系统仿真过程课件.ppt

1、学时：32(上课）8（上机）考核要求：考核要求：平时成绩（作业、出勤）平时成绩（作业、出勤）30%上机（上机（wittness建模与分析）建模与分析）10%期末考试期末考试 70%课程内容课程内容v第一章第一章 概论概论v第二章第二章 仿真的概率统计基础仿真的概率统计基础v第三章第三章 理论模型建模方法理论模型建模方法v第四章第四章 仿真模型设计与实现仿真模型设计与实现v第五章第五章 witness 仿真语言仿真语言v第六章第六章 仿真结果分析与模型校验仿真结果分析与模型校验v第七章第七章 离散事件系统仿真应用离散事件系统仿真应用第一章第一章 概论概论 1 1 仿真仿真 系统仿真是系统仿真是2

2、020世纪世纪4040年代末以来伴随着计算机技术的发年代末以来伴随着计算机技术的发展而逐步形成的一门新兴学科。仿真（展而逐步形成的一门新兴学科。仿真（SimulationSimulation）就）就是通过建立实际系统模型并利用所见模型对实际系统进是通过建立实际系统模型并利用所见模型对实际系统进行实验研究的过程。最初，仿真技术主要用于航空、航行实验研究的过程。最初，仿真技术主要用于航空、航天、原子反应堆等价格昂贵、周期长、危险性大、实际天、原子反应堆等价格昂贵、周期长、危险性大、实际系统试验难以实现的少数领域，后来逐步发展到电力、系统试验难以实现的少数领域，后来逐步发展到电力、石油、化工、冶金、

3、机械等一些主要工业部门，并进一石油、化工、冶金、机械等一些主要工业部门，并进一步扩大到社会系统、经济系统、交通运输系统、生态系步扩大到社会系统、经济系统、交通运输系统、生态系统等一些非工程系统领域。可以说，现代系统仿真技术统等一些非工程系统领域。可以说，现代系统仿真技术和综合性仿真系统已经成为任何复杂系统，特别是高技和综合性仿真系统已经成为任何复杂系统，特别是高技术产业不可缺少的分析、研究、设计、评价、决策和训术产业不可缺少的分析、研究、设计、评价、决策和训练的重要手段。其应用范围在不断扩大，应用效益也日练的重要手段。其应用范围在不断扩大，应用效益也日益显著。益显著。仿真三大要素：系统、模型、

4、试验仿真三大要素：系统、模型、试验 1.1 1.1 系统系统 系统仿真的研究对象是具有独立行为规律的系统。系统仿真的研究对象是具有独立行为规律的系统。所谓系统是指相互联系又相互作用的对象的有机所谓系统是指相互联系又相互作用的对象的有机组合。从广义上讲，系统的概念是非常广阔的，组合。从广义上讲，系统的概念是非常广阔的，大到无穷的宇宙世界，小到分子原子，都称之为大到无穷的宇宙世界，小到分子原子，都称之为系统。系统。根据系统的物理特征可以将系统划分为两大类，根据系统的物理特征可以将系统划分为两大类，即即工程系统工程系统和和非工程系统非工程系统。所谓非工程系统是指自然和社会在发展过程中形所谓非工程系统

5、是指自然和社会在发展过程中形成的，被人们在长期的生产劳动和社会实践中逐成的，被人们在长期的生产劳动和社会实践中逐渐认识的系统。例如社会、经济、管理、交通、渐认识的系统。例如社会、经济、管理、交通、生物系统等属于非工程系统。生物系统等属于非工程系统。所谓工程系统是指人们为满足某种需要或实现某所谓工程系统是指人们为满足某种需要或实现某个预定的功能，利用某种手段构造而成的系统。个预定的功能，利用某种手段构造而成的系统。工程系统的例子非常多，如机械、电气、动力、工程系统的例子非常多，如机械、电气、动力、生产、物流系统等。生产、物流系统等。图图1 1所示弹道导弹飞行控制系统是一个工程系统的例子。所示弹道

6、导弹飞行控制系统是一个工程系统的例子。导弹飞行控制系统的根本任务是保证弹道导弹以足够的精导弹飞行控制系统的根本任务是保证弹道导弹以足够的精度把其战斗部即弹头度把其战斗部即弹头)送到预定的目标区。弹道导弹的送到预定的目标区。弹道导弹的飞行控制包括两个方而，一是飞行弹道的控制，即控制导飞行控制包括两个方而，一是飞行弹道的控制，即控制导弹的质心运动；二是对飞行姿态进行控制，即控制导弹绕弹的质心运动；二是对飞行姿态进行控制，即控制导弹绕其质心的运动。制导系统能够根据打击目标的要求形成控其质心的运动。制导系统能够根据打击目标的要求形成控制导弹沿着预定弹道飞行所箔的指令和控制信号。姿态稳制导弹沿着预定弹道

