物流系统仿真

第九章第九章 物流系统仿真物流系统仿真 教学目的教学目的：使学生理解物流系统仿真的概念，掌握物流系统仿真方法的分类，理 解常用的物流系统仿真方法。 基本要求基本要求：1、理解系统仿真的概念； 2、掌握物流系统仿真方法的分类； 3、理解常用的物流系统仿真方法。 教学重点教学重点：物流系统仿真方法 教学时数教学时数：4 学时 第一节第一节 物流系统仿真概述物流系统仿真概述 一一. . 系统仿真系统仿真 什么是系统仿真 系统仿真是利用系统模型在仿真的环境和条件下，对系统进行研究、分析 和试验的方法。 其它关于仿真的定义： 系统仿真是在数字计算机上进行实验的数字化技术，她包括数字与逻辑 模型的某些模式，这些模型描述某一事件或经济系统在若干时间周期内 的特征（雷诺（T.H.Naylor）于1966年提出的仿真定义）。 仿真就是模拟真实系统。 仿真就是用模型来做实验。 系统仿真的目的 系统仿真的目的在于利用人为控制的环境条件，改变某些特定的参数，观 察模型的反应，研究真实系统的现象或过程。 二二. . 系统仿真的基本要素系统仿真的基本要素 系统 建模 二次建模 系统仿真三要素 系统仿真包括三个基本要素 系统、系统模型、计算机 联系系统仿真三要素的基本活动是 系统模型建立、仿真模型建立、仿真实验 三三. . 系统仿真的三个发展阶段系统仿真的三个发展阶段 1 1 直观模仿直观模仿 在这个阶段，人们只是对自然物进行直观模仿。它的特点是：模仿自然物 的外部几何形状和由几何形状产生的某种功能。 仿真的目的公于研究自然物的某种优点，以便将它移植列人工工具上，即 目的在于发展模型本身。 直观仿真只能为发展科学提供一些条件，不会产生根本性变革。 2 2．仿真实验．仿真实验 在这个阶段，人们将仿真方法用于科学实验．通过仿真原型来认识、研究 和改造原型。 仿真实验阶段常采用的方法，有以几何相似或物理相似为基础的物理仿真 和以数学关系为基础的数学仿真。 仿真实验的结果必须在实践中得到检验。 3 3．功能仿真．功能仿真 功能仿真是以不同对象的功能和行为相似为基础的仿真方法。 功能仿真可以利用不同的结构实现相同的功能。 计算机可以仿真入脑思维功能、是系统仿真的主要工具。 四四. . 系统仿真的特点（作用）系统仿真的特点（作用） 利用仿真模型可将复杂事物抽象化，通过仿真模型了解系统的可行性和可靠 性，检验理论的正确性，寻求解决问题的途径。 利用仿真可避免在实际系统上试验周期过长的弊病，节省人力、物力、财力。 某些复杂系统既不能用实际试验方法．又不能用解析方法时，计算机仿真方 法是惟一有效的方法。 可以避免对实际系统进行破坏性实验或危险性实验。在这种情况下，仿真方 仿真实验 系统模型计算机 法的优点更为突出。 仿真可以研究单个变量或参数变化时对系统整体的影响，并且可以多次重复 试验，这在真实系统中是非常困难或不可能的。 仿真方法可用来检验理论分析所得的结果的正确性和有效性，其基本方法较 易掌握，仿真的结果直观，便于理解。 五五. . 系统仿真的类型系统仿真的类型 按应用分类 生产管理仿真、工程技术仿真、军事仿真、科学试验等。 从运运筹学的角度，系统仿真又可分为存储仿真、排队仿真、预测仿真、 更新仿真、训练仿真等。 按结构形式分类 简单式、串联式、扩展式、分析式。 简单式仿真所用模型的结构也比较简单．