离散事件动态系统
离散事件仿真在物流系统中的应用研究
离散事件仿真在物流系统中的应用研究随着物流业的迅速发展，物流系统的效率、准确性和安全性已成为业界普遍关注的问题。
离散事件仿真（Discrete Event Simulation，DES）作为一种有效的工具，已被广泛应用于物流系统的优化和管理中。
一、离散事件仿真的概念和特点离散事件仿真是一种模拟技术，用于描述一个系统的动态行为。
它基于事件和状态的概念，将系统看作是由一系列事件构成的，每个事件发生时会改变系统的状态。
通过模拟这些事件的发生和状态的变化，可以预测系统的行为和性能。
离散事件仿真具有以下特点：1. 时间驱动：仿真过程是由时间推动的，仿真时钟在仿真开始时初始化，仿真过程中，仿真时钟按照一定的时间步长推进；2. 事件驱动：系统中的每个事件都会改变系统的状态，当某个事件满足发生条件时，仿真引擎会触发该事件的发生；3. 随机性：系统中有许多因素是随机的，如客户到达时间、处理时间等，仿真过程应该对这些随机因素进行模拟。
二、离散事件仿真在物流系统中的应用离散事件仿真在物流系统中的应用相对较广泛，主要包括以下几个方面：1. 系统设计和规划离散事件仿真可以用于物流系统的设计和规划，例如，在仓库布局和设备选择上，可以通过模拟不同的方案，评估每个方案的优缺点，选择最优的方案。
另外，在物流网络设计和优化中，也可以采用离散事件仿真进行模拟，以评估不同的路线、运输模式等对系统的影响。
2. 运营优化和管理离散事件仿真可以用于物流系统的运营优化和管理，例如，在货物配送方面，可以通过模拟调度算法、路径规划等，优化配送计划，提高配送效率；在仓库管理方面，可以通过模拟不同的货物存储策略、拣选流程等，评估每种策略的效果，选择最优的方案。
3. 灾难应急预案离散事件仿真可以用于物流系统的应急预案制定和评估，例如，在自然灾害或周期性的突发事件中，可以通过模拟各种预案方案，评估每个方案在实际应用中的效果，从而选择最优的预案方案。
4. 客户服务水平评估离散事件仿真可以用于评估物流系统中的客户服务水平，例如，在为客户提供快递服务时，可以通过模拟不同的服务水平指标，如快递到达时间、投诉处理时间等，来评估系统的服务水平，从而采取措施提高服务水平。
9.1混杂系统
离散事件(DE)的特点
离散事件的发生时刻是异步的和非约定的，其 发生时刻由且只由系统的演化过程所决定，离 散事件是导致DEDS状态发生跃变和触发新事 件的唯一因素，即是驱动系统状态演化的基本 因素。 离散事件是DEDS的主体，对DEDS的分析归结 为确定离散事件交互影响所导致的系统状态的 演化过程，对DEDS的控制归结为禁止不期望 事件的发生或使事件按期望的序列发生。
企业和政府中存在多样的数据类型。包括
结构化数据（如关系数据库）， 半结构化数据（如XML文档）， 非结构化数据（如自由格式文本）等等。
对自由格式文本为主的非结构化内容资源，企 业和政府缺乏有效的管理机制，信息技术也未 能提供适当的工具和理论，使查询和利用犹如 大海捞针，这使得“信息孤岛”的问题愈加严 重。
混杂系统
内容
离散事件系统的概念 混杂系统的工程背景 信息孤岛：孤岛化的信息系统 信息、系统与控制的一体化(Integration) 面向服务的Hybrid系统的概念
离散事件系统的概念
离散事件系统(Discrete Event Dynamic System,DEDS) 以事件的发生而导致一个 活动的开始或结束作为系统的基本特点， 它的演变过程用离散型的事件来描述， 人们所关心的是事件的发生而引起系统 状态的变化。 排队、等待、服务是离散事件系统最典 型的例子
问题归约
运用问题归约的思想，经过对信息孤岛 问题的仔细分析，我们认为在进行信息 整合的过程中需要着重解决如下相对简 单的子问题:
（1）不同的系统应用和管理模式：如从属 关系，集中管理模式；对等关系，分散管理 模式；递阶式管理模式等。