7、飞行所箔的指令和控制信号。姿态稳定系统可以使导弹具有飞行的稳定性，是制导系统正常工定系统可以使导弹具有飞行的稳定性，是制导系统正常工作的基础。作的基础。图图2 2所示的商品销售系统即是一个非工程系统。所示的商品销售系统即是一个非工程系统。对于一个系统来说，不论它是大是小，都必然存在三个要素，即实体、属性和活动。对于一个系统来说，不论它是大是小，都必然存在三个要素，即实体、属性和活动。所谓实体是指组成系统的具体对象。例如弹道导弹飞行控制系统中的实体所谓实体是指组成系统的具体对象。例如弹道导弹飞行控制系统中的实体有弹道导弹弹体、测量单元、计算装置、执行机构等；在商品销售系统中的有弹道导弹弹体、测量

8、单元、计算装置、执行机构等；在商品销售系统中的实体有经理、部门、商品、货币、仓库等。系统中的各个实体既具有一定的实体有经理、部门、商品、货币、仓库等。系统中的各个实体既具有一定的相对独立性，又相互联系构成一个整体。相对独立性，又相互联系构成一个整体。所谓属性是指实体所具有的每一项有效特性。例如，在弹道导弹飞行控制系统所谓属性是指实体所具有的每一项有效特性。例如，在弹道导弹飞行控制系统中，导弹弹体的属性中，导弹弹体的属性(与控制系统有关的属性与控制系统有关的属性)有导弹的飞行速度和飞行高度、导有导弹的飞行速度和飞行高度、导弹的飞行姿态角等，测量单元的属性有测量范围，测量误差等；在商品销售系统弹的

9、飞行姿态角等，测量单元的属性有测量范围，测量误差等；在商品销售系统中，部门的属性有人员数量、职能范围，商品的属性有生产日期、进货价格、销中，部门的属性有人员数量、职能范围，商品的属性有生产日期、进货价格、销售日期、售价等。售日期、售价等。所谓活动是指随着时间的椎移在系统内部由于各种原因而发生的变化过程。例所谓活动是指随着时间的椎移在系统内部由于各种原因而发生的变化过程。例如弹道导弹飞行速度和飞行高度的增加，商品销售系统中库存商品数量的变化，如弹道导弹飞行速度和飞行高度的增加，商品销售系统中库存商品数量的变化，零售商品价格的增长等。零售商品价格的增长等。系统是在不断地运动、发展、变化的。由于组成

10、系统的系统是在不断地运动、发展、变化的。由于组成系统的实体之间相互作用而引起实体属性的变化。使得在不同的实体之间相互作用而引起实体属性的变化。使得在不同的时刻，系统中的实体和实体属性都可能会有所不同。这种时刻，系统中的实体和实体属性都可能会有所不同。这种变化通常用状态的概念来描述。变化通常用状态的概念来描述。在任意给定时刻，系统中实体、属性以及活动的信息在任意给定时刻，系统中实体、属性以及活动的信息总和称为系统在该时刻的状态；用于表示系统状态的变量总和称为系统在该时刻的状态；用于表示系统状态的变量称为称为状态变量。状态变量。v 系统边界的划分在很大程度上取决于系统研究的目的。系统边界的划分在很

11、大程度上取决于系统研究的目的。例如在商品销售系统中，如果仅考虑商品仓库库存量的变例如在商品销售系统中，如果仅考虑商品仓库库存量的变化倩况，那么系统只需包括采购部队仓库以及销售部门即化倩况，那么系统只需包括采购部队仓库以及销售部门即可。但若要研究商品进货与销售的关系时，系统中还要包可。但若要研究商品进货与销售的关系时，系统中还要包括市场调查部门，因为商品销售状况及对进货的影响这部括市场调查部门，因为商品销售状况及对进货的影响这部分职能是由该部门完成的。分职能是由该部门完成的。1.2 模型模型 v模型是对相应的真实对象和真实关系中那些有用的和令模型是对相应的真实对象和真实关系中那些有用的和令人感兴

12、趣的特性的抽象，是对系统某些本质方面的描述，人感兴趣的特性的抽象，是对系统某些本质方面的描述，它以各种可用的形式提供被研究系统的信息。模型描述它以各种可用的形式提供被研究系统的信息。模型描述可视为是对真实世界中的物体或过程相关信息进行形式可视为是对真实世界中的物体或过程相关信息进行形式化的结果。模型在所研究系统的某一侧面具有与系统相化的结果。模型在所研究系统的某一侧面具有与系统相似的数学描述或物理描述。从某种意义上说，模型是系似的数学描述或物理描述。从某种意义上说，模型是系统的代表，同时也是对系统的简化。在简化的同时，模统的代表，同时也是对系统的简化。在简化的同时，模型应足够详细，以便从模型的

