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制造系统的建模方法概述(ppt 65张)

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系统模型与系统建模方法ppt课件

系统模型与系统建模方法ppt课件
（三） 模型化 1、模型化的定义
模型化就是为了描述系统的构成和行为，对实体系统的各种因素进行适当筛选后，用一定方式（数学、图像等）表达系统实体的方法即建模过程
*
2、模型化的本质、作用及地位 1.本质：利用模型与原型之间某方面的相似关系，在研究过程中用模型来代替原型，通过对于模型的研究得到关于原型的一些信息。 2.作用：①模型本身是人们对客体系统一定程度研究结果的表达。这种表达是简洁的、 形式化的。②模型提供了脱离具体内容的逻辑演绎和计算的基础，这会导致对科学规律、理论、原理的发现。③利用模型可以进行“思想”试验。 3.地位：模型的本质决定了它的作用的局限性。它不能代替以客观系统内容的研究，只有在和对客体系统相配合时，模型的作用才能充分发挥。
案例：台湾省建立核电厂
What要干什么？在研究台湾省核电厂的建立问题时，用SA法探讨在台湾建设核电厂的可行性如何 Why为什么在台湾省建立核电厂？因为台湾省自产能源很少，历来靠岛外调进原油和煤炭发电，调进能源受政治，经济，交通运输等影响太大，自己无法掌握主动权，同时也为了减少环境污染和在经济上求得更廉价的电力 When何时建立为宜？电力是工业的先行官，要发展经济首先要发展电力工业。当前世界屡发能源危机，因此，为保证台湾经济的稳定与发展，建设核电厂刻不容缓
*
第二节 概述
三、建模的基本步骤 ②对系统进行一般语言描述 因为系统的语言描述是进一步确定模型结构的基础； ③弄清系统中的主要因素（变量）及其相互关系（结构关系和函数关系） 以便使模型准确表示现实系统； ④确定模型的结构 这一步决定了模型定量方面的内容；
*
三、建模的基本步骤 ⑤估计模型的参数 用数量来表示系统中的因果关系； ⑥实验研究 对模型进行实验研究，进行真实性检验，以检验模型与实际系统的符合性； ⑦必要修改 根据实验结果，对模型作必要的修改。

制造系统的建模方法

制造系统的建模方法

36
工业工程系
苏平
4 Petri网建模
Petri网的变迁规则
例1：检查变迁发生权， 顺序：t1 t2 t3 t4
①
p6
t2 p2
p5 t3 p4
检查t1 ： t1
p3
M(p2)=2 , M(p3)=2 , p1 M(p6)=1 I(p2 , t1)=1 , I(p3 , t1)=1 , I(p6 , t1)=1 O(p1 , t1)=1
14
工业工程系
苏平
3 活动循环图法
ACD模型的仿真运行
假设三台机床加工顺序为①→③→②
空闲 ②③ 加工 ① ②③ 就绪 ①②③ 机床 ACD (3) 安装 ① 工人 ACD (1) 等待
15
工业工程系
苏平
3 活动循环图法
ACD模型的仿真运行
假设三台机床加工顺序为①→③→②
空闲 ②③ 加工 ① ②③ 就绪 ① 机床 ACD (3) 安装 ① ②③ 工人 ACD (1) 等待
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工业工程系
苏平
4 Petri网建模
Petri网的变迁规则
例1：检查变迁发生权， 顺序：t1 t2 t3 t4
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工业工程系
苏平
3 活动循环图法
ACD模型的仿真运行
假设三台机床加工顺序为①→③→②
空闲 ①③ 加工 ① ②③ 就绪 ①②③ 机床 ACD (3) 安装 ② 工人 ACD (1) 等待
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工业工程系
苏平
3 活动循环图法
ACD模型的仿真运行
假设三台机床加工顺序为①→③→②
空闲 ①③ 加工 ① ②③ 就绪 ② 机床 ACD (3) 安装 ① ②③ 工人 ACD (1) 等待

