生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真課件.ppt

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1、第四章制造系統(tǒng)建模方法4.1系統(tǒng)建模方法概述連續(xù)系統(tǒng)可以借助相關(guān)數(shù)學(xué)理論，對(duì)系統(tǒng)加以描述和求解。離散事件系統(tǒng)研究最早以排隊(duì)現(xiàn)象和排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)為對(duì)象。上世紀(jì)70年代前后，F(xiàn)MS、大規(guī)模計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)通信、機(jī)場(chǎng)調(diào)度等復(fù)雜離散事件系統(tǒng)的相繼出現(xiàn)，推動(dòng)了離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)（DEDS)理論的形成和發(fā)展。第四章制造系統(tǒng)建模方法DEDS系統(tǒng)的特征：①離散事件是構(gòu)成系統(tǒng)的基本要素，也是導(dǎo)致系統(tǒng)狀態(tài)演變并觸發(fā)新的事件的基本原因。②離散事件發(fā)生的時(shí)刻受系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)、狀態(tài)以及環(huán)境的共同影響，具有隨機(jī)性和不確定性，使得系統(tǒng)狀態(tài)的變化也具有不確定性。第四章制造系統(tǒng)建模方法③研究

2、DEDS的過程就是分析因離散事件發(fā)生而導(dǎo)致的系統(tǒng)狀態(tài)演變的過程，研究的目標(biāo)包括：控制不期望事件的發(fā)生，使事件按預(yù)定的時(shí)刻或順序發(fā)生。④DEDS的運(yùn)行和控制多基于人為的運(yùn)行規(guī)則或決策邏輯，而不是物理學(xué)定律。第四章制造系統(tǒng)建模方法模型反映了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)及其主要行為之間的關(guān)系，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行和控制的基礎(chǔ)。模型的表征形式：數(shù)學(xué)方程、曲線、圖表、程序、語言、數(shù)據(jù)集等。與連續(xù)系統(tǒng)相比，離散事件系統(tǒng)建模存在不少困難，主要表現(xiàn)在：①離散事件發(fā)生在某個(gè)時(shí)刻，具有離散性。第四章制造系統(tǒng)建模方法②離散系統(tǒng)的性能指標(biāo)常具有離散特征，如制造系統(tǒng)的產(chǎn)量、零件的加工時(shí)間。

3、③系統(tǒng)中隨機(jī)性因素和概率化特征普遍存在。④復(fù)雜離散系統(tǒng)常具有分層和遞階特征。如：企業(yè)生產(chǎn)計(jì)劃：長(zhǎng)期、中期和短期，組織結(jié)構(gòu)：集團(tuán)、公司、分公司、車間、班組等第四章制造系統(tǒng)建模方法對(duì)于復(fù)雜離散事件系統(tǒng)，為降低建模和分析的難度，通常將系統(tǒng)分解為若干既相對(duì)獨(dú)立又相互作用的子系統(tǒng)。在完成局部和低層次系統(tǒng)建模的基礎(chǔ)上，再構(gòu)建整個(gè)系統(tǒng)模型。如進(jìn)銷存系統(tǒng)：采購(gòu)子系統(tǒng)、銷售子系統(tǒng)和庫(kù)存管理子系統(tǒng)。第四章制造系統(tǒng)建模方法⑤存在狀態(tài)爆炸性和計(jì)算可行性問題。離散事件系統(tǒng)的狀態(tài)數(shù)量與系統(tǒng)變量之間呈排列組合的關(guān)系。一般地，系統(tǒng)狀態(tài)隨著系統(tǒng)規(guī)模按指數(shù)方式增加，存在“狀態(tài)爆炸”

4、問題，由此導(dǎo)致模型求解時(shí)計(jì)算量的急劇增加，給模型的求解帶來困難。第四章制造系統(tǒng)建模方法根據(jù)建模手段和目標(biāo)，可以將DEDS模型分為三個(gè)層次：邏輯層次代數(shù)層次統(tǒng)計(jì)性能層次。第四章制造系統(tǒng)建模方法邏輯層次：分析和研究事件與系統(tǒng)狀態(tài)的對(duì)應(yīng)關(guān)系。主要數(shù)學(xué)工具：形式語言／有限自動(dòng)機(jī)、活動(dòng)循環(huán)圖法、Petri網(wǎng)、馬爾可夫鏈（Markovchain）等。代數(shù)層次：研究DEDS的代數(shù)特性和運(yùn)動(dòng)過程。主要數(shù)學(xué)工具：極大極小代數(shù)等第四章制造系統(tǒng)建模方法統(tǒng)計(jì)性能層次：研究隨機(jī)條件下DEDS的統(tǒng)計(jì)性能特性及其優(yōu)化問題。主要建模工具：排隊(duì)論、庫(kù)存模型、攝動(dòng)分析法、半馬爾可夫

