毕业论文
题 目 离散型制造系统生产过程仿真
学 院 济南大学毕业论文
1 1 前言
1.1 国内外研究现状
由于制造系统变得越来越复杂并且内部关联性越来越强。仿真技术成为其研究的重要手段。仿真技术是借助计算机技术、网络技术和数学手段，采用虚拟现实方法，对制造系统进行实际模仿的一项应用技术。我国的制造仿真技术虽然起步晚，但发展较快，成就显著。制造系统是典型的“离散事件动态系统”[1]。离散事件动态系统是系统的状态空间描述为离散集，状态转移仅仅发生在离散的时间点上，同时状态的转移与事件紧密联系的系统。基于此，结合课题选取witness技术对制造系统进行仿真建模。
目前进行的制造业的机械加工过程仿真，主要有两种情况[2]：一种是从研究金属切削的角度出发，仿真某具体切削过程内部各因素的变化过程，研究其切削机理，供生产实际与研究应用；另一种则是将加工过程仿真作为系统的一部分，重点在于构造完整的虚拟制造系统。这两种方式的方法是相同的，即首先对机械加工工艺系统建立连续变化模型，然后用数学离散方法将连续模型离散为离散点，通过分析这些离散点的物理因素变化情况来仿真加工过程。
1.2 研究意义
制造系统的设计，往往是在一定约束条件下，实现生产过程中投入少，获取多的经济效益最高的综合目标。利用witness仿真建模技术对制造系统中各产品及其零件的加工工序和组装成品进行仿真模拟，不仅可以解决传统运筹学建模中制造系统离散、复杂的约束，而且可以在真实建造前，直观动态的检测整个制造系统的运行状态，以求使制造系统的价值潜力得到最大的发挥，提高企业的效率和利润。
具体上讲，利用witness仿真技术根据制造中心的工艺设备参数和工艺流程建立起来的计算机仿真系统，可以形成直观立体的仿真动画，提供生产系统的生产量，确定瓶颈位置，报告资源利用率[3]。还可以被用来支持投资决定，校验制造系统设计的合理性，通过对不同的生产策略进行仿真实验来找出最优解。仿真运行结束后可根据统计数据生成仿真报告，显示各个生产设备的利用率、空闲率、阻塞率等数据。最后根据仿真报告提供的数据对制造系统的优缺点进行判断，做出科学决策。
离散事件系统仿真技术与实例
概述
离散事件系统仿真是一种模拟离散事件的技术，通过模拟系统中的事件和它们之间的相互作用来分析和优化系统的性能。在实际应用中，离散事件系统仿真可以用于评估不同策略的效果，预测系统的行为，甚至设计新的系统。本文将介绍离散事件系统仿真的基本原理和常用方法，并通过实例进行演示，帮助读者深入了解该主题。
离散事件系统仿真的基本原理
离散事件系统仿真基于以下几个基本原理进行模拟：
1. 离散事件
离散事件是指在系统中发生的具体事件，它们可以是系统内部的操作，也可以是外部的输入。离散事件系统通过跟踪和处理这些事件来模拟系统的运行过程。
2. 事件驱动仿真
离散事件系统仿真是一种事件驱动的仿真方法。系统在仿真过程中，根据当前的状态和已经发生的事件，确定下一个要处理的事件，并执行相应的操作。这种方法可以更加准确地模拟实际系统的行为。
3. 随机性
离散事件系统仿真通常包含一定的随机性。系统中的事件往往是基于概率模型，具有一定的随机性。这使得仿真结果更加真实，能够反映系统在不同条件下的不确定性和变化性。
4. 时间推进
离散事件系统仿真通过推进时间来模拟系统的运行。仿真过程中，系统的时间可以是离散的，也可以是连续的。根据实际系统的特点，选择合适的时间推进策略对系统进行仿真。 离散事件系统仿真的方法和工具
1. 事件扩展Petri网方法
事件扩展Petri网是一种常用的离散事件系统仿真方法。它将Petri网模型与离散事件模型结合起来，能够较好地描述事件之间的相互作用和系统的行为变化。
2. Agent-based仿真方法
Agent-based仿真是另一种常用的离散事件系统仿真方法。它将系统的各个组成部分建模为独立的智能体，并模拟它们之间的相互作用和决策过程。Agent-based仿真在复杂系统的建模和分析中具有较好的灵活性和可扩展性。
3. 常用工具
在离散事件系统仿真中，有许多常用的工具可供选择。例如，Arena是一款功能强大的商业仿真软件，提供了丰富的建模和分析功能。另外，AnyLogic是一种多方法仿真工具，支持离散事件仿真和Agent-based仿真等多种方法。
第四章离散事件系统仿真方法1
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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
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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。
离散事件系统仿真方法
离散事件系统仿真方法（DES）是一种表达系统行为的数学模型，在计算机科学和工程领域中得到广泛应用。DES主要用于对系统的离散事件进行建模和模拟，离散事件是系统中可以显著影响系统行为的事件，这些事件的发生时间是离散的，它们之间是分开的。
下面介绍几种常用的离散事件系统仿真方法：
1. 事件列表驱动（Event List Driven）：事件列表驱动方法是最基本的 DES 方法。在这种方法中，所有可能发生的事件都被列在一个事件列表中，事件按照发生的时间顺序排列。仿真器会检查事件列表中最早发生的事件，并将系统状态更新到该事件发生的时间点。然后仿真器会触发该事件，并处理该事件引发的状态变化。
2. 过程导向（Process Oriented）：过程导向方法是一种更高级的
DES 方法。在这种方法中，系统被分解为一系列并发的过程，每个过程负责处理一类事件。过程之间通过消息传递进行通信和同步。仿真器会根据系统的当前状态选择一个过程，并将事件分发给该过程进行处理。过程在处理事件时可以触发其他事件。
3. 状态类（State-based）：状态类方法是一种根据系统状态的改变来驱动仿真的方法。在这种方法中，系统的状态由一组状态变量来表示，仿真器会根据系统当前状态和一组状态转移规则来选择下一个事件的发生时间和类型。状态类方法更适合描述那些状态随时间变化比较复杂的系统。
在进行离散事件系统仿真之前，需要确定系统中所有可能发生的事件和它们的发生时间。一般来说，确定事件和发生时间是根据系统的规范和需求来完成的。此外，仿真器还需要记录和输出仿真结果，以便进行分析和评估。
离散事件系统仿真方法在很多领域都有应用。例如，在运输领域，可以使用DES方法来优化交通流量和路网规划。在制造业中，可以使用DES方法来优化生产线的布局和调度。在通信领域，可以使用DES方法来评估无线网络的性能和信道分配策略。
综上所述，离散事件系统仿真方法是一种用于模拟和分析系统行为的重要工具。不同的仿真方法可以适用于不同的系统和问题，选择合适的仿真方法可以提高仿真的效率和准确性。
