《离散系统仿真与优化——面向工业工程的应用》教学课件 6 - 输入数据分析

第六章离散事件系统仿真离散事件系统是指受事件驱动、系统状态跳跃式变化的动态系统．系统的迁移发生在一串离散事件点上。

这种系统往往是随机的．具有复杂的变化关系．难于用常规的微分方程、差分方程等方程模型来描述．一般只能用流图或网络图描述．如果应用理论分析方法难于得到解析解，甚至无法解决．无疑仿真技术为解决这类问题提供了有效的手段。

离散事件系统大量地存在于我们的周围．超级市场管理系统、银行服务系统、公交管理系统、车间加工调度系统等．其中到达市场和银行的顾客、上车和下车的旅客、等待加工的工件，都是影响系统变化的“事件”．是在离散时刻随机产生的。

利用仿真技术对这些系统进行研究分析．可以了解它们的动态运行规律．从而帮助人们做出是否需要增加新的市场和银行的决定，可以协助人们合理地调度车辆和安排工序．本章首先介绍离散事件系统仿真的基本概念，并对几种典型随机分布，变量的数字仿真问题作了说明．然后介绍主要的仿真方法。

着重结合实际例子介绍排队网络、随机库存系统、等儿类离散事件系统的仿真方法。

最后介绍Petri网和形式化描述的建模方法。

6．1离散事件系统与模型对离散事件系统的研究．最早可追溯到对排队现象和排队网络的分析，排队论最早由A．K．Erlang 于1918年提出，在管理通信和各类服务系统中有着广泛的应用。

离散事件系统大量地存在于客观现实之中，如交通管理系统、库存管理系统、加工系统、能源规划、电话通信系统、人口管理等，排队论、网络分析、数学规划和调度排序等方法是解决这类问题的主要数学方法。

但是，利用仿真技术对离敞事件系统进行研究，在国内还是最近20年的事。

随着计算机技术、信息处理技术、控制技术、人工智能技术等新技术在军事指挥，军事训练、现代通信、制造等领域的发展和应用，出现了一大批存在着离散事件过程的人造系统．例如．武器群指挥衽制决策系统(其中影响其决策的因素很多．如攻防双方兵力损毁的概率事件等)、计算机生成兵力、记算机／通信网络系统、柔性制造系统等。

离散控制系统中的系统仿真与优化离散控制系统是一种通过离散时间点上的输入和输出信号之间的关系来控制系统行为的系统。

在现代工业中，离散控制系统的应用非常广泛。

为了提高离散控制系统的性能和稳定性，系统仿真和优化技术成为必不可少的工具。

本文将探讨离散控制系统中系统仿真与优化的重要性和应用。

一、系统仿真系统仿真是用计算机模拟离散控制系统行为的过程。

通过仿真，可以有效地预测系统的性能和行为，以便对系统进行分析和优化。

系统仿真有以下几个重要的步骤：1. 建立数学模型：将离散控制系统抽象为数学模型，包括系统的输入、输出和状态方程。

数学模型的建立需要了解系统的物理特性和控制策略。

2. 确定仿真参数：确定仿真的时间步长和仿真的时间范围。

时间步长需要根据系统的快慢和仿真的要求进行选择，时间范围需要涵盖系统的全部行为。

3. 编写仿真程序：使用编程语言编写仿真程序，根据数学模型进行计算和仿真。

仿真程序需要考虑系统的输入和输出信号、状态变量和控制算法等因素。

4. 运行仿真程序：运行编写的仿真程序，获得系统在不同时间点的输入和输出信号。

可以通过图形界面或者数据分析工具对仿真结果进行可视化和分析。

系统仿真可以帮助工程师深入理解离散控制系统的工作原理和特性。

通过对仿真结果的分析，可以发现潜在的问题和改进的潜力，为系统优化奠定基础。

二、系统优化系统优化是指通过改变系统的参数和控制策略，以达到性能和稳定性的最佳化。

离散控制系统的优化可以通过以下几个方面进行：1. 参数调整：通过调整系统的参数，如增益、阈值等，来改变系统的响应特性。

参数调整可以通过试错法或者优化算法来实现。

2. 控制策略设计：通过设计合理的控制策略，如PID控制、模糊控制等，来提高系统的性能和稳定性。

控制策略设计需要考虑系统的动态特性和控制目标。

3. 信号滤波：对系统的输入和输出信号进行滤波处理，去除噪声和干扰，提高系统的鲁棒性和稳定性。

系统优化的目标是使系统的性能指标达到最佳化，如稳定性、响应时间、误差等。

工业工程中的系统仿真与优化在现代社会，工业工程是一门涉及生产流程、设备运作以及人力资源等方面的学科。

而在工业工程的实践中，系统仿真和优化是两个重要的概念。

本文将探讨系统仿真和优化在工业工程中的应用，并介绍相关的方法和技术。

一、系统仿真系统仿真是指通过建立模型来模拟实际系统的运作情况。

这些模型可以是基于数学方程的数值模型，也可以是基于计算机模拟的离散事件模型。

通过仿真可以模拟和评估不同的决策，从而帮助工程师做出有效的决策。

在工业工程中，系统仿真可以应用于以下方面：1. 生产流程优化：通过建立生产流程的仿真模型，可以模拟不同的生产策略和决策。

工程师可以根据模拟结果来优化生产流程，提高生产效率和质量。

例如，在汽车制造业中，可以通过仿真模拟来优化生产线的布局和工艺流程，以提高生产效率。

2. 设备维修和优化：通过建立设备运作的仿真模型，可以模拟设备的运行情况和维修过程。

通过模拟维修过程，工程师可以评估不同的维修策略和决策，以提高设备的可靠性和维修效率。

3. 运输和物流优化：通过建立运输和物流系统的仿真模型，可以模拟不同的物流策略和决策。

工程师可以根据仿真结果来优化运输路线和货物分配，以提高物流效率和降低成本。

二、优化方法优化是指在给定约束条件下，寻找能够使目标函数达到最优的解决方案的过程。

在工业工程中，优化可以应用于以下方面：1. 生产调度优化：生产调度是指根据不同的订单和产品要求，合理安排生产任务和资源分配的过程。

通过优化方法，可以找到最优的生产调度方案，以最大程度地满足订单需求，同时最小化生产成本和时间。

2. 设备布局优化：设备布局是指合理安排设备和工作站的位置，以提高生产效率和质量。

通过优化方法，可以找到最优的设备布局方案，以最小化运输距离和等待时间，提高设备利用率和生产率。

3. 库存管理优化：库存管理是指根据需求和供应情况，合理控制和管理库存的过程。

通过优化方法，可以找到最优的库存管理策略，以最小化库存成本和缺货风险。