系统建模与仿真课程简介
3《系统建模与仿真》教学大纲
《系统建模与仿真》教学大纲制定依据：本大纲根据2014版本科人才培养方案制定课程编号：J6312614学时数：32学分数：2.0适用专业：工业工程先修课程：概率统计考核方式：考试一、课程的性质和任务系统建模与仿真这门课，是工业工程专业的一门必修专业课。
它是以制造型和服务型企业为研究对象，主要介绍了离散事件建模与仿真方法，及其在生产物流企业分析中的应用原理和方法，全书最后介绍了flexsim离散事件仿真软件及应用。
本门课旨在使学生面对生产系统时，能够运用计算机仿真技术来研究系统性质，并进行改进，以提高生产能力和生产效率。
二、教学内容与要求（小四号宋体加粗）理论教学（32学时）1、概论（3学时）（1）仿真技术的产生与发展；（了解）（2）仿真软件和仿真建模方法学的发展；系统建模与仿真的发展趋势；（理解）（3）计算机仿真在生产物流中的应用。
（掌握）2、系统仿真（3学时）（1）系统和生产系统的概念及其组成；（了解）（2）系统的各种分类方法；（理解）（3）系统模型和系统仿真的概念及系统仿真的若干术语。
（掌握）3、离散事件系统仿真（2学时）（1）了解：与系统仿真有关的一些基本概念；（2）理解：事件调度法、活动扫描法、进程交互法；（3）掌握：离散事件系统仿真的一般步骤；4、生产系统典型事件（4学时）（1）传统生产系统的定义和结构；（了解）（2）现代生产系统结构及构成要素；（理解）（3）几种排队系统的分析；排队系统的仿真方法。
（掌握）5、物流系统典型事件（4学时）（1）了解：物流的基本概念、职能；（2）理解：配送中心规划；（3）掌握：供应链结构基本要求有。
6、生产物流系统仿真软件和实例应用（12学时）（1）flexsim软件及其特点；（了解）（2）flexsim软件窗口；（理解）（3）运用flexsim建立模型以及仿真分析。
（掌握）三、考核要求理论课采取闭卷考试，其中考试成绩占70%，平时作业和课堂考勤占30%。
系统建模与仿真简述
第1章 概述
• 1 .2 仿真的意义阐释
计算机仿真出现的意义： 计算机仿真之前的科研状态分析： 费时费力费用高，周期长，可靠性高，复杂度高的 问题难以解决，缺乏形象性可视性。 计算机仿真之后的科研状态分析： 省时省力省费用，周期短，可靠性高，复杂度高的 问题也能解决，复杂环境下的问题也能解决，形象直 观，可视性、可操控性强。 例如：航天环境下的计算机仿真，核技术中的仿真等。
4
第1章 概述
当下的意义: 建模、仿真能力对年轻的一代IT技术人才已经 不是特长，而是基本的技能和交流工具。 如，ITU(国际电信联盟）第三代通信系统的标 准讨论规定：技术文本与仿真结果必须同时提交， 并且鼓励对其他公司提交的方案进行仿真验证。 我们学习掌握MATLAB仿真，在某种意义上说 是在科学计算、工程设计和工具应用上与国际接
第1章 概述
1
第1章 概述
• 1 什么是仿真？（仿真的 定义和意义） • 2 数学仿真与MATLAB软件 • 3 电子通信系统的建模与 仿真 • 4 本课程的内容与结构概 观
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第1章 概述
1 .1 什么是仿真？（仿真的定义）
• 系统仿真(Simulation)技术也称为系统模拟技术，简 称“仿真”。 • 计算机仿真：本课程特指自1970年以来发展起来的 利用现代计算机和仿真软件来进行仿真的计算机仿 真技术。由于计算机仿真具有精度高，通用性强， 重复性好，建模迅速以及成本低廉等许多优点。 • MATLAB仿真：是计算机仿真的一种。近年来在计算 机仿真的基础之上，发展了以MATLAB/Simulink为代 表的多种科学计算和系统仿真系统。它使用起来比 利用传统的Fortran、C/C++语言进行仿真可靠、方便、 快捷。
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。
系统建模与仿真课程教学大纲
《系统建模与仿真》课程教学大纲《System modeling and simulation》总学时：32 学分数：2.0 实验及上机学时：10（上机）编写人：董敬然一、课程的性质、目的和任务本课程为工业工程（面向制造业）专业的一门专业选修课程，对于未来的工程实践有较重要的帮助。
