第一篇：系統(tǒng)建模和計算機仿真課程總結(jié)

系統(tǒng)建模和計算機仿真課程總結(jié)

第一章

1.系統(tǒng)：按照某些規(guī)律結(jié)合起來，互相作用、互相依存的所有實體的集合或總和。

模型：真實對象、對象間關(guān)系的特性抽象，描述某些系統(tǒng)本質(zhì)。仿真：通過對模型的實驗以達到研究系統(tǒng)這個目的。

2.同態(tài)：系統(tǒng)與模型在行為級上等價。同構(gòu)：系統(tǒng)與模型在結(jié)構(gòu)級上等價。

黑箱：可觀測輸入、輸出值，但不知內(nèi)部結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)（通過輸入和輸出推斷其內(nèi)部結(jié)構(gòu)）

白箱：已知內(nèi)部結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)(灰箱：介于黑箱和白箱之間)3.演繹：應用先驗理論，補充假設(shè)和推理，通過數(shù)學邏輯演繹建模，是一個從一般（抽象）到特殊（具體）的過程。

歸納：從系統(tǒng)的行為級開始，逐步獲得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)級的描述。是一個從特殊（具體）到一般（抽象）的過程。推理結(jié)果往往不是唯一解。4.面向?qū)ο蠓抡妫簭娜祟愓J識世界模式出發(fā)，使問題空間和求解空間一致，提供更自然直觀、可維護、可重用的系統(tǒng)仿真框架。

定性仿真：力求非數(shù)字化，以非數(shù)字手段處理信息輸入、建模、行為分析和結(jié)構(gòu)輸出，通過定性模型推導系統(tǒng)定性行為描述。

智能仿真：力求非數(shù)字化，以非數(shù)字手段處理信息輸入、建模、行為分析和結(jié)構(gòu)輸出，通過定性模型推導系統(tǒng)定性行為描述。

可視化仿真：用于為仿真過程及結(jié)果增加文本提示、圖形、圖像、動畫表現(xiàn)，使仿真過程更加直觀，并能驗證仿真過程是否正確。虛擬現(xiàn)實仿真：由計算機全部或部分生成的多維感覺環(huán)境，給參與者產(chǎn)生各種感官信號，若視覺、聽覺、觸覺等，使參與者身臨其境。第二章

1.系統(tǒng)建模原則：

（1）可分離原則：系統(tǒng)中的實體不同程度上均相互關(guān)聯(lián)，結(jié)合建模目標合理忽略某些關(guān)聯(lián)。依賴于系統(tǒng)環(huán)境的界定、系統(tǒng)因素的提煉即約束條件與外部條件的設(shè)定。

（2）合理假設(shè)原則：任何模型的建立均應基于某些合理的假設(shè)，以簡

化模型，有利于仿真的實現(xiàn)。

（3）因果性原則：系統(tǒng)的輸入和輸出滿足函數(shù)映射關(guān)系。（4）可測量、選擇原則：輸入量和輸出量可量化。2.系統(tǒng)模型分類：（1）根據(jù)模型的時間集合

連續(xù)時間模型：時間用實數(shù)表示，系統(tǒng)的狀態(tài)可以在任意時刻點獲得。離散時間模型：時間用整數(shù)表示，系統(tǒng)的狀態(tài)可以在離散的時刻點上獲得，所謂整數(shù)時間指的是單位時間的整數(shù)倍。（2）根據(jù)模型的狀態(tài)變量

連續(xù)變化模型：系統(tǒng)中的狀態(tài)變量隨時間連續(xù)變化。

離散變化模型：系統(tǒng)中的狀態(tài)變量不連續(xù)變化，即在某一時刻到下一時刻之間的時間內(nèi)，系統(tǒng)狀態(tài)不發(fā)生變化。（3）其他分類

確定性模型和隨機性模型：輸入確定，輸出確定/不確定。白箱模型、灰箱模型和黑箱模型。3.排隊規(guī)則：

先到先服務(FIFO)：按照到達次序接受服務。后到先服務(LIFO)：按照到達次序的相反次序接受服務。隨機服務(SIRO)：從等待的客戶中隨機選擇客戶進行服務。優(yōu)先權(quán)服務(PR)：等待的客戶具有不同的優(yōu)先權(quán)，給優(yōu)先權(quán)高的客戶先提供服務。最短處理時間先服務(SPT)：選擇需要服務時間最短的客戶提供服務。4.層次分析法的基本步驟