5、過程等。第四章制造系統(tǒng)建模方法離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)是一門處于發(fā)展中的學(xué)科。目前還沒有形成統(tǒng)一的和具有普適性的建模理論與方法。本章以制造系統(tǒng)為主要建模對(duì)象，介紹幾種體系較完整且得到較多工程應(yīng)用的離散事件系統(tǒng)建模方法。第四章制造系統(tǒng)建模方法4.2活動(dòng)循環(huán)圖法4.2.1活動(dòng)循環(huán)圖法的基本原理活動(dòng)循環(huán)圖（ACD）法：以圖形直觀地顯示系統(tǒng)狀態(tài)及其變化，具有形象、便于理解和分析等特點(diǎn)，在制造系統(tǒng)（如作業(yè)車間、柔性制造系統(tǒng)等）中的應(yīng)用較為廣泛。第四章制造系統(tǒng)建模方法ACD（活動(dòng)循環(huán)圖法）實(shí)體狀態(tài)循環(huán)發(fā)生變化，有靜止（也稱隊(duì)列）和活動(dòng)兩種狀態(tài)，且交替出現(xiàn)。以圓圈（○

6、）表示實(shí)體的靜止?fàn)顟B(tài)以矩形（□）表示實(shí)體的活動(dòng)狀態(tài)以有向?。ā┍硎緺顟B(tài)與狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。如系統(tǒng)中有多個(gè)實(shí)體時(shí)，用不同顏色或線型的有向弧，以區(qū)分不同的實(shí)體。第四章制造系統(tǒng)建模方法系統(tǒng)的狀態(tài)是全部實(shí)體狀態(tài)變化的集合。因此，單個(gè)實(shí)體的活動(dòng)在ACD法中占有重要地位。當(dāng)對(duì)象比較復(fù)雜、實(shí)體數(shù)目較多時(shí)，可以對(duì)系統(tǒng)建立不同層次的ACD模型，將高層次模型進(jìn)一步分解為低層次的模型。第四章制造系統(tǒng)建模方法4.2.2ACD法的建模方法與建模過程一個(gè)活動(dòng)的發(fā)生要滿足條件：所有前置隊(duì)列（進(jìn)入活動(dòng)的實(shí)體隊(duì)列）中都具有符合規(guī)則的、足夠數(shù)量的令牌（token）。一個(gè)活動(dòng)可以同時(shí)

7、發(fā)生多起（如生產(chǎn)車間中幾臺(tái)機(jī)床同時(shí)處于加工活動(dòng)）活動(dòng)持續(xù)時(shí)間可以是常數(shù)，或隨機(jī)數(shù)，或者按照某種規(guī)律變化。第四章制造系統(tǒng)建模方法在繪制活動(dòng)循環(huán)圖時(shí)，可將實(shí)體按照某種行為特征加以分類。例如，將機(jī)床分為“加工”與“空閑”狀態(tài)，工人分為“工作”與“等待”狀態(tài)等。另外，還可以對(duì)同類型的實(shí)體進(jìn)行分類，如將機(jī)床分為“銑床”與“車床”，工人分為“操作工”和“維修工”等。第四章制造系統(tǒng)建模方法ACD法常用術(shù)語有：（1)實(shí)體（entity)。實(shí)體是指組成系統(tǒng)的各種要素，它是ACD中產(chǎn)生活動(dòng)的主體。例如，F(xiàn)MS中的機(jī)床、工件、托盤、小車、機(jī)械手等?？捎梦淖终f明或不同線

8、型表示不同的實(shí)體。實(shí)體數(shù)量可在實(shí)體名稱后用圓括號(hào)加數(shù)字說明。第四章制造系統(tǒng)建模方法（2)活動(dòng)（activity)?；顒?dòng)表示實(shí)體正處于某種