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第1章 管理系统仿真概论16

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系统仿真第1章.最全优质PPT

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2．系统的类型
系统的类型与分类方法有关，常用的几种分类情况如下。
1
静态系统是指相对不变的一类系统，如处于平衡状态下 (3)一个表达式的变量被另一个表达式中的相应变量置换后，表达式内各项的系数保持相等。
此类系统规模庞大，结构复杂，一般很难用数学模型描述，多采用流程图或网络图表达。 通过模型来对原型系统进行研究，将具有更深刻、更集中的特点。
2．物理模型 物理模型是根据实际系统，利用实物建立起来的。物理 模型与实际系统有相似的物理性质，这些模型可以是按比例 缩小了的实物外形，如在风洞试验中的飞机外形和船体外形 等，也可能是与原系统性能完全一致的样机模型，如生产过
3．数学模型 用抽象的数学方程描述系统内部物理变量之间的关系而 建立起来的模型，称为该系统的数学模型。通过对系统数学
3 随着时间的改变，状态的变化也是连续的系统称为连续 系统，如一架飞机在空中飞行，其位置和速度相对于时间是 连续改变的。若系统状态随时间呈间断改变或突然变化则称 该系统为离散系统，例如，一个计算机系统完成计算作业离 开处理机，转到外围设备排队等待输出结果,这个系统就属
在实际中，完全是连续或离散的系统是很少见的，大多 数系统中既有连续成分，也有离散成分，不过对于大多数系 统来说，在某种变化类型占优势时，我们就把它归为这一类 系统。
系统模型实质上是由研究目的所确定的、关于系统某一方面 本质属性的抽象和简化，并以某种表达形式来描述。模型可 以描述系统的本质和内在的关系，通过对模型的分析研究， 能够达到对原型系统的了解。
系统模型的建立是系统仿真的基础，而系统模型是以系 统之间的相似性原理为基础的。相似性原理指出，对于自然 界的任一系统，存在另一个系统，它们在某种意义上可以建 立相似的数学描述或有相似的物理属性。一个系统可以用模 型在某种意义上来近似，这是整个系统仿真的理论基础。

系统建模和仿真概述

系统建模和仿真概述


工程系统（物理系统）：为了满足某种需要或实现某 个预定的功能，采用某种手段构造而成的系统，如机 械系统、电气系统等。 非工程系统（非物理系统）：由自然和社会发展过程 中形成的，被人们在长Байду номын сангаас的生产劳动和社会实践中逐 步认识的系统，如社会系统、经济系统、管理系统、 交通系统等。
1.1 系统与模型
3. 系统的分类 按照系统中起主要作用的状态随时间变化分类:
简单系统：组成子系统数量较少，子系统之间的关系 比较简单，或尽管子系统数量较多，但它们之间的关 联关系比较简单。 例如：一台仪器 复杂系统：系统具有众多的状态变量,反馈结构复杂,输 入与输出呈现非线性特征(高阶次、多回路、非线性) 复杂巨系统：子系统数量极大，种类很多，关系复杂 例如：星系系统


连续系统：状态随时间连续变化的系统。 离散事件系统：状态的变化在离散的时间点上发生,且 往往又是随机的系统。 线性系统和非线性系统。 定常系统和时变系统。 集中参数系统和分布参数系统 单输入单输出系统和多输入多输出系统

按照系统物理结构和数学性质分类:



1.1 系统与模型
3. 系统的分类 按照系统内子系统的关联关系分类
系统建模与仿真概述
System Modeling and Simulation
第一章 系统建模与仿真概述
主要内容
• • • • 系统与模型 系统建模 系统仿真 系统建模与仿真技术
1.1 系统与模型
1.1.1 系统 1. 系统的广义定义： 由相互联系、相互制约、相互依存的若干 组成部分（要素）结合起来在一起形成的 具有特定功能和运动规律的有机整体。 举例： 宇宙世界，原子分子，电炉温度调节系统， 商品销售系统，等等。

系统仿真ppt课件

系统仿真ppt课件

本章主要内容

系统 系统模型 系统仿真 仿真的发展
一、系统


定义：相互联系且相互作用的对象的有机组合 （本课程的研究对象） 系统特征

均由一些相关的实体组合而成 实体具有自身的特征：属性 系统通常是动态的，其变化过程称为活动 工程系统：电气、机械、化工、水利等 非工程系统：经济、交通、管理、生态等

基本特点：能用一组方程式描述 一般的物理系统、工程系统均属此类（连续 流程工业、石油、化工、医药等）

离散事件系统仿真



系统状态只在一些时间点上由于某种随机事 件的驱动而发生变化（状态是在两个事件之 间保持不变即离散变化） 数学模型：一般不是数学方程，而用流程图 或者网络图描述 当前的研究热点，如城市交通系统、计算机 网络、生态系统，管理系统、柔性制造系统、 计算机集成制造系统等