（1）建立層次結(jié)構(gòu)模型，該結(jié)構(gòu)圖包括目標層，準則層，方案層。（2）構(gòu)造成對比較矩陣，從第二層開始用成對比較矩陣和1~9尺度。（3）計算單排序權(quán)向量并做一致性檢驗（對每個成對比較矩陣計算最大特征值及其對應的特征向量，利用一致性指標、隨機一致性指標和一致性比率做一致性檢驗。若檢驗通過，特征向量（歸一化后）即為權(quán)向量；若不通過，需要重新構(gòu)造成對比較矩陣）。

（4）計算總排序權(quán)向量并做一致性檢驗，計算最下層對最上層總排序的權(quán)向量。

利用總排序一致性比率進行檢驗。若通過，則可按照總排序權(quán)向量表

示的結(jié)果進行決策，否則需要重新考慮模型或重新構(gòu)造那些一致性比率較大的成對比較矩陣。

5.圖解建模法、最小二乘法、層次分析法（AHP）、隨機數(shù)生成的例題詳解

例題1：線性擬合

建立這直線方程就要確定a0和a1，應用《最小二乘法原理》，將實測值與擬合公式計算值

Yi?a0?a的差值1xiYi?Y?的平方和i?(Yi?Y?i)2最小為“優(yōu)化判據(jù)”。

令???(Yi?Y?i)2則???(Y?i?a0?a1xi)2 ??????a????(Yi0?a1xi)2??2?(Y?i?a0?ax)?2?(a?ax?Y?)??a0?a1i01ii0???????(Y?i?a0?a1xi)2??2??a?ax)x?2??a?(Yi01ii?(a0?a1xi?Y?i)xi1?a1 推導出：

?

??na0?a1(?xi)??Y?i??a?x20(?xi)?a1i??(xiY?i)a0?(?Y?i)/n?a1(?xi)/n?0.15an(1??xiY?i)?(?xi?Y?i)n?x22?0.859i?(?xi)y?0.15?0.859x

例題2：隨機數(shù) 線性同余發(fā)生器

x(modm)?axaxii?1?axii?[m]?ma,m選取規(guī)則

○

1隨機數(shù)序列周期為m/4，依照所要產(chǎn)生的隨機數(shù)規(guī)模確定m ○2證m是2的指數(shù)冪 ○3p為機器字長，k為任意整數(shù)，a取最接近2p/2且滿足a=8k+3或a=8k-3 問：生一個15000個數(shù)的隨機序列，m與a該如何取值？

m接近60000，取m=216=65536，機器字長為16位。2p/2=28=256；K=32時，259/253最接近256；xi+1=259xi-[259xi/65536]*65536；x0=10；x1=259*10-[259*10/65536]*65536=2590；x2=259*2590-[259*2590/65536]*65536=15450。例3：層次分析法（AHP）

Step1 將判斷矩陣的每一列元素做歸一化處理：

nbij?bij/?bkj.........(i,j?1,2,...,n)k?1Step2 將歸一化的判斷矩陣按行相加：nwi??bij.........(i?1,2,...,n)j?1Step3 對向量wi?(w1,w2,...,wn)T歸一化

：nwi?wi/?wj.........(i?1,2,...,n)

j?1（Step4 計算，作為最大特征根的近似值。）

練習：

可以將此例中的7 名專家分為3 類: A1 = { 1，4，6}，A2 = { 3，7，5}，A3 = { 2}

第三章

1.集中參數(shù)系統(tǒng)模型的數(shù)值實現(xiàn)（單步法、歐拉法、梯形法、龍格-庫塔法）

歐拉法:y?tn?1n?1??y?tn???ttf?t,y?dty??tn??f?tn,y?tn??ny?tn?h??y?tn??hy??tn?

梯形法:y?thn?1??y?tn??2?f?tn,yn??f?tn?1,yn?1??

