西南交通大学：《物流系统工程》第9章 物流系统仿真

物流系程 西南交通六彎子讲义 第9章物流系统仿真 口系统仿真概述 口蒙特卡洛法 口计算机仿真 口物流系统仿真

物流系统工程—— 西南交通大学电子讲义 1 第9章 物流系统仿真 ❑系统仿真概述 ❑蒙特卡洛法 ❑计算机仿真 ❑物流系统仿真

物流系程 西南交通六彎子讲义 91系统仿真概述

物流系统工程—— 西南交通大学电子讲义 2 9.1 系统仿真概述

物流系程 第9章物示统仿真 系统仿真 口什么是系统伤真 ◇系统伤真是利用系统模型在仿真的环境和条件下,对系 统进行研究、分析和试验的方法。 令其它关于仿真的定乂: ≯系统仿真是在数字计算机上进行实验的数字化技术,她包括数 字与逻辑模型的某些模式,这些模型描述某一事件或经济系统 在若干时间周期内的特征(雷诺(T.H. Naylor)于1966年提出 的仿真定义)。 仿真就是模拟真实系统。 仿真就是用模型来做实验。 口系统仿真的目的 令系统仿真的目的在于利用人为控制的环境条件,改变某 些特定的参数,观察模型的反应,研究真实系统的现象 或过程 3

物流系统工程—— 第9章 物流系统仿真 3 一 . 系统仿真 ❑什么是系统仿真 ❖系统仿真是利用系统模型在仿真的环境和条件下，对系 统进行研究、分析和试验的方法。 ❖其它关于仿真的定义： ➢系统仿真是在数字计算机上进行实验的数字化技术，她包括数 字与逻辑模型的某些模式，这些模型描述某一事件或经济系统 在若干时间周期内的特征（雷诺（T.H.Naylor）于1966年提出 的仿真定义）。 ➢仿真就是模拟真实系统。 ➢仿真就是用模型来做实验。 ❑系统仿真的目的 ❖系统仿真的目的在于利用人为控制的环境条件，改变某 些特定的参数，观察模型的反应，研究真实系统的现象 或过程

物流系程 第9章物示统仿真 二。系统仿真的基本要素 系统 建模 仿真实验 系统模型卜 次建模 计算机 系统仿真三要素 口系统伤真包括三个基本要素 系统、系统模型、计算机 口联系系统仿真三要素的基本活动是 系统模型建立、仿真模型建立、仿真实验 4

物流系统工程—— 第9章 物流系统仿真 4 二. 系统仿真的基本要素 ❑系统仿真包括三个基本要素 系统、系统模型、计算机 ❑联系系统仿真三要素的基本活动是 系统模型建立、仿真模型建立、仿真实验 系统 系统模型 计算机 建模 仿真实验 二次建模 系统仿真三要素

物流系程 三,系统仿真的三个发展阶段 直观模仿 令在这个阶段,人们只是对自然物进行直观模伤。它的特点是:模仿 自然物的外部几何形状和由几何形状产生的某种功能。 ◇仿真的目的公于研究自然物的某种优点,以便将它移植列人工工具 上,即目的在于发展模型本身。 令直观仿真只能为发展科学提供一些条件,不会产生根本性变革。 2.仿真实验 令在这个阶段,人们将仿真方法用于科学实验.通过仿真原型来认识、 研究和改造原型。 ◆仿真实验阶段常采用的方法,有以几何相似或物理相似为基础的物 理仿真和以数学关系为基础的数学仿真 ◆仿真实验的结果必须在实践中得到检验 3.功能仿真 ◆功能仿真是以不同对象的功能和行为相似为基础的仿真方法。 ◆功能仿真可以利用不同的结构实现相同的功能。 ◇计算机可以仿真入脑思维功能、是系统仿真的主要工具。 5

物流系统工程—— 第9章 物流系统仿真 5 三. 系统仿真的三个发展阶段 1 直观模仿 ❖ 在这个阶段，人们只是对自然物进行直观模仿。它的特点是：模仿 自然物的外部几何形状和由几何形状产生的某种功能。 ❖ 仿真的目的公于研究自然物的某种优点，以便将它移植列人工工具 上，即目的在于发展模型本身。 ❖ 直观仿真只能为发展科学提供一些条件，不会产生根本性变革。 2．仿真实验 ❖ 在这个阶段，人们将仿真方法用于科学实验．通过仿真原型来认识、 研究和改造原型。 ❖ 仿真实验阶段常采用的方法，有以几何相似或物理相似为基础的物 理仿真和以数学关系为基础的数学仿真。 ❖ 仿真实验的结果必须在实践中得到检验。 3．功能仿真 ❖ 功能仿真是以不同对象的功能和行为相似为基础的仿真方法。 ❖ 功能仿真可以利用不同的结构实现相同的功能。 ❖ 计算机可以仿真入脑思维功能、是系统仿真的主要工具

