生产系统建模与仿真
生产系统建模与及仿真实验报告
生产系统建模与及仿真实验报告实验一Witness仿真软件认识一、实验目的1、学习、掌握Witness仿真软件的主要功能与使用方法；2、学习生产系统的建模与仿真方法。
二、实验内容学习、掌握Witness仿真软件的主要功能与使用方法三、实验报告要求1、写出实验目的:2、写出简要实验步骤；四、主要仪器、设备1、计算机（满足Witness仿真软件的配置要求）2、Witness工业物流仿真软件。
五、实验计划与安排计划学时4学时六、实验方法及步骤实验目的：1、对Witness的简单操作进行了解、熟悉，能够做到基本的操作，并能够进行简单的基础建模。
2、进一步了解Witness的建模与仿真过程。
实验步骤：Witness仿真软件是由英国lanner公司推出的功能强大的仿真软件系统。
它可以用于离散事件系统的仿真，同时又可以用于连续流体（如液压、化工、水力）系统的仿真。
目前已成功运用于国际数千家知名企业的解决方案项目，有机场设施布局优化、机场物流规划、电气公司的流程改善、化学公司的供应链物流系统规划、工厂布局优化和分销物流系统规划等。
◆Witness的安装与启动：➢安装环境：推荐P4 1.5G以上、内存512MB及以上、独立显卡64M以上显存，Windows98、Windows2000、Windows NT以及Windows XP的操作系统支持。
➢安装步骤：⑴将Witness2004系统光盘放入CD-ROM中，启动安装程序；⑵选择语言（English）；⑶选择Manufacturing或Service；⑷选择授权方式（如加密狗方式）。
➢启动：按一般程序启动方式就可启动Witness2004，启动过程中需要输入许可证号。
◆Witness2004的用户界面：➢系统主界面：正常启动Witness系统后，进入的主界面如下图所示：主界面中的标题栏、菜单栏、工具栏状态栏等的基本操作与一般可视化界面操作大体上一致。
这里重点提示元素选择窗口、用户元素窗口以及系统布局区。
生产系统建模与仿真概述
生产系统建模与仿真概述1. 引言在现代制造业中，生产系统的建模和仿真是一个重要的工具。
通过建立准确的生产系统模型和进行有效的仿真分析，可以帮助企业优化生产流程，提高生产效率，降低成本，提高产品质量。
本文将对生产系统建模和仿真的概念、方法和应用进行概述。
2. 生产系统建模的概念生产系统建模是将实际的生产系统抽象成一种可供计算机处理的模型，以实现对生产系统进行分析和优化的目的。
生产系统建模可以基于不同的层次和粒度，从整体到局部进行建模，从宏观到微观进行分析。
生产系统建模的主要目标包括：•分析生产系统的结构和运行特性•预测生产系统的性能指标•评估生产系统的灵活性和鲁棒性•优化生产系统的配置和资源分配•支持决策和规划过程3. 生产系统建模方法生产系统建模的方法包括基于统计学的方法、基于物理建模的方法和基于仿真的方法。
下面分别对这些方法进行介绍。
3.1 基于统计学的方法基于统计学的方法是通过统计数据和概率模型来描述和分析生产系统的行为。
这种方法适用于大规模复杂的生产系统，在建模过程中需要考虑到各种不确定性因素。
常用的统计分析方法包括排队论、蒙特卡洛模拟和回归分析等。
3.2 基于物理建模的方法基于物理建模的方法是通过建立物理模型来描述生产系统的结构和运行机理。
这种方法适用于对生产系统的细节进行建模和分析，可以更加真实地模拟系统的行为。
常用的建模方法包括Petri网、离散事件系统和系统动力学等。
3.3 基于仿真的方法基于仿真的方法是通过建立仿真模型来模拟生产系统的运行过程。
仿真模型可以在计算机上进行运行，模拟真实的生产系统在不同条件下的表现和性能。
基于仿真的方法可以提供对生产系统的详细和动态的分析。
常用的仿真软件包括Arena、AnyLogic和FlexSim等。
4. 生产系统仿真的应用生产系统仿真广泛应用于制造业的各个领域和环节，包括生产计划与调度、供应链管理、物流和运输等。
以下列举几个常见的应用场景。
4.1 生产计划与调度生产计划与调度是生产系统管理的核心环节，通过仿真模型可以评估不同的排程策略和调度算法，并选择最优的方案。
系统建模与仿真课程设计