例：龍格—庫塔法

基本思想：以幾個點上函數(shù)y(t)的一階導函數(shù)值的線性組合來近似替代y(t)在某點的各階導數(shù)，再用泰勒級數(shù)展開式確定線性組合中的各加權(quán)

系數(shù)。

ri?1y(t?h)?y(t)?h?bikiki?f(t?cih,y(t)?hkj)i?1,2,?,rc1?0i?1?ajj?1y(t?h)?y(t)?hy?(t)?1h2??y(t)???1r!hry(r)(t)?o(hr?12!)r?1y(t?h)?y(t)?b1hf(t,y)r?2y(t?h)?y(t)?h2(k1?k2)k1?f(t,y)r?4y(t?h)?y(t)?h6(k1?k2?k3?k4)k?f(t,y)khhhh12?f(t?2,y?2k1)k3?f(t?2,y?2k2)k4?f(t?h,y?hk3)2.分布參數(shù)系統(tǒng)模型的數(shù)值實現(xiàn)（偏微分方程的求解）

人口控制問題

定義一個地區(qū)在t時刻所有年齡小于r歲的人口總數(shù)為人口函數(shù)F(r,t)，地區(qū)在t時刻的人口總數(shù)為N(t)，人類所能活的最高年齡位rm，則有：F(0,t)?0F(rm,t)?N(t)

假設(shè)：F(r,t)是r,t的連續(xù)函數(shù)，且一階偏導數(shù)也連續(xù)。p(r,t)??F?r?0F(r,t)??r0p(?,t)d??F(0,t)??r0p(?,t)d?r?rm時，F(xiàn)(r,t)?N(t),所以p(rm,t)?0

3.考慮一維熱傳導方程：

?u?t?a?2u?x2?f(x),0?t?T（1.1）其中a是正常數(shù)，f(x)是給定的連續(xù)函數(shù)?，F(xiàn)在考慮第二類初邊值問題的差分逼近： 初始條件：u(x,0)??(x),0?x?l（1.2）

邊值條件：u(0,t)??(t)，u(l,t)??(t)，0?t?T（1.3）

假設(shè)f(x)和?(x)在相應區(qū)域光滑，并且在x?0,l滿足相容條件，使上述問題有惟一充分光滑的解。

用向前差分格式計算如下熱傳導方程的初邊值問題

???u?a?2u?2?0,(a?0是常數(shù))，u?(t,0)??x?x1?x,0?x?1,??u(0,t)?1,u(1,t)?0,t?0,?已知其精確解為u(x,t)=1-x.第四章

1.仿真時鐘：表示仿真時間的變化，時間間隔稱為仿真步長。x??1?1

2.Petri網(wǎng)建模內(nèi)容 ?ln[1?F(x)]??ln[1?u]??1?lnu第五章

（3）取舍法：從許多均勻分布的隨機數(shù)中選出一部分，使其具有給定1.隨機變量：符合一定概率密度函數(shù)的變量。

分布的隨機變量，它可用于產(chǎn)生任意有界的隨機變量。

基本思路：產(chǎn)生[0,1]區(qū)間上均勻分布的隨機數(shù)，再轉(zhuǎn)換為正態(tài)分布、泊松分布、幾何分布等。c??????g(x)dx??????f(x)?1r(x)?g(x)/c

2.隨機數(shù)發(fā)生器設(shè)計

例：求

?(4,3)分布的隨機變量。?(4,3)分布的密度函數(shù)是

（1）線性同余法Zi?(aZi?1?c)(modm)m?a,m?c,Z0?m

定理

f(x)???60x3(1?x2),0?x?1

?0,其他○

1當且僅當下列三個條件滿足后，線性同余發(fā)生器具有滿周期；（4）組合法：當分布函數(shù)可以表示成若干個其他分布函數(shù)之和，而這○

2能夠同時整除m和c的正整數(shù)只有1； 些分布函數(shù)較原來的分布函數(shù)更易求得其隨機變量時，可以采用組合○

3如果q是整除m的素數(shù)(即q只能被自身及1整除), 則q能整除(a-1)； 法。將欲生成的隨機變量服從的分布函數(shù)拆分為其他分布函數(shù)的凸組○

4如果m能被4整除，則(a-1)也能被4整除。合，先產(chǎn)生其他分布函數(shù)的隨機變量，再產(chǎn)生目標隨機變量。

（2）逆變法：獲得隨機變量的概率分布函數(shù)的反函數(shù)，從而反推隨機kkF(x)?變量本身。

?pjFj(x)f(x)?fj(x)pj?0,j?1?pjj?1?kp

j?1j?1P(Y?y)?P(F?1(U)?y)?P(U?F(y))?F(y)?P(x?y)例：設(shè)存在一個分布，其密度函數(shù)為f(x)?0.5e?|x|，產(chǎn)生服從該分