如车间生产作业的仿真； 串联式仿真所用模型的结构为相继串联的若干个简单式模型； 扩展式仿真所用模型表现为苦干子模型的串并联形式，例如仿真一个企 业的整体； 分析式仿真主要是针对一些大而复杂的系统，在仿真这类系统时，先对 总系统设计仿真模型，通过粗略仿真，从中分析出解弱环节或关键子系 统。然后再针对这些薄弱环节或关键子系统构造详细的仿真模型，进一 步仿真，以便进行更深入详细的分析。 按仿真实验的方法分类 物理仿真法和数学仿真法。 物理仿真也称实体仿真．一般仿真的过程是以物理性质和几何形状相似 为基础，而其他性质不变的仿真。 数学仿真是以数学方程式相似为基础的仿真方法，它是用数学式来表示 被仿真的对象。 按系统中事件出现的特性分类 随机性仿真和确定性仿真。 如果在系统中．事件的出现是随机的，那么对这种系统所进行的仿真为 随机性仿真． 反之，如果事件的出现是确定的，那么对这种系统所进行的仿真为确定 性仿真。 在管理仿真中， 由于搜集数据方面的困难， 通常所进行的是确定性仿真。 蒙持卡洛法(Monte Carlo )是应用较多的一种随机仿真方法，它 用统计试验法求解一些数学问题，尽管这些问题基本上是确定性的，但 由于此方法使用了随机数的缘故，因此通常把它作为随机仿真的一个类 别。 按照系统中实体成活动的动态形式分类 连续系统仿真和离散系统仿真。 如果系统变化的主要方面是连续的，那么对此所进行的仿真为连续系统 的仿真。 如果系统变化的主要方面是离散的，那么对此所进行的仿真为离散系统 的仿真。 连续系统的仿真方法主要通过常微分方程的求解，利用改变系统的边界 条件与初始值以研究系统的变化。 离散系统的仿真又分为两类：一类是离散时间系统的仿真，一类是离散 事件系统的仿真。离散时间系统的仿真是每隔规定的时间间隔取一个分 析系统的数据点，这种仿真又叫定时仿真法；离散事件系统的仿真是根 据发生的事件的瞬间作为分析事件的数据点，这种仿真又叫事件仿真 法。 六六. .系统仿真的优缺点系统仿真的优缺点 第二节第二节蒙特卡洛法蒙特卡洛法 一.蒙特卡洛法 蒙特卡洛法蒙特卡洛法(Monte-Carlo )(Monte-Carlo ) 亦称统计试验法、随机模拟法。是由匈牙利数学家Von Neumann建立的，因 其方法与某些赌博工具在原理上基本一致，因此人们用著名赌城蒙特卡洛 的名字来命名该方法。 蒙特卡洛法是一种随机模拟法，它通过构造一个与原来问题没有直接关系 的概率过程，并利用它来产生统计现象的一种仿真方法。 目前，蒙特卡洛法己成为仿真的有力工具，在物流系统工程中，它被用来 解决设备交货、订货、风险型决策、排队等很多问题。 二.蒙特卡洛法的基本原理 基本原理基本原理 在所研究的系统中，采用某种特定方法产生随机数和随机变量、仿真随机 事件，对输出结果进行统计处理，从而得到问题的解的一种数值计算方法。 蒙特卡洛法的理论基础是概率论中的大数定律。 即在相同的条件下对事件A 进行n次独立实验，当n无限增大时，事件A的n个观测值的平均值依概率收 敛于其数学期望。 从原则上讲，蒙特卡洛法可以求解任何形式的系统问题的数学模型，特别 是对随机因素多，用解析法无法求解的复杂数学模型。 三三. . 蒙特卡洛法仿真的步骤蒙特卡洛法仿真的步骤 对资料进行分析处理，分析实际问题中随机变量的统计特性，构造描述现实 系统的仿真概率模型； 根据数学概率模型的特点，设计和应用降低方差的各种方法，以加快仿真结 果的收敛。 给出概率模型中各种不同分布的随机变量的抽样方法，对模型进行随机取 样，确定随机变量值。 按照数量关系进行仿真计算。 处理仿真