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1、2.1.12.1.1系统、模型与系统仿真系统、模型与系统仿真系统、模型与系统仿真系统、模型与系统仿真系统是相互联系又相互作用的对象的有机组合。系统是相互联系又相互作用的对象的有机组合。系系统统模模型型是是对对系系统统的的特特征征要要素素、有有关关信信息息和和变变化化规规律律的的一一种种抽抽象象表表述述，它它反反映映了了系系统统某某些些本本质质属属性性，描描述述了了系系统统各各要素间的相互关系、关系与环境之间的相互作用。要素间的相互关系、关系与环境之间的相互作用。系统模型的种类:抽象模型、形象模型抽象模型:数学模型、图表模型、模拟模型、概念模型形象模型：实物模型等系系统统仿仿真真的的方方法法：建
2、建立立系系统统模模型型，在在模模型型上上对对系系统统进进行行实实验研究的方法。验研究的方法。2.12.1 系统仿真系统仿真系统仿真系统仿真的基本概念的基本概念1第1页/共38页2.1.22.1.2连续系统和离散事件系统的仿真连续系统和离散事件系统的仿真连续系统和离散事件系统的仿真连续系统和离散事件系统的仿真连连续续系系统统是是指指系系统统的的状状态态随随时时间间连连续续变变化化。如如许许多多工工程程系统属于连续系统。系统属于连续系统。离离散散事事件件系系统统是是指指状状态态变变量量随随时时间间呈呈离离散散变变化化的的系系统统。物流系统是典型的物流系统是典型的离散事件离散事件系统。系统。系统仿真
3、系统仿真系统仿真系统仿真连续系统的仿真连续系统的仿真连续系统的仿真连续系统的仿真离散事件系统的仿真离散事件系统的仿真离散事件系统的仿真离散事件系统的仿真2第2页/共38页系统模型的一般形式：系统模型的一般形式：系统模型的一般形式：系统模型的一般形式：T T时时间间基基。连连续续系系统统的的T T是是确确定定的的数数；离离散散系系统统的的T T是是可可变的，而且随着时间基的变化，仿真结果也各不相同。变的，而且随着时间基的变化，仿真结果也各不相同。X X、Y Y输输入入、输输出出变变量量。连连续续系系统统的的X X、Y Y一一般般是是确确定定性性的变量；离散系统的的变量；离散系统的X X、Y Y往
4、往具有随机性。往往具有随机性。U U状状态态变变量量。连连续续系系统统的的U U一一般般是是一一个个连连续续变变量量；离离散散系统的系统的U U则可能是非连续的。则可能是非连续的。状状态态转转移移函函数数。连连续续系系统统可可由由状状态态转转移移函函数数推推算算出出状态变量的变化过程；而离散系统不存在状态变量的变化过程；而离散系统不存在。状态空间状态空间。状态变量集合所表述的空间。状态变量集合所表述的空间。3第3页/共38页2.1.3 物流系统仿真的核心技术物流系统仿真的核心技术 物物流流系系统统的的仿仿真真是是典典型型的的离离散散事事件件系系统统仿仿真真。离离散散事事件件系系统统是是指指系系
5、统统状状态态在在某某些些随随机机时时间间点点上上发发生生离离散散变变化化的的系系统统。这这种种引引起起状状态态变变化化的的行行为为称称为为“事事件件”，因因而而这这类类系系统统是是由由事事件件驱驱动动的的；而而且且“事事件件”往往往往发发生生在在随随机机时时间间点点上上，亦亦称称为为随随机机事事件件，因因而而离离散散事事件件系系统统一一般般都都具具有有随随机机特特性性；系系统统的的状状态态变量往往是离散变化的。变量往往是离散变化的。4第4页/共38页1 1仿真钟仿真钟 仿仿真真钟钟用用于于表表示示仿仿真真时时间间的的变变化化。在在离离散散事事件件系系统统仿仿真真中中，由由于于系系统统状状态态变