布的隨機變量x。

例：求服從指數(shù)分布的隨機數(shù)x。

f(x)??e??x(x?0)

f(x)?0.5exI1,x?A(??,0)(x)?0.5e?xI(0,??)(x)IA(x)???

x?0,其他F(x)???e??xdx?1?e??x0(x?0)

第二篇：3《系統(tǒng)建模與仿真》教學大綱

《系統(tǒng)建模與仿真》教學大綱

制定依據(jù)：本大綱根據(jù)2014版本科人才培養(yǎng)方案制定 課程編號：J6312614 學 時 數(shù)：32 學 分 數(shù)：2.0 適用專業(yè)：工業(yè)工程 先修課程：概率統(tǒng)計 考核方式：考試

一、課程的性質(zhì)和任務

系統(tǒng)建模與仿真這門課，是工業(yè)工程專業(yè)的一門必修專業(yè)課。它是以制造型和服務型企業(yè)為研究對象，主要介紹了離散事件建模與仿真方法，及其在生產(chǎn)物流企業(yè)分析中的應用原理和方法，全書最后介紹了flexsim離散事件仿真軟件及應用。本門課旨在使學生面對生產(chǎn)系統(tǒng)時，能夠運用計算機仿真技術(shù)來研究系統(tǒng)性質(zhì)，并進行改進，以提高生產(chǎn)能力和生產(chǎn)效率。

二、教學內(nèi)容與要求（小四號宋體加粗）

理論教學（32學時）

1、概論（3學時）

（1）仿真技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展；（了解）

（2）仿真軟件和仿真建模方法學的發(fā)展；系統(tǒng)建模與仿真的發(fā)展趨勢；（理解）（3）計算機仿真在生產(chǎn)物流中的應用。（掌握）

2、系統(tǒng)仿真（3學時）

（1）系統(tǒng)和生產(chǎn)系統(tǒng)的概念及其組成；（了解）（2）系統(tǒng)的各種分類方法；（理解）

（3）系統(tǒng)模型和系統(tǒng)仿真的概念及系統(tǒng)仿真的若干術(shù)語。（掌握）

3、離散事件系統(tǒng)仿真（2學時）

（1）了解：與系統(tǒng)仿真有關(guān)的一些基本概念；（2）理解：事件調(diào)度法、活動掃描法、進程交互法；（3）掌握：離散事件系統(tǒng)仿真的一般步驟；

4、生產(chǎn)系統(tǒng)典型事件（4學時）

（1）傳統(tǒng)生產(chǎn)系統(tǒng)的定義和結(jié)構(gòu)；（了解）（2）現(xiàn)代生產(chǎn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及構(gòu)成要素；（理解）

（3）幾種排隊系統(tǒng)的分析；排隊系統(tǒng)的仿真方法。（掌握）

5、物流系統(tǒng)典型事件（4學時）（1）了解：物流的基本概念、職能；（2）理解：配送中心規(guī)劃；（3）掌握：供應鏈結(jié)構(gòu)基本要求有。

6、生產(chǎn)物流系統(tǒng)仿真軟件和實例應用（12學時）

（1）flexsim軟件及其特點；（了解）（2）flexsim軟件窗口；（理解）

（3）運用flexsim建立模型以及仿真分析。（掌握）

三、考核要求

理論課采取閉卷考試，其中考試成績占70%，平時作業(yè)和課堂考勤占30%。

四、參考教材及其它參考資料

1、參考教材：

《生產(chǎn)物流系統(tǒng)建模與仿真》，王亞超，馬漢武主編.科學出版社，2006年。

2、其它參考資料：

[1]《制造系統(tǒng)建模與仿真》，蘇春主編，機械工業(yè)出版社，2008年。[2]《系統(tǒng)建模與仿真》，吳重光主編，清華大學出版社，2008年。

執(zhí)筆人 ： 教研室主任簽字： 院長（部主任）簽字： 年 月 日

第三篇：《生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真》教學大綱

《生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真》教學大綱

（理論課程）

開課系（部）：工程學院

課程編號：010396

課程類型：專業(yè)課

總學時：48

學分：3

適用專業(yè)：工業(yè)工程

開課學期：2014-2015學年第一學期

先修課程：概率論與數(shù)理統(tǒng)計、C語言程序設(shè)計、系統(tǒng)工程導論

一、課程簡述

《生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真》是面向工程實際的應用型課程，是工業(yè)工程系的主導課程之一。學生通過本課程的學習能夠初步運用仿真技術(shù)來發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)中的關(guān)鍵問題，并通過改進措施的實現(xiàn)，提高生產(chǎn)能力和生產(chǎn)效率。