13、实验中取得关于实际系统型应足够详细，以便从模型的实验中取得关于实际系统的有效结论。的有效结论。v由实际系统构造出由实际系统构造出个模型的任务包括两方面的内容：个模型的任务包括两方面的内容：一是建立模型结构；二是提供数据。在建立模型结构时，一是建立模型结构；二是提供数据。在建立模型结构时，要确定系统的边界、鉴别系统的实体、属性和活动。提要确定系统的边界、鉴别系统的实体、属性和活动。提供数据要求能够使包含在活动中的各个属性之间的关系供数据要求能够使包含在活动中的各个属性之间的关系得以确定。在选择模型结构时，要满足两个前提条件：得以确定。在选择模型结构时，要满足两个前提条件：一是要细化模型研究的目的

14、；二是要了解有关特定的建一是要细化模型研究的目的；二是要了解有关特定的建模目标与系统结构性质之间的关系。模目标与系统结构性质之间的关系。（1 1）系统模型的结构具有以下一些性质：）系统模型的结构具有以下一些性质：相似性相似性 模型与所研究系统在属性上具有相似的特性和变化规律，模型与所研究系统在属性上具有相似的特性和变化规律，这就是真实系统与模型之间具有相似的物理属性或数学描这就是真实系统与模型之间具有相似的物理属性或数学描述。述。简单性简单性 从实用的观点来看，由于在模型的建立过程中，忽略了从实用的观点来看，由于在模型的建立过程中，忽略了一些次要因素和某些非可测变量的影响，因此实际的模型一些次

15、要因素和某些非可测变量的影响，因此实际的模型已是一个被简化了的近似模型。一般来说，在实用的前提已是一个被简化了的近似模型。一般来说，在实用的前提下，模型越简单越好。下，模型越简单越好。多面性多面性 对于由许多实体组成的系统来说，由于其研究目的不同，对于由许多实体组成的系统来说，由于其研究目的不同，就决定了所要收集的与系统有关的信息也是不同的，所以就决定了所要收集的与系统有关的信息也是不同的，所以用来表示系统的模型并不是唯一的。由于不同的分析者所用来表示系统的模型并不是唯一的。由于不同的分析者所关心的是系统的不同方面，或者由于同一分析者要了解系关心的是系统的不同方面，或者由于同一分析者要了解系统

16、的各种变化关系，对同一个系统可以产生相应于不同层统的各种变化关系，对同一个系统可以产生相应于不同层次的次的多种模型。多种模型。（2 2）建立模型时应遵循的基本原则）建立模型时应遵循的基本原则 清晰性清晰性 一个复杂的系统是由许多子系统组成的，对应的一个复杂的系统是由许多子系统组成的，对应的系统模型也是由许多子模型构成的。在子模型之间除系统模型也是由许多子模型构成的。在子模型之间除了研究目的所必需的信息联系外，相互辐合要尽可能了研究目的所必需的信息联系外，相互辐合要尽可能少，结构要尽可能清晰。少，结构要尽可能清晰。相关性相关性 模型中应该只包括系统中与研究目的有关的那些模型中应该只包括系统中与研

17、究目的有关的那些信息。例如对一个车间调度系统能力进行仿真研究，信息。例如对一个车间调度系统能力进行仿真研究，只需要考虑运输设备的运输能力，而无需涉及输送设只需要考虑运输设备的运输能力，而无需涉及输送设备的颜色。虽然与研究目的无关的信息包含在系统模备的颜色。虽然与研究目的无关的信息包含在系统模型中可能不会有很大害处，但是因为它会增加模型的型中可能不会有很大害处，但是因为它会增加模型的复杂性，从而使得在求解模型时增加额外的工作，所复杂性，从而使得在求解模型时增加额外的工作，所以应该把与研究目的无关的信息排除在外。以应该把与研究目的无关的信息排除在外。准确性准确性 建立系统模型时，应该考虑所收集的、

18、用以建立建立系统模型时，应该考虑所收集的、用以建立模型的信息的准确性，包括确认所应用的原理和理论模型的信息的准确性，包括确认所应用的原理和理论的正确性和应用范围，以及检验建模过程中针对系统的正确性和应用范围，以及检验建模过程中针对系统所做假设的正确性。例如在建立工厂设施规划与运输所做假设的正确性。例如在建立工厂设施规划与运输系统模型时，应该将运输工具视为一个三维实体而不系统模型时，应该将运输工具视为一个三维实体而不能为一个质点，它的长度和宽度影响了运输通道的布能为一个质点，它的长度和宽度影响了运输通道的布局。局。可辨识性可辨识性 模型结构必须具有可辨识的形式。所谓可辨识性模型结构必须具有可辨识

19、的形式。所谓可辨识性是指系统的模型必须有确定的描述或表示方式，而在是指系统的模型必须有确定的描述或表示方式，而在这种描述方式下与系统性质相关的参数必须有唯一确这种描述方式下与系统性质相关的参数必须有唯一确定的解。若一个模型结构中具有无法估计的参数，则定的解。若一个模型结构中具有无法估计的参数，则此结构就无实用价值。此结构就无实用价值。集合性集合性 建立模型还需要进一步考虑的一个因素，是能够建立模型还需要进一步考虑的一个因素，是能够把一些个别的实体组成更大实体的程度，即模型的集把一些个别的实体组成更大实体的程度，即模型的集合性。例如对物流与供应链系统的研究中，除了能够合性。例如对物流与供应链系统

