生产系统建模与仿真.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,ZJUT-IE,浙江工业大学工业工程研究所 汤洪涛,ZJUT-IE,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,ZJUT-IE,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,ZJUT-IE,浙江工业大学工业工程研究所 汤洪涛,生产系统建模与仿真,生产系统建模与仿真,第1页,仿真知识体系,输入分析,输出分析,模型检验与验证,随机数产生,随机变量产生,统计模型,排队模型,仿真实例,基本原理,仿真软件,仿真数据分析,随机数,数学与统计模型,入门基本,应用,生产系统建模与仿真,第2页,参考书,班克斯等著,范文慧,肖田元译,离散事件系统仿真(原书第4版),机械工业出版社,.7.￥52,Jerry Banks,John Carson,Barry Nelson,David Nicol,“Discrete-Event System Simulation”4th Edition,Prentice-Hall,.,蔡建峰,管理系统模拟,机械工业出版社,.1.￥20,王维平,离散事件系统建模与仿真（第二版）,科学出版社,.8.￥36,生产系统建模与仿真,第3页,CH1,概论,生产系统建模与仿真,生产系统建模与仿真,第4页,第一章概论,什么是仿真？,引言,仿真能干什么？,仿真应用,仿真对象是什么？,系统、模型与仿真,仿真有前途吗？,仿真发展历史与趋势,怎样仿真？,仿真研究步骤,生产系统建模与仿真,第5页,什么是仿真？,一、引言,生产系统建模与仿真,第6页,发动机,生产系统建模与仿真,第7页,CASE,例1：只有一个剪发师剪发店工作过程,剪发师,空闲？,用户抵达,排队等候,接收服务,用户离开,Y,生产系统建模与仿真,第8页,CASE,例,1,：只有一个剪发师剪发店工作过程,假设：,每位用户抵达间隔时间为,A1,，,A2,，,A3,，,每个用户服务时间为,S1,，,S2,，,S3,，,目标：,用户平均排队长度？,用户平均等候时间？,生产系统建模与仿真,第9页,CASE,例1：只有一个剪发师剪发店工作过程,Q,3,2,1,1,2,3,4,5,6,7,A,1,A,2,A,3,S,1,S,2,S,3,A,4,8,A,5,A,6,A,7,S,4,S,5,12,第二个用户等候时间,第三个用户等候时间,剪发师空闲,T,A,1,，,A,2,，,A,3,是用户抵达时间间隔,S,1,，,S,2,，,S,3,是用户服务时间,生产系统建模与仿真,第10页,CASE,例1：只有一个剪发师剪发店工作过程,Q,3,2,1,1,2,3,4,5,6,7,A,1,A,2,A,3,S,1,S,2,S,3,A,4,8,A,5,A,6,A,7,S,4,S,5,12,第二个用户等候时间,第三个用户等候时间,剪发师空闲,T,平均等候时间=用户等候时间之和用户数,平均排队长度=,上方,阴影面积之和时间,生产系统建模与仿真,第11页,CASE,例1：只有一个剪发师剪发店工作过程,Q,3,2,1,1,2,3,4,5,6,7,A,1,A,2,A,3,S,1,S,2,S,3,A,4,8,A,5,A,6,A,7,S,4,S,5,12,T,服务台空闲？,用户抵达,排队等候,接收服务,用户离开,Y,平均等候时间=用户等候时间之和用户数,平均排队长度=,上方,阴影面积之和时间,模型,求解,数据,分析,生产系统建模与仿真,第12页,CASE,生产系统建模与仿真,第13页,仿真能干什么？,二、仿真应用,生产系统建模与仿真,第14页,仿真应用,1.,军事领域,2.,工业领域,3.,教育培训,4.,其它领域,生产系统建模与仿真,第15页,军事领域,武器装备研制,军事训练,SIMNET,先进概念与军事需求分析,生产系统建模与仿真,第16页,工业领域,波音,777,计算机上完成：,整机设计,部件测试,整机装配,各种环境下试飞,开发周期,过去,8,年缩短到,5,年,生产系统建模与仿真,第17页,工业领域,设计与实施生产线,Perot System Team,利用,QUEST,及,IGRIP,在全部设备订贷之前，对生产线运动学、动力学、加工能力等各方面进行了分析与比较,生产线实施周期从,24,个月缩短到,9.5,个月,生产系统建模与仿真,第18页,Quest,仿真实例,生产系统建模与仿真,第19页,工业领域,新车研制,Chrysler,企业与,IBM,合作开发虚拟制造环境,在样车生产之前，发觉其定位系统控制及其它许多设计缺点，缩短了研制周期。