系统建模与仿真课程设计一、课程目标系统建模与仿真课程设计旨在让学生掌握以下知识目标：1. 理解系统建模与仿真的基本概念、原理和方法；2. 学会运用数学和计算机工具进行系统建模与仿真；3. 掌握分析、评估和优化系统模型的能力。
技能目标：1. 能够运用所学知识对实际系统进行建模；2. 独立完成仿真实验，并对结果进行分析；3. 能够针对具体问题提出合理的建模与仿真方案。
情感态度价值观目标：1. 培养学生的团队合作意识，提高沟通与协作能力；2. 激发学生对科学研究的兴趣，培养创新精神和实践能力；3. 增强学生的社会责任感，使其认识到系统建模与仿真在解决实际问题中的价值。
本课程针对高中年级学生，结合学科特点和教学要求，将目标分解为以下具体学习成果：1. 掌握系统建模与仿真的基本概念和原理，能够解释现实生活中的系统现象；2. 学会使用数学和计算机工具进行系统建模与仿真，完成课程项目；3. 能够针对实际问题，运用所学知识进行分析、评估和优化，提出解决方案；4. 培养团队协作能力，提高沟通表达和问题解决能力；5. 增强对科学研究的好奇心和热情，树立正确的价值观。
二、教学内容根据课程目标，本章节教学内容主要包括以下几部分：1. 系统建模与仿真基本概念：介绍系统、建模、仿真的定义及其相互关系，分析系统建模与仿真的分类和特点。
2. 建模方法与仿真技术：讲解常见的建模方法（如数学建模、物理建模等）及仿真技术（如连续仿真、离散事件仿真等），结合实例进行阐述。
3. 建模与仿真工具：介绍常用的建模与仿真软件，如MATLAB、AnyLogic 等，并指导学生如何使用这些工具进行系统建模与仿真。
4. 实践项目：设计具有实际背景的系统建模与仿真项目，要求学生分组合作，运用所学知识完成项目。
教学内容安排如下：第一周：系统建模与仿真基本概念，引导学生了解课程内容，激发学习兴趣。
第二周：建模方法与仿真技术，讲解理论知识，结合实例进行分析。
生产系统建模与仿真试卷
上海海洋大学试卷姓名：学号：专业班名：一．简述题（共40分）1.什么是事件在单通道排队系统中，哪两个典型事件影响系统的状态这两个典型事件分别发生时，可能会改变系统哪些状态（5分）事件是指引起系统状态发生变化的行为或者事情在单通道派对系统中的典型事件是：顾客到达和服务结束顾客到达发生，系统可能会由闲开始变为忙，可能引起队长发生变化服务结束，系统的状态可能有忙变为闲，可能引起队长发生变化2. 分析FMS（柔性制造系统）中的实体、状态、事件和活动。
要求每一项写出2个。
（8分）实体：机床、工件状态：空闲、加工事件：工件到达、加工结束活动：工件到达与工件加工开始这之间的一段事件是一个活动3．在排队模型中，假定用链表来存放排队等待服务的顾客。
链表中只有“到达时间”这样的单属性，当前CLOCK ＝10，已用空间表和可用空间表的情形见下图1，并且任何时候队列中的顾客数不会超过4位。
若已知排队系统中依次发生的事件如下表1。
请根据表1中列出的事件画出CLOCK ＝15，CLOCK ＝20，CLOCK ＝25时的已用空间表和可用空间表的情形（注意：画出的图形中必须标上行号）。
（8分）4．库存系统仿真中有哪4种类型的事件当这4种事件同时发生时，系统如何处理4种事件（4分）1 货物到达2 顾客需求3 仿真结束4 月初清库5．请问输入数据分析的基本步骤有哪些，并简述各个步骤的基本内容（6分）输入数据收集分布的识别参数估计拟合度检验6．在稳态仿真中，哪两种方法能够提高仿真结果的精度（4分）重复运行次数和增加运行长度二．计算题 （共60分）1.指数分布的概率密度函数是()⎩⎨⎧≤>=-0,00,x x e x f x λλ 试用反函数法求服从指数分布的随机数。
（10分）10分2.设a=5，c=3，M=8，取X 0=1。
（10分）（1）用混合同余法产生（0, 1）均匀分布的随机数（要求产生一个周期的随机数）。
（2）用这种方法产生的随机数要进行检验，请问一般需要对产生的随机数进行哪几种检验3．假定顾客随机地分别以1～8分钟（整数分钟）的间隔到达，到达间隔时间是1～8分钟，共计8个可能值，各个值出现的概率相等。
工业工程中的生产系统建模与仿真
工业工程中的生产系统建模与仿真工业工程是一个综合性的学科，涉及到生产系统的规划、设计和优化。