本課程具有較強的理論性，同時具有較強的實踐性和應用性，能夠有效增強學生的系統(tǒng)仿真理論基礎(chǔ)，提高學生對系統(tǒng)仿真、分析工作的適應性，培養(yǎng)其開發(fā)創(chuàng)新能力。

本課程的教學目標是培養(yǎng)學生的設(shè)計能力、創(chuàng)新能力和工程意識。課程以制造型生產(chǎn)企業(yè)為核心，通過理論教學和實踐環(huán)節(jié)相結(jié)合，闡述了離散事件系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)在生產(chǎn)企業(yè)分析中的基本原理和方法。其容涉及計算機仿真技術(shù)在生產(chǎn)系統(tǒng)分析中的作用和原理、仿真軟件的介紹，重點介紹排隊系統(tǒng)、庫存系統(tǒng)、加工系統(tǒng)以及輸入、輸出數(shù)據(jù)分析。本課程的目的是要求學生通過學習、課堂教育和上機訓練，能了解如何運用計算機仿真技術(shù)模擬生產(chǎn)系統(tǒng)的布置和調(diào)度管理；并熟悉和掌握計算機仿真軟件的基本操作和能夠?qū)崿F(xiàn)的功能；使學生了解計算機仿真的基本步驟。

二、課程要求

（一）教學方法

1、啟發(fā)式課堂討論

針對關(guān)鍵知識點、典型題和難題，通過教師提問，鼓勵學生回答問題或請到講臺前做題，并請其他學生評判或提出不同的答案或不同的解決方法。目的是加強學生自主學習的能力和判斷能力，培養(yǎng)主動思考的習慣，啟發(fā)學生的探索精神。

2、重視在教學中加強知識演進的邏輯規(guī)律的講解

提高學生的邏輯思維能力，培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力。

3、加強計算機輔助設(shè)計、分析

將Flexsim仿真軟件引入教學中。應用計算機輔助設(shè)計、分析，能方便的改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)，認識復雜系統(tǒng)的動態(tài)響應。

4、把工程背景和科技發(fā)展史引入教學

使學生了解工程實際應考慮的復雜因素，充分考慮使用與維護，經(jīng)濟和安全，效率與效益對實際系統(tǒng)進行建模。

5、理論與實踐相輔相成《生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真》既是基礎(chǔ)理論課，又是一門實用技術(shù)課。教學的最終目的是培養(yǎng)學生的設(shè)計能力、創(chuàng)新能力和工程意識，通過理論與實踐相結(jié)合，使學生切實掌握系統(tǒng)建模、仿真與分析技術(shù)。

（二）教學手段

結(jié)合現(xiàn)有教學設(shè)備和實驗條件，本課程采用以下教學手段：

1、多媒體教學

根據(jù)多媒體課堂教學信息量大、節(jié)省時間的特點，開發(fā)研制了《生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真》課程多媒體課件，增加課堂信息量，開闊學生的視野，使教學形式更加生動形象

2、上機實踐

通過開展上機實踐操作課程，增強學生對理論知識的感性認知，提高學生實踐動手能力，進一步激發(fā)學生對學科的學習興趣。

（三）課外作業(yè)

課外作業(yè)主要涵蓋系統(tǒng)仿真基本知識、隨機數(shù)與隨機變量、輸入數(shù)據(jù)建模、系統(tǒng)仿真算法、輸出數(shù)據(jù)分析、Flexsim建模與仿真關(guān)鍵技術(shù)等容。

按類型分，課外作業(yè)包括預習作業(yè)和課后作業(yè)。

按形式分，課外作業(yè)包括設(shè)計型、驗證型、認知型和創(chuàng)新型作業(yè)。

按容分，課外作業(yè)包括教材課后習題、綜合性上機大作業(yè)。

（四）輔導答疑

每節(jié)新課前對上節(jié)容進行總結(jié)，并對新課所涉及的先修知識進行回顧。每章課程結(jié)束后，及時對章節(jié)的練習、作業(yè)進行講解。相關(guān)知識模塊學習完成后，布置綜合性大作業(yè)并安排相應的課時進行講解。學習完學期課程后，設(shè)置課時總結(jié)回顧所有知識。