20、的研究中，除了能够研究每个物流中心的物流细节和规律之外，还可以综研究每个物流中心的物流细节和规律之外，还可以综合计算多个物流中心构建成一个供应链系统的效能。合计算多个物流中心构建成一个供应链系统的效能。（3 3）系统模型分类）系统模型分类 系统模型按结构形式分为系统模型按结构形式分为实物模型、图式模型、模实物模型、图式模型、模拟模型拟模型和和数学模型数学模型。实物模型实物模型 实物模型是现实系统的放大或缩小，它实物模型是现实系统的放大或缩小，它能表明系统的主要特性和各个组成部分之间的关系。如能表明系统的主要特性和各个组成部分之间的关系。如桥梁模型、电机模型、城市模型、建筑模型、风洞试验桥梁模型

21、、电机模型、城市模型、建筑模型、风洞试验中的飞机模型中的飞机模型等。这种模型的优点是比较形象，便于共等。这种模型的优点是比较形象，便于共同研究问题；它的缺点是不易说明数量关系，特别是不同研究问题；它的缺点是不易说明数量关系，特别是不能揭示要素的内在联系，也不能用于优化。能揭示要素的内在联系，也不能用于优化。图式模型图式模型 图式模型是用图形、图表、符号等把系图式模型是用图形、图表、符号等把系统的实际状态加以抽象的表现形式如统的实际状态加以抽象的表现形式如网络图网络图(层次与顺层次与顺序、时间与进度等序、时间与进度等)、物流图物流图(物流量、流向等物流量、流向等)。它是。它是在满足约束条件的目标

22、值的比较中选取较好值的一种方在满足约束条件的目标值的比较中选取较好值的一种方法，它在选优时只起辅助作用。当维数大于法，它在选优时只起辅助作用。当维数大于2 2时，该种时，该种模型作图的范围受到限制。其优点是直观、简单；缺点模型作图的范围受到限制。其优点是直观、简单；缺点是不易优化，受变量因素的数量的限制。是不易优化，受变量因素的数量的限制。v模拟模型模拟模型 用一种原理上相似，而求解或控用一种原理上相似，而求解或控制处理容易的系统代替或近似描述另一种系制处理容易的系统代替或近似描述另一种系统，前者称为后者的模拟模型。它一般有两统，前者称为后者的模拟模型。它一般有两种类型：一种是可以接受输入并进

23、行动态模种类型：一种是可以接受输入并进行动态模拟的可控模型，如对机械系统的电路模拟，拟的可控模型，如对机械系统的电路模拟，可用电压模拟机械速度，电流模拟力，电容可用电压模拟机械速度，电流模拟力，电容模拟质量；另一种是用计算机和程序语言表模拟质量；另一种是用计算机和程序语言表达的模拟模型，例如物资集散中心站台数设达的模拟模型，例如物资集散中心站台数设置的模拟，组装流水线投料批量的模拟等。置的模拟，组装流水线投料批量的模拟等。通常用计算机模型模拟内部结构不清或因素通常用计算机模型模拟内部结构不清或因素复杂的系统是行之有效的。复杂的系统是行之有效的。v数学模型数学模型 数学模型是指对系统行为的一种数

24、学模型是指对系统行为的一种数量描述。当把系统及其要素的相互关系用数量描述。当把系统及其要素的相互关系用数学表达式、图象、图表等形式抽象地表示数学表达式、图象、图表等形式抽象地表示出来时，就是数学模型。它一般分为确定型出来时，就是数学模型。它一般分为确定型和随机型，连续型和离散型。和随机型，连续型和离散型。各种模型特性比较各种模型特性比较 1.3 试验试验v主要任务：根据试验需求所规定的试验类主要任务：根据试验需求所规定的试验类型与试验目的，明确试验所应用的仿真背型与试验目的，明确试验所应用的仿真背景、试验类型与试验方法，确定试验因子景、试验类型与试验方法，确定试验因子及其变化规律，建立试验指标

25、与模型响应及其变化规律，建立试验指标与模型响应的关联，明确方针试验的终结方式，制定的关联，明确方针试验的终结方式，制定试验方案，根据方案进行仿真试验并收集试验方案，根据方案进行仿真试验并收集仿真试验数据，对试验数据进行分析和处仿真试验数据，对试验数据进行分析和处理。理。1.4 1.4 计算机仿真及其分类计算机仿真及其分类 计算机仿真是建立在控制理论、相似理论、信计算机仿真是建立在控制理论、相似理论、信息处理技术和计算机初等理论基础之上的，以计算息处理技术和计算机初等理论基础之上的，以计算机和其他专用物理效应设备为工具，利用系统模型机和其他专用物理效应设备为工具，利用系统模型对真实或假设的系统进

