第三章随机数与随机变量物流系统仿真
物流系统仿真案例全套教学课件
2.2.2 办公桌建模过程
图2-13 层式结构分流与普通分流方式对比
2.2.2 办公桌建模过程
3．建立系统概要模型
图2-5 办公桌系统概要仿真模型
建模步骤： 1） 创建模型 并重命名； 2）对象布局、 连线、参数设 置； 3）启动并运 行仿真。
2.2.2 办公桌建模过程
4．建立系统详细模型
图2-10 办公桌组装生产线系统详细仿真模型
2.2.2 办公桌建模过程
（1）Milling 磨削车间模块化建模 Ø 层式结构设计
Ø Milling磨削车间模块动画设计
图2-14 milling磨削车间模块动画设计实现
2.2.2 办公桌建模过程
实现步骤： 1） 图标置换
具体操作（见P21） 2） 动画演示
1
3
2
132来自4图2-15 实现milling磨削车间动画演示
2.2.2 办公桌建模过程
（2) lacquertext上漆检验车间模块化建模 重点介绍层式结构建模过程，动画设计部分（见P25）
代战争物资保障中必不可少的一部分
军事 领域
1.3 物流系统仿真建模技术
虚拟现实
快速建模
三维可视化 建模技术
设备 真实化
系统 真实化
建模技术
流程仿真 建模技术
1.3 物流系统仿真建模技术
1.4 物流系统仿真常见的错误
行业特点不了解 仿真对象选择不正确 物流逻辑表达错误 随机因素表达不准确
物流系统建模与仿真
物流系统建模与仿真物流系统是指负责管理物流流程、物流信息、物流资源的一个系统。
对于一个国家和企业而言，物流系统的优化和提升是非常必要的，因为物流系统不仅影响着企业的效率和效益，而且还影响着国家的经济发展。
因此，建模和仿真物流系统是非常重要的，它可以帮助企业和国家评估和优化物流系统。
物流系统建模物流系统建模可以帮助企业或国家通过对物流系统进行抽象和描述，从而更好地了解物流系统各个组成部分之间的关系和相互影响，便于进行优化和管理。
物流系统建模的方法：1.流程图方法：用流程图来表示物流系统中各个环节的流程和流向，便于初步把握和分析。
2.状态图方法：用状态图来表示物流系统中各个环节的状态转移和状态变化。
3.Petri网方法：Petri网是一种描述系统中各个组成部分之间关系的图，被广泛应用于物流系统中。
物流系统建模的步骤：1.确定系统范围：确定物流系统的界限和范围，明确系统的输入和输出，以及流程和环节。
2.分析物流流程：对物流系统中的各个环节和流程进行分析和描述，尽可能详细地了解每个环节和流程的要素和特点。
3.制定物流模型：根据分析结果，建立物流模型，包括流程图、状态图或Petri网模型。
模型要求简单明了、易于理解和维护。
4.验证模型：对模型进行验证，确保模型的正确性和有效性。
可以采用仿真或调试的方式进行验证。
物流系统仿真物流系统仿真可以帮助企业或国家通过对物流系统进行模拟实现，从而更好地了解系统的运行情况和特点，便于进行优化和管理。
物流系统仿真的方法：1.离散事件仿真：用离散事件仿真模型来描述物流系统中各个事件的发生时间和影响因素，模拟系统中各个事件的发生和影响。
2.连续系统仿真：用连续系统仿真模型来描述物流系统中各个流程的运行情况和影响因素，模拟系统中各个流程的运行和影响。
3.混合仿真：将离散事件仿真和连续系统仿真结合起来，更好地描述和模拟物流系统中的事件和流程。
物流系统仿真的步骤：1.建立仿真模型：根据建模结果，建立物流仿真模型，包括输入数据、仿真环境和模拟设计。
物流系统仿真复习提纲
物流系统仿真复习提纲➢系统是由多个相互依赖、相互作用的要素按照某种规律组合起来的、实验特定功能的有机整体。
➢系统的“三个要素”即实体、属性和活动。
➢确定性系统和随机系统：按照系统的输入与输出之间的关系，可以将系统分为确定性系统和随机系统。
●确定性系统是指输出完全由系统的输入以及相应的转化关系（包括决策、措施等）所决定的系统。
●随机系统在既定的输入下，系统的输出是非确定的，带有随机的性质。
➢连续系统和离散系统：在系统仿真钟最重要的一种分类方法是按系统中起主导作用的状态变量的变化是否连续分为连续系统和离散系统。