便于重复进行试验，便于控制参数，时间短， 代价小。 可以在真实系统建立起来之前，预测其行为效 果，从而可以从不同结构或不同参数的模型的 结果比较之中，选择最佳模型。 对于缺少解析表示的系统，或虽有解析表示但 无法精确求解的系统，可以通过仿真获得系统 运行的数值结果。 对于随机性系统，可以通过大量的重复试验， 获得其平均意义上的特性指标。
本课程有何用处？

科研：

控制：机器人、月球车、预测控制 网络：用户行为研究、P2P网络研究、服务 器集群性能研究

仿真技术几乎应用于所有的研究与技术 领域，它可以缩短研发周期、改进生产 过程、降低成本以及辅助决策
主要内容



系统仿真概论 仿真模型与建模方法论 连续系统仿真方法学 离散事件系统仿真基础 离散事件系统仿真方法学 仿真结果分析 先进仿真技术与应用

系统仿真的基本概念与方法

系统仿真的基本概念与方法

第一章限制系统及仿真概述限制系统的计算机仿真是一门涉及到限制理论、计算数学与计算机技术的综合性新型学科.这门学科的产生及开展差不多是与计算机的创造及开展同步进行的.它包含限制系统分析、综合、设计、检验等多方面的计算机处理.计算机仿真基于计算机的高速而精确的运算,以实现各种功能.第一节限制系统仿真的根本概念1．系统：系统是物质世界中相互制约又相互联系着的、以期实现某种目的的一个运动整体,这个整体叫做系统.“系统〞是一个很大的概念,通常研究的系统有工程系统和非工程系统.工程系统有：电力拖动自动限制系统、机械系统、水力、冶金、化工、热力学系统等.非工程系统：宇宙、自然界、人类社会、经济系统、交通系统、治理系统、生态系统、人口系统等.2．模型：模型是对所要研究的系统在某些特定方面的抽象.通过模型对原型系统进行研究,将具有更深刻、更集中的特点.模型分为物理模型和数学模型两种.数学模型可分为机理模型、统计模型与混合模型.3．系统仿真：系统仿真,就是通过对系统模型的实验,研究一个存在的或设计中的系统.更多的情况是指以系统数学模型为根底,以计算机为工具对系统进行实验研究的一种方法.要对系统进行研究,首先要建立系统的数学模型.对于一个简单的数学模型,可以采用分析法或数学解析法进行研究,但对于复杂的系统,那么需要借助于仿真的方法来研究.那么,什么是系统仿真呢？顾名思义,系统仿真就是模仿真实的事物,也就是用一个模型〔包括物理模型和数学模型〕来模仿真实的系统,对其进行实验研究.用物理模型来进行仿真一般称为物理仿真,它主要是应用几何相似及环境条件相似来进行.而由数学模型在计算机上进行实验研究的仿真一般那么称为数字仿真.我们这里讲的是后一种仿真.数字仿真是指把系统的数学模型转化为仿真模型,并编成程序在计算机上投入运行、实验的全过程.通常把在计算机上进行的仿真实验称为数字仿真,又称计算机仿真.计算机仿真包括三个根本要素：系统、模型与计算机.它们之间的关系如下:数学模型建立：实际上是一个模型辩识的过程.所建模型常常是忽略了一些次要因素的简化模型仿真模型建立：即是设计一种算法,以使系统模型能被计算机接受并能在计算机上运行.显然,由于在算法设计上存在着误差,所以仿真模型对于实际系统将是一个二次简化模型.仿真实验：即是对模型的运算.需要设计一个合理的、效劳于系统研究的仿真软件.系统仿真技术实质上就是建立仿真模型并进行仿真实验的技术.4.系统仿真的根本过程：(1)建立系统的数学模型；(2)转换成仿真模型；(3)编写仿真程序；(4)对仿真模型进行修改校验,看与实际系统是否一致,确认模型的正确性；(5)运行仿真程序,在不同的初始条件和参数下,对系统进行反复分析和研究第二节系统仿真的目的和分类.系统仿真的目的及其作用：1.优化设计：在复杂系统建立之前能够预测系统性能和参数,使设计的限制系统到达最优指标.2.经济性：直接在实物上实验本钱昂贵.如发射人造卫星等.3.平安性：某些系统如果直接实验往往是很危险的,也是不允许的.如核电站.4.预测性：对于经济、社会、生物等非工程系统,直接实验几乎是不可能的,仿真可预测系统的特性和外作用的影响,从而研究限制的策略.二、分类：系统仿真根据所研究对象的模型特征、要求与目标等不同,可分为以下几大类：1.按系统的模型特征分：(1)连续系统仿真：当系统的数学模型是由微分方程(或差分方程)描述时,该系统的仿真过程称连续系统仿真.仿真方法主要是微分方程的数值求解方法.(2)离散事件系统仿真：当系统的数学模型是由随机事件、随机函数来描述时,该系统仿真的过程一般称为离散事件系统仿真.