26、行试验，并借助于专家的经对真实或假设的系统进行试验，并借助于专家的经验知识、统计数据和信息资料对实验结果进行分析验知识、统计数据和信息资料对实验结果进行分析研究，进而做出决策的一门综合的实验性学科。从研究，进而做出决策的一门综合的实验性学科。从广义而言，系统仿真的方法适用于任何的领域，无广义而言，系统仿真的方法适用于任何的领域，无论是工程系统（机械、化工、电力、电子等）或是论是工程系统（机械、化工、电力、电子等）或是非工程系统（交通、管理、经济、政治等）。非工程系统（交通、管理、经济、政治等）。系统仿真根据模型不同，可以分为系统仿真根据模型不同，可以分为物理仿真、数学物理仿真、数学仿真仿真和和

27、物理物理数学仿真数学仿真（半实物仿真）；根据计算（半实物仿真）；根据计算机的类别，可以分为机的类别，可以分为模拟仿真、数字仿真和混合仿模拟仿真、数字仿真和混合仿真真；根据系统的特性；可以分为；根据系统的特性；可以分为连续系统仿真、离连续系统仿真、离散时间系统散时间系统（采样系统）（采样系统）仿真仿真和和离散事件系统仿真离散事件系统仿真；根据仿真了时钟与实际时钟的关系，可以分为根据仿真了时钟与实际时钟的关系，可以分为实时实时仿真、欠实时仿真仿真、欠实时仿真和和超实时仿真超实时仿真等。等。应用：应用：v航天工业：运载火箭、卫星、飞船等大系统分析、设计、航天工业：运载火箭、卫星、飞船等大系统分析、设

28、计、验证和操作训练的重要手段。验证和操作训练的重要手段。v航空：英法联合研制的航空：英法联合研制的“协和协和”喷气式超音速客机。飞行喷气式超音速客机。飞行训练器。训练器。v武器装备的研制；武器装备的研制；v核工业领域；核工业领域；v机械制造工业；机械制造工业；v军事作战领域；军事作战领域；v经济管理和营销决策方面；经济管理和营销决策方面；v医学领域；医学领域；v通讯和交通方面；通讯和交通方面；v社会、经济、生态等方面的宏观决策和政策研究。社会、经济、生态等方面的宏观决策和政策研究。1.5 1.5 系统仿真的一般步骤系统仿真的一般步骤 对于每一个成功的仿真研究项目对于每一个成功的仿真研究项目,其

29、应用都包含其应用都包含着特定的步骤，见图着特定的步骤，见图9-29-2。不论仿真项目的类型和。不论仿真项目的类型和研究目的又何不同，仿真的基本过程是保持不变的，研究目的又何不同，仿真的基本过程是保持不变的，要进行如下要进行如下9 9步：步：v 问题定义问题定义 v 制定目标制定目标 v 描述系统并对所有假设列表描述系统并对所有假设列表 v 罗列出所有可能替代方案罗列出所有可能替代方案 v 收集数据和信息收集数据和信息 v 建立计算机模型建立计算机模型 v 校验和确认模型校验和确认模型 v 运行模型运行模型 v 分析输出分析输出 下面对这九步作简单的定义和说明。下面对这九步作简单的定义和说明。它

30、不是为了引出详细的讨论，仅仅起到它不是为了引出详细的讨论，仅仅起到抛砖引玉的作用。注意仿真研究不能简抛砖引玉的作用。注意仿真研究不能简单遵循这九步的排序，有些项目在获得单遵循这九步的排序，有些项目在获得系统的内在细节之后，可能要返回到先系统的内在细节之后，可能要返回到先前的步骤中去。同时，验证和确认需要前的步骤中去。同时，验证和确认需要贯穿于仿真工程的每一个步骤当中。贯穿于仿真工程的每一个步骤当中。（1）问题的定义 一个模型不可能呈现被模拟的现实系统的所有一个模型不可能呈现被模拟的现实系统的所有方面，有时是因为太昂贵。另外，假如一个表方面，有时是因为太昂贵。另外，假如一个表现真实系统所有细节的

31、模型也常常是非常差的现真实系统所有细节的模型也常常是非常差的模型，因为它将过于复杂和难于理解。因此，模型，因为它将过于复杂和难于理解。因此，明智的做法是：先定义问题，再制定目标，再明智的做法是：先定义问题，再制定目标，再构建一个能够完全解决问题的模型。在问题定构建一个能够完全解决问题的模型。在问题定义阶段，对于假设要小心谨慎，不要做出错误义阶段，对于假设要小心谨慎，不要做出错误的假设。例如，假设叉车等待时间较长，比假的假设。例如，假设叉车等待时间较长，比假设没有足够的接收码头要好。作为仿真纲领，设没有足够的接收码头要好。作为仿真纲领，定义问题的陈述越通用越好，详细考虑引起问定义问题的陈述越通用