本课程的任务是使学生掌握系统建模的适用范围、常用方法和基本规律，掌握系统仿真的基本要义，掌握仿真软件（Matlab等）的基本使用方法，并能对系统进行相应的仿真。
为毕业设计及将来的工作打下基础。
二、课程教学的基本要求通过本课程的学习：1．掌握系统分类以及各自在认识上的特点；2．掌握白箱模型、灰箱模型和黑箱模型的判别，以及在系统建模方法上的区别；3．掌握系统建模的的适应性判别，包括对问题范围的划分、系统类型的判别等；4．了解相似系统建模的规律和特点；5．了解系统仿真的分类和工程上的实践方法；6．掌握简单模型数学仿真的基本原理；7．掌握建模与仿真的一般程序和步骤；8．掌握仿真软件（MATLAB）的基本计算方法和绘图方法，能对简单模型进行表达；9．掌握简单模型在MATLAB环境下的数学仿真；10．了解MATLAB界面GUI编程及其应用；11．了解MATLAB文程序设计基础；12. 了解图形化仿真（Simulink）的简单应用。
三课程的教学内容、重点和难点第一章系统建模概述系统的定义及其特点系统的分类系统建模的概念白箱模型、灰箱模型、黑箱模型的建模特点相似系统的建模第二章系统仿真基本原理系统仿真概述物理仿真与数学仿真离散事件系统仿真与连续系统仿真第三章MATLAB概述MATLAB历史与现状简介MATLAB的功能简介对MATLAB环境的基本认识第四章MATLAB基本运算MATLAB基本运算（一）数组与字符串MATLAB基本运算（二）数值运算MATLAB基本运算（三）符号运算第五章MATLAB图形处理MATLAB二维绘图MATLAB三维绘图第六章MATLAB的图形用户界面GUI第七章MATLAB程序设计简介第八章Simulink简介四、课程各个教学环节的要求1．本课程强调对MATLAB的熟悉和使用。
系统建模与仿真课程设计python
系统建模与仿真课程设计python一、课程设计简介本次课程设计的主题为“系统建模与仿真”，采用Python语言进行编程。
该设计旨在让学生通过实践掌握系统建模和仿真的基本方法和技能，提高学生的编程能力和综合素质。
二、课程设计目标1.掌握系统建模的基本概念和方法；2.了解并使用Python语言进行程序编写；3.掌握常见的仿真算法和技术；4.通过实践提高学生的编程能力和综合素质。
三、课程设计内容1.系统建模基础知识（1）系统概念及其分类；（2）系统建模方法与步骤；（3）常见数学模型及其应用。
2.Python语言基础知识（1）Python语言特点及其优势；（2）Python程序结构及其语法规则；（3）Python常用数据类型及其操作。
3.基于Python的仿真算法与技术（1）离散事件仿真(DEVS)算法；（2）蒙特卡罗(Monte Carlo)仿真算法；（3）Agent-Based Modeling(ABM)仿真技术。
四、课程设计流程1.理论讲解：授课老师将为学生介绍系统建模的基本概念和方法，Python语言的基本知识，以及常见的仿真算法和技术。
2.程序编写：学生将根据授课老师的指导，使用Python语言编写程序，并进行调试和测试。
3.仿真模型设计：学生将根据所学知识，设计并实现一个仿真模型，并对其进行仿真分析。
4.报告撰写：学生将根据所完成的课程设计内容，撰写一份完整的报告，并进行展示和答辩。
五、课程设计评估1.程序设计评分：评估学生程序编写的质量和效率；2.仿真模型评分：评估学生所设计的仿真模型是否符合实际需求，并能够进行有效的仿真分析；3.报告评分：评估学生报告撰写质量、表达能力和思路清晰度等方面。
六、总结通过本次课程设计，学生将掌握系统建模与仿真的基础知识和技能，同时也能够提高Python编程能力。
此外，该课程还有助于培养学生解决实际问题的能力和创新精神。
《系统建模与仿真》课程简介
《系统建模与仿真》课程简介♦课程意义：在简单自适应系统与基于简单自适应系统的多主体仿真建模这门新学科之前，除工程管理领域外，计算机在社会科学中的应用大多还停留在一种纪录文档、统计数字的帮助工具，而不能像在自然科学或工程技术领域内一样为社会科学供应一种新的讨论手段。
随着简单性科学的兴起，越来越多的社会科学讨论者渐渐发觉计算机仿真是理解简单的社会一一经济系统动态过程的优良手段。
自20世纪90年月，国外社会科学界开展了简单系统理论与计算机仿真建模相结合的广泛深化讨论，并明显呈现出越来越深远广泛的进展前景。
建模与仿真是指构造现实世界实际系统的模型和在计算机上进行仿真的有关简单活动，它主要包括实际系统、模型和计算机等三个基本部分，同时考虑三个基本部分之间的关系，即建模关系和仿真关系。