其仿真方法主要建立在概率论的根底之上.(3)混合系统仿真：当系统的数学模型是由上述两类模型混合构成时,称为混合系统仿真.其仿真方法是将上述两类方法综合于一体.(4)系统动力学仿真：当对象的数学模型是用系统动力学方程式来描述时,该系统的仿真称为系统动力学仿真.它实际上应归属于连续系统仿真,但因它的模型建立方法自成体系,因此常将它单独划分.2.按计算机类型分：(1)模拟计算机仿真：模拟仿真是基于数学模型相似原理的一种方法.模拟计算机由一些根本的模拟运算部件组成,这些运算部件有：积分器、加法器、系数器、函数发生器、乘法器等.模拟计算机是并行运算的,运算速度快,但精度不高,由于它可以实现传递函数为1/s的积分运算,可以方便地求解微分方程.以飞机自动驾驶系统为例,系统框图如下：其数学模型可以表示为：(方块图形式)d 0该系统的开环传递函数：G k(s)(K)(b)(二一)(1)ssas括号中的每一项都可以用模拟运算部件来构成,系统结构图如下:上述系统一般是不稳定的,为改善品质,还需参加校正环节,这在模型上是很容易实现的.从上面的例题可以看出模拟机仿真是一种相似仿真技术.(2)数字计算机仿真：数字计算机仿真是基于数值计算原理的仿真,它的主要工具是：数字计算机和相应的数字仿真软件.应用数字计算机仿真的首要步骤是必须把数学模型离散化,由于数字计算机本身就是一个离散系统.连续系统数学模型离散化的方法很多,如：欧拉法、龙格库塔法、阿达姆斯法以及状态转移法等.不同的方法,仿真模型的形式和精度不一样,假设步长选择不当时,还会导致系统不稳定.(3)模拟-数字计算机混合仿真：是将前两种方式相结合的一种方法.由模拟计算机、数字计算机以及用于信息转换及传输的中间界面所组成.如下列图：模拟-数字计算机混合仿真系统比拟复杂,主要用于：1)当系统仿真的精度和响应速度在两种计算机中的任何一种难以到达时,可采用模拟-数字计算机混合仿真.2)假设所研究系统本身就是包含连续系统又包含离散系统时,那么采用该方式十分方便.第三节系统仿真软件的开展系统仿真软件是一类面向仿真用途的计算机应用软件,其功能一般是：1.源语言的标准与处理；2.仿真的执行限制；3.数据的分析与显示；4.模型、程序、数据、图形的存储与检索.系统仿真技术是从50年代计算机诞生开始的.近三十年来,随着计算机技术的飞速开展,出现了许多优秀的计算机应用软件,还有专用的仿真语言.软件的发展大致可分为下面几个阶段：一、软件包阶段：一般由Basic语言或Fortran语言编成某类仿真的软件包.仿真的早期工作集中在软件包的编写上.但用软件包的形式来编写程序,使用很不方便,如：调用过程烦琐,执行过程过多,不利于数据传递,且维数指定困难.二、交互式语言阶段：60年代---70年代出现了一些专用的仿真语言,如CSSL(ContinuousSystemsSimulationLanguage)连续系统仿真语言,GPSS(GeneralPurpose SystemsSimulation)离散事件系统仿真语言以及ACSL(高级连续仿真语言)等.虽然有了人机交互,但应用起来仍不是十分方便,必须有严格的格式,否那么会出现意想不到的错误.三、面向对象的程序环境阶段：70年代末,80年代初出现了很多实用的具有良好人机交互功能的软件,MATLA刚是一个成功的范例.该软件的一个显著的特点就是使用方便、集成度高,由简单的几条命令,就可以实现以前FORTRA潴语言的成百上千条语句的功能,且结果稳定可靠.MATLA%集可靠的数值运算、图像与图形处理,高水平的图形界面设计,以及各种实用工具箱于一身,还提供了与C语言、FORTRAN©言等的接口,成为目前国际上最流行的仿真软件.在以前的仿真教材中,大局部都采用Basic语言或Fortran语言,少数有用C语言的,但都是介绍的最低层的计算机仿真程序设计的方法和技巧,难以使学生对整个仿真方法有一个全面的了解.那种编程方式在效率上是相当低的,当前国际上流行的MATLA时真软件,可以大大提升仿真算法研究与实际应用的效率,提升仿真的可靠性.本课程主要讲授MATLABft限制系统仿真与辅助设计中的应用.主要内容有以下几个局部：1.MATLABg言根底与程序设计；2.MATLAB勺绘图功能；3.MATLABE限制系统仿真及辅助设计中的应用；4.SIMULINK的使用与仿真；5.MATLABT具箱简介.。