物流系程 四系统仿真的特点(作用 口利用仿真模型可将复杂事物抽象化,通过伤真模型了解系 统的可行性和可靠性,检验理论的正确性,寻求解决问题 的途径。 口利用仿真可避免在实际系统上试验周期过长的弊病,节省 人力、物力、财力 口某些复杂系统既不能用实际试验方法.又不能用解析方法 时,计算机仿真方法是惟一有效的方法。 口可以避免对实际系统进行破坏性实验或危险性实验。在这 种情况下,仿真方法的优点更为突出。 口仿真可以研究单个变量或参数变化时对系统整体的影响, 并且可以多次重复试验,这在真实系统中是非常困难或不 可能的。 口伤真方法可用来检验理论分析所得的结果的正确性和有效 性,其基本方法较易掌握,仿真的结果直观,便于理解。 6

物流系统工程—— 第9章 物流系统仿真 6 四. 系统仿真的特点（作用） ❑ 利用仿真模型可将复杂事物抽象化，通过仿真模型了解系 统的可行性和可靠性，检验理论的正确性，寻求解决问题 的途径。 ❑ 利用仿真可避免在实际系统上试验周期过长的弊病，节省 人力、物力、财力。 ❑ 某些复杂系统既不能用实际试验方法．又不能用解析方法 时，计算机仿真方法是惟一有效的方法。 ❑ 可以避免对实际系统进行破坏性实验或危险性实验。在这 种情况下，仿真方法的优点更为突出。 ❑ 仿真可以研究单个变量或参数变化时对系统整体的影响， 并且可以多次重复试验，这在真实系统中是非常困难或不 可能的。 ❑ 仿真方法可用来检验理论分析所得的结果的正确性和有效 性，其基本方法较易掌握，仿真的结果直观，便于理解

物流系程 第9章物示统仿真 五。系统仿真的类型 口按应用分类 ◇生产管理仿真、工程技术仿真、军事仿真、科学试验等。 ◆从运运筹学的角度,系统仿真又可分为存储仿真、排队仿真、预测 仿真、更新仿真、训练仿真等。 口按结构形式分类 ◆简单式、串联式、扩展式、分析式。 简单式仿真所用模型的结构也比较简单.如车间生产作业的仿真; 串联式仿真所用模型的结构为相继串联的若干个简单式模型 扩展式仿真所用模型表现为苦干子模型的串并联形式,例如仿真一个 企业的整体; 分析式仿真主要是针对一些大而复杂的系统,在仿真这类系统时,先 对总系统设计仿真模型,通过粗略仿真,从中分析岀解弱环节或关键 子系统。然后再针对这些薄弱环节或关键子系统构造详细的仿奠模型, 进一步仿真,以便进行更深入详细的分析。 7

物流系统工程—— 第9章 物流系统仿真 7 五. 系统仿真的类型 ❑ 按应用分类 ❖ 生产管理仿真、工程技术仿真、军事仿真、科学试验等。 ❖ 从运运筹学的角度，系统仿真又可分为存储仿真、排队仿真、预测 仿真、更新仿真、训练仿真等。 ❑ 按结构形式分类 ❖ 简单式、串联式、扩展式、分析式。 ➢ 简单式仿真所用模型的结构也比较简单．如车间生产作业的仿真； ➢ 串联式仿真所用模型的结构为相继串联的若干个简单式模型； ➢ 扩展式仿真所用模型表现为苦干子模型的串并联形式，例如仿真一个 企业的整体； ➢ 分析式仿真主要是针对一些大而复杂的系统，在仿真这类系统时，先 对总系统设计仿真模型，通过粗略仿真，从中分析出解弱环节或关键 子系统。然后再针对这些薄弱环节或关键子系统构造详细的仿真模型， 进一步仿真，以便进行更深入详细的分析