第3章 生产系统建模方法

第3章 生产系统建模方法

系统建模方法概述
模型反映系统结构、参数及其主要行为 特征之间的关系,它是系统设计、运行和控 制的基础。根据建模手段和目标,可以将离 散事件动态系统模型分为三个层次:即逻辑 层次、统计层次和代数层次。本章介绍前 两个层次中的几种体系较完整且得到较多 工程应用的离散事件系统建模方法。
实体流图
概念 : 实体流图法采用与计算机程序流程图相类 似的图示符号和原理，建立表示临时实体 产生、在系统中流动、接受永久实体服务 以及消失等过程的流程图。该图可以表示 事件、状态变化及实体间相互作用的逻辑 关系。
活动循环图法
活动循环图法与实体流图法的比较 ①实体流图法是以临时实体在系统中的流动 过程为主线建立的模型，在实体流图中， 队列被作为一类特殊的实体来对待，各类 临时和永久实体没有独立的符号表示;而活 动循环图法则是基于各类临时和永久实体 的行为模式，它们均有其单独的图示表达 ，队列则被看做是实体生命周期中的一种 状态。
实体流图
常用符号： 菱形框——判断; 矩形框——事件、状态、活动等中间过程; 圆端矩形框——开始和结束； 箭头线——逻辑关系。
实体流图
具体建模思路：
(1)确定组成系统的实体及属性，将队列作为一种 特殊的实体来考虑。 (2)分析各种实体的状态和活动，及其相互间的影 响。队列实体的状态是队列的长度。 (3)考虑有哪些事情（事件）导致了活动的开始或 结束，或者可以作为活动开始或结束的标志 ，以确定引起实体状态变化的事件，并合并 条件事件。
活动循环图法
活动循环图法
活动循环图法
活动循环图综合
活动循环图法
思考某机械加工系统有两个实体:三台半自 动机床和一个操作工人。
活动循环图法
活动循环图的人工运行 首先确定系统初始状态。 ①在活动循环图上标记临时实体在初始状态 下的位置，给每个实体按到达系统的顺序 标号。 ②标记永久实体在初始状态下的位置。 “等待”或“空闲”

生产系统建模与仿真概述(PPT 156页)

生产系统建模与仿真概述(PPT 156页)

课程介绍
课程主要内容： •离散事件系统建模与仿真的基本原理 •离散事件系统建模与仿真的方法 •Petri网建模与仿真
课程的先修课程： •生产运作与管理 •运筹学 •计算机编程与应用技术 •概率论与数理统计
课程的考核方法： 完成相关作业及期末考核。
工业工程与管理系 Industrial Engineering & Management
1.3 服务系统仿真的特征
• 服务技术与服务管理的结合
工业工程与管理系 Industrial Engineering & Management
实例求解
• 实例目标：了解仿真 • 求解方法：手工仿真 • 求解平台：Excel • 求解原理：
– 每个文件的处理时间（工作时间tw）是一个随机过程，符合一定的 概率分布；
– 该工作人员一上班就开始处理文件，所以第一个文件处理的开始时 间就是仿真的开始时间（0时刻），后续文件的开始时间tf＝上一文 件的结束时间或休息后的时间；
在离散事件系统中，各事件以某种顺序或 在某种条件下发生,并且大都是随机性的， 不能用常规的方法加以研究。
连续系统事件的发生在时间和 空间上都是连续的。
在连续系统的数字仿真中，时 间通常被分割成均匀的间隔， 并以一个基本的时间间隔计时。
在连续系统仿真中，系统动力 学模型是由表征系统变量之间 关系的方程来描述的。
工业工程与管理系 Industrial Engineering & Management
1.1 离散事件系统仿真的基本概念
• 系统仿真方法适用怎样的领域？
系统仿真的方法适用于任何的领域
工程类
非工程类
机械 电子 化工 交通 管理 经济 政治

