系統(tǒng)仿真方法與應用1

1、系統(tǒng)仿真方法與應用楊文東第一部分 離散事件系統(tǒng)仿真入門第1章 仿真緒論 1.1 仿真何時適用 1.2 仿真何時不適用 1.3 仿真的優(yōu)缺點 1.4 應用領域 1.5 系統(tǒng)和系統(tǒng)環(huán)境 1.6 系統(tǒng)的成分 1.7 離散系統(tǒng)和連續(xù)系統(tǒng) 1.8 系統(tǒng)的模型 1.9 模型的類別 1.10 離散時間系統(tǒng)仿真 1.11 仿真研究的步驟第2章 仿真實例 2.1排隊系統(tǒng)的仿真2.2庫存系統(tǒng)的仿真2.3其他仿真實例2.4小結第3章 基本原理 3.1離散事件仿真的概念 3.1.1事件調度/時間推進算法 3.1.2世界觀 3.1.3采用事件調度法系統(tǒng)仿真3.2表處理 3.2.1表：基本性質和操作 3.2.2只用數(shù)組進

2、行表處理 3.2.3使用動態(tài)分配和鏈表 3.2.4高級技術3.3 小結第4章 仿真軟件 4.1仿真軟件的歷史 4.1.1探索階段（1955-1960） 4.1.2出現(xiàn)階段（1961-1965） 4.1.3形成階段（1966-1970） 4.1.4發(fā)展階段（1971-1978） 4.1.5鞏固和改進階段（1979-1986） 4.1.6集成環(huán)境階段（1987-現(xiàn)在）4.2仿真軟件選集4.3一個仿真實例4.4 用Java語言仿真4.5 用GPSS仿真4.6 用SSF仿真 4.7仿真軟件 4.7.1Arena 4.7.2AutoMod 4.7.3Extend 4.7.4Flexsim 4.7.5Mi

3、croSaint 4.7.6ProModel 4.7.7QUEST 4.7.8SIMUL8 4.7.9WITNESS 4.8實驗和分析系統(tǒng)工具 4.8.1一般特性 4.8.2產品第二部分 數(shù)學模型和統(tǒng)計模型第5章 仿真中的統(tǒng)計模型 5.1 術語和概念回顧5.2 有用的統(tǒng)計模型5.3 離散分布5.4 連續(xù)分布5.5 泊松分布 5.5.1 泊松分布的性質 5.5.2 非平穩(wěn)泊松分布 5.6 經驗分布5.7 小結第6章 排隊模型 6.1 排隊系統(tǒng)的特點 6.1.1 擬到達總體 6.1.2 系統(tǒng)容量 6.1.3 到達過程 6.1.4 排隊行為和排隊規(guī)則 6.1.5服務時間和服務機制6.2 排隊標記6.

4、3 排隊系統(tǒng)的長時間運行性能指標 6.3.1 系統(tǒng)L的時間平均數(shù) 6.3.2 每個顧客在系統(tǒng)中花費的平均時間w 6.3.3 守恒方程: L=w 6.3.4 服務臺利用率 6.3.5 排隊問題中的費用 6.4 無限系統(tǒng)馬爾科夫模型的穩(wěn)態(tài)行為特性 6.4.1具有泊松分布及無限容量的單服務臺隊列:M/G/1 6.4.2 多服務臺隊列: M/M/c/ 6.4.3 具有泊松到達及有限容量的單服務臺容量:M/M/c/N/oo6.5 有限總體模型(M/M/c/K/K)的穩(wěn)態(tài)行為特性6.6 排隊網絡 6.7 小結第三部分 隨機數(shù)第7章 隨機數(shù)的產生 7.1隨機數(shù)的性質7.2 偽隨機數(shù)的產生7.3 產生隨機數(shù)的

5、方法 7.3.1 線性同余法 7.3.2 組合線性同余發(fā)生器 7.3.3 隨機數(shù)流7.4隨機數(shù)的檢驗 7.4.1 頻率檢驗 7.4.2 自相關數(shù)的檢驗7.5 小結第8章 隨機變量的產生8.1 反變換技術 8.1.1 指數(shù)分布 8.1.2 均勻分布 8.1.3 韋布爾分布 8.1.4 三角分布 8.1.5 經驗連續(xù)分布 8.1.6 無封閉形式反函數(shù)的連續(xù)分布 8.1.7 離散分布8.2 舍選分布 8.2.1 泊松分布 8.2.2 非平穩(wěn)泊松分布 8.2.3 伽馬分布8.3 特殊性質 8.3.1 正態(tài)分布和對數(shù)正態(tài)分布的直接變換 8.3.2 卷積法 8.3.3更多的特殊性質8.4 小結第四部分 仿