6、变化化是是不不连连续续的的，在在相相邻邻两两个个事事件件发发生生之之前前，系系统统状状态态不不发发生生变变化化，因因而而仿仿真真钟钟可可以以跨跨越越这这些些“不不活活动动”周周期期。从从一一个个事事件件发发生生时时刻刻，推推进进到到下一个事件发生时刻。下一个事件发生时刻。仿仿真真实实质质上上是是对对系系统统状状态态在在一一定定时时间间序序列列的的动动态态描描述。所以仿真钟一般是仿真的主要自变量。述。所以仿真钟一般是仿真的主要自变量。仿仿真真钟钟的的推推进进有有两两种种经经典典方方法法：固固定定步步长长推推进进法法和和变步长推进法。变步长推进法。应应指指出出仿仿真真钟钟显显示示的的是是系系统统仿
7、仿真真花花费费的的时时间间，而而不不是是计计算算机机运运行行仿仿真真模模型型的的时时间间。因因此此，仿仿真真时时间间与与真真实实时间成比例关系。时间成比例关系。5第5页/共38页2 2物流系统仿真策略事件调度法：用事件的观点来分析现实系统，主要包括事件的定义、每个事件的变动对系统状态的影响，确定按时间顺序事件发生时有关的逻辑关系，执行每个事件对应的处理子模块等。活动扫描法：定义系统的主导实体、主导实体的活动及该类活动的发生条件；定义与主导实体活动有关联的非主导实体及其活动；时间进程以主导实体活动发生的时间序列为基础；走向控制以主导实体发生活动的地点或种类为依据进入不同活动处理分支。进程交互法：
8、定义每个进程所包含的各个活动、活动的衔接及发生活动的条件；对于每个进入进程的主导实体，一旦活动条件都满足，即完成该进程的全部活动，只要条件允许，该进程应尽可能连续推进；如果某一活动发生条件得不到满足，则中断该项活动并记下断点，以便条件满足时再继续处理；6第6页/共38页2.1.4 物流系统仿真步骤物流系统仿真步骤调研调研系统系统建立系建立系统模型统模型确定仿确定仿真算法真算法建立仿建立仿真模型真模型运行仿运行仿真模型真模型仿真结束仿真结仿真结果分析果分析仿真结仿真结果输出果输出修改系修改系统参数统参数系统方系统方案比较案比较确定系确定系统方案统方案一般地，需了解的方面包括以下几方面：系统结构、
9、系统流程、系统相关参数。系统模型是对系统的组成、主要流程和规则等主要特征进行描述。建立系统模型首先要根据需要和要求确定仿真目标,然后建立模型并设定模型的有关参数。7第7页/共38页调研调研系统系统建立系建立系统模型统模型确定仿确定仿真算法真算法建立仿建立仿真模型真模型运行仿运行仿真模型真模型仿真结束仿真结仿真结果分析果分析仿真结仿真结果输出果输出修改系修改系统参数统参数系统方系统方案比较案比较确定系确定系统方案统方案 仿真算法是控制仿真钟推进的方法，是系统仿真的核心。多数仿真软件是在事件调度法、进程交互法和活动扫描法的基础上编写的。物流系统仿真步骤物流系统仿真步骤8第8页/共38页调研调研系统
10、系统建立系建立系统模型统模型确定仿确定仿真算法真算法建立仿建立仿真模型真模型运行仿运行仿真模型真模型仿真结束仿真结仿真结果分析果分析仿真结仿真结果输出果输出修改系修改系统参数统参数系统方系统方案比较案比较确定系确定系统方案统方案仿真模型是在系统模型的基础上构建可进行计算机运行的模型，即是将系统模型规范化和数字化的过程。物流系统仿真步骤物流系统仿真步骤9第9页/共38页物流系统仿真步骤物流系统仿真步骤调研调研系统系统建立系建立系统模型统模型确定仿确定仿真算法真算法建立仿建立仿真模型真模型运行仿运行仿真模型真模型仿真结束仿真结仿真结果分析果分析仿真结仿真结果输出果输出修改系修改系统参数统参数系统方
