制造系統(tǒng)建模與仿真 教學(xué)課件 作者 蘇春 第4章 制造系統(tǒng)的建模方法.ppt

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1、第4章制造系統(tǒng)的建模方法4.1系統(tǒng)建模方法概述4.2活動(dòng)循環(huán)圖法4.3馬爾可夫過程4.4Petri網(wǎng)建模理論4.4.1Petri網(wǎng)的基本概念4.4.2Petri網(wǎng)的擴(kuò)展形式4.4.3基于Petri網(wǎng)的事件關(guān)系分析4.4.4基于Petri網(wǎng)的系統(tǒng)性能分析4.4.5Petri網(wǎng)建模與分析實(shí)例4.5排隊(duì)系統(tǒng)模型4.5.1排隊(duì)系統(tǒng)的基本概念4.5.2顧客到達(dá)時(shí)間間隔和服務(wù)時(shí)間分布4.5.3排隊(duì)系統(tǒng)的應(yīng)用案例4.6庫存系統(tǒng)模型4.6.1庫存系統(tǒng)的基本概念4.6.2確定型庫存模型4.6.3隨機(jī)型庫存模型7/25/20

2、211SuChun,SoutheastUniversity活動(dòng)循環(huán)圖法（ActivityCycleDiagram，ACD）離散事件系統(tǒng)建模方法之一——活動(dòng)循環(huán)圖法（ActivityCycleDiagram，ACD）ACD認(rèn)為：系統(tǒng)中的每個(gè)實(shí)體都按照各自的循環(huán)方式發(fā)生變化－－靜止?fàn)顟B(tài)和活動(dòng)狀態(tài)。這兩種狀態(tài)在循環(huán)交替出現(xiàn)。ACD以○表示靜止?fàn)顟B(tài)，以?表示活動(dòng)狀態(tài)，以有向箭頭→表示靜止?fàn)顟B(tài)與活動(dòng)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。當(dāng)系統(tǒng)中有多個(gè)實(shí)體時(shí)，有向弧就要使用不同的顏色或線型，以示不同實(shí)體的區(qū)別。7/25/20212SuChun,South

3、eastUniversity活動(dòng)循環(huán)圖法（ActivityCycleDiagram，ACD）根據(jù)研究對象的不同，可以建立系統(tǒng)不同層次的ACD模型，即高層次模型可以進(jìn)一步分解為低層次的模型。ACD法注重“個(gè)體”的活動(dòng)，系統(tǒng)狀態(tài)的變化是全部個(gè)體狀態(tài)變化的集合。ACD法的缺點(diǎn)：當(dāng)系統(tǒng)龐大、復(fù)雜時(shí)，活動(dòng)循環(huán)圖將十分復(fù)雜；ACD法只描述系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)，而不研究系統(tǒng)的瞬態(tài)（如動(dòng)作的開始、結(jié)束等）；ACD法缺乏定量的分析工具。7/25/20213SuChun,SoutheastUniversity活動(dòng)循環(huán)圖法（ActivityCycleD

4、iagram，ACD）活動(dòng)發(fā)生的條件：所有前置隊(duì)列中都具有按照規(guī)則挑選的、足夠數(shù)量的令牌（token）存在。一個(gè)活動(dòng)可以同時(shí)發(fā)生多起，活動(dòng)的延續(xù)時(shí)間可以是常數(shù)，也可以是隨機(jī)數(shù)，或服從某種分布。ACD法中的術(shù)語：實(shí)體（entity）活動(dòng)（activity）隊(duì)列（queue）7/25/20214SuChun,SoutheastUniversity活動(dòng)循環(huán)圖法（ActivityCycleDiagram，ACD）ACD法建模舉例：機(jī)床的ACD圖工人的ACD圖7/25/20215SuChun,SoutheastUniversity

5、活動(dòng)循環(huán)圖法（ActivityCycleDiagram，ACD）系統(tǒng)ACD圖7/25/20216SuChun,SoutheastUniversity排隊(duì)論（queuingtheory）離散事件系統(tǒng)建模方法之二——排隊(duì)論（queuingtheory）1918年，丹麥工程師Erlang提出用概率方法研究電話的通話過程，既而形成排隊(duì)論理論。排隊(duì)論是研究排隊(duì)現(xiàn)象的理論，也稱隨機(jī)服務(wù)系統(tǒng)理論。目前，排隊(duì)理論已經(jīng)在運(yùn)輸、城市交通、貨物裝卸、倉儲(chǔ)、生產(chǎn)任務(wù)分配、服務(wù)系統(tǒng)設(shè)置、醫(yī)療等領(lǐng)域得到應(yīng)用。7/25/20217SuChun,Sou

6、theastUniversity排隊(duì)論（queuingtheory）排隊(duì)論在制造系統(tǒng)的建模始于70年代末。1977年，Solberg首次提出FMS系統(tǒng)的閉排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型，之后排隊(duì)論在制造系統(tǒng)中得到較多地研究及應(yīng)用。以柔性制造系統(tǒng)（FlexibleManufacturingSystem，F(xiàn)MS）為例：排隊(duì)論可考慮FMS中不同工件競爭同一臺(tái)機(jī)床時(shí)的相互作用和阻塞現(xiàn)象，分析系統(tǒng)的不確定性和動(dòng)態(tài)性，研究如何合理安排工件和機(jī)器，使機(jī)床效率最高、工件等待時(shí)間最短。7/25/20218SuChun,SoutheastUniversity

7、排隊(duì)論（queuingtheory）排隊(duì)論能考慮系統(tǒng)的隨機(jī)因素及阻塞狀態(tài)，得到平均隊(duì)列長度、系統(tǒng)平均生產(chǎn)率、機(jī)床利用率等系統(tǒng)動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，可用于FMS的規(guī)劃、設(shè)計(jì)和性能分析。例如：吳啟迪等將排隊(duì)網(wǎng)絡(luò)模型用于上海第四機(jī)床廠箱體零件FMS的方案規(guī)劃評價(jià)、生產(chǎn)性能的穩(wěn)態(tài)性能評估以及生產(chǎn)率的靈敏度分析，取得了較好的效果。缺點(diǎn)：排隊(duì)論模型沒有考慮系統(tǒng)的實(shí)際布局，且假設(shè)機(jī)床加工時(shí)間等參數(shù)符合某種標(biāo)準(zhǔn)分布規(guī)律，缺少科學(xué)性，僅適合于對FMS作初步的統(tǒng)計(jì)分析。7/25/20219SuChun,SoutheastUniversity排隊(duì)論（

8、queuingtheory）排隊(duì)系統(tǒng)的組成：顧客：等待服務(wù)的對象服務(wù)臺(tái)（服務(wù)員）：提供服務(wù)的機(jī)構(gòu)、設(shè)備或人服務(wù)時(shí)間：顧客占用服務(wù)臺(tái)的時(shí)間排隊(duì)規(guī)則：顧客排隊(duì)等待服務(wù)的次序服務(wù)規(guī)則：服務(wù)臺(tái)為顧客提供服務(wù)的規(guī)則排隊(duì)隊(duì)列：按照一定排隊(duì)規(guī)則排列的顧客群7/25/202110SuChun,SoutheastUniversity排