6、真數(shù)據分析第9章 輸入建模9.1 數(shù)據收集9.2 用數(shù)據辨識分布 9.2.1 直方圖 9.2.2 選擇分布簇 9.2.3 分位點-分位點（q-q)圖9.3 參數(shù)估計 9.3.1統(tǒng)計學原理：樣本均值和樣本方差 9.3.2 建議使用的估計量9.4 擬合優(yōu)良度檢驗 9.4.1 檢驗 9.4.2 具有等概率的 檢驗 9.4.3 科爾莫戈羅夫-斯米爾諾夫擬合優(yōu)良度檢驗 9.4.4 p值和“最佳擬合”9.5 擬合非穩(wěn)態(tài)泊松過程9.6 選擇無數(shù)據的輸入模型9.7多變量和時間序列輸入模型 9.7.1 協(xié)方差和相關系數(shù) 9.7.2 多變量輸入模型 9.7.3 時間序列輸入模型 9.7.4 正態(tài)分布到任何分布的變

7、換9.8 小結22第10章 仿真模型的檢驗和驗證 10.1模型的建立、檢驗和驗證10.2 仿真模型的檢驗10.3 模型的檢驗和驗證 10.3.1 表面效度 10.3.2 模型假設的驗證 10.3.3 輸入-輸出的變換的驗證 10.3.4 輸入-輸出驗證：利用歷史數(shù)據 10.3.5輸入-輸出驗證：利用圖靈機檢驗10.4 小結第11章 單一模型的輸出分析11.1關于輸出分析的仿真模型11.2 輸出數(shù)據的隨機性11.3 性能度量及其估計 11.3.1 點估計 11.3.2 置信區(qū)間估計11.4 終止型仿真的輸出分析 11.4.1 統(tǒng)計學基礎 11.4.2 具有規(guī)定精度的置信區(qū)間 11.4.3 分位數(shù)

8、 11.4.4 由求和數(shù)據估計概率和分位數(shù)11.5 穩(wěn)態(tài)仿真的輸出分析 11.5.1穩(wěn)態(tài)仿真的初始化偏差 11.5.2穩(wěn)態(tài)仿真的誤差估計 l1.5.3穩(wěn)態(tài)仿真的重復運行方法 11.5.4穩(wěn)態(tài)仿真中的樣本量 1.5.5穩(wěn)態(tài)仿真中區(qū)間估計的批均值 11.5.6 分位數(shù)11.6 小結第12章 系統(tǒng)設計方案的設計與比較12.1雙系統(tǒng)設計方案的比較 12.1.1 具有相等方差的獨立采樣 12.1.2 具有不相等方差的獨立采樣 12.1.3公共隨機數(shù) 12.1.4 具有規(guī)定精度的置信區(qū)間12.2多個設計方案的比較 12.2.1 用于多方案比較的Bonferroni 法 12.2.2 用Bonferroni

9、 法選擇最佳方案 12.2.3 用Bonferroni法進行篩選12.3元建模 12.3.1 簡單線性回歸 12.3.2 回歸的顯著性檢驗 12.3.3 多重線性回歸 12.3.4 回歸的隨機數(shù)分派12.4 基于仿真的優(yōu)化 12.4.1 “基于仿真的優(yōu)化”指的是什么 12.4.2 為什么基于仿真的優(yōu)化很困難 12.4.3 魯棒啟發(fā)方法的應用 12.4.4 一個例證：隨機搜索第五部分 應 用 第13章 制造與物流儲運系統(tǒng)仿真13.1 制造與物運儲料仿真 13.1.1 制造系統(tǒng)的模型 13.1.2 物料儲運系統(tǒng)的模型 13.1.3 一些常用的物料儲運裝置13.2 目標與性能度量13.3 制造與物料

10、儲運仿真中的問題 13.3.1停工期和故障建模 13.3.2跟蹤驅動模型13.4 制造與物料儲運系統(tǒng)仿真的案例研究13.5 制造實例：一個裝配生產線的仿真 13.5.1 系統(tǒng)描述和模型假設 13.5.2 仿真前的分析 13.5.3 仿真模型以及系統(tǒng)設計的分析 13.5.4 工位利用率分析 13.5.5 潛在系統(tǒng)改進的分析 13.5.6 小結第14章 計算機仿真系統(tǒng) 14.1 引言14.2 仿真工具 14.2.1 面向進程仿真工具 14.2.2 面向事件仿真工具14.3 模型輸入 14.3.1 調制泊松分布 14.3.2 虛擬內存參照14.4 高層次的計算機系統(tǒng)仿真14.5 CPU 仿真14.6