●连续系统：是指状态变量随时间变化而发生连续变化的系统。
●离散系统：是指状态变量在某些离散的时间点瞬间变化的系统。
➢线性系统和非线性系统：根据系统要素之间的相互作用的性质，可以将管理系统分为线性系统和非线性系统。
由于要素之间的关系最终会影响系统的输入和输出之间的依赖关系，所以，只要系统汇中含有非线性环节，就是非线性系统。
➢物流系统是指在一定时间和空间里，有物资、包装设备、装卸搬运机械、运输工具、仓储设施、人员和通信连续等若干相互制约的动态要素所构成的具有特定功能的有机整体。
➢物流系统的特点：复杂性、多样性、动态性。
➢仿真是在建立数学逻辑模型基础上，通过计算机实验，对系统按照一定的作业规则有一个状态变化为另一个状态的动态行为进行描述和分析的过程。
➢系统仿真的特点：仿真是一种数值技术；电子计算机加速了仿真过程，减少了仿真误差；仿真是一种“人工”的实验手段。
➢系统仿真的缺点:●开发仿真软件、建立运行仿真模型是一项艰巨的任务，它需要进行大量的编程，调试和重复运行工作，这是要消耗时间、人力和资金的。
●系统仿真只能得到问题的一个特解或可行解，不可能获得问题的通解或最优解。
仿真参数的调整往往具有极大的盲目性，寻找优化方法将消耗大量的人力、物力。
●系统建模直接面向实际问题，对于同一问题，由于建模者的认识和看法有差异往往得到不同模型，其运行结果也不同。
《物流系统模拟与仿真》课件(ppt-35页)
离散事件系统仿真
建立描述系统的非形式模型，如逻辑的、概率的模 型；
采用专门的数值方法“执行”(Run)仿真模型，而非 求解(Solve)方程；
由数据驱动(Data Driven)
19
四、系统仿真的发展与应用
年代
发展的主要特点
1600-1940
物理科学基础上的建模
20世纪40年代
些离散的时间点是不确 定的。
17
连续？离散？
多数工程系统是属于连续系统，如电力系统、 发电机组、航空发动机、液压系统等。
银行、配送中心等属于离散系统
18
按照研究对象状态变量的变化方式，系统仿真 分为连续系统仿真和离散事件系统仿真。
连续系统仿真
建立描绘系统的数学方程式，如微分方程、状态方 程或传递函数；
27
五、物流现代化与系统仿真
物流系统是一个多因素、多目标的复杂系统，现代物流越来 越强调物流的系统化、综合化，而物流系统的整体优化是 一个复杂的系统分析问题。
系统仿真方法应用于物流系统有如下几类：
物流过程仿真； 物流管理仿真； 物流成本仿真。
在物流领域中的应用主要涉及交通运输、仓储、供应链、自 动化物流系统、物流园区规划等多个方面。
统的特征、性Leabharlann 、规律等对其它研究方法得到的研究
对于存在但由于各种因素难 结果进行验证
以在实际系统上进行实验的 系统
其它
作为沟通工具；
培训；……
12
仿真的优势
对复杂性问题的优势 对随机性问题的优势 安全性优势 成本优势
可视化优势 重复性优势 时间优势 风险优势 ……
仿真的劣势或局限性？？…
13
二、相关基本概念
物流系统建模与仿真
物流系统建模与仿真1、系统模型定义模型是把对象实体通过适当的过滤，用适当的表现规则描绘出的简洁的模仿品。
2、模型的特点（1）它们都是被研究对象的模仿和抽象；（2）它们都是由与研究目的有关的、反映被研究对象某些特征的主要因素构成的；（3）反映被研究对象各部分之间的关联，体现系统的整体特征。
3、按照模型的形式分，模型有抽象模型和形象模型（1）抽象模型用概念、原理、方法等非物质形态对系统进行描述所得到的模型，包括数学模型、图形模型、计算机程序、概念模型（2）形象模型模拟模型和实物模型4、建立模型的步骤（1）根据系统的目的，提出建立模型的目的－为什么建模型（2）根据建立模型的目的，提出要解决的具体问题－解决哪些问题（3）根据所提出的问题，构思要建立的模型类型、各类模型之间的关系等，即构思所要建立的模型系统。