仿真课件第一章

仿真课件第一章
第一章 系统建模与仿真概述
1
1.1系统的定义和分类
1.1.1系统的定义
“系统”这个词来源于古希腊System，有“共同”和“给以位置”的含义 。现代关于系统的定义很不统一，一般可以理解为“系统是由两个以上相 互区别或相互作用的单元有机结合起来，完成某一功能的综合体”。系统 是一个非常广泛的概念，自然界、人类社会、企业、甚至一个人都可以看 作一个系统。系统中每一个单元也可以称为一个子系统。系统与系统的关 系是相对的，一个系统可能是另一个更大系统的子系统，而一个系统也可 以继续分成更小的系统。
3
(4)系统的目的性 任何系统都是有目的和目标的。 (5)系统对环境的适应性 任何系统都处于一定的环境之中，系统总要受到环境的影响和制 约。系统也要对环境的变化做出某种反应。人们把环境对系统的影响 称为刺激或冲击，而系统对环境的反应称为反响。系统对环境的适应 性表现为环境对系统提出的限制和系统对环境的反馈控制作用。
15
1.抽象模型 (1)数学模型
数学模型又可分为方程式型，如静态投入－产出模型；函数型模型， 如柯布－道格拉斯生产函数；概率统计模型，利用已有的数据按概率、 统计的方法建立的模型；逻辑型模型，用逻辑变量按逻辑运算法则建立 的模型。 数学模型是最抽象的模型，是系统分析中采用最多的模型。 首先，数学模型是定量化的基础。其次，数学模型是科学实验的重 要补充手段，重要的预测工具。最后，数学模型是现代科学管理的重要 工具。
21
1.2.2系统建模方法
系统模型的建立，即系统的模型化，它是预测实体未来行为与状态变化的智力结 构和数量化方法。 系统工程中使用的模型，通常都包括有可控变量和不可控变量，可有如下形式： U＝f(Xi，Yi) 式中：U为描述系统功能质量的效用或准则值，有时称为目标函数；Xi为可控变量；

管理系统仿真

管理系统仿真

本书的编写、出版受2007‘北京市高等教育精品教材建设项目资助A管理系统仿真与GPSS/JAVA任毅孙健著清华大学出版社2008 年 12 月内容简介本书以作者自主开发的仿真软件GPSS/JA V A为基础，系统阐述了管理系统建模与仿真技术的应用，旨在使读者对GPSS和GPSS/JA V A仿真系统的建模方法有深入的理解和全面的掌握。

并能够应用于解决各种管理工作的实际问题。

全书共分9章。

第1章为绪论；第2章介绍了系统仿真的基本概念；第3章介绍了GPSS建模的基本概念和方法，并说明了GPSS/JA V A的特点和使用方法；第4章介绍了GPSS/JA V A的初级部分，即GPSS/JA V A的基础模块语句和控制语句；第5章介绍了仿真模型的初始化操作、模型输入操作及模型运行的内部机制；第6章介绍了随机数的生成、函数实体和标准随机函数；第7章介绍了GPSS/JA V A的中级建模技术部分，包括标准属性和动态实体参数，以及用于实现测试、比较、统计、循环和选择等模型功能的模块语句，在此基础上可建立比较复杂的仿真模型；第8章介绍了GPSS/JA V A的高级建模技术，主要包括动态实体的分裂、装配、匹配和聚集等，以及用户链和设备的抢占等内容；第9章介绍了GPSS/JA V A集成开发环境的使用及其仿真类库的结构与组织。

本书可以作为高等院校信息管理与信息系统专业、企业管理和经济类专业、交通与物流类专业以及计算机应用等工程类专业的专科生、本科生和研究生的教材或参考书。

本书对于企业的管理者、决策者和工程技术人员了解、学习和掌握系统建模与仿真技术，亦有较大的参考价值。

前言仿真是一个建立实际系统或设想系统的计算机模型的过程，其目的是通过该模型的试验来更好地理解系统在给定条件下的行为。

管理系统属于复杂社会系统，往往存在众多复杂又相互关联的因素；系统中事件的发生具有随机性，不确定性；而且决策方案具有多样性，需要甄别选优。

运筹学以整体最优为目标，从系统的观点出发，力图以数学方法来解决管理系统中的统筹协调问题，为决策者提供建设性意见，目前已广泛应用于工商企业、民政事业和军事研究等部门。