32、越好，详细考虑引起问题的可能原因。题的可能原因。（2）制定目标和定义系统效能测度）制定目标和定义系统效能测度 没有目标的仿真研究是毫无用途的。目标是仿真没有目标的仿真研究是毫无用途的。目标是仿真项目所有步骤的导向。系统的定义也是基于系统项目所有步骤的导向。系统的定义也是基于系统目标的。目标决定了应该做出怎样的假设、应该目标的。目标决定了应该做出怎样的假设、应该收集那些信息和数据；模型的建立和确认考虑到收集那些信息和数据；模型的建立和确认考虑到能否达到研究的目标。目标需要清楚、明确和切能否达到研究的目标。目标需要清楚、明确和切实可行。目标经常被描述成像这样的问题实可行。目标经常被描述成像这样的问

33、题“通过通过添加机器或延长工时，能够获得更多的利润吗？添加机器或延长工时，能够获得更多的利润吗？”等。在定义目标时，详细说明那些将要被用来决等。在定义目标时，详细说明那些将要被用来决定目标是否实现的性能测度是非常必要的。每小定目标是否实现的性能测度是非常必要的。每小时的产出率、工人利用率、平均排队时间、以及时的产出率、工人利用率、平均排队时间、以及最大队列长度是最常见的系统性能测度。最大队列长度是最常见的系统性能测度。最后，列出仿真结果的先决条件。如：必须通最后，列出仿真结果的先决条件。如：必须通过利用现有设备来实现目标，或最高投资额要在过利用现有设备来实现目标，或最高投资额要在限度内，或产品

34、订货提前期不能延长等。限度内，或产品订货提前期不能延长等。（3）描述系统和列出假设）描述系统和列出假设 v简单点说，仿真模型降低完成工作的时间。系统中的时间简单点说，仿真模型降低完成工作的时间。系统中的时间被划分成处理时间、运输时间和排队时间。不论模型是一被划分成处理时间、运输时间和排队时间。不论模型是一个物流系统、制造工厂、或服务机构，清楚明了的定义如个物流系统、制造工厂、或服务机构，清楚明了的定义如下建模要素都是非常必要的：资源、流动项目（产品、顾下建模要素都是非常必要的：资源、流动项目（产品、顾客或信息）、路径、项目运输、流程控制、加工时间，资客或信息）、路径、项目运输、流程控制、加工时

35、间，资源故障时间。源故障时间。v仿真将现实系统资源分成四类：仿真将现实系统资源分成四类：处理器，队列，运输，和处理器，队列，运输，和共享资源如操作员共享资源如操作员。流动项目的到达和预载的必要条件必。流动项目的到达和预载的必要条件必须定义，如：到达时间、到达模式和该项目的类型等属性。须定义，如：到达时间、到达模式和该项目的类型等属性。在定义流动路径时，合并和转移需要详细的描述。项目的在定义流动路径时，合并和转移需要详细的描述。项目的转变包括属性变化、装配操作（项目和并）、拆卸操作转变包括属性变化、装配操作（项目和并）、拆卸操作（项目分离）。在系统中，常常有必要控制项目的流动。（项目分离）。在系

36、统中，常常有必要控制项目的流动。如：一个项目只有在某种条件或某一时刻到来时才能移动，如：一个项目只有在某种条件或某一时刻到来时才能移动，以及一些特定的规则。所有的处理时间都要被定义，并且以及一些特定的规则。所有的处理时间都要被定义，并且要清楚表明那些操作是机器自动完成，哪些操作是人工独要清楚表明那些操作是机器自动完成，哪些操作是人工独立完成，哪些操作需要人机协同完成。资源可能有计划故立完成，哪些操作需要人机协同完成。资源可能有计划故障时间和意外故障时间。计划故障时间通常指午餐时间，障时间和意外故障时间。计划故障时间通常指午餐时间，中场休息，和预防性维护等。意外故障时间是随机发生的中场休息，和预

37、防性维护等。意外故障时间是随机发生的故障所需的时间，包括失效平均间隔时间和维修平均间隔故障所需的时间，包括失效平均间隔时间和维修平均间隔时间。时间。（4 4）列举可能的替代方案）列举可能的替代方案 在仿真研究中，确定模型早期运行的可置在仿真研究中，确定模型早期运行的可置换方案是很重要的。它将影响着模型的建立。换方案是很重要的。它将影响着模型的建立。在初期阶段考虑替代方案，模型可能被设计成在初期阶段考虑替代方案，模型可能被设计成可以非常容易的转换到替换系统。可以非常容易的转换到替换系统。（5 5）收集数据和信息）收集数据和信息 收集数据和信息，除了为模型参数输入数收集数据和信息，除了为模型参数输