（五）考核方式及成績評定

采用考試形式進行考核，最終成績?yōu)槠綍r成績×30%+期末考試成績×70%。

其中，平時成績包括考勤成績、作業(yè)成績、上機成績和隨堂測驗成績。

三、教材或者主要教學參考資料

1.曉萍,石偉,玉坤.物流系統(tǒng)仿真.:清華大學,2008.2.天保.實用系統(tǒng)仿真建模與分析:使用Flexsim.:

清華大學,2013.3.Flexsim幫助文檔和用戶手冊

4.創(chuàng)時能提供的輔助學習資料

四、各教學環(huán)節(jié)學時分配

篇章

章

節(jié)

章

節(jié)

名

稱

學

時

小結(jié)

理論

知識

部分

一

概論

二

系統(tǒng)仿真基本知識

三

隨機數(shù)與隨機變量

四

輸入數(shù)據(jù)建模

五

系統(tǒng)仿真算法

六

輸出數(shù)據(jù)分析

上機

實踐

部分

一

Flexsim入門

二

Flexsim初級培訓

三

Flexsim實戰(zhàn)演練

四

Flexim進階

合計

五、課程容

第一部分

理論知識部分

第一章

概論（2課時）

教學目的：了解系統(tǒng)仿真技術(shù)的發(fā)展歷史；掌握系統(tǒng)仿真技術(shù)的特點；理解系統(tǒng)仿真的應用；掌握系統(tǒng)仿真的優(yōu)勢與局限性；熟悉系統(tǒng)仿真的相關(guān)技術(shù)；了解系統(tǒng)仿真的研究熱點和發(fā)展方向；

教學重點：系統(tǒng)仿真的應用；系統(tǒng)仿真的優(yōu)勢與局限性；系統(tǒng)仿真的相關(guān)技術(shù)；

教學難點：系統(tǒng)仿真的應用；

第二章

系統(tǒng)仿真基本知識（6課時）

教學目的：了解生產(chǎn)系統(tǒng)的基本特征；理解掌握系統(tǒng)、系統(tǒng)模型、系統(tǒng)仿真等建模與仿真相關(guān)的基本概念；了解系統(tǒng)仿真的類型；理解離散系統(tǒng)與連續(xù)系統(tǒng)的區(qū)別；熟悉生產(chǎn)系統(tǒng)建模的方法與仿真研究的步驟；深入理解排隊論的基本概念，熟悉排隊系統(tǒng)的組成與排隊模型的分類，掌握到達模式與服務機構(gòu)刻畫的參數(shù)，熟悉排隊規(guī)則與隊列的度量；熟悉幾種常用的到達時間間隔和服務實踐的理論分布（定長分布、泊松分布、埃爾朗分布、正態(tài)分布等）；掌握M/M/1排隊系統(tǒng)與M/M/C排隊系統(tǒng)的分析；掌握庫存系統(tǒng)模型；熟悉庫存系統(tǒng)；掌握庫存系統(tǒng)模型；熟悉庫存系統(tǒng)仿真及仿真結(jié)果分析；

教學重點：系統(tǒng)、系統(tǒng)模型、系統(tǒng)仿真等建模與仿真相關(guān)的基本概念；離散系統(tǒng)與連續(xù)系統(tǒng)的區(qū)別；生產(chǎn)系統(tǒng)建模的方法與仿真研究的步驟；排隊論的基本概念，排隊系統(tǒng)的組成與排隊模型的分類；幾種常用的到達時間間隔和服務實踐的理論分布（定長分布、泊松分布、埃爾朗分布、正態(tài)分布等）；

M/M/1排隊系統(tǒng)與M/M/C排隊系統(tǒng)的分析；庫存系統(tǒng)仿真方法；

教學難點：系統(tǒng)、系統(tǒng)模型、系統(tǒng)仿真等建模與仿真相關(guān)的基本概念；離散系統(tǒng)與連續(xù)系統(tǒng)的區(qū)別；排隊論的基本概念；M/M/1排隊系統(tǒng)與M/M/C排隊系統(tǒng)的分析；庫存系統(tǒng)仿真；

第三章

隨機數(shù)與隨機變量（3課時）

教學目的：理解掌握隨機變量（離散、連續(xù)），以及連續(xù)隨機變量的密度函數(shù)的概念；掌握隨機變量的數(shù)字特征；理解掌握隨機數(shù)的概念，熟悉產(chǎn)生連續(xù)均勻分布隨機數(shù)的幾種方法，掌握計算機產(chǎn)生隨機數(shù)的方法；熟悉隨機數(shù)的統(tǒng)計檢驗；掌握各種離散分布隨機數(shù)的產(chǎn)生方法；熟悉非均勻連續(xù)分布隨機數(shù)及其產(chǎn)生方法。

