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生产系统建模与仿真课件ppt课件


(1)实体(entity )。实体是指组成系统的各种
要素,它是ACD中产生活动的主体。
例如,FMS中的机床、工件、托盘、小车、机械
手等。
可用文号加数字说明。
第四章 制造系统建模方法
南昌大学
(2)活动(activity)。活动表示实体正处于 某种动作状态。
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模型反映了系统结构、参数及其主要行为之间的 关系,是系统设计、运行和控制的基础。 模型的表征形式:数学方程、曲线、图表、程序、 语言、数据集等。 与连续系统相比,离散事件系统建模存在不少困 难,主要表现在: ①离散事件发生在某个时刻,具有离散性。
第四章 制造系统建模方法
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4.2活动循环图法
4.2.1活动循环图法的基本原理
活动循环图(ACD)法:
以图形直观地显示系统状态及其变化,具有形象、
便于理解和分析等特点,在制造系统(如作业车
间、柔性制造系统等)中的应用较为广泛。
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ACD(活动循环图法)
实体状态循环发生变化,有静止(也称队列)和
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(5)直联活动和虚拟队列 如某一活动完成后,其后续活动就立即开始,
则称后续活动为直联活动。 为遵循实体的行为模式(状态交替变化),在
这两个活动之间插入一个等待时间为零的队列, 这种队列称为虚拟队列。
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②离散系统的性能指标常具有离散特征,如制造 系统的产量、零件的加工时间。 ③系统中随机性因素和概率化特征普遍存在。 ④复杂离散系统常具有分层和递阶特征。 如:企业生产计划:长期、中期和短期, 组织结构:集团、公司、分公司、车间、班组等
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对于复杂离散事件系统,为降低建模和分析的 难度,通常将系统分解为若干既相对独立又相互 作用的子系统。
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在绘制活动循环图时,可将实体按照某种行为特征
加以分类。
例如,将机床分为“加工”与“空闲”状态,工
人分为“工作”与“等待”状态等。
另外,还可以对同类型的实体进行分类,如将机
床分为“铣床”与“车床”,工人分为“操作工”
和“维修工”等。
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ACD法常用术语有:
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统计性能层次:研究随机条件下DEDS的统计性 能特性及其优化问题。 主要建模工具:排队论、库存模型、摄动分析 法、半马尔可夫过程等。
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离散事件动态系统是一门处于发展中的学科。 目前还没有形成统一的和具有普适性的建模理论 与方法。 本章以制造系统为主要建模对象,介绍几种体系 较完整且得到较多工程应用的离散事件系统建模 方法。
第四章 制造系统建模方法
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4.1系统建模方法概述 连续系统可以借助相关数学理论,对系统加以描述和
求解。 离散事件系统研究最早以排队现象和排队网络为对象。 上世纪70年代前后,FMS、大规模计算机、网络通信、
机场调度等复杂离散事件系统的相继出现,推动了离散事 件动态系统(DEDS )理论的形成和发展。
一般用矩形框表示。 活动名称用文字标注在矩形框中。 活动持续时间(也称活动周期),可标注在 活动的矩形框下方。
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(3)队列(queue)。队列用来表示实体处于静止 或等待状态。
一般,队列用圆圈来表示,并在圆圈中注明队 列的性质。
(4)实体的行为模式:在ACD模型中,实体行为 始终遵循“…→活动→队列→活动→ …”的交替变 化规则,称为实体的行为模式。
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DEDS系统的特征: ①离散事件是构成系统的基本要素,也是导致系统状 态演变并触发新的事件的基本原因。 ②离散事件发生的时刻受系统结构、参数、状态以及 环境的共同影响,具有随机性和不确定性,使得系统 状态的变化也具有不确定性。
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③研究DEDS的过程就是分析因离散事件发生而导 致的系统状态演变的过程,研究的目标包括:控 制不期望事件的发生,使事件按预定的时刻或顺 序发生。 ④DEDS的运行和控制多基于人为的运行规则或决 策逻辑,而不是物理学定律。
活动两种状态,且交替出现。
以圆圈(○)表示实体的静止状态
以矩形(□)表示实体的活动状态
以有向弧(→)表示状态与状态之间的转换。
如系统中有多个实体时,用不同颜色或线型的
有向弧,以区分不同的实体。
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系统的状态是全部实体状态变化的集合。 因此,单个实体的活动在ACD法中占有重要地位。 当对象比较复杂、实体数目较多时,可以对系统建 立不同层次的ACD模型,将高层次模型进一步分解为 低层次的模型。
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4.2.2 ACD法的建模方法与建模过程 一个活动的发生要满足条件:所有前置队列(进
入活动的实体队列)中都具有符合规则的、足够数 量的令牌(token)。
一个活动可以同时发生多起(如生产车间中几台 机床同时处于加工活动)
活动持续时间可以是常数,或随机数,或者按照 某种规律变化。
在完成局部和低层次系统建模的基础上,再构 建整个系统模型。
如进销存系统: 采购子系统、销售子系统和库存管理子系统。
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⑤存在状态爆炸性和计算可行性问题。 离散事件系统的状态数量与系统变量之间呈排列 组合的关系。
一般地,系统状态随着系统规模按指数方式增 加,存在“状态爆炸”问题,由此导致模型求解 时计算量的急剧增加,给模型的求解带来困难。
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根据建模手段和目标,可以将DEDS模型分为三个 层次: • 逻辑层次 • 代数层次 • 统计性能层次。
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逻辑层次:分析和研究事件与系统状态的对应 关系。 主要数学工具:形式语言/有限自动机、活动 循环图法、Petri网、马尔可夫链(Markov chain)等。 代数层次:研究DEDS的代数特性和运动过程。 主要数学工具:极大极小代数等
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