生产系统学-6制造系统建模与仿真_1

时间：2025-04-03

生产系统学第六章制造系统建模与仿真

制造系统建模与仿真

主要内容： 1.系统建模与仿真基本原理 2.制造系统的建模方法 3.制造系统的仿真方法 4.常用建模软件的介绍

制造系统建模与仿真

6.1 系统建模与仿真基本原理

6.1 系统建模与仿真基本原理仿真的意义

优化系统设计。在复杂的系统建立以前，能够通过改变仿真模型结构和调整参数来优化系统设计。对系统或系统的某一部分进行性能评价。节省经费。仿真试验只需要在可重复使用的模型上进行，所花费的成本远比在实际产品上做试验低；进行假设检验。仿真可以预测系统的特性，也可以预测外部作用对系统的影响；为管理决策和技术决策提供依据。

6.1 系统建模与仿真基本原理系统分类根据系统状态是否随时间连续变化，可以将系统分为连续系统和离散事件系统两大类模型。连续系统：服从于物理学定律，其数学模型可表示为传统意义上的微分方程或差分方程。其系统的状态变量随时间而发生连续变化。离散事件系统：指系统的状态在一些离散时间点上由于某种事件的驱动而发生变化。其数学模型很难用数学方程来表示。

6.1 系统建模与仿真基本原理状态变量的轨迹连续变化的模型连续时间模型离散事件模型连续模型和离散模型离散变化的模型

模型时间的集合

6.1 系统建模与仿真基本原理离散事件系统典型离散系统：制造领域中生产线/装配线、路口的交通流量分布、电信网络的电话流量等。特点：系统状态只在离散的时间点上发生变化，而且这些离散的时间点是不确定的。实例：一台机床加工工件，在正常的工作时间内，如果没有工件到达，则机床空闲；如果有工件到达，则机床为工件进行加工服务；如果工件到达时，机床正在进行加工，则新到达的工件在机床边排队等待。

6.1 系统建模与仿真基本原理离散事件系统的分类变量特性不同，可分为确定性系统和随机系统。确定性系统：变量、参数之间有确定的因果关系，可以采用确定性的数学函数、方程或者图标等加以描述。随机系统：受系统自身因素和环境因素中随机因素的影响，随机系统的参数、输入和输出状态存在不确定性，但系统参数存在一定的统计特征，可以采用概率论和数理统计的办法加以求解。其对应的模型称为确定性模型和随机模型。

6.1 系统建模与仿真基本原理离散事件系统的其他分类方式分类条件模型分类状态是否随时间发生变化静态系统模型和动态系统模型变量之间因果关系的不同

线性数学模型和线性数学模型对系统的了解程度的不同白箱模型，灰箱模型和黑箱模型微型模型和宏观模型研究目的的不同集中参数模型和分布参数模型

定常模型和时变模型

6.1 系统建模与仿真基本原理离散事件系统建模与仿真中的基本元素实体(Entity):存在于系统中的每一项确定的物体，是系统的具体对象。如：待加工工件。属性(Attribute):是实体特征的描述，一般是实体所拥有的全部特征的一个子集，用特征参数或变量表示。如：机床型号等。状态(State):在任一时刻，系统中所有实体的属性的集合就构成了系统的状态。事件(Event):事件是引起系统状态发生变化的行为和起因，是系统状态变化的驱动力。

6.1 系统建模与仿真基本原理离散事件系统建模与仿真中的基本元素活动(Activity):活动表示实体在两个事件之间的持续过程。如：工件到达事件与工件接受加工服务事件之间的过程。进程(Process):进程是有序的事件与活动组成的过程，它描述了其中的事件、活动的相互逻辑关系和时序关系。仿真时钟(simulation clock):仿真的时间变量。仿真时钟推进的时间间隔称为仿真步长。规则(Rule):规则用来描述实体之间的逻辑关系和系统运行策略的逻辑语句约定。

6.1 系统建模与仿真基本原理事件、活动与进程之间的关系

6.1 系统建模与仿真基本原理实例柔性制造系统：请分析其实体、状态、事件、活动缓冲区加工中心

缓冲区

加工中心

自动物料系统自动仓库

实体：工件、加工中心事件：(待加工件)到达、机床完成加工状态：各加工中心的繁忙程度、各加工中心的等待队列活动：工件等待、加工

6.1 系统建模与仿真基本原理系统仿真的步骤问题的阐述系统分析的描述建立数学模型数据收集

实验设计

模型确认

模型验证

建立仿真模型

仿真运行研究