11、 內存仿真14.7 小結第15章 計算機網絡仿真 15.1 引言15.2 通信流量建模 15.3 媒介訪問控制 15.3.1令牌傳遞協(xié)議 15.3.2 以太網15.4 數(shù)據鏈路層15.5 傳輸控制協(xié)議15.6 模型構建 15.6.1 構建 15.6.2 例子15.7小結第1章 仿真緒論 1.1 仿真何時適用1.2 仿真何時不適用1.3 仿真的優(yōu)缺點1.4 應用領域1.5 系統(tǒng)和系統(tǒng)環(huán)境1.6 系統(tǒng)的成分1.7 離散系統(tǒng)和連續(xù)系統(tǒng)1.8 系統(tǒng)的模型1.9 模型的類別1.10 離散事件系統(tǒng)仿真1.11 仿真研究的步驟 仿真是對現(xiàn)實世界的過程或系統(tǒng)隨時間運行的仿真。1.1 仿真何時適用 仿真可被用于

12、以下目的： 1. 仿真使得對復雜系統(tǒng)內部的相互作用和復雜系統(tǒng)內部的相互作用的研究和實驗成為可能 2.可以仿真信息、組織及環(huán)境的變更，以觀察這些改變對模型行為的影響 3. 在仿真模型設計中獲取的知識可能有很大的價值，可對被研究系統(tǒng)的改進提出建議 4.改變仿真的輸入并觀察產生的輸出，可以使我們深入了解哪些變量是最終要的，以及了解變量間是如何相互作用的 5. 仿真可以作為教學設備來增強解析求解方法學的能力 6. 用于在新設計和策略實施前進行實驗 7.用于驗證解析解 8. 對機器不同能力進行仿真有助于確定其需求 9. 設計用于訓練的仿真模型使得學習成為可能，無需費用和現(xiàn)場指導 10. 動畫顯示仿真運行

13、中的系統(tǒng)，使計劃具有可視性 11. 現(xiàn)代系統(tǒng)（工廠、晶圓生產廠、服務組織等）非常復雜，只能通過仿真來處理其內部的相互作用1.2 仿真何時不適用 問題可通過普通方法解決時 例：自動打標簽設備服務速度12人/小時，到達速率100人/小時，最少需要多少設備 100/12= 8.33 問題可以通過解析解決時 直接進行實驗 成本超過仿真節(jié)省的開銷：如果仿真成本20000元，而節(jié)省只有10000元 沒有足夠的資源或時間：如果仿真成本20000元，而只有10000元 無數(shù)據可用 如果負責人有不合理的預期 如果系統(tǒng)太復雜或不可定義1.3 仿真的優(yōu)缺點 其中有一些優(yōu)點是: 1.新的策略、操作程序、決策規(guī)則、信息

14、流、組織程序等的研究可以不干擾實際系統(tǒng)正在進行的操作 2.新的硬件設計、物理布局、運輸系統(tǒng)等測試可在不具備獲得它們必要資源的前提下進行 3.關于某些現(xiàn)象怎樣發(fā)生或為什么發(fā)生的假設可以測試其可能性 4.可以壓縮或者拓展時間來加速或減緩被研究的現(xiàn)象 5.可以深入了解有關變量的相互作用 6.可以獲得變量對系統(tǒng)性能重要性的了解 7.可以進行瓶頸分析，進而發(fā)現(xiàn)在過程、信息、物料等工作中的哪個地方被過分延遲 8、仿真研究可以幫助理解系統(tǒng)是如何運行的，而不是一個人去思考系統(tǒng)如何運行 9、可以回答“如果就會”這樣的問題，在新系統(tǒng)中特別有用一些缺點是：1.4應用領域 制造應用 半導體制造 建筑工程和項目管理 軍

15、事應用 物流、供應鏈及分布式應用 運輸模式及交通 經營過程仿真 健康護理1.5 系統(tǒng)和系統(tǒng)環(huán)境 系統(tǒng)的概念系統(tǒng)的概念：定義為一組連接在一起的對象，它們以某種規(guī)則的相互作用或相互依賴去達到某種目的。 系統(tǒng)環(huán)境系統(tǒng)環(huán)境：系統(tǒng)通常受到系統(tǒng)外部變化的影響，這種變化稱為在系統(tǒng)環(huán)境中發(fā)生。1.6 系統(tǒng)的成分 實體：系統(tǒng)中感興趣的對象 屬性：實體的特征 活動：表示一段特定長度的時期 事件：可能會改變系統(tǒng)狀態(tài)的即時發(fā)生的事情 系統(tǒng)的狀態(tài)：定義為變量的集合 銀行：忙碌的出納員數(shù)量、正在接受服務的顧客數(shù)量系統(tǒng)實體屬性活動事件狀態(tài)變量銀行顧客經常賬戶余額存款到達；離去處于忙態(tài)的出納員數(shù)目；等待的顧客數(shù)目高速鐵路乘客出發(fā)地；目的地旅行到達站；到達目的站每站等待的乘客數(shù)；正在運輸?shù)某丝蛿?shù)制造機器速度；容量；故障率焊接；沖壓故障停機機器的狀態(tài)（忙、閑、停機）通信信息長度；目的地傳輸?shù)竭_目的地等待傳輸?shù)臄?shù)目倉