制造系统的建模方法概述

制造系统的建模方法概述

3.2.3 广义模型化方法
3 建模基本步骤 7）广义模型运行维护 所建造的广义模型投入试运行，在试运行过程中，进
行模型的校正、增删和更新等维护工作。
3.2.3 广义模型化方法
3 建模基本步骤 8）广义模型评价鉴定 根据试运行结果，对广义模型的适用性进行评价和鉴
定
由此可见，广义模型化的步骤是一个具有多重信息反 馈的模型设计、建造调试、运行维护的过程
3.2.2 广义模型的概念
实际工作中，应根据具体任务的需求和环境条件的可 能，灵活的UN用上述三种模型。在知识模型、数学模 型、关系模型相结合的基础上，利用计算机软件进行 集成，建立使用与实际大系统的广义模型
从广义模型的概念可知，广义模型可以全面的（定性、 定量、静态、动态）描述实际系统的结构、参数、功 能和特性
3.2.2 广义模型的概念
1 知识模型 KM 运用人工智能和知识工程的方法和技术 如知识表达方法、知识获取技术所建立的知识模型
主要用于表达人们关于事物的定性知识和经验知识， 以便利用知识进行定性分析和逻辑推理，求解有关问 题
3.2.2 广义模型的概念
2 数学模型 MM 运用控制理论、系统辨识或运筹学及其他数学的方法
制对象数学模型-控制理论系统辨识方法等。
3.2.3 广义模型化方法
3 建模基本步骤 5）广义模型技术支持 采用计算机辅助建模技术，进行计算机仿真，建立模
型库等。
3.2.3 广义模型化方法
3 建模基本步骤 6）广义模型建造调试 应用“分解-联合”，“演绎-归纳”、“人机结合”
方法，以及有关具体建模方法。技术支持手段和设备， 建造广义模型的各子模型、关系模型、并构成总模型， 在计算机上联调
3.2.3 广义模型化方法

(ppt版)生产计划与控制制造系统的建模方法

(ppt版)生产计划与控制制造系统的建模方法
〔1〕识别实体和属性
①工人。 “安装工件〔RESET〕〞、“安装刀具〔RETOOL〕〞、“其 它活动〔AWAY〕〞、 “等待〔WAITING〕〞 。
②机床。：“安装刀具〞、“安装工件〞和“加工〔RUNNING〕〞。
2022/1/6
5
第五页，共七十一页。
活动循环(xúnhuán)图法〔ACD〕--举例
① N=〔P，T；F〕是构成∑的基网；
② K，W，M0分别为N上的容量函数、权函数和初始(chū shǐ)标识。
▪ 初始标识M0={m1,m2,…,mm}中的分量表示起始状态时相应库所 中令牌的数量。系统运行过程中的标识用M表示。
▪ 容量函数K表示库所的容量。有时，允许某些库所的容量为无
穷，表示这些库所的容量不会对系统的行为构成限制。
2022/1/6
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第十七页，共七十一页。
4.4.2 Petri的根本(gēnběn)概念
▪ 图形化表示： ▪ Petri网是由节点(jié diǎn)和有向弧组成的一种有向图。
▪ 用圆圈“0〞表示库所 ▪ 用短竖线“|〞或矩形“口〞表示变迁 ▪ 以联结库所与变迁之间的有向弧表示输入输出函数
▪ 用令牌〔token〕(库所中的黑点)表示库所中拥有的资源数量。
9
第九页，共七十一页。
• 4.4 Petri网建模与仿真 • 4.4.1 Petri网的概述
• 4.4.2 Petri的根本概念 • 4.4.3 Petri网的运行规那么
• 4.4.4 Petri网的变迁间的关系 • 4.4.5 Petri网的行为(xíngwéi)特性 • 4.4.6 Petri网的行为特性分析方法 • 4.4.7 Petri网的分类 • 4.4.8 Petri网建模举例 • 4.4.9 高级Petri网