第一章 绪论 《系统建模与仿真》PPT课件


分相邻两工件均在弯道与分别位于
弯道和直道两种情况讨论。对于前 者有：
a l L1(r) 2r arctan r b
对于分别位于弯道和直道的情况，
则有：
l L2 (r) a
r 2 b2 2r arctan
rb r b
例如，一个长为l，质量为m单摆，单摆的运动是简谐运动，其周期 是
T 2 l
系统建模与仿真的发展历史及趋势
年代
1600～1940
20世纪40年代
20世纪50年代中 期
20世纪60年代
20世纪70年代
20世纪70年代中 期
20世纪70年代中 期
20世纪80年代中 期
20世纪90年代
发展的主要特点 在物理科学基础上的建模 电子计算机的出现 仿真应用于航空领域
工业控制过程的仿真 包括经济、社会和环境因素的大系统仿真 系统与仿真的结合，如用于随机网络建模的SLAM仿真系统
从题目给的已知条件，可以列出以下情况：
2的倍数加1＝3、5、7……119； 3的倍数加2＝5、8、11……119； 4的倍数加3＝7、11、15……119；
5的倍数加4＝9、14、19……119； 6的倍数加5＝11、17、23……119；
119
7的倍数加0＝7、14、21、……119。
多面体的顶点数、面数与棱数
不适合仿真的规则
1.当问题可用普通方法解决时，不应使用仿真。 2.问题可得到解析解时，不应使用仿真。 3.如果直接实验更为简单，不应使用仿真。 4.如果成本超过仿真节约的费用，不使用仿真。 5.如果没有足够的资源，不使用仿真。 6.如果没有足够的时间，不使用仿真。 7.如果无数据可用，甚至无法估计，则不建议使用仿真。 8.如果没有足够的时间或无人可用，则仿真是不适合的。 9.如果对仿真有不合理的预期（如要求过多过快，或对 仿真德能力被过高估计），则仿真是不适合的。 10.如果系统行为太复杂或不可定义，则不适合使用仿 真

第一章 系统建模与仿真概述

第一章系统建模与仿真概述系统：系统是由两个以上相互区别或相互作用的单元有机的结合在起来，完成某一功能的综合体。

系统的特征：1.系统的整体性2.系统的层次性3.系统的相关系4.系统的目的性5.系统对环境的适应性系统：模型：模型是对系统的特征要素，有关信息和变化规律的一种抽象表述、它反映了系统某些本质属性，描述了系统各要素间的相互关系，系统与环境之间的相互作用。

模型的意义：1.客观实体系统很难做试验，或者根本不能做实验。

2.对象问题虽然可以做试验，但是利用模型更便于理解。

3.模型易于操作，利用模型的参数变化来了解现实问题的本质和规律更加经济方便。

系统模型的种类：抽象模型和形象模型抽象模型：数学模型图形模型计算机模型概念模型形象模型：模拟模型实体模型建立模型的步骤：1.弄清问题，掌握实际情况2.搜集资料3.确定因素之间的关系4.构造建模5.求解模型6.检验模型的正确性系统建模预防针的一般方法和步骤（P17）仿真的发展趋势：建模方法面对对象仿真分布交互仿真人工智能与计算机仿真虚拟现实仿真Internet网上仿真第二章商贸物流系统建模与仿真商贸流通在社会经济中的地位与作用：1，商贸流通是连接生产和消费的纽带；2，商贸流通对生产具有反作用；3，商贸流通是国民经济现代化的支柱。

商贸活动的内容：1，商流，对象物所有权转移的活动称为商流。

2，物流，是指事物从供给方向需求方的转移。

3，资金流，主要是指资金流的转移过程，包括付款，转账等过程，是整个商贸活动的目的。

4，信息流，指商品信息的提供，商品促销信息，技术支持，售后服务等内容，也包括诸如询单价，报单价，付款通知单，转账通知单等商业贸易单证以及交易方的支付能力和支付信誉。