－建一些什么样的模型？它们的关系？（4）根据所构思的模型体系，收集有关资料－模型需要哪些资料？（5）设置变量和参数－需要哪些变量和参数？（6）模型具体化－－模型的形式是什么？（7）检验模型的正确性－－模型正确吗？（8）将模型标准化－－该模型通用性如何？（9）根据标准化的模型编制计算机程序，使模型运行－－计算时间短吗？占用内存少吗？5、建立模型的注意事项（1）明确目的，确定构成要素（2）模型的简单化和高精度模型（3）没有固定不变的建模方法（4）模型的验证（5）没有人类介入的系统模型6、系统仿真技术是应用数学模型、相应的实用模型的装置、计算机系统、部分实物的仿真系统，对某一给定系统进行数学模拟、半实物模拟、实物模拟，以便分析、设计、研究这种给定系统；或者利用这种仿真训练给定系统的专业人员。
7、系统仿真的组成要素（1）实际系统：行为输入输出行为（2）实验框架：有效性某种假设、限制条件（3）基本模型：假想的完全解释能解释实际系统的所有输入－输出行为的模型（4）集总模型：简化从基本模型或根据实验者对实际系统的设想，按照把各个实体集总在一起并简化它们的相互关系而构造的模型。
物流系统建模与仿真实验报告
物流系统建模与仿真实验报告物流系统建模与仿真实验报告一、引言物流系统是现代工业化与信息化相结合的产物，它包括了物质流动、信息流动与控制系统优化等多个方面。
本实验旨在通过模拟物流系统的运行，深入理解物流系统的构建、运作机制以及优化方法。
在此过程中，我们将利用数学建模和仿真技术，以实际物流系统为参考，构建一个简化的计算机模型，并对不同场景进行模拟和分析。
二、物流系统模型构建在构建物流系统模型的过程中，我们主要考虑了以下几个关键因素：货物供应、运输、存储和需求。
其中，货物供应和需求代表了系统的输入和输出，运输和存储则描述了货物的流动和暂存。
我们用随机过程生成货物供应和需求，用队列模拟运输和存储环节。
系统的运行状态用一组状态变量来描述，系统的行为则由一系列根据状态变化的规则来描述。
三、物流系统仿真实验在构建模型之后，我们对不同的场景进行了仿真实验。
首先，我们模拟了在货物供应和需求稳定的情况下，物流系统的运行状况。
然后，我们在供应和需求出现波动的情况下，观察了系统的响应。
此外，我们还测试了系统在出现故障（如运输故障）时的表现。
四、实验结果与分析实验结果显示，在稳定环境下，物流系统能够有效地处理货物供应和需求。
然而，当环境出现波动时，系统的表现会受到影响，尤其是当供应或需求出现突然增加或减少时。
此外，系统在应对故障时的能力也有限，如运输故障往往会导致货物积压和延迟。
我们的分析表明，为了提高物流系统的性能，可以考虑引入更多的运输资源，或者优化存储策略以应对供应和需求的波动。
此外，开发更有效的故障恢复机制也是必要的。
五、结论与展望通过本次实验，我们成功地构建了一个简化的物流系统模型，并对其进行了仿真实验。
实验结果揭示了物流系统在稳定和不稳定环境下的表现，并指出了可能的改进方向。
展望未来，我们希望进一步探索更复杂的物流系统特性。
例如，引入更多的货物种类、考虑货物的可替代性、优化运输策略等。
此外，我们还可以研究如何利用先进的算法和技术，如机器学习和，来提高物流系统的效率和性能。
第3-6章物流系统仿真课件
2 蒙特卡洛法
一. 蒙特卡洛法
蒙特卡洛法(Monte-Carlo Method)
❖亦称统计试验法、随机模拟法。是由匈牙利数学家Von Neumann建立的，因其方法与某些赌博工具在原理上基 本一致，因此人们用著名赌城蒙特卡洛的名字来命名该 方法。
❖蒙特卡洛法是一种随机模拟法，它通过构造一个与原来 问题没有直接关系的概率过程，并利用它来产生统计现 象的一种仿真方法。
第一周：
❖ 查随机数表，第一个随机数为33(从表9-6得到)，1周需求量为3件（由表9-2 得到随机数33对应的需求量为3件），至第一周末存储数量减至17件，占用成 本17xl0＝170元。
❖ 总成本=存储成本=170元。
第二周：
❖ 查随机数表，第2个随机数为50（从表9-6得到），1周需求量为3件(从表9-2 得 到 随 机 数 50 对 应 的 需 求 量 为 3 件 ) ， 第 二 周 末 存 量 减 至 14 件 。 存 储 成 本 14*10=140元。