,生产系统建模与仿真,第20页,工业领域,产品设计,生产系统建模与仿真,第21页,教育培训,载体操纵类,训练驾驶员操纵技术,生产系统建模与仿真,第22页,教育培训,过程控制类,训练各种工厂,(,如电厂、化工厂、核电站、电力网等,),运行操作,博弈决议类,企业管理人员,(,厂长、经理,),交通管制人员,(,火车调度、航空管制、港口管制、城市交通指挥等,),军事指挥人员,(,空战、海战、电子战等,),生产系统建模与仿真,第23页,其它领域,医学：,中国虚拟人,中国虚拟人,2,号,-,首例女性,中国虚拟人,1,号,生产系统建模与仿真,第24页,其它领域,游戏,模拟飞行器,生产系统建模与仿真,第25页,仿真对象是什么？,三、系统、模型与仿真,生产系统建模与仿真,第26页,三、系统、模型与仿真,系统是按某种规律结合起来，相互作用、相互依存全部实体集合，是研究对象,模型是系统抽象,仿真经过对模型试验以到达研究系统目标,计算机仿真三要素及三个基本活动,系统,模型,计算机,仿真建模,试验,系统建模,生产系统建模与仿真,第27页,1、系统,例,1,：杭州市公共交通系统,要素：,道路,公交车,线路,公交站,乘客,生产系统建模与仿真,第28页,1,、系统,例,2,：一个简单生产线,要素：,三台机器,三个传送带,零件,存放箱,生产系统建模与仿真,第29页,1,、系统,例,3,：一个小超市,要素：,货架,商品,篮子,用户,收银台,生产系统建模与仿真,第30页,1、系统,系统内涵,全部元素集合,相互作用、相互依存,按某种规律结合起来,与研究目标相关、有界,生产系统建模与仿真,第31页,1、系统,系统三要素,元素,元素组成系统详细对象,属性,实体所含有每一项有效特征,活动,指伴随时间椎移，在系统内部因为各种原因而发生改变过程,生产系统建模与仿真,第32页,2、系统模型,对实际系统进行简化和抽象、能够揭示系统元素之间关系和系统特征相关元素实体,生产系统建模与仿真,第33页,原型,系统,结论,模型,映射,实现,认识,试验,2、系统模型,生产系统建模与仿真,第34页,2,、系统模型,例,1,：杭州市公共交通系统,生产系统建模与仿真,第35页,2、系统模型,例2：一个简单生产线,生产系统建模与仿真,第36页,2,、系统模型,例,3,：一个小超市,有三个通道和一个收银台，用户以,7510,秒均匀分布概率抵达商场。用户抵达后先取篮子，然后进入一个或者多个通道购物。进入任一通道,1,、,2,、,3,概率，所需时间和选购商品数量情况如表所表示选好商品后，用户以先进先出次序到收银台，在收银台用户会附加购置,21,件商品。用户在收银台停留时间取决于购置商品数量，收银时间为每件商品,3,秒钟。收银完成后用户留下篮子并离开商场。,通道,经过概率,所需时间,选购商品数量,1,0.75,12060,31,2,0.55,15030,41,3,0.82,12045,51,生产系统建模与仿真,第37页,3、系统仿真,系统仿真,将系统行为（状态）历程用数学或者图示方法演示出来。,系统仿真本质,对系统模型试验,研究一个系统,生产系统建模与仿真,第38页,3、系统仿真,仿真（模拟）,Simulation,意指在实际系统尚不存在情况下，对于系统或活动本质复现。,G.W.Morgenthler,1961,系统仿真是经过对系统模型试验，研究一个存在或者设计中系统。,简言之，系统仿真是对系统动态模型试验。,当前流行于工程技术界定义,生产系统建模与仿真,第39页,计算机仿真三要素及三个基本活动,系统,模型,计算机,仿真建模,试验,系统建模,生产系统建模与仿真,第40页,4、系统与模型类型,System,Experiment with actual system,Experiment with a model of actual system,Physical model,Mathematical model,Analytical solution,Simulation,生产系统建模与仿真,第41页,4、系统与模型类型,仿真模型分类,Deterministic or Stochastic,Does the model contain stochastic components?,Randomness is easy to add to a DES,Static or Dynamic,Is time a significant variable?,Continuous or Discrete,Does the system state evolve continuously or only at discrete points in time?,Continuous:classical mechanics,Discrete:queuing,inventory,machine