预测：所谓预测就是人们对某一不确定的或未知事件的表述。

预测的作用：从变化的事物中找出使事物发生变化的变化的固有规律，寻找和研究各种变化现象的背景及其演变的逻辑关系，从而去揭示事物未来的面貌。

判断预测方法：一，部门负责人评判预测法；二，销售人员估计法；三，德尔菲法；四，历时类比法。

第1讲管理系统模拟概论


比如一个制造系统，系统输入包括原材料和设计工艺文件等等， 转化过程包括所有的加工工序，而系统的输出则包括制造出的产品 等。
系统的输入和输出不一定是具体的实物，而可以是相互关联的逻辑 变量（比如烤箱的温度与食物被烤熟的时间长短）。
计算机模拟应用对象：生产制造系统、交通运输系统、电讯或者通讯网 络系统、商业服务系统、医疗卫生系统、行政管理系统、军事系统和其他 的社会系统。
第3页，本讲稿共31页
0.引言
作为复杂管理系统的分析、决策和设计方法， 计算机模拟越来越受到人 们的重视，并作为21世纪的“目标技术”，早已得到西方发达国家的推崇，在北 美上千所设置了工程类和管理类专业的大学里，有80％以上的院系都开设了本科 与研究生的计算机模拟课程。
计算机和人工智能技术的飞速发展，导致了计算机模拟原理和工具也在不断地 发展和更新，管理系统模拟出现了各类思想、概念、方法和术语。国内学术界 对管理系统模拟的定义、分类也没有达成统一的共识，很不利于管理系统模拟 在实际应用中的推广和在学术研究上的深入。
（Complicated，精密）和复杂的（Complex，麻烦）。
第15页，本讲稿共31页
1）难解系统
指那些能够被数学模型描述的系统，但是由于数学模型过于复杂，以致于无法用
常规方法解题。例如，一辆机动车、一部CD-player等有大量的零部件，虽然这样的系统具有
复杂的结构和精密的功能，但是毕竟可以用庞大的、数学的、静态的模型来描述和分析（让我们来
性的，也可是离散性的。 下图表示了具有连续时间或离散时间的连续系统的状态与时间的关系。
状 态
时间
连续型系统(连续时间)
状 态
时间
连续型系统(离散时间)
第11页，本讲稿共31页