而在现代工业生产中，生产系统建模与仿真是一种重要的手段，可以帮助企业更好地理解和优化生产过程。
本文将探讨工业工程中的生产系统建模与仿真的重要性和应用。
一、生产系统建模与仿真的概念生产系统建模与仿真是通过使用计算机模拟技术，对生产系统的各种组成部分进行抽象和描述，以便于对实际生产过程进行理解、优化和决策的过程。
它可以帮助企业了解不同部分之间的相互关系以及影响因素，从而更好地进行生产计划和资源分配。
二、生产系统建模与仿真的重要性1. 提高生产效率：通过建立适当的模型和仿真实验，可以找到生产过程中的瓶颈和短板，从而采取相应的措施来提高生产效率。
2. 降低成本：通过模型和仿真，可以分析不同生产决策的效果，比如调整生产线布局、优化生产流程等，从而降低生产成本。
3. 提高交付能力：通过对生产系统进行建模和仿真，可以准确预测不同订单的交付时间，提前做好安排，以满足客户的需求。
4. 优化资源利用：通过模拟不同的资源配置方案，可以找到最佳的资源利用方式，避免资源浪费和不必要的投资。
5. 提高决策的科学性：通过对生产系统进行建模和仿真，可以提供客观的数据支持，为决策提供科学依据，减少主观偏差和风险。
三、生产系统建模与仿真的应用1. 生产计划优化：通过对生产系统进行建模和仿真，可以帮助企业制定合理的生产计划，合理安排生产资源，提高生产效率。
2. 工艺改进和优化：通过对生产过程进行仿真和优化，可以找到工艺的瓶颈，并提出改进方案，以提高生产效率和质量。
3. 供应链优化：通过建立供应链的模型和仿真，可以优化供应链的各个环节，提高整体的运作效率和响应能力。
4. 库存管理：通过对供应链进行建模和仿真，可以分析不同的库存策略，优化库存水平，减少库存成本。
5. 运输规划与优化：通过建立物流网络的模型和仿真，可以优化运输路线和频率，减少运输成本和时间。
生产系统建模与仿真
第10章 生产系统建模与仿真
本章内容
• • • • 生产系统建模概述 常见生产系统模型 生产系统仿真技术 生产系统仿真实例
1.生产系统建模概述
1.1生产系统模型
– 模型是系统某种特定性能的一种抽象形式。 它是为了某种特定的目的将系统的某一部分 信息进行抽象而构成的系统替代物，是对系 统的简化 – 模型是现实系统的抽象描述，它由一些与所 分析的问题有关的主要因素构成，并表明有 关因素之间的关系
1.生产系统建模概述
• 生产系统的建模原则
– 准确性。模型必须反映现实物理系统的本质规律，数据 必须可靠，公式和图表必须正确，有科学依据 – 可靠性。模型必须反映事物的本质，且有一定的精度。 – 简明性。模型的表达式应明确、简单、抓住本质 – 实用性。模型必须能方便用户，具有实用性，因此要使 模型标准化、规范化 – 反馈性。建模时要注意灵敏问题
1.生产系统建模概述
• 生产系统的一般建模方法
– 优化方法。该方法是依赖精确的数学方程式和严密的数 学过程来分析和评价生产系统的各种可选方案，从数学 上可以证明所得到的解是针对该问题的最优解 – 仿真模型。所谓仿真模型，就是以代数和逻辑语言做出 对系统的模拟，这种模拟通常要利用随机的数学关系。 仿真模型能真实的模拟系统过程，可用于生产系统中的 各种规划 – 启发式模型。启发式模型是以启发式方法为基础建立的 系统模型。启发式方法是指那些能指导问题求解的原理 、概念和经验法则
v jk | y j y k | wij | yi bi |
j 1 i 1
m
n
f 2 (y) =
1 j k m
j 1 i 1 m n
2.常见生产系统模型
• 多设施选址—分配模型
生产系统建模与仿真
《建模与仿真》课程教学大纲(Modeling and Simulation)课程编码：学分：2.5总学时：40适用专业：工业工程先修课程：生产计划与控制、工程统计学、工程数学、运筹学、计算机编程技术一、课程的性质、目的和任务《建模与仿真》是面向工程实际的应用型课程，是工业工程系的主导课程之一。
学生通过本课程的学习能够初步运用仿真技术来发现生产系统中的关键问题，并通过改进措施的实现，提高生产能力和生产效率。
本课程的目的是要求学生通过学习、课堂教育和上机训练，能了解如何运用计算机仿真技术模拟生产系统的布置和调度管理。