教學重點：隨機變量的數(shù)字特征；產(chǎn)生連續(xù)均勻分布隨機數(shù)的幾種方法；計算機產(chǎn)生隨機數(shù)的方法；隨機數(shù)的統(tǒng)計檢驗；各種離散分布隨機數(shù)的產(chǎn)生方法；非均勻連續(xù)分布隨機數(shù)產(chǎn)生方法。

教學難點：各種隨機數(shù)的產(chǎn)生方法。

第四章

輸入數(shù)據(jù)建模（4課時）

教學目的：熟悉數(shù)據(jù)分析的步驟；掌握數(shù)據(jù)分布的識別方法；掌握數(shù)據(jù)分布參數(shù)的估計方法；掌握數(shù)據(jù)擬合度的檢驗方法；掌握數(shù)據(jù)相關(guān)性分析方法。

教學重點：數(shù)據(jù)分布的識別方法；數(shù)據(jù)分布參數(shù)的估計方法；數(shù)據(jù)擬合度的檢驗方法；數(shù)據(jù)相關(guān)性分析方法。

教學難點：數(shù)據(jù)分布的識別方法；數(shù)據(jù)分布參數(shù)的估計方法；數(shù)據(jù)擬合度的檢驗方法；數(shù)據(jù)相關(guān)性分析方法。

第五章

系統(tǒng)仿真算法（3課時）

教學目的：掌握系統(tǒng)仿真算法的概念；理解事件調(diào)度法的基本概念及仿真流程；理解活動掃描法的基本概念及仿真流程；理解進程交互法的基本概念及仿真流程；掌握面向事件調(diào)度的仿真方法與手工仿真；

教學重點：面向事件調(diào)度的仿真方法與手工仿真；

教學難點：面向事件調(diào)度的仿真方法與手工仿真；

第六章

輸出數(shù)據(jù)分析（6課時）

教學目的：了解輸出分析的目的，理解瞬態(tài)（終態(tài)）與穩(wěn)態(tài)（非終態(tài)）仿真的區(qū)別；掌握點估計與區(qū)間估計的方法；掌握終態(tài)仿真的輸出分析方法；掌握穩(wěn)態(tài)仿真的輸出分析。

教學重點：點估計與區(qū)間估計的方法；終態(tài)與穩(wěn)態(tài)仿真的輸出分析。

教學難點：點估計與區(qū)間估計的方法；終態(tài)與穩(wěn)態(tài)仿真的輸出分析。

第二篇

上機實踐部分

第一章

Flexsim入門

教學目的：了解仿真使用的軟件工具；熟悉常用的仿真軟件包；掌握仿真項目研究主要步驟；掌握Flexsim軟件的基本操作和概念；

教學重點：掌握Flexsim軟件的基本操作和概念；

教學難點：掌握Flexsim軟件的基本操作和概念；

第二章

Flexsim操作培訓

教學目的：熟悉常用實體的操作；掌握常用命令、函數(shù)與邏輯表達的使用；理解Flexsim模型邏輯流程；掌握基本Flexsim

Script代碼的編寫、調(diào)試；掌握發(fā)生器、吸收器、處理器、傳送帶、暫存區(qū)、記錄器、可視化工具、貨架、分揀傳送帶、標簽、全局表、合成器、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點等基本實體的應用；掌握實體輸入輸出控制的應用；掌握消息機制的應用；

教學重點：掌握基本Flexsim

Script代碼的編寫、調(diào)試；掌握發(fā)生器、吸收器、處理器、傳送帶、暫存區(qū)、記錄器、可視化工具、貨架、分揀傳送帶、標簽、全局表、合成器、網(wǎng)絡(luò)節(jié)點等基本實體的應用；掌握實體輸入輸出控制的應用；掌握消息機制的應用；

教學難點：掌握基本Flexsim

Script代碼的編寫、調(diào)試；

第三章

Flexsim實戰(zhàn)演練

教學目的：掌握常見系統(tǒng)的建模、輸入設(shè)置和輸出分析方法；

教學重點：常見排隊系統(tǒng)、庫存系統(tǒng)、生產(chǎn)系統(tