离散事件动态系统仿真.ppt

第4章 离散事件动态系统仿真 离散事件系统简介 离散事件系统是指系统状态由事件驱动的一类系统。银行服务系统是一种简单的离散事件系统，属于排队论。特别是近年来涌现出了一大批反映现代科学技术成果的人造系统，如计算机通信网络、柔性制造系统(FMS)、 计算机集成制造系统(CIMS)、现代城市交通网络、军事指挥中的C3I系统等等，是一类非常复杂的系统。 离散事件系统简介 与传统的物理系统不同，这类系统中均存在着大量的离散事件过程，其运行规律难以用物理定律加以描述，而是服从于一些人为的规则。系统普遍投资巨大，运行费用昂贵，如何提高系统的利用率和运行效率是决策者、设计者与使用者普遍关注的研究课题，迫切需要在理论方面进行深入的研究。 简单的离散事件例子 某银行如图示，只有一个服务台为顾客提供服务，顾客随机地以1~8分钟间隔到达，到达间隔时间等概率出现的。顾客到达后如服务台空闲则接受服务，否则排入队列等待，直到最后得到服务并离开系统，排队规则先到先服务(FIFO)。服务时间为1~6分钟，也是等概率出现。假定顾客到达间隔时间及服务时间取整数值。要求对该系统进行10个顾客的仿真，并给出其运行情况的评价，如顾客的平均等待时间，服务台的忙闲程度等。 简单的离散事件例子 基本数据及手动仿真 手动仿真数据列表 离散事件系统手动仿真 离散事件仿真系统评价指标 服务台空闲概率 = 服务员总空闲时间/仿真运行时间 = (18/53)*100%=34% 顾客在队列中的平均等待时间 = 顾客在系统中总的逗留时间/顾客总数 = 9/10 = 0.9 顾客需要等待的概率 = 等待的顾客数/顾客总数*100% = (3/10) = 30% 离散事件仿真系统评价指标 需要等待的顾客的平均等待时间 = 顾客在系统中总的等待时间 /等待的顾客数 = 9/3 =3.0 仿真结果表明，系统的功能是很好的，只有30%的顾客需要等待，平均等待的时间为0.9分钟，大约34%的时间服务台是空闲的。 离散事件动态系统所研究的主要问题 上面的仿真实例虽然简单，但却表明了离散事件仿真中需要解决的主要问题，包括如下几个方面： 1) 如何确定输入数据的模式(如到达间隔时间分布与服务时间分布)? 2) 如何生成具有某一特定统计分布的随机变量? 3) 什么样的问题可由离散事件仿真解决? 4) 仿真是如何设计及实现的? 5) 仿真需要运行多长时间? 离散事件动态系统所研究的主要问题 6) 为了统计目的，需要运行多少次不同的仿真? 7) 为了分析仿真结果，需要采用什么样的统计技术? 上面这种较小计算量的仿真是可以通过手动仿真实现的，但这种方式解决的问题的复杂性是极为有限的。通常需要仿真的顾客数是远远大于10的，为了进行统计，需要运行的仿真次数也将是很多的，因此应用计算机进行离散事件仿真是必须的。 离散事件仿真的基本要素 实体（Entity）：实体是系统的成分，如出纳员、顾客、机床、毛胚等。临时实体和永久实体。临时实体，如银行服务系统中的顾客，永久实体，如银行服务系统中的出纳员； 属性(Attribute)： 每一实体具有的有效特征称为实体属性，如银行服务系统中顾客到达时间，队列中等待的优先级，出纳员忙与闲等； 状态（State）：实体状态是指在某一时刻该实体的所有属性值，系统状态由系统中各实体的状态合成。在银行系统中，一般状态有服务台忙闲，等待服务的顾客数，队列长度等； 活动（Activity）：任何使系统状态发生某种变化的过程或行为。一般活动具有一定的持续时间，如顾客在银行中接受出纳员服务的过程称为服务活动； 事件（Event）：改变系统状态的某一瞬时事变称为事件。事件通常发生在活动的开始或结束时刻； 进程（Process）：实体的进程是由若干个该实体若干事件及活动构成的，它包含了这些事件和活动的逻辑关系和时序关系，例如，顾客的到达，排队、再经过出纳员服务到离去构成了一个进程。 事件、活动及进程的概念 顾客3 顾客2 顾客1 出纳员 离散事件仿真模型的设计与实现 2．面向事件的仿真方法 仿真时钟每次推进到系统中下一事件将要发生的时刻。因为两个事件的发生间隔通常是非固定的，并大多具有随机性，因此每次时钟推进的时间间隔是不同的。 由于面向时间间隔的仿真方法中，在每一时间间隔内发生的事件都被当作在该时间间隔的末端发生来处理，这为仿真带来了误差。该方法的另一个缺点是当两个相邻事件间的时间相差比所给定的时间间隔大很多时，仿真器可能要连续推进多个时间间隔，但并不会产生任何影响，系统的状态也不会产生任何改变，无疑这会降低仿真系统运行的效率。因此，当今离散事件仿真多采用面向事件的仿真方法。面向时间间隔的仿