建模仿真 witness 第2章
物流系统建模 与仿真
平均等待时间=顾客在队列中等待的总时间/总顾 客数
顾客必须在队列中等待的概率=等待的顾客数/总 顾客数
图2-4 进行多次采样的蒙特卡 罗方法计算单位圆面积的值
物流系统建模 与仿真
2.2.2 蒙特卡罗方法的应用
应用蒙特卡罗方法进行仿真分析的原理
利用各种不同分布随机变量的抽样序列来仿真实 际系统的概率模型，给出问题数值解的渐近统计 估计值。
要点如下 对问题建立一个简单且便于实现的概率统计模型， 使要求的解恰好是所建模型的概率分布或数学期 望；
09～23 29～68 67～82
24～43 69～88 83～94
程图。它表示系统如何对这个事件进行处 理、执行。
物流系统建模 与仿真
“离开事件”流程图（简化版）
离开事件
服务员变成Idle No
有其它顾客吗？
Yes
从队列中移出顾客
图4.1 离开事件（服务完成）的流程图
物流系统建模 与仿真
到达事件”流程图（简化版）
到达事件
开始服务顾客 No
服务员忙吗？
Yes 顾客进入队列排队
利润=销售收入-报纸成本-额外需求的利润损失+报 废报纸的回收费
物流系统建模 与仿真
需求
40 50 60 70 80 90 100
报纸类型 良 中 差
表2-15 每天报纸需求量的分布
需求概率分布
良
中
0.03
0.10
0.05
0.18
系统建模与仿真的基本原理
综合不是系统要素、结构的简单累加，而要在分析的基础上 区分主次、去粗取精，以便从整体上把握系统的本质特征
和 运行规律，以便正确地认识系统。
分析与综合是揭示系统规律的基本方法之一。分析是综合的
基础，但是分析着眼于系统局部，分析得到的结果是关于
系
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2.3 离散事件系统仿真程序的基本结构
离散事件仿真程序中的子程序：
1．变量、实体属性和系统状态：用来记录系统在不同时刻所 处的工作状况。
2．初始化子程序：在仿真模型开始运行前完成模型的初始化 工作，产生必要的初试参数。
3．仿真时钟：用于记录仿真模型的运行时间，可作为评价系 统性能的依据，也可作为仿真调度和仿真程序 是否结束的依据。
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2.1 离散事件系统及其模型分类
系统分类 连续系统（continuous system） 离散事件动态系统（DEDS）
确定性系统（ deterministic system ） 随机系统（stochastic system）
静态系统（static system） 动态系统（dynamic system）
组成，它描述了相关事件及活动之间的 逻辑和时序关系
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2.2 离散事件系统建模的基本元素
7．仿真时钟（simulation clock）：用于显示仿真时间的变 化，是仿真模型运行时序的控制机构
！！！仿真时钟是指所模拟的实际系统运行所需的时间， 而不是指计算机执行仿真程序所需的时间。
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2.1 离散事件系统及其模型分类
白箱（white box ） 灰箱（grey box ） 黑箱（black box ）
系统仿真第二章 物流系统仿真基础
离散系统仿真的基本要素
5.事件
引起系统状态发生变化的行为，系统的动态过程是 靠事件来驱动的。例如，在物流系统中，工件到达可以 定义为一类事件。
注：事件还可能触发新的事件。
DES中的事件具有三个特征： 1）离散事件是导致DES状态发生跃变和触发新