系统仿真第一章


什么时候采用实际电阻模型，取决于应用场合。
§2、模型：桥梁，可用的替代物。
是替代系统的东西（原因：1、系统不存在 2、直接研究系统不方便或不经济） 。 ∵要替代原系统，∴对模型有要求。 系统模型
原物 代替物(模型）
分析法（解析法） ：理论 计算（实验）法： 仿真 对模型的研究结果，看做对系统的研究结果， ∵模型≠系统（不确定、简化等） ∴理论、仿真与实际必有差异。
仿“假” 。→用仿真手段研究控制系统，必须考虑环境等不确定性因素。
② 系统本质具有不确定性。 一个系统，在研究目的性的导引下，对实体、属性、运动和环境 做了明确的描述后，此系统才是确定的。 这种描述，就是模型及其解。一般而言，与实际系统不一致。 →系统是不确定性的。 系统一般不可能完全描述。→所以，具备不确定性。→所以，需控制 →所以，需负反馈。→负反馈的本质是可以在一定程度上（稳定，即 稳定裕度范围内）对付系统的不确定性（外扰、内扰、未建模状态、 测量噪声、 时变参数、 时变特性等） 。 具体技术有： 稳定裕度、 灵敏度、 鲁棒性、自适应性、干扰分布等。 →仿真可信度问题（不完全描述，其解怎么可信？） →仿真必须包含主要因素，且仿真算法本身误差要合理。 例：实际电阻： 理想
三、环境：
问：为何？
研究系统控制问题，仅研究系统本身（上述三个方面）是不能满足控制要求 的，还需要研究系统的环境。比如，西安地区风不大，设计控制系统的时候 如果电机力量源储备不够， 则在新疆达阪城风大的地区， 可能被风吹得反转， 或精度不够（吹偏 1°） 。 1、 定义：系统自身之外的事物，这些事物对系统有影响。如气流。 2、 例： 3、 讨论： ① 一个系统，可以看成另一系统的子系统。环境可看成更大一级意义上 的系统。 一个系统，可看成许多子系统的集合。 系统控制，实际上是对更大一级系统的一个子系统的控制。 ∴必须考虑环境及其他子系统的影响。仿真是手段之一 例：系统的概念（外延、范围）不仅与实体有关，还与研究者的目的 有关。比如飞机，自动驾驶仪时，为系统；航管时，为一个子系统。 仿真时，也需考虑环境。否则，与实际不符。
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若研究的目的是考察系统动态响应的模式(指数增长、振荡、 收到的订货单 稳定性等)，就适宜将系统作为连续系统来处理 注：虚线表示信息反馈 若研究的目的是生产制造子系统加工顺序的合理安排，以便 ——生产——库存——销售系统 图1-1 简单的订货 能够按期履行订货合同，并使得设备利用率尽可能提高，那 就适宜将系统作为离散系统来处理。这样，可以按一定的分 布产生订货单和每份订单的订货数量，追踪每一份订单的制 造和交货过程，从大量的仿真试验中得出最佳排序准则和期 量标准。
1.2 系统模型与决策
输入参数、模型和输出参数的关系
建模得到的 辅助决策的 “答案”
1.2 系统模型与决策
1.2.3 系统模型的分类 系统模型的分类 ①描述模型 简明叙述系统构成、边界和主要功能， 系统分析和设计的目的与任务等。 ②物理模型 根据系统之间的类似性而建立起来的 模型 ③数学逻辑模型 系统各种变量的数学逻辑关系的 抽象表述。通常是一些代数方程和微分方程的组合， 用来描述系统的结构和性能（静态模型与动态模型 ）。 ④流程图和图解式模型 运用表格或图解形式比较 直观、明确地说明系统各组成部分以及它们之间的基 本逻辑关系。 ⑤计算机程序 在上述模型基础上，运用计算机语 言编写计算机程序作为计算机仿真的工具。
s S 20 40 20 60 20 80 20 100 40 60 40 80 40 100 60 80 60 100
1 2 3
几个含有随机变量决策问题的实例
• 例3，小型生产物流系统模型 小型生产物流系统由零件到达系统、四个加工单元（Cell），以 及零件离开系统等环节构成。cell1、cell2和cell4各有一台机器， cell3有两台机器，其中较新的一台机器的加工时间是另一台的80%。 这个系统生产三种类型的零件，每种零件的加工顺序和加工时间 （以分钟为单位）如表所示。所有的加工时间服从三角分布，表中 cell3的加工时间是旧机器的加工时间。各种零件混合在一起到达系 统，到达间隔时间服从均值为13分钟的指数分布，
式中：Z为订货量；s为临界库存量，低于此值就要订货；S为库存容 量；I为月初(订货之前)的实际库存水平。订货后交货所需时间(称交 货延迟)为0.5到1个月时间均匀分布的随机变量。
几个含有随机Βιβλιοθήκη 量决策问题的实例当顾客需求发生时，如果库存量大于等于需求量，顾客的需 求立即得到满足。如果需求量大于库存量，需求超过供应的 数量被作为缺货额由以后交付补足，在这种情况下新的库存 量等于老的库存量减需求量，是一个负值。当订货到货时， 首先用来如数交付所欠的缺货额，然后把余额入库。 假定一开始 ，并且没有欠付的订货。采用每月平均总费用 （它是月平均订货费，月平均库存费和月平均缺货损失费的 总和）来比较下面9种库存订货策略，辅助决策。
1.2 系统模型与决策
建模的目的是为决策提供信息。通过模型理解系统是如何运 行的，通过模型预测系统将对各项决策做出什么反应，辅助决 策。 决策由输入变量的值、系统运作的政策、规则支配。 例如， 输入参数－结账台数目的变化（4→5），排队规则的变化等。 输入参数：收银员4；平均到达时间间隔0.85分钟；服务时 间均匀分布 U（0.2，5.0）。 输出参数：等待服务的顾客平均数、顾客平均等待时间、收 银员的利用率。 决策问题：配备多少收银员使得系统中顾客等待时间最小， 同时尽可能提高收银员利用率。
注：虚线表示信息反馈
总之，如果是研究系统的结构、作用机理，就可以将系统看 作是确定性的。而若是研究系统的参数优化、作业计划的合 理安排以及预测等，通常应将系统看作是随机的。确定性假 设的简化程度高，而随机性假设更接近真实情况。
1.1系统及其分类 （2）连续系统和离散系统
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1.1系统及其分类
系统 订单率 综合计划子系统 投入率 生产制造子系统 生产率 库存子系统 交货率 市场
1.1系统及其分类
系统 订单率 综合计划子系统 投入率 生产制造子系统 生产率 库存子系统 交货率 市场 订单率
1.1系统及其分类
系统 投入率 综合计划子系统 生产制造子系统 生产率 库存子系统 交货率 市场
收到的订货单
收到的订货单 注：虚线表示信息反馈 ——生产——库存——销售系统 图1-1 简单的订货
1.1系统及其分类
系统是由多个相互依赖、相互作用的要素按某种
第一章 系统仿真概论 1.1 系统及其分类 1.2 系统模型与决策 1.3 系统仿真 1.4 系统仿真的步骤 1.5 仿真技术的应用
规律组合起来的、实现特定功能的有机整体。 系统分类 （1）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 的转换关系(包括决策、措施等)所决定的系统。 • 随机系统是在既定的输入下，系统的输出是非确 定的，带有随机的性质。产生随机性的原因是由 于在系统的输入过程和转换过程中存在多种难以 预知的偶然因素的作用。 • 一个系统描述为确定性系统还是随机系统取决于 研究目的。
零件 加工单元/时间 1 TRIA(6，8，10) 加工单元/时间 加工单元/时间 加工单元/时间 加工单元/时间
2 3 4 TRIA(5，8，10) TRIA(15，20，25) TRIA(8，12，16)
1 2 4 2 3 TRIA(11，13，15) TRIA（4，6，8）TRIA（15，18，21） TRIA(6，9，12) TRIA(27，33，39) 2 TRIA(7，9，11) 1 3 TRIA(7，10，13) TRIA(18，23，28)
• 小型制造系统的布局
几个含有随机变量决策问题的实例
上述问题含有许多随机变量，用大家熟悉的运筹和 统计方法求解困难甚至不可能，建模与仿真则是求 解这类问题的有效方法。
本门课程的主要内容 管理建模与仿真方法概述 仿真涉及的概率统计知识和随机变量生成方法 静态随机决策问题与仿真技术应用：投资项目风险 分析模型，单周期库存模型，股票、期权价格和投 资组合方案的仿真建模技术 离散事件仿真建模基本概念 可视化交互仿真软件Arena建模技术及应用：重点 介绍服务系统、物流系统、制造系统仿真建模实用 方法。 考核：平时30%，EXCEL静态仿真建模作业30% ，Arena仿真建模作业40% 主要参考书：
研究的目的是系统对市场订货变化(突然增加或减少)的动态响 ——生产——库存——销售系统 图1-1 简单的订货 应的特性，就可以将系统作为确定性系统来处理，即将定单 率、投入率、生产率、交货率看作常数或与相应的累积量成 正比的量。 研究的目的是系统如何适应市场需求的不断变化并保持自身 的相对稳定，就应将系统看作随机系统，也就是将定单率、 生产率等看作随机变量。
问题描述 顾客的到达时间间隔为均值为0.85分钟的指数分布。 有4个结账柜台，每个柜台都有其自己的队列。 一旦到达，顾客加入队列最短的那列。 柜员空闲时，顾客到达后将立即工作。 每个队列按顾客先到先服务的规则进行服务。 服务时间服从0.2至5.0分钟的独立均匀分布。 服务完成后，顾客离开系统。
1.2 系统模型与决策 抽象和简化系统： ①不精确考虑商店的货架和物品。 ②到达时间间隔设为独立相同的指数分布。 ③服务时间设为独立相同的均匀分布。 ④不允许顾客换队列，即当其他队列更短或者为 空时，等待的顾客不能够换队列。 ⑤每个队列严格服从先到先服务的规则。
• 例1，一天中便利店的汽油销售件数服从均值为12.3 的泊松分布。每次销售额是三角分布的随机变量 TRIA（4.33, 14.10, 37.48），单位为美元。假如便 利店每天经营成本估计是200美元，经营这家便利 店盈利的可能性（概率）有多大？
S I ,I s Z 0,I s
隽志才编《管理系统仿真建模及应用》清华大学出版社2010年 肖田元等编著，《系统仿真导论》清华大学出版社2000年 Andrew F.Seila. Applied Simulation modeling. Thomson Learning,Inc.2003. Averill w and W.David Kelton 《Simulation Modeling and Analysis》(3),清华大学出版社，2000 Jerry Bank, John S. 《离散事件系统仿真》英文版第四版， 机械工业出版社，2005。（中译本） W. David Kelton, 《 Simulation with Arena》 ， McGraw-Hill Companies,2002。
（3）线性系统和非线性系统
1.2 系统模型与决策
1.2 系统模型与决策
1.2.2 利用系统模型辅助决策 超市结账系统示例
顾客到达 队列 结帐台 顾客离去
1.2.1 系统模型


系统模型是对一个存在的系统或计划建立的系统的某种形 式的表述。 －由与研究目的有关的因素构成，体现了诸因素间的关系。 －建立和运用系统模型的目的是指明系统的主要组成部分 及它们的主要关系，对系统的行为和功能进行分析和研究。 －模型是对实际系统的抽象概括和简化 －建模的一般原则是模型的复杂程度满足研究目的要求 构模观点 是构造模型的一套描述和分析问题的观点、概 念和方法的总称。 构造系统模型时要注意所采用的构模观点是否适合研究对 象的性质及研究目的的要求。
几个含有随机变量决策问题的实例
第一个零件在0时刻到达。各种零件的分布情况为：零件 1占26%、零件2占48%、零件3占26%。所有零件从左边进 入系统，从右边离开，在系统中以顺时针方向移动。现在， 忽略距离的因素，假定在任一对单元之间的移动时间都是2 分钟。考察各机器利用率、排队时间和队长以及各种零件的 系统逗留时间（从进入到离开）。对系统资源配置和作业效 率进行优化。
仿真(simulation)是对客观世界实际过程或系统
助教：王丹凤 手机：18217559131 QQ：1391082459
管理建模与仿真
安泰经济与管理学院 隽志才 教授
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