第04章制造系统的数学模型


耗系数）进行计算。 投入系数用
aij
xij xj
,
i, j 1,2,L,n
aij 表示，其定义如下：
(4-6)
式中 aij 表示第 j 部门生产单位产品所需要的第
i 部门的投入量。
根据投入系数的定义可知，如果已知 ai，j 对于设定的产出 xj
则投入 xij可以按下式求出。
xij aij xj , i, j 1,2,L,n
第25页，此课件共51页哦
25
数 控 机 床 1
数 控 机 床 2
…
数 控 机 床 m
n个 夹 具
图4-5即为一由m台数控机床和n个夹具组成的摩托车零件数控加工系统 。由于在该系统中夹具的数量是固定的，加工完一个零件空出一个夹具后 ，才能投入一个新的零件，因此系统中最多只有n个零件。
由于在离散型制造系统中零件的种类很多，而且各类零件均需按照自己的 工艺路线到相应的设备上进行加工处理，也就是说，在这种系统中不但有多种 类型的顾客（零件），而且每类顾客需要多种类型的服务（零件需经多工序加 工处理才能完成），因此离散制造过程中的排队系统一般情况下都是比较复杂 的排队网络。
模型。
2.制造系统的数学模型主要包括解析模型、逻辑 模型和网络模型。
第3页，此课件共51页哦
3
三、制造系统的数学模型
1.解析模型
以一定的数学表达式去描述制造系统，它是对实际制造系 统或系统某一个方面问题的数学抽象。通过解析模型，人们有 可能分析系统的基本特征和性能参数。
2.逻辑模型
表示制造系统逻辑关系的模型，如方框图、活动循环图等 。
zi vi di mi
第9页，此课件共51页哦
4.2 制造系统的投入产出模型