的离散事件的唯一因素。
2）事件交互影响系统状态的变化。
生产系统是DES系统！
离散系统仿真的基本要素
1.实体
主导系统活动的对象（Object），分为主动体（Active） 和被动体（Passive）。主动体为系统中具有自主移动能力， 如服务系统的顾客、AGV小车，运输系统中的车辆。被动体不 具有自主移动的能力，如产品、工件、托盘、容器等。
2.属性
实体所特有的特性称为实体的属性。包括固有属性：大 小，颜色、形状、重量等；仿真属性：到达时间间隔、到达 批量等
离散系统事件仿真算法
离散系统事件仿真算法
1、事件调度法：将事件将事件例程作为仿真模型的基本模型 单元，按照事件发生的先后顺序不断执行相应的事件例程。
基本步骤： （1）初始化：确定仿真时钟、系统状态量及统计量的初始值； （2）扫描事件表：时间控制程序从时间表中选择最早发生的 事件 （3）处理该事件：相应地改变系统状态； （4）收集统计数据； （5）若仿真时间未结束，则返回（2），否则，执行下一步； （6）分析收集的统计数据，产生报告。
基本步骤：
（1）设置：“当前事件表CEL”、 “未来事件表”FEL、系统仿真钟 TIME和成分仿真钟ta （2）推进仿真时钟TIME （3）将满足ta ≤TIME所有发生的事件从FEL表移到CEL表中 （4）判断CEL中事件所属的进程及在进程中的位置 （5）判断该事件发生的条件是否满足 （6）如果条件允许该进程尽可能连续推进，直到进程结束，该成分离 开系统 （7）该进程推进过程中，遇到条件不满足时，记录下进程的位置，并 退出该进程 （8）重复（3）~（6），直至CEL中的事件处理完毕 （9）重复（1）~（7），直至仿真结束
4.离散事件仿真
计算机仿真技
接受服务的顾客 服务员
顾客离开
临时实体
排队活动
永久实体
接受服务活动
顾客到达事件
顾客开始接受 服务事件
顾客服务完毕 离去
4. 进程(Process)
顾客超市结帐服务进 程
进程是由若干个事件和若干个活动组成，它描述了事件及活动之 间的相互逻辑关系及时序关系。
排队论方法 网络图或事件图法
形式语言与自动机法 随机过程描述法（如Markov过程和CSMP过程） 抽象代数法（如双子代数、极小代数、极大代数）
计算机仿真技术基础 15
离散事件建模的步骤
1. 明确仿真目的 建模之前，必须根据仿真目的，确定所需要获取的某一事 件或系统的信息、模型类型、资料及数据。目的不同，所 建立的模型也不同，衡量仿真结果的逼真性准则也就不同。 甚至对某一仿真目的，模型是有效的，而对另一仿真目的， 模型可能就是无效的。 比如，[例4.2]中的船闸运行系统中，如果仿真目的是了解 船闸服务时间长短对船闸利用率的影响，这种情况属于排 队论模型。如果还要分析闸门的开关控制和动力学特性， 以及注水放水过程特性，系统应视为连续-离散混合型系统。
对于离散事件构成的离散事件系统或连续-离散混合系统的研究， 逐渐成为仿真技术应用的一个重要分支领域。
计算机仿真技术基础 5
4.1.1 离散事件系统的基本要素
离散事件系统的一些基本要素包括：实体、活动、事件等. 以超市购物系统为例：
[例4.1] 华联超市济南大学分店，共有10个服务台供顾客结帐， 营业时间为9：00 – 21：00，顾客选购完商品到服务台结帐的 时间是随机的，而且各自独立，每位顾客接受服务的时间长短 也是随机的。描述该系统的状态，可以是：
第四章 离散事件系统仿真方法1
第4章离散事件系统仿真方法4.1离散事件系统仿真一般概念4.1.1 一般概念离散事件系统：系统中的状态只在离散时间点上发生变化，而且这些离散时间点一般是不确定的。
系统状态是离散变化的，而引发状态变化的事件是随机发生的，因此这类系统的模型很难用数学方程来描述。