shop models,生产系统建模与仿真,第42页,连续系统,A,continues system,is one in which the state variables change continuously over time,Head of water behind the dam,生产系统建模与仿真,第43页,离散系统,A,discrete system,is one in which the state variables change only at a discrete set of points in time,Bank example,生产系统建模与仿真,第44页,离散系统模型,Discrete-Event Simulation Model,Stochastic:some state variables are random,Dynamic:time evolution is important,Discrete-Event:significant changes occur at discrete time instances,生产系统建模与仿真,第45页,四、仿真发展历史与趋势,仿真有前途吗？,生产系统建模与仿真,第46页,四、仿真发展历史与趋势,发展历史,1600,1940s,物理科学基础上建模,1940s,电子计算机出现,1950s,仿真应用于航空领域,1960s,工业操作过程仿真,1970s,包含经济、社会和环境原因大系统仿真,生产系统建模与仿真,第47页,四、仿真发展历史与趋势,发展历史,1970s,中期,系统与仿真结合，如用于随机网络建模,SLAM,仿真系统,1970s,中期,系统仿真与更高级决议结合，如,DDS,1980s,中期,集成化建模与仿真环境，如,Prisker,企业,TESS,建模仿真系统,1990s,可视化建模与仿真，虚拟现实仿真、分布交互仿真,生产系统建模与仿真,第48页,四、仿真发展历史与趋势,面向对象仿真,定性仿真,智能仿真,分布交互仿真,可视化仿真,多媒体仿真,虚拟现实仿真,Internet,网上仿真,发展趋势,生产系统建模与仿真,第49页,面向对象仿真OOS,使用面向对象设计和程序设计工具进行建模和执行系统。,Simula,Smalltalk,生产系统建模与仿真,第50页,定性仿真(Qualitative Simulation),以非数字伎俩处理信息输入、建模、行为分析和结果输出等仿真步骤，经过定性模型推导系统定性行为描述。,定性仿真能处理各种形式信息，有推理能力和学习能力，能初步模仿人类思维方式，人机界面更符合人思维习惯，所得结果更轻易了解。,生产系统建模与仿真,第51页,智能仿真,将智能技术引入整个建模与仿真过程,人工智能技术,仿真技术,教授系统,知识工程,模式识别,神经网络,仿真模型,仿真算法,仿真语言,仿真软件,生产系统建模与仿真,第52页,分布交互仿真,经过计算机网络将分散在各地仿真设备互联，组成时间和空间相互耦合虚拟仿真环境,生产系统建模与仿真,第53页,分布交互仿真,1983年美国国防部国防高级研究计划局（DARPA）开启了SIMNET（Simulator Networking）计划,生产系统建模与仿真,第54页,可视化仿真,为数值仿真过程及其结果增加文本提升、图形、图像、动画等。,动画仿真,生产系统建模与仿真,第55页,Quest,仿真实例,生产系统建模与仿真,第56页,乐龙仿真实例,生产系统建模与仿真,第57页,多媒体仿真,使人感官和思维进入仿真回路,采取不一样媒体形态描述不一样性质模型信息,建立反应系统内在运动规律和外在表现形式多媒体仿真模型,在多媒体计算机上运行,产生定性、定量相结合系统动态演变过程,生产系统建模与仿真,第58页,虚拟现实仿真,采取计算机技术和其它专用软硬件生成一个使人在视觉、听觉、触觉和嗅觉等感官上都有逼真感模拟系统,(,或虚拟实体）,且用户可利用其自然技能对这一模拟系统进行交互作用,特征：,逼真性,交互性,生产系统建模与仿真,第59页,虚拟厨房场景,生产系统建模与仿真,第60页,虚拟展览馆场景,生产系统建模与仿真,第61页,插值方法得到虚拟现实场景,生产系统建模与仿真,第62页,VE几何和物理建模得到场景,生产系统建模与仿真,第63页,Internet仿真,美国海军研究院,Simkit,特点：,能够在浏览器支持下进行分布式仿真,用,Simkit,建立仿真模型能够在世界任何地点网络用户机上运行,能够进行全球范围内总体仿真模型分布式仿真运行,生产系统建模与仿真,第64页,五、仿真研究步骤,怎样仿真？,生产系统建模与仿真,第65页,五、仿真研究步骤,生产系统建模与仿真,第66页,Thank You!,生产系统建模与仿真,第67页,