11、系统方案比较案比较确定系确定系统方案统方案采用统计学方法,对仿真结果的可信度和精度进行分析,通过多次仿真结果的比较和分析对系统方案进行评价，以达到优化的目的。10第10页/共38页物流系统仿真步骤物流系统仿真步骤调研调研系统系统建立系建立系统模型统模型确定仿确定仿真算法真算法建立仿建立仿真模型真模型运行仿运行仿真模型真模型仿真结束仿真结仿真结果分析果分析仿真结仿真结果输出果输出修改系修改系统参数统参数系统方系统方案比较案比较确定系确定系统方案统方案11第11页/共38页2.2 2.2 物流仿真技术的发展趋势物流仿真技术的发展趋势集成化的物流规划设计仿真技术是目前物流仿真技术发展较快的一个方向，
12、此项技术应用的范围非常广泛，大到物流园区的规划设计，小到企业生产物流的规划设计，都可以利用物流规划设计仿真技术对规划和设计方案进行比选和优化，实现的基本功能包括：（1）可以用三维虚拟物流中心模型来模拟未来实际物流中心的情况；（2）使用虚拟中心仿真器可以对物流中心的建设进行较精确的投入-产出分析；（3）在参观客户现场及参阅仓库图纸等的基础上，可以在计算机上构筑模拟仓库，并模拟各种库中作业；（4）可以模拟生产型物流的现场作业，并提供物流作业效率的评价结果；12第12页/共38页2.3 Flexsim 2.3 Flexsim 仿真软件简介仿真软件简介2.3.1概论概论 Flexsim模模拟拟软软件件
13、是是一一个个以以物物件件为为导导向向的的模模拟拟软软件件程程式式，可可以以帮帮助助使使用用者者建建立立像像规规划划、流流程程、设设计计等等模模型型，依依不不同同决决策策变变数数之之组组合合，分分析析使使用用率率、产产能能、产产出出、前前置置时时间间、成成本本等等策策略略，达达到到产产能能最最大大化化、排排程程最最佳佳化化、半半成成品品及及库库存最小化、成本最小化目标。存最小化、成本最小化目标。Flexsim提提供供使使用用者者一一个个简简洁洁的的编编排排方方式式，透透过过拖拖曳曳的的方方式式轻轻松松地地建建构构出出图图形形化化模模式式、功功能能齐齐全全之之元元件件库库并并已已详详细细分分类类为
14、为树树状状结结构构、通通过过2D图图形形化化之之模模式式建建立立，能能自自动动产产生生3D实体化及实体化及VR虚拟实境之模式。虚拟实境之模式。13第13页/共38页 应应用用Flexsim控控制制面面板板能能轻轻易易控控制制模模拟拟过过程程、透透过过元元件件编编辑辑器器能能轻轻易易地地建建立立新新的的元元件件或或修修改改现现有有的的元元件件、允允许许使用者加入额外的功能及更改介面。使用者加入额外的功能及更改介面。应应用用Flexsim可可以以建建立立一一个个真真实实系系统统的的3D计计算算机机模模型型，然然后后用用比比在在真真实实系系统统上上更更短短的的时时间间或或者者更更低低的的成成本本来来
15、研研究系统。究系统。Flexsim是是一一个个通通用用工工具具，已已被被用用来来对对若若干干不不同同行行业业中中的的不不同同系系统统进进行行建建模模。Flexsim已已被被大大小小不不同同的的企企业业成成功功地地运运用用。粗粗略略估估计计，Fortune企企业业中中大大约约一一半半以以上上的的企企业业为为Flexsim的的客客户户，包包括括一一些些著著名名的的企企业业，如如：General Mills,Daimler Chrysler,Northrop Grumman,Discover Card,DHL,Bechtel,Bose,Michelin,FedEx,Seagate Technolog
16、ies,Pratt&Whitney,TRW 和 NASA，等等。14第14页/共38页Flexsim软件主窗口布局 Flexsim软件主窗口由下面五部分构成:菜单 工具栏 实体库 模型视图 仿真控制栏15第15页/共38页 文件菜单 新建模型此选项清除软件中的当前模型以便创建一个新的仿真模型。此选项不影响视图布局或库。选择它的 时 候 Flexsim会发出警告：此操作将丢失当前模型中的所有实体。16第16页/共38页 文件菜单 打开模型.此选项用来选择一个Flexsim模型文件（扩 展 名 为.fsm）来编辑。如果没有存盘，在当前模型中所进行的所有改变都将丢失。17第17页/共38页 文件菜单
17、 保存.此选项将保存当前模型文 件（扩 展 名 为.fsm），对当前模型所做的改变都会被保存。模型另存为.此选项用来将仿真模型保存为文件。保存所创建的文件扩展名为.fsm。此模型树的全部内容都将被保存。18第18页/共38页Flexsim软件主窗口布局 Flexsim软件主窗口由下面五部分构成:菜单 工具栏 实体库 模型视图 仿真控制栏19第19页/共38页工具栏工具栏中常用到的按钮包括ToolBox：工具箱编辑全局表格/变量Commands：命令集Tree：模型树打开模型树Ortho：正投影打开模型正投影视图Persp：透视打开模型透视图20第20页/共38页Flexsim软件主窗口布局 F
18、lexsim软件主窗口由下面五部分构成:菜单 工具栏 实体库 模型视图 仿真控制栏21第21页/共38页Flexsim仿真模型的基本组成对象（Objects）Flexsim采用对象对实际过程中的各元素建模连接（Connections）Flexsim中通过对象之间的连接定义模型的流程方法（Methods）对象中的方法定义了模型中各对象所需要完成的作业22第22页/共38页2.3.2 基本概念基本概念 Flexsim实体 Flexsim的实体在仿真中模拟不同类型的资源。暂存区实体就是一个例子，它在仿真中扮演存储或缓冲区的角色。暂存区可以代表一队人，CPU中一队空闲处理程序，一个工厂中的地面堆存区，
19、或客户服务中心的等待传叫的队列。另一个Flexsim实体的例子是处理器实体，它模拟一段延迟或处理时间。它可以代表工厂中的一台机器，一个为客户服务的银行出纳员，或者一个分检包裹的邮政员工，等等。Flexsim实体可在对象库栅格面板中找到。这些实体栅格被分为几组，默认状态下显示最常用的实体。23第23页/共38页 Flexsim实体库简介 Flexsim库由实体组成，这些实体之间可进行方便易懂的交互。这些实体是采用面向对象的方法构建的，具有父类/子类的层次结构。子类实体继承父类实体的属性和默认行为，同时又特别指定了适用于特定情形的行为。在Flexsim中，库中的大多数实体都是由两个通用实体类，或者
20、说是父类，之一创建的。这 里 所 说 的 两 个 通 用 类 是 固 定 实 体（FixedResources）和任务执行器（TaskExecuters）。24第24页/共38页Flexsim的实体库25第25页/共38页 固定实体 固定实体是模型中固定不动的实体，可以代表处理流程的步骤，如处理站或存储区域。发生器发生器 暂存区暂存区 处理器处理器 吸收器吸收器 合成器合成器 分解器分解器 输送机输送机 流节点流节点 分类输送机分类输送机 复合处理器复合处理器 货架货架 储液罐储液罐 基本固定实体（基本固定实体（BFR）26第26页/共38页 任务执行器任务执行器 任任务务执执行行器器是是模模
21、型型中中共共享享的的可可移移动动的的资资源源。它它们们可可以以是是操操作作员员，被被用用来来在在某某给给定定步步骤骤中中处处理理一一个个临临时时实实体体时时使使用。用。任务执行器:操作员运输机堆跺机起重机升降机机器人基本任务执行器（BTE）27第27页/共38页其它:实体库中也有一些实体，既不是任务执行器，也不是固定实体。这些实体列出如下。分配器网络节点记录器交通控制器可视化工具在Flexsim的学习和应用中，我们将会发现，固定实体和任务执行器之间的差别有时会变得非常模糊。在模型中，任务执行器能够仿真类似固定实体的处理步骤，而固定实体也能配置用来像共享资源一样行进和操作。唯一差别在于看待问题的
22、角度。28第28页/共38页 临时实体 临时实体是那些在模型系统中移动通过的实体。临时实体可以代表零件、托盘、组装部件、纸张、集装箱、人、电话呼叫、订单，或任何移动通过你正在仿真的过程的对象。临时实体可以被加工，也可以被物料运输资源携带通过系统。在Flexsim中，临时实体产生于一个发生器实体。一旦临时实体从模型系统中通过，他们就被送至吸收器实体。29第29页/共38页 端口 每个Flexsim的实体都可有多个端口，端口数没有数量限制。实体通过端口与其它实体进行通信。端口有3种类型：输入、输出和中间端口。输入和输出端口在设定临时实体在模型中的流动路线时使用。例如，一个邮件分拣器，根据包裹的目的
23、地不同，把包裹放置在几个输送机中的一个上。要在Flexsim中模拟这个过程，你需要将一个处理器实体的多个输出端口连接到几个输送机实体的输入端口，这表示一旦处理器（或邮件分拣器）完成对临时实体（或包裹）的处理，将把它发送到输送机。30第30页/共38页 中间端口用来建立一个实体与另一个实体的相关性。中间端口通常的应用是建立固定实体与可移动实体之间的相关关系，这些固定实体如机器、暂存区、输送机，可移动实体如操作员、叉车、起重机等。本课教程中不使用中间端口。端口的创建和连接操作方法是，按住键盘上不同字母，点击一个实体并拖动至第二个实体。如果在点击和拖动过程中按住字母“A”键，将在第一个实体上生成一个
24、输出端口，同时在在第二个实体上生成一个输入端口，这两个新的端口将自动连接。31第31页/共38页如果按住“S”键将在这两个实体上各生成一个中间端口并连接这两个新的端口。当按住的是“Q”键或“W”键时，输入输出端口之间或中间端口之间的连接被断开，端口被删除。下表给出了用来建立和断开两类端口连接的键盘字母。输出出输入入中中间断开断开QW连接接AS32第32页/共38页应用 Flexsim建模的基本步骤1、构建模型布局2、定义物流流程3、编辑实体参数4、编译运行仿真5、分析仿真结果 33第33页/共38页2.3.3 实例实例：简单仿真模型的建立：简单仿真模型的建立 以下将通过一个简单模型的建立，来学
25、习如何使用Flexsim软件系统。34第34页/共38页生产线同时生产三种产品，然后被送到监测车间的缓存区。检测车间有三台监测系统分别对这三种产品进行检测后，通过各自的传送带将产品运输出去35第35页/共38页模型描述产品到达检测车间的时间服从均值为20，方差为2的正态分布到达检测车间的产品类别（1,2,3）服从均匀分布检测时间服从指数分布缓存区容量为25件产品传送带传输速度为1m/s36第36页/共38页构建仿真模型的实验要点：构建仿真模型的实验要点：Flexsim软件的基本操作方法；软件的基本操作方法；发生器、暂存区、处理器、操作人员和运输机的基本功能和特点；发生器、暂存区、处理器、操作人员和运输机的基本功能和特点；暂存区参数（容量、临时实体流暂存区参数（容量、临时实体流/使用运输工具）的设置。使用运输工具）的设置。37第37页/共38页感谢您的欣赏！第38页/共38页