随着系统科学和管理科学的不断发展及其在军事、航空航天、CIMS和国民经济各领域中应用的不断深入，逐步形成一些与连续系统不同的建模方法：流程图和网络图。
离散事件系统建模与仿真的基本概念：⑴实体：是描述系统的三（四）要素之一，是系统中可单独辨识和刻画的构成要素。
如：工厂中的机器，商店中的服务员，生产线上的工件，道路上的车辆等。
从仿真角度看，实际系统就是由相互间存在一定关系的实体集合组成的，实体间的相互联系和作用产生系统特定的行为。
实体可分为两大类：临时实体和永久实体临时实体——在系统中只存在一段时间的实体。
一般是按一定规律有系统外部到达系统，在系统中接受永久实体的作用，按照一定的流程通过系统，最后离开系统。
临时实体存在一段后即自行消失，消失有时是指实体从屋里意义上退出了系统的边界或自身不存在了；有时仅是逻辑意义上的取消，意味着不必再予以考虑。
如：进入商店的顾客、路口的车辆、生产线上的工件、进入防空火力网的飞机、停车场的汽车等。
永久实体——永久驻留在系统中的实体。
是系统产生功能的必要条件。
系统要对临时实体产生作用，就必须有永久实体的活动，也就必须有永久实体。
可以说临时实体与永久实体共同完成了某项活动，永久实体作为活动的资源而被占用，如：理发店中的理发员、生产线上的加工装配机械、路口的信号灯等。
属性和行为相同或相近的实体可以用类来描述，这样可以简化系统的组成和关系。
如：理发店服务系统可以看成是由“服务员”和“顾客”两类实体组成的，两类实体之间存在服务与被服务的关系。
⑵属性是实体特征的描述，一般是系统所拥有的全部特征的一个子集，用特征参数或变量表示。
选用那些参数作为实体的属性与建模目的有关，一般按以下原则：便于实体分类：如按理发店顾客的性别；便于实体行为的描述：如飞机的速度便于排队规则的确定：如生产线上待处理工件的优先级水平。
离散系统的基本概念
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CATALOGUE
离散系统的发展趋势与展望
离散系统的新理论与方法
离散系统的新理论
随着科技的不断发展，离散系统的新理论也在不断涌现。例如，离散概率论、离散控制论、离散信息论等，这些 新理论为离散系统的发展提供了重要的理论支持。
离散系统的新方法
在实践中，人们不断探索新的方法来处理离散系统的问题。例如，离散数学、离散优化算法、离散模拟技术等， 这些新方法为离散系统的研究提供了更有效的工具。
状态转移图的绘制方法
根据状态方程，通过计算或模拟得到状态变量的时间序列解，并绘 制成图形。
状态转移图的应用
通过观察状态转移图，可以直观地了解系统动态行为和变化趋势。
04
CATALOGUE
离散系统的稳定性分析
线性离散系统的稳定性分析
定义
线性离散系统是指系统 的数学模型可以表示为 离散时间的线性方程组 ，如差分方程或离散时 间状态方程。
状态方程
1
状态方程是描述离散时间动态系统状态变化的基 本方程，通常表示为离散时间序列的递推关系。
2
状态方程通常由当前状态和输入量来预测下一个 状态，是离散系统分析的重要基础。
3
状态方程的解法包括递归法和矩阵法等，其中递 归法较为直观，而矩阵法适用于大规模系统。
转移矩阵
转移矩阵是描述离散系统状态转移关系的矩阵，其元素表示状态之间的转 移概率。
社会科学领域
在社会学、经济学、管理学等领域中，离散系统也有着广泛的应用。例如，在经济学中，离散模型被用 于描述经济活动中的离散事件；在社会学中，离散模型被用于描述社会结构和社会动态。
离散系统未来的研究方向
要点一
复杂离散系统的研究
随着科技的不断发展，复杂离散系统 的研究已经成为一个重要的研究方向 。例如，复杂网络、离散事件动态系 统等，都是复杂离散系统的研究重点 。
第四章离散事件系统仿真方法1
第四章离散事件系统仿真方法1d第4章离散事件系统仿真方法4.1离散事件系统仿真一般概念4.1.1 一般概念离散事件系统：系统中的状态只在离散时间点上发生变化，而且这些离散时间点一般是不确定的。