并熟悉和掌握计算机仿真软件的基本操作和能够实现的功能。
使学生了解计算机仿真的基本步骤。
结合本课程的特点，使学生掌握或提高系统化分析问题和解决问题的能力,为系统化管理生产打下基础。
二、教学基本要求具体在教学过程中要求学生应该达到：1.全面了解本课程的性质与任务、框架内容以及理论和方法；2.掌握仿真的概率统计基础知识。
3.掌握供理论模型建模方法。
4.掌握仿真模型的设计与实现方法。
5.熟练应用建模理论，对排队系统、库存系统、加工制造系统进行建模仿真。
三、教学内容与学时分配离散事件系统仿真是仿真技术的重要领域，在规划论证、方案评估、计划调度、加工制造、产品试验、生产培训、训练模拟、管理决策等方面得到广泛应用。
本课程深入地介绍了离散事件系统建模仿真的理论、方法和技术，突出对理论建模方法和计算机实现技术的讲解，对离散事件系统建模仿真的发展和应用情况做了比较详尽的介绍。
具体教学内容如下：第一章绪论 4学时本章分析了系统和制造系统定义、组成与特点，介绍了系统建模与仿真的基本概念和使用步骤，并给出应用案例。
本章教学目标：本章教学基本要求：了解常用术语及常用的仿真软件，了解仿真技术的的发展状况及应用。
理解系统与制造系统的定义及系统建模与仿真的概念及系统、模型与仿真之间的关系。
掌握制造系统建模与仿真的基本概念及基本步骤。
生产系统建模与仿真课程设计
目录一、基于仿真技术的配送中心系统................................................. - 5 -（一）配送中心系统...................................................................................................................................... - 5 -1、配送的定义................................................................................................................................ - 5 -2、配送中心的概念、功能............................................................................................................ - 5 -二、山西美特好物流配送有限公司配送中心系统分析 ................ - 8 -（一）山西美特好物流配送有限公司概况.................................................................................................. - 8 -（二）山西美特好物流配送有限公司配送中心现状及存在的问题.......................................................... - 8 -1、配送中心系统现状.................................................................................................................... - 8 -2、配送中心系统存在的问题........................................................................................................ - 9 -三、配送中心系统评价与优化 ......................................................... - 9 -（一）仿真模型的运行.................................................................................................................................. - 9 -1、配送中心系统元素定义，如下表所示：................................................................................ - 9 -2、元素的可视化设置.................................................................................................................. - 10 -3、各元素的细节（Detail）设计................................................................................................ - 18 -（二）运行结果分析.................................................................................................................................... - 25 -1、系统模型运行（Run） ........................................................................................................... - 25 -2、运行数据分析及方案优化...................................................................................................... - 26 -四、结论............................................................................................ - 26 -一、基于仿真技术的配送中心系统（一）配送中心系统1、配送的定义在中华人民共和国国家标准《物流术语》中，配送的定义为：配送是在经济合理区域范围内，根据用户要求，对物品进行拣选、加工、包装、分割、组配等作业，并按时送达指定地点的物流活动。
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第四章 制造系统建模方法
南昌大学
在绘制活动循环图时，可将实体按照某种行为特征
加以分类。
例如，将机床分为“加工”与“空闲”状态，工
人分为“工作”与“等待”状态等。
另外，还可以对同类型的实体进行分类，如将机
床分为“铣床”与“车床”，工人分为“操作工”
和“维修工”等。
第四章 制造系统建模方法
南昌大学
ACD法常用术语有：
第四章 制造系统建模方法
南昌大学
(5)直联活动和虚拟队列 如某一活动完成后，其后续活动就立即开始，
则称后续活动为直联活动。 为遵循实体的行为模式（状态交替变化），在
这两个活动之间插入一个等待时间为零的队列， 这种队列称为虚拟队列。
第四章 制造系统建模方法
第四章 制造系统建模方法
南昌大学
模型反映了系统结构、参数及其主要行为之间的 关系，是系统设计、运行和控制的基础。 模型的表征形式：数学方程、曲线、图表、程序、 语言、数据集等。 与连续系统相比，离散事件系统建模存在不少困 难，主要表现在： ①离散事件发生在某个时刻，具有离散性。
第四章 制造系统建模方法
南昌大学
②离散系统的性能指标常具有离散特征，如制造 系统的产量、零件的加工时间。 ③系统中随机性因素和概率化特征普遍存在。 ④复杂离散系统常具有分层和递阶特征。 如：企业生产计划：长期、中期和短期， 组织结构：集团、公司、分公司、车间、班组等
第四章 制造系统建模方法
南昌大学
对于复杂离散事件系统，为降低建模和分析的 难度，通常将系统分解为若干既相对独立又相互 作用的子系统。
第四章 制造系统建模方法
南昌大学
统计性能层次：研究随机条件下DEDS的统计性 能特性及其优化问题。 主要建模工具：排队论、库存模型、摄动分析 法、半马尔可夫过程等。
第四章 制造系统建模方法
南昌大学