系统建模与仿真技术的进展已经渗透到各行各业.特殊是在社会经济系统、环境生态系统、能源系统、生物医学系统、教育训练系统等方面得到了广泛深化的应用。
系统仿真与建模讨论是一个相当新的讨论领域，尤其对于信息管理与信息系统专业的同学来说，这应当是一门专业必修课。
该门课程对于计算机网络、数据挖掘、公共平安甚至是社会信息经济等领域等的理论建模方面具有重要的作用。
通过这门课程的学习，主要培育同学的数学建模思想与计算机仿真手段的综合应用力量，提高同学在各个领域的计算机应用力量，能综合采用计算机仿真手段，分析现实社会中的某些简单的现象，从而为分析解决现实中的这些问题供应决策支持。
♦课程内容：主要介绍了系统科学与简单理论在经济学等社会科学中的应用，以及各种社会科学计算机模型。
简洁介绍传统的建模理论方法，及其学科前沿的应用，重点介绍简单网络基本理论及其应用，针对目前简单网络的讨论热点问题，如传播模型、倒塌模型等进行研讨分析。
详细如下：第一部分：建模理论和基本方法♦计算机建模方法的基础理论♦模型的简化和建模的一般系统理论♦随机数的产生、♦离散时间和连续时间模型的仿真、离散大事模型及其仿真策略♦系统仿真结果分析其次部分：建模与仿真的学科前沿，♦基于Agent的建模方法及Swarm仿真♦离散大事系统的建模工具——Petri网♦系统动力学与dynamo语言第三部分：简单网络理论及其应用♦简单网络基本理论♦网络拓扑模型及其性质♦Internet拓扑特性及建模♦关于简单网络的讨论热点/简单网络的传播机理与动力学分析,简单网络的相继故障/简单网络中的搜寻、同步和掌握问题等。
系统建模与仿真讲义
通过实验或经验数据，确定数学模 型的参数值。
03
02
建立数学模型
根据系统特性，选择合适的数学模 型描述系统的动态行为。
模型验证与修正
对建立的数学模型进行验证，并根 据实际需求进行必要的修正。
04
仿真实验设计与分析
实验方案设计
根据仿真目标，设计合理的实验方案，包括 实验条件、输入输出等。
概率模型
概率分布
概率分布是描述随机事件发生可能性的数学工具，常见的概率分布有二项分布、 泊松分布、正态分布等。
随机过程
随机过程是描述一系列随机事件随时间变化的模型，例如马尔科夫链和泊松过程 等。
03
系统仿真基础
仿真模型的建立与实现
01
确定系统边界
明确仿真目标，确定系统边界，将 系统划分为可管理的子系统。
系统建模与仿真讲义
汇报人： 日期:
目录
• 系统建模概述 • 数学建模基础 • 系统仿真基础 • 仿真技术的应用 • 系统建模与仿真的挑战与未来
发展
01
系统建模概述
定义与目的
定义
系统建模是对真实系统进行抽象、简 化和描述的过程，通过数学、逻辑和 图形等工具来表示系统的结构、行为 和性能。
目的
系统建模的目的是为了更好地理解、 分析和预测系统的行为，为系统设计 、优化和控制提供依据。
模型改进
根据性能优化需求，对数学模型进行改进，提应用于实际系统设计、分析和优化中，发挥仿真的价值和作用。
04
仿真技术的应用
工业系统仿真
总结词
工业系统仿真通过模拟工业生产过程，帮助企业优化生产流程、提高生产效率和降低成本。
详细描述
工业系统仿真通过对生产线的布局、工艺流程、设备运行等进行模拟，发现潜在的问题和瓶颈，为企 业提供改进方案。同时，仿真技术还可以用于新产品开发和设计阶段，预测产品的性能和可行性。
系统建模与仿真学习概述
系统建模与仿真学习概述1 系统建模方法1.1机理模型法采用由一般到特殊的推理演绎方法，对已知结构，参数的物理系统运用相应的物理定律或定理，经过合理分析简化而建立起来的描述系统各物理量动、静态变化性能的数学模型。
使用该方法的前提是对系统的运行机理完全清楚。
建模步骤如下：1) 分析系统功能、原理，对系统作出与建模目标相关的描述；2) 找出系统的输入变量和输出变量；3) 按照系统（部件、元件）遵循的物化（或生态、经济）规律列写出各部分的微分方程或传递函数等；4) 消除中间变量，得到初步数学模型；5) 进行模型标准化；6) 进行验模（必要时需要修改模型）。
1.2实验建模法采用由特殊到一般的逻辑、归纳方法，根据一定数量的在系统运行过程中实测、观察的物理数据，运用统计规律、系统辨识等理论合理估计出反应实际系统各物理量相互制约关系的数学模型。
实验统计建模方法使用的前提是必须有足够正确的数据，所建的模型也只能保证在这个范围内有效。