系统状态是离散变化的，而引发状态变化的事件是随机发生的，因此这类系统的模型很难用数学方程来描述。
随着系统科学和管理科学的不断发展及其在军事、航空航天、CIMS和国民经济各领域中应用的不断深入，逐步形成一些与连续系统不同的建模方法：流程图和网络图。
离散事件系统建模与仿真的基本概念：⑴ 实体：是描述系统的三（四）要素之一，是系统中可单独辨识和刻画的构成要素。
如：工厂中的机器，商店中的服务员，生产线上的工件，道路上的车辆等。
从仿真角度看，实际系统就是由相互间存在一定关系的实体集合组成的，实体间的相互联系和作用产生系统特定的行为。
实体可分为两大类：临时实体和永久实体临时实体――在系统中只存在一段时间的实体。
一般是按一定规律有系统外部到达系统，在系统中接受永久实体的作用，按照一定的流程通过系统，最后离开系统。
临时实体存在一段后即自行消失，消失有时是指实体从屋里意义上退出了系统的边界或自身不存在了；有时仅是逻辑意义上的取消，意味着不必再予以考虑。
如：进入商店的顾客、路口的车辆、生产线上的工件、进入防空火力网的飞机、停车场的汽车等。
永久实体――永久驻留在系统中的实体。
是系统产生功能的必要条件。
系统要对临时实体产生作用，就必须有永久实体的活动，也就d必须有永久实体。
可以说临时实体与永久实体共同完成了某项活动，永久实体作为活动的资源而被占用，如：理发店中的理发员、生产线上的加工装配机械、路口的信号灯等。
属性和行为相同或相近的实体可以用类来描述，这样可以简化系统的组成和关系。
如：理发店服务系统可以看成是由“服务员”和“顾客”两类实体组成的，两类实体之间存在服务与被服务的关系。
⑵ 属性是实体特征的描述，一般是系统所拥有的全部特征的一个子集，用特征参数或变量表示。
离散事件系统的建模仿真技术
离散事件系统的建模仿真技术摘要：在现代社会，系统仿真，特别是离散事件系统仿真，已成为各种科研领域的研究热点，也是国家和国防关键技术发展计划之一。
离散事件系统是一类在工程技术、经济、军事等领域常见的系统,它们的状态在一些不均匀的离散时刻发生变换且状态变换的内部机制比较复杂,往往无法用常规的数学方法来描述，而离散事件系统仿真是当前研究这一类系统的最有用处的方法之一。
本文主要介绍了离散事件系统的概念、特点、要素、建模步骤，并以售票窗口服务系统为例介绍了建模的主流方法，即实体流图法和活动周期图法。
关键词：离散事件系统；仿真；建模一、离散事件系统仿真一般概念1、离散事件系统（Discrete Event System，DES）:指系统的状态在一些离散时间点上由于某种事件的驱动而发生变化。
2、离散事件系统的特点(1)系统中的状态只是在离散时间点上发生变化，而且这些离散时间点一般是不确定的；(2)系统中的状态变化往往无法用数学公式表示；(3)描述方式通常为图、表等接近自然语言的方式；(4)时间是仿真中的一个关键变量；(5)离散事件系统总包含排队过程[1]。
3、离散事件系统的要素(1)实体(Entity)：组成系统的物理单元。
永久实体：在整个仿真过程中始终存在。
也称被动实体。
临时实体：在系统中只存在一段时间。
也称主动实体、活动实体。
(2)属性(Attributes) ：是指某一实体的特性，是实体所拥有的全部特征的一个子集，用特征参数变量表示。
(3)状态(Status) ：是指系统在某一时刻实体及其属性值的集合。
机器的状态：{开、停}；或者{忙、空闲、停止} 。
状态可作为动态属性进行描述。
(4)事件(Event) : 引起离散事件系统状态发生变化的行为。
(5)活动(Active) : 引是实体在两个事件之间保持某一状态的持续过程。
顾客到达事件与顾客开始接受服务事件之间可以称为排队活动。
服务开始与服务结束之间存在顾客接受服务活动。