离散事件动态系统是一门处于发展中的学科。 目前还没有形成统一的和具有普适性的建模理论 与方法。 本章以制造系统为主要建模对象，介绍几种体系 较完整且得到较多工程应用的离散事件系统建模 方法。
第四章 制造系统建模方法
南昌大学
根据建模手段和目标，可以将DEDS模型分为三个 层次： • 逻辑层次 • 代数层次 • 统计性能层次。
第四章 制造系统建模方法
南昌大学
逻辑层次：分析和研究事件与系统状态的对应 关系。 主要数学工具：形式语言／有限自动机、活动 循环图法、Petri网、马尔可夫链（Markov chain）等。 代数层次：研究DEDS的代数特性和运动过程。 主要数学工具：极大极小代数等
（1)实体（entity )。实体是指组成系统的各种
要素，它是ACD中产生活动的主体。
例如，FMS中的机床、工件、托盘、小车、机械
手等。
可用文字说明或不同线型表示不同的实体。
实体数量可在实体名称后用圆括号加数字说明。
第四章 制造系统建模方法
南昌大学
（2)活动（activity)。活动表示实体正处于 某种动作状态。
第四章 制造系统建模方法
南昌大学
4.2活动循环图法
4.2.1活动循环图法的基本原理
活动循环图（ACD）法：
以图形直观地显示系统状态及其变化，具有形象、
便于理解和分析等特点，在制造系统（如作业车
间、柔性制造系统等）中的应用较为广泛。
第四章 制造系统建模方法
南昌大学
A第四章 制造系统建模方法
南昌大学
4.2.2 ACD法的建模方法与建模过程 一个活动的发生要满足条件：所有前置队列（进
入活动的实体队列）中都具有符合规则的、足够数 量的令牌（token）。
一个活动可以同时发生多起（如生产车间中几台 机床同时处于加工活动）
活动持续时间可以是常数，或随机数，或者按照 某种规律变化。
在完成局部和低层次系统建模的基础上，再构 建整个系统模型。
如进销存系统： 采购子系统、销售子系统和库存管理子系统。
第四章 制造系统建模方法
南昌大学
⑤存在状态爆炸性和计算可行性问题。 离散事件系统的状态数量与系统变量之间呈排列 组合的关系。
一般地，系统状态随着系统规模按指数方式增 加，存在“状态爆炸”问题，由此导致模型求解 时计算量的急剧增加，给模型的求解带来困难。
第四章 制造系统建模方法
南昌大学
DEDS系统的特征： ①离散事件是构成系统的基本要素，也是导致系统状 态演变并触发新的事件的基本原因。 ②离散事件发生的时刻受系统结构、参数、状态以及 环境的共同影响，具有随机性和不确定性，使得系统 状态的变化也具有不确定性。
第四章 制造系统建模方法
南昌大学
③研究DEDS的过程就是分析因离散事件发生而导 致的系统状态演变的过程，研究的目标包括：控 制不期望事件的发生，使事件按预定的时刻或顺 序发生。 ④DEDS的运行和控制多基于人为的运行规则或决 策逻辑，而不是物理学定律。
一般用矩形框表示。 活动名称用文字标注在矩形框中。 活动持续时间（也称活动周期），可标注在 活动的矩形框下方。
第四章 制造系统建模方法
南昌大学
(3)队列（queue)。队列用来表示实体处于静止 或等待状态。
一般，队列用圆圈来表示，并在圆圈中注明队 列的性质。
(4）实体的行为模式：在ACD模型中，实体行为 始终遵循“…→活动→队列→活动→ …”的交替变 化规则，称为实体的行为模式。
第四章 制造系统建模方法
南昌大学
4.1系统建模方法概述 连续系统可以借助相关数学理论，对系统加以描述和
求解。 离散事件系统研究最早以排队现象和排队网络为对象。 上世纪70年代前后，FMS、大规模计算机、网络通信、
机场调度等复杂离散事件系统的相继出现，推动了离散事 件动态系统（DEDS )理论的形成和发展。
活动两种状态，且交替出现。
以圆圈（○）表示实体的静止状态
以矩形（□）表示实体的活动状态
以有向弧（→）表示状态与状态之间的转换。
如系统中有多个实体时，用不同颜色或线型的
有向弧，以区分不同的实体。
第四章 制造系统建模方法
南昌大学
系统的状态是全部实体状态变化的集合。 因此，单个实体的活动在ACD法中占有重要地位。 当对象比较复杂、实体数目较多时，可以对系统建 立不同层次的ACD模型，将高层次模型进一步分解为 低层次的模型。