真、更新仿真 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
计算机仿真的对象可以适用人们需要的一切系统。在物流 系统中，计算机仿真技术同样得到了广泛的应用。
二. 计算机仿真的局限性
计算机仿真技术不是最优化技术，只是一种数值方法，它 只能给出系统特定条件、特定参数下的特解而不是通解。
❖ 在诸多方案中，它是通过改变条件和参数．反复实验相比较。得出 一个较好的结论，提供一个较好的方案供决策者参考。
物流系统仿真 第3章
走信息路
读北邮书
生产系统
（1）计算加工周期（按零件序号加工）
工件在两台设备上的加工时间 工件编号 J1 J2 J3 J4 J5
设备A
设备B
工件 J1 J2 J3 J4 J5 设备 A 开始 0 3 9 16 17
33
25
69
817
716
623
117
427
522
330
设备 B 结束 5 17 23 27 30
第三章 典型物流系统仿真与建模方法
排队系统 库存系统 生产系统 Petri网建模方法
本书的 封面
走信息路
读北邮书
排队系统
1、排队系统
Á٠ʱ ʵ Ì å （1）排队系统的基本参数 顾客源--有限/无限 到达模式--临时实体到达的规则、到达间隔及分布 服务机构--服务台数量、服务时间及分布 服务规则--选择下一个被服务实体的原则
机器 A B 总加工周期
在机器A上的作业 时间
Fmax 间
时
本书的 封面
走信息路
读北邮书
生产系统
3、两台机器排序问题的算法 约翰逊法(Johnson’s Law)， 约翰逊法解决这种问题分为4个步 骤： (1)列出所有工件在两台设备上的作业时间。 (2)找出作业时间最小者。
(3)如果该最小值是在设备 1上，将对应的工件排在前面，如果该 最小值是在设备2上，则将对应的工件排在后面。
T1 P5
P2
T2 P6
T3：2号机床加工；
P3
P4：1号机床； P5：2号机床；
P6：小车；
本书的 封面
基本物流过程的petri网模型
走信息路
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
福建工程学院工业工程教研室
正态分布、截断正态分布、对数正态分布 含义 当一个随机变量可以表示为多个独立随机变 量之和，则服从正态分布 截断正态分布比正态分布更具实际意义，当 一随机变量服从正态分布，但取值不会无限 大和无限小，则用截断正态分布 当一个随机变量可以表示为多个独立随机变 量之积，则服从对数正态分布 函数 Normal(mean,sd,stream,substream) Tnormal(mean,sd,min,max,stream,substream) Lognormal(m福建e工a程n学,院s工d业,工s程tr教e研a室m,substream)
福建工程学院工业工程教研室
物流系统中的随机事件举例
客户的需求 物流设备作业时间 设备故障、调整 交通阻塞 交货期 ……
福建工程学院工业工程教研室
3、随机变量
随机变量：设某一次实验产生的样本空间 为Ω，X(ω)是定义在Ω上的实函数,则称X为 一个随机变量。
若随机变量只能在有限或可列无穷多个（实数） 点上取值，则称该随机变量为离散型随机变量。
伪随机数（pseudo-random number）
按照一定的计算方法产生的一列数，使它们具 有类似于均匀随机变量的性质，称这样产生的 一系列数值为伪随机数。
福建工程学院工业工程教研室
二项分布
分布定义
任意一次试验中，只有事件A发生和不发生两种结果， 发生的概率分别是：p和1-p；
若在相同的条件下，进行n次独立重复试验，用X表 示这n次试验中事件A发生的次数，那么X服从二项 分布，记做 XB(trial,prob)；
则称P(A)为事件A发生的概率
福建工程学院工业工程教研室
概率分布：如果样本空间上的所有随机事 件都确定了概率，这些概率构成样本空间 的一个概率分布
