节关于实体流图法的介绍中，我们可以看到这样一 种现象：实体的行为模式在有限的几种情况之间周而复始地变 化，表现出一定的生命周期形式。如例子中的理发员实体的状 态在“闲”和“忙”之间不断变化，而“忙”状态意味着理发 员与顾客正在协同完成“理发”活动。顾客实体是临时实体， 虽然单个实体仅在系统中停留一段时间，但是顾客实体的群体 行为则是在“到达”、“等待”、“理发”和“离去”之间周 而复始地变化，出现循环的行为模式。活动循环图正是基于这 样一种思想逐步形成的一种离散事件建模方法。活动循环图法(Activity Cycle Diagram-ACD)的思路Date85.3 活动循环图法活动循环图法ACD认为：系统中的每个实体都按照各自的循环方式发生变化静止状态和活动状态。这两种状态在循环交替出现。ACD以表示静止状态，以表示活动状态，以有向箭头表示静止状态与活动状态之间的转换。当系统中有多个实体时，有向弧就要使用不同的颜色或线型， 以示不同实体的区别。Date95.3 活动循环图法根据研究对象的不同，可以建立系统不同层次的ACD模型， 即高层次模型可以进一步分解为低层次的模型。ACD法注重“个体”的活动，系统状态的变化是全部个体状态变化的集合。活动发生的条件：所有前置队列中都具有按照规则挑选的、足够数量的令牌(token-表示实体当前的状态)存在。一个活动可以同时发生多起，活动的延续时间可以是常数，也可以是随机数，或服从某种分布。Date105.3 活动循环图法ACD法的缺点： 当系统庞大、复杂时，活动循环图将十分复杂； ACD法只描述系统的稳态，而不研究系统的瞬态（如动作 的开始、结束等）； ACD法缺乏定量的分析工具。Date115.3 活动循环图法ACD法建模举例：机械加工系统实体-机床的ACD图实体-工人的ACD图Date125.3 活动循环图法机械加工系统ACD图实体数量活动延迟时间Date135.5 基于系统结构重现的仿真建模方法n 定义构成系统的基本单元模块，即系统的静态实体，如生产 系统中的加工工位、检验工位、库存区域、搬运设备等 n 然后对通过这些模块的动态实体所行进的路线进行定义，即 生产系统中的生产工艺或系统中各个模块之间的关联关系。 n 设置各种属性，最终形成构成系统整体的仿真模型。基于系统结构重现的建模方法这种系统仿真模型建立方法是基于生产系统结构化表述的 一种方法，它与生产系统形成的方法有很大的相似性。该方法的特点是：建模方法的特点Date145.5 基于系统结构重现的仿真建模方法n 简明，容易掌握 u一般有工程实际经验的人员，在几个小时内就可以把这种仿 真建模的基本方法学会。目前，有很多的离散系统仿真软件 都是基于这种方法进行系统建模的，如WITNESS 等。 u由于这种专业化的系统仿真软件已经形成专业特点，因此， 对生产系统仿真的平台都提供了具有生产系统典型意义的模 块，如加工机器、装配工位、储存地、操作工人、搬运车辆 、输送机等，这些模块定义为生产系统的建模提供了十分方 便的操作平台。 n 不足之处：系统状态只能通过仿真来了解，无法对系统进行 理论上的探讨。因此，对于一个复杂的生产规划系统，由于系统元素之 间的复杂关联关系，如果存在规划上的问题，则必须经过大 量的仿真尝试才能发现，这将造成大量仿真计算的机时浪费 。 Date15