38、入数据外，在验证模型阶段，还可以提供实际数据据外，在验证模型阶段，还可以提供实际数据与模型的性能测度数据进行比较。数据可以通与模型的性能测度数据进行比较。数据可以通过历史纪录、经验、和计算得到。这些粗糙的过历史纪录、经验、和计算得到。这些粗糙的数据将为模型输入参数提供基础，同时将有助数据将为模型输入参数提供基础，同时将有助于一些需要较精确输入参数数据的收集。于一些需要较精确输入参数数据的收集。v有些数据可能没有现成的记录，而通过测量来收集数据可有些数据可能没有现成的记录，而通过测量来收集数据可能要费时、费钱。除了在模型分析中能要费时、费钱。除了在模型分析中,模型参数需要极为模型参数需要极为精确

39、的输入数据外精确的输入数据外,同对系统的每个参数的数据进行调查、同对系统的每个参数的数据进行调查、测量的收集方式相比，采用估计方法来产生输入数据更为测量的收集方式相比，采用估计方法来产生输入数据更为高效。估计值可以通过少数快速测量或者通过咨询熟悉系高效。估计值可以通过少数快速测量或者通过咨询熟悉系统的系统专家来得到。即使是使用较为粗糙的数据，根据统的系统专家来得到。即使是使用较为粗糙的数据，根据最小值、最大值和最可能取值定义一个三角分布，要比仅最小值、最大值和最可能取值定义一个三角分布，要比仅仅采用平均值仿真效果都要好得多。有时候采用估计值也仅采用平均值仿真效果都要好得多。有时候采用估计值也能

40、够很好的满足仿真研究的目的。例如，仿真可能被简单能够很好的满足仿真研究的目的。例如，仿真可能被简单的用来指导人员了解系统中特定的因果关系。在这种情况的用来指导人员了解系统中特定的因果关系。在这种情况下，估计值就可以满足要求。下，估计值就可以满足要求。v当需要可靠数据时，花费较多时间收集和统计大量数据，当需要可靠数据时，花费较多时间收集和统计大量数据，以定义出能够准确反映现实的概率分布函数就是非常必要以定义出能够准确反映现实的概率分布函数就是非常必要的。需要的数据量的大小取决于变量的变异程度，但是也的。需要的数据量的大小取决于变量的变异程度，但是也有通用的规则，大拇指法指出至少需要三十甚至上百的

41、数有通用的规则，大拇指法指出至少需要三十甚至上百的数据。假如要获得随机停机时间的输入参数，必须要在一个据。假如要获得随机停机时间的输入参数，必须要在一个较长时间段内捕获足够多的数据。较长时间段内捕获足够多的数据。（6 6）建立计算机模型）建立计算机模型 构建计算机模型的过程中，首先构建小的测试构建计算机模型的过程中，首先构建小的测试模型来证明复杂部件的建模是合适的。一般建模过模型来证明复杂部件的建模是合适的。一般建模过程是呈阶段性的，在进行下一阶段建模之前，验证程是呈阶段性的，在进行下一阶段建模之前，验证本阶段的模型工作正常，在建模过程中运行和调试本阶段的模型工作正常，在建模过程中运行和调试每

42、一阶段的模型。不会直接将整个系统模型构建起每一阶段的模型。不会直接将整个系统模型构建起来，然后点击来，然后点击“运行运行”按钮来进行系统的仿真。抽按钮来进行系统的仿真。抽象模型有助于定义系统的重要部分，并可以引导为象模型有助于定义系统的重要部分，并可以引导为后续模型的详细化而进行的数据收集活动。我们可后续模型的详细化而进行的数据收集活动。我们可能想对同一现实系统构建多个计算机模型，每个模能想对同一现实系统构建多个计算机模型，每个模型的抽象程度都不相同。型的抽象程度都不相同。（7 7）验证和确认模型）验证和确认模型 验证是确认模型的功能是否同设想的系统功能验证是确认模型的功能是否同设想的系统功能

43、相符合。模型是否同我们想构建的模型相吻合，产相符合。模型是否同我们想构建的模型相吻合，产品的处理时间、流向是否正确等。确认范围更广泛。品的处理时间、流向是否正确等。确认范围更广泛。它包括：确认模型是否能够正确反映现实系统，评它包括：确认模型是否能够正确反映现实系统，评估模型仿真结果的可信度有多大等。估模型仿真结果的可信度有多大等。（8）验证 现在有很多技术可以用来验证模型。最最重要的、首现在有很多技术可以用来验证模型。最最重要的、首要的是在仿真低速运行时，观看动画和仿真钟是否同步运要的是在仿真低速运行时，观看动画和仿真钟是否同步运行，它可以发现物料流程及其处理时间方面的差异。行，它可以发现物料

44、流程及其处理时间方面的差异。另一种验证技术是在模型运行过程中，通过交互命令另一种验证技术是在模型运行过程中，通过交互命令窗口，显示动态图表来询问资源和流动项目的属性和状态。窗口，显示动态图表来询问资源和流动项目的属性和状态。通过通过“步进步进”方式运行模型和动态查看轨迹文件可以方式运行模型和动态查看轨迹文件可以帮助人们调试模型。运行仿真时，通过输入多组仿真输入帮助人们调试模型。运行仿真时，通过输入多组仿真输入参数值，来验证仿真结果是否合理也是一种很好的方法。参数值，来验证仿真结果是否合理也是一种很好的方法。在某些情况下，对系统性能的一些简单测量可以通过手工在某些情况下，对系统性能的一些简单测量