物流系程 第9章物示统仿真 五。系统仿真的类型 口按仿真实验的方法分类 令物理仿真法和数学仿真法。 物理仿真也称实体仿真.一般仿真的过程是以物理性质和几何形状相 似为基础,而其他性质不变的仿真。 数学仿真是以数学方程式相似为基础的仿真方法,它是用数学式来表 示被仿真的对象。 口按系统中事件岀现的特性分类 ◇随机性仿真和确定性仿真。 ≯如果在系统中.事件的岀现是随机的,那么对这种系统所进行的仿真 为随机性仿真 反之,如果事件的岀现是确定的,那么对这种系统所进行的仿真为确 定性仿真。 在管理仿真中,由于搜集数据方面的困难,通常所进行的是确定性仿 真。蒙持卡洛法( Monte carlo method是应用较多的一种随机仿真方 法,它用统计试验法求解一些数学问题,尽管这些问题基本上是确定 性的,但由于此方法使用了随机数的缘故,因此通常把它作为随机仿 真的一个类别。 8

物流系统工程—— 第9章 物流系统仿真 8 五. 系统仿真的类型 ❑ 按仿真实验的方法分类 ❖ 物理仿真法和数学仿真法。 ➢ 物理仿真也称实体仿真．一般仿真的过程是以物理性质和几何形状相 似为基础，而其他性质不变的仿真。 ➢ 数学仿真是以数学方程式相似为基础的仿真方法，它是用数学式来表 示被仿真的对象。 ❑ 按系统中事件出现的特性分类 ❖ 随机性仿真和确定性仿真。 ➢ 如果在系统中．事件的出现是随机的，那么对这种系统所进行的仿真 为随机性仿真． ➢ 反之，如果事件的出现是确定的，那么对这种系统所进行的仿真为确 定性仿真。 ➢ 在管理仿真中，由于搜集数据方面的困难，通常所进行的是确定性仿 真。蒙持卡洛法(Monte Carlo Method)是应用较多的一种随机仿真方 法，它用统计试验法求解一些数学问题，尽管这些问题基本上是确定 性的，但由于此方法使用了随机数的缘故，因此通常把它作为随机仿 真的一个类别

物流系程 第9章物示统仿真 五。系统仿真的类型 口按照系统中实体成活动的动态形式分类 令连续系统仿真和离散系统仿真。 如果系统变化的主要方面是连续的,那么对此所进行的仿真为 连续系统的仿真。 ≯如果系统变化的主要方面是离散的,那么对此所进行的仿真为 离散系统的仿真 ≯连续系统的仿真方法主要通过常微分方程的求解,利用改变系 统的边界条件与初始值以研究系统的变化。 离散系统的仿真又分为两类:一类是离散时间系统的仿真, 类是离散事件系统的仿真。离散时间系统的仿真是每隔规定的 时间间隔取—个分析系统的数据点,这种仿真又叫定时仿真法 离散事件系统的仿真是根据发生的事件的瞬间作为分析事件的 数据点,这种仿真又叫事件仿真法。 9

物流系统工程—— 第9章 物流系统仿真 9 五. 系统仿真的类型 ❑按照系统中实体成活动的动态形式分类 ❖连续系统仿真和离散系统仿真。 ➢如果系统变化的主要方面是连续的，那么对此所进行的仿真为 连续系统的仿真。 ➢如果系统变化的主要方面是离散的，那么对此所进行的仿真为 离散系统的仿真。 ➢连续系统的仿真方法主要通过常微分方程的求解，利用改变系 统的边界条件与初始值以研究系统的变化。 ➢离散系统的仿真又分为两类：一类是离散时间系统的仿真，一 类是离散事件系统的仿真。离散时间系统的仿真是每隔规定的 时间间隔取一个分析系统的数据点，这种仿真又叫定时仿真法； 离散事件系统的仿真是根据发生的事件的瞬间作为分析事件的 数据点，这种仿真又叫事件仿真法

物流系程 第9章物示统仿真 六。系统仿真的优缺点 表9-1系统仿真的优缺点 优点 缺 占 1.可以进行如下的对照试验,对于不能得到解析解的1.在解中必定伴有统计误差 问题,它能够得到其解。 2.对解的正确性一般不能进行验证 (1)能够考虑加人多个要素 3.有忽略重要假定的可能性 2)能够对多个要素分别处理 4,实际数据的收集很麻烦 (3)能够考虑代替方案 5.即使得到了数值解,也不能得到关于解的 (4)几乎对实际问题(系统)不施加影响 般性质 2.能够对同系统有关的人员进行有效的训练 6.仿真的准备,模型的制作程序设计等步 3.能够提高运用系统的洞察力 骤繁琐 4.即使对于不具备许多预备知识的人、也很容易用模 型加以说明。所以容易被人理解。因此人仍容易从 模型得到有益地说明

物流系统工程—— 第9章 物流系统仿真 10 六. 系统仿真的优缺点