事件的独立性：对两个事件A、B，如果满 足P(AB)=P(A)P(B)，则称A与B相互独立
实验的独立性：设有n个随机实验，且假定 每个实验产生的可能的结果及结果的概率 不受其他实验结果的影响，则称这n个实验 是相互独立的实验
本章主要内容
随机数和随机变量 随机事件与概率的基本概念 常用分布函数和随机数生成函数
福建工程学院工业工程教研室
1、确定性系统与随机系统
确定性系统
如果系统状态变化的结果和时间间隔可以预先完全确 定，则称确定性系统
随机性系统
如果状态变化结果及时间间隔具备某种不确定性，则 成为随机系统
例： 系统参数
函数
binomial(prob,trials,stream,substream)
福建工程学院工业工程教研室
例：特定供应商提供的发动机次品率为10%， 求批量为5的发动机中每批的次品数
binomial(0.1,5)
福建工程学院工业工程教研室
泊松分布 分布定义 常用于描述单位时间、单位面积或单位空间 中罕见“质点”总数的随机分布规律。罕见 事件的发生数为X，则X服从泊松分布。 函数 Poisson(mean,stream,substream)
福建工程学院工业工程教研室
例：公共汽车站每10分钟平均有35个乘客到达， 则任10分钟，公共汽车站的乘客数量为
poisson(35)
福建工程学院工业工程教研室
均匀分布、整数均匀分布 含义 随机变量X在区间[min,max]的取值机会相等 如果区间[min,max]为一整数区间，那么X服 从整数均匀分布 对某一变量的数据了解甚少，并且希望获得 特定范围内的实数值时，采用该函数 函数 Uniform(min,max,stream,substream) Iuniform(min,max,stream,substream)
Tnormal(3,1,1.5,5)
福建工程学院工业工程教研室
指数分布
含义
表示独立随机事件发生的时间间隔
函数
Negexp(mean,stream,substeam)
确定性系统
随机系统
加工设备数/台
2
2
加工顺序
FIFO 轮流使用设备
FIFO 轮流使用设备
零件到达间隔/min 2
均值2的指数分布
零件加工时间/min 2
1-3的均匀分布
福建工程学院工业工程教研室
2、随机事件与概率
随机实验：一个可观察结果的人工或自然 过程，所产生的结果可能不止一个，但事 先不能确定会产生什么结果。例：骰子
福建工程学院工业工程教研室
福建工程学院工业工程教研室
三角分布 含义 如果对某一变量所知信息很少，但是如果已 经知道了其结果的取值范围和最可能出现的 结果，采用该函数 函数 Triangle(min,mode,max,stream,substream)
福建工程学院工业工程教研室
例：检验工人检验产品的时间在0.5分钟到1.5 分钟之内，在0.8分钟左右出现的频率较高，则 工人检验任一产品所需的时间为
福建工程学院工业工程教研室
例1：将一温度调节器放置在贮存着某种液体 的容器内，调节器设定在90摄氏度，液体的温 度X是一个随机变量，且X~N(90,0.52)，则在任 意时刻测得的液体温度为
Normal(90,0.5)
例2：机器加工某零件的时间服从均值为3分钟， 标准差为1分钟的正态分布，则其加工时间为
样本空间：一个随机实验的全部可能出现 的结果的集合，记为Ω 。
随机事件：一个随机实验的一些可能的结 果，是样本空间的一个子集
福建工程学院工业工程教研室
事件发生的概率：对样本空间上的任一个 事件A，规定一个实数与之对应，计为P(A)， 如果满足
0≤P(A) ≤1; P(Ω)=1，P(Φ)=0 若两事件互斥，则P(A ∪B)=P(A)+P(B)
若随机变量X在一个或多个非退化的实数区间 上可以连续取值，且存在一个非负的实函数 f(x)，使得在任意一个区间(a,b)，有P(x(a,b))= f(x)
福建工程学院工业工程教研室
4、常用分布及witness样本生成函数
样本生成函数
又叫做样本发生器，是已知分布形态，生成符 合该种分布的样本值。是分布样本的过程