制造系统建模与仿真讲义PPT学习教案

线性同余法举例
（m=24， a=13，c＝17，Z0＝5）
第18页/共36页
2021/8/23
Su Chun, Southeast University
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Introduction of random number
线 性 同 余 法 的代码 实现：
第19页/共36页
2021/8/23
Su Chun, Southeast University
常 用 分 布 类 型随机 变量的 实现：
第30页/共36页
2021/8/23
Su Chun, Southeast University
30
Introduction of random number
第31页/共36页
2021/8/23
Su Chun, Southeast University
31
Introduction of random number
第32页/共36页
2021/8/23
Su Chun, Southeast University
32
Introduction of random number
第33页/共36页
2021/8/23
Su Chun, Southeast University
33
Introduction of random number
第20页/共36页
2021/8/23
Su Chun, Southeast University
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Introduction of random number
② 混合同余法（Mixed congruence） ③ 乘同余法（Multiplicative congruence） ④ 取小数法
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制造系统结构描述模型
系统分析模型 系统设计实施模型
系统运行管理模型
3.1 制造系统建模概述
制造系统中需要用模型加以描述的对象包括
1）产品 2）资源
3）信息
4）组织和决策 5）企业过程 制造系统的任何建模方法或模型都是针对上述一个或
几个方面为重点，包罗万象的模型是不存在的。
3.2.3 广义模型化方法
1 系统建模和原则
3）主次性 大系统是ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ素众多的系统，是多变量、多输出、多输
入、多参数、多指标、多干扰的系统。 在大系统模型化中，要根据系统分析与综合的实际需 要和可能条件，在众多因素中，分清主次，把握主要 因素，略去次要因素，以便建立适用的模型。所建立 的模型即要有足够的精确性，反映实际系统特性，又 不过分复杂，便于进行系统分析与综合。
3.2.3 广义模型化方法
1 系统建模和原则
4）时空性 为判断模型的类型，需要对实际系统的时空特性进行
3.2 广义模型化方法
根据大系统理论，制造系统是一个典型的复杂大系统，
具有规模庞大、结构复杂、功能复杂、因素众多等大 系统共性。 利用大系统理论实现制造系统运行状态好、效益高、 稳定、可靠、优化、协调、是制造系统面临的重要课 题。 大系统模型化方面，现有理论继承了控制理论和运筹 学中的模型化方法，主要采用数学模型
3.2.1 广义模型化方法的提出
2，不确知性问题
人们对客观事物的认识能力存在局限性，因而对事物
不能确切的了解
由于大系统的复杂性，系统的所有方面难以为人们完
全确知，因此难以建立适用的、完整的、确定的系统 模型
3.2.1 广义模型化方法的提出
3，主动性问题
大系统往往是一个人机集成的系统，在大系统分析和
3 关系模型 RM
运用“图论”方法（Graph Theory）和逻辑学所建立
的各种关系模型 例如：赋值的有向图、无向图、树图、网络图、逻辑 式等
3.2.2 广义模型的概念
实际工作中，应根据具体任务的需求和环境条件的可
能，灵活的UN用上述三种模型。在知识模型、数学模 型、关系模型相结合的基础上，利用计算机软件进行 集成，建立使用与实际大系统的广义模型
3.2.1 广义模型化方法的提出
仅仅依靠数学模型难以描述复杂的大系统
1，不确定性问题 2，不确知性问题
3，主动性问题
4，适用性问题
3.2.1 广义模型化方法的提出
1，不确定性问题
A 模糊性 –由于人的思维、语言、行为方面的模糊性
所导致的不确定性。 人们对事物的认识是模糊的，主观上是不确定的，从 而造成思维、语言、行为方面的模糊性 B 随机性-关于某种事件发生与否、存在与否的不确定 性 在随机事件中，事件本身的概念内涵是确定的，但何 时发生，发生与否都是不确定的
以便利用知识进行定性分析和逻辑推理，求解有关问 题
3.2.2 广义模型的概念
2 数学模型 MM
运用控制理论、系统辨识或运筹学及其他数学的方法
和技术所建立的数学模型 如状态方程、传递函数、微分方程等 主要用于定量的描述事物的有关动态过程与静态特性， 对问题进行定量分析和数值计算
3.2.2 广义模型的概念
大系统、子系统、子子系统的划分，以便明确模型化 的对象及其范畴，并尽量简化建模问题
3.2.3 广义模型化方法
1 系统建模和原则
2）因果性 因果关系分析是建立“关系模型”“知识模型”“数
学模型”的基础。 系统的输出（环境对系统的作用）、输出（系统对环 境的作用）；控制着的输出、输入；被控制对象的输 入输出；大系统中各子系统之间的相互作用；系统中 的正反馈或负反馈作用等，都要根据因果关系来确定 或判别。
从广义模型的概念可知，广义模型可以全面的（定性、
定量、静态、动态）描述实际系统的结构、参数、功 能和特性
3.2.3 广义模型化方法
1 系统建模原则
2 建模基本方法 3 建模基本步骤
3.2.3 广义模型化方法
1 系统建模和原则
1）分离性 将系统和环境分离，控制者与被控制对象分离，考虑
综合方面都要考虑人的因素。但由于人具有主动性， 灵活性和智能性，很难建立模型，因此很难用简单的 传递函数模型来描述
3.2.1 广义模型化方法的提出
4，适用性问题
所谓适用性，一方面是要求数学模型具有足够的精确
性，用于描述真实系统的结构、参数、功能、特性。 另一方面是可以利用数学模型和相应的求解方法，对 真实系统进行有效的分析与综合 模型的精确性与方法的有效性之间往往是矛盾的。 如果模型精确复杂，就缺乏有效的分析与综合方法， 反之如果方法有效，就要求简化模型，那么模型就不 能精确的描述真实系统。
制造系统工程
第三章 制造系统的建模方法
3.1 制造系统建模概述
定义：
运用适当的建模方法将制造系统抽象的表达出来， 通
过研究系统的结构和特性，对制造系统进行分析、综 合及优化 用模型化的方法研究制造系统的目的： 1 更好地理解和表达系统，以支持对系统的分析和综 合 2 支持新系统的设计或支持现有系统的重构 3支持对系统运行的监测和控制
3.2.2 广义模型的概念
广义模型化的方法被提出并受到广泛的重视
广义模型是一种由知识模型、数学模型、关系模型相
互结合的集成模型，这种模型充分考虑到大系统的不 确定性、不确知性、主动性和适用性问题。
3.2.2 广义模型的概念
1 知识模型 KM
运用人工智能和知识工程的方法和技术 如知识表达方法、知识获取技术所建立的知识模型 主要用于表达人们关于事物的定性知识和经验知识，
3.1 制造系统建模概述
分类： 按生产模式分： 连续性制造系统（如化工系统） 离散型制造系统（如机械制造系统） 按按形式分： 全局系统结构模型 局部系统结构模型（如FMS模型） 产品结构模型 生产计划调度模型
3.1 制造系统建模概述
分类： 按方法分： 数学解析模型（如状态空间模型） 图示概念模型（如FMS模型） 图示-解析混合模型（如Petri网模型） 按功能分