足够的数据不仅仅指数据量多，而且数据的内容要丰富（频带要宽），能够充分激励要建模系统的特性（1）频率特性法通过实验方法测得某系统的开环频率响应，来建立该系统的开环传递函数模型（2） 系统辨识法a. 就是在输入和输出数据的基础上，从一组给定的模型类中，确定一个与所测系统等价的模型。
“数据、假设模型、准则”是系统辨识建模过程中的“三要素”b. 实验数据的平滑处理—插值与逼近所谓“插值”，就是求取两测量点之间“函数值”的计算方法，常用的有“线性插值”和“三次样条插值”。
c. 实验数据的统计处理—最小二乘法要求是某给定函数类H 中的一个函数，并要求 能使 与的差的平方和相对于同一函数类中的其他函数而言是最小的。
1.3综合建模法当对控制的内部结构和特性有部分了解，但又难以完全用机理模型的方法表述出来，这是需要结合一定的实验方法确定另外一部分不甚了解的结构特性，或是通过实际测定来求取模型参数。
这种方法是机理模型法和统计模型法的结合，故称为混合模型法。
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系统建模与仿真
开课对象：工业工程开课学期：6
学分：2学分；总学时：48学时；理论课学时：40学时；
实验学时：0 学时；上机学时：8学时
先修课程：概率论与数理统计
教材：系统建模与发展，齐欢，王小平编著，清华大学出版社，2004.7
参考书：
【1】离散事件系统建模与仿真，顾启泰，清华大学出版社
【2】现代系统建模与仿真技术，刘兴堂，西北工业大学出版社
【3】离散事件系统建模与仿真，王维平，国防科技大学出版社
【4】系统仿真导论，肖田元，清华大学出版社
【5】建模与仿真，王卫红，科学出版社
【6】仿真建模与分析(Simulaton Modeling and Analysis)(3rd eds.)，Averill M. Law, W.David Kelton，清华大学出版社/McGraw-Hill
一、课程的性质、目的和任务
建模与仿真是当代现代科学技术的主要内容，其技术已渗透到各学科和工程技术领域。
本课程以一般系统理论为基础，让学生掌握适用于任何领域的建模与仿真的一般理论框架和基本方法。
本课程的目的和任务是使学生：
1．掌握建模基本理论；
2．掌握仿真的基本方法；
3．掌握一种仿真语言及仿真软件；
4．能够运用建模与仿真方法分析、解决工业工程领域的各种常见问题。
二、课程的基本要求
1．了解建模与仿真的作用和发展，理解组成要素。
2．掌握建模的几种基本方法，及模型简化的技术手段。
3．掌握建模的一般系统理论，认识随机数的产生的原因及统计控制方式。
4．能对离散事件进行仿真，并能分析运行结果。
三、课程的基本内容及学时分配
第一章绪论（3学时）
1．系统、模型、仿真的基本概念
2．系统建模与仿真的发展历史
3．系统建模与仿真的发展趋势
4．系统建模与仿真的应用
5．关于复杂系统建模与仿真的几点补充
第二章常用系统建模方法（6学时）
1．常用系统建模方法
2．系统建模的概述
3．建模的逻辑思维方法
4．图解建模法
5．层次分析法
第三章离散事件系统建模方法（6学时）
1．离散事件系统模型
2．Petri网建模
3．活动循环图法和实体流图法
4．排队系统
5．库存模型
第四章离散事件系统仿真方法（6学时）
1．离散事件系统仿真基本策略
2．仿真钟的推进方式
3．消息驱动的仿真机制
4．混合系统仿真策略
5．蒙特卡罗仿真方法
第五章随机模型的确定（3学时）
1．随机模型概述
2．已知分布类型估计分布参数
3．假定分布类型
4．经验分布
第六章随机变量的实现（3学时）
1．随机变量实现的概述
2．随机数发生器设计
3．随机数发生器测试
4．随机变量实现的原理
5．常用分布类型随机变量的实现
第七章建模与仿真的校核、验证与确认综述（3学时）1．建模与仿真VV&A概述
2．校核与验证的技术与方法分类
3．随机模型拟合优良度常用检验方法
4．仿真系统输出统计分析
第八章仿真软件介绍（4学时）
1．QUEST
2．ARENA
3．PROCESSMODEL
4．WITNESS
5．FLEXSIM
6．GPSS
第九章建模与仿真实例（6学时）
四、课内实验安排
五、习题及课外教学要求
1．学生增加课外上机时间
2．系统仿真设计
六、考核方式及成绩评定
成绩采用出勤、作业、课堂练习等平时成绩与考试成绩加权的形式最终确定学生本门课程的成绩。