45、可以通过手工或使用对比而来获得。对模型中特定区域要素的使用率和或使用对比而来获得。对模型中特定区域要素的使用率和产出率通常是非常容易计算出来的。产出率通常是非常容易计算出来的。在调试模型中是否存在着某种特定问题时，推荐使用在调试模型中是否存在着某种特定问题时，推荐使用同一随机数流，这样可以保证仿真结果的变化是由对模型同一随机数流，这样可以保证仿真结果的变化是由对模型所做的修改引起的，同时对随机数流不做改动，有时对于所做的修改引起的，同时对随机数流不做改动，有时对于模型运行在一些简单化假设下，非常有帮助，这些假设是模型运行在一些简单化假设下，非常有帮助，这些假设是为了更加简便的计算或预测系统性能

46、。为了更加简便的计算或预测系统性能。（9）确认）确认v模型确认建立模型的可信度。但是，现在还没有模型确认建立模型的可信度。但是，现在还没有哪一种确认技术可以对模型的结果作出哪一种确认技术可以对模型的结果作出100%100%的确的确定。我们永远不可能证明模型的行为就是现实的定。我们永远不可能证明模型的行为就是现实的真实行为。如果我们能够做到这一步，可能就不真实行为。如果我们能够做到这一步，可能就不需要进行仿真研究的第一步（问题的定义）了。需要进行仿真研究的第一步（问题的定义）了。我们尽力去做的，最多只能是保证模型的行为同我们尽力去做的，最多只能是保证模型的行为同现实不会相互抵触罢了。现实不会相互

47、抵触罢了。v通过确认，试着判断模型的有效程度。假如一个通过确认，试着判断模型的有效程度。假如一个模型在得到我们提供的相关正确数据之后，其输模型在得到我们提供的相关正确数据之后，其输出满足我们的目标，那么它就是好的。模型只要出满足我们的目标，那么它就是好的。模型只要在必要范围内有效就可以了，而不需要尽可能的在必要范围内有效就可以了，而不需要尽可能的有效。在模型结果的正确性同获得这些结果所需有效。在模型结果的正确性同获得这些结果所需要的费用之间总存在着权衡。要的费用之间总存在着权衡。v在这些工作完成之后，需要将现实系统作模型在这些工作完成之后，需要将现实系统作模型描述，它远比模型描述向计算机模型转

48、化困难。描述，它远比模型描述向计算机模型转化困难。v现实向模型的转化意味着你已经对现实有了非现实向模型的转化意味着你已经对现实有了非常彻底的理解，并且能将其完美的描述出来。常彻底的理解，并且能将其完美的描述出来。这一阶段，将此转换过程中所作的所有假设作这一阶段，将此转换过程中所作的所有假设作详细说明非常有必要。事实上，在整个仿真研详细说明非常有必要。事实上，在整个仿真研究过程中，所有假设列表保持在可获得状态是究过程中，所有假设列表保持在可获得状态是个很好的主意，因为这个假设列表随着仿真的个很好的主意，因为这个假设列表随着仿真的递进还要逐步增长。假如描述系统这一步做得递进还要逐步增长。假如描述系

49、统这一步做得非常好，建立计算机模型这一阶段将非常简便。非常好，建立计算机模型这一阶段将非常简便。v注意，获得足够的，能够体现特定仿真目的的注意，获得足够的，能够体现特定仿真目的的系统本质的材料是必要的，但是不需要获得与系统本质的材料是必要的，但是不需要获得与真实系统一一对应的模型的描述。正如爱因斯真实系统一一对应的模型的描述。正如爱因斯坦所说坦所说“做到不能再简单为止做到不能再简单为止”。判断模型的有效性需要从如下几方面着手：判断模型的有效性需要从如下几方面着手：模型性能测度是否同真实系统性能测度匹配？模型性能测度是否同真实系统性能测度匹配？如果没有现实系统来对比，可以将仿真结果同相近现实系统

50、的如果没有现实系统来对比，可以将仿真结果同相近现实系统的仿真模型的相关运行结果作对比。仿真模型的相关运行结果作对比。利用系统专家的经验和直觉来假设复杂系统特定部分模型的运利用系统专家的经验和直觉来假设复杂系统特定部分模型的运行状况。行状况。对每一主要任务，在确认模型的输入和假设都是正确的，模型的对每一主要任务，在确认模型的输入和假设都是正确的，模型的性能测度都是可以测量的之前，需要对模型各部分进行随机性能测度都是可以测量的之前，需要对模型各部分进行随机测试。测试。模型的行为是否同理论相一致？确定结果的理论最大值和最小模型的行为是否同理论相一致？确定结果的理论最大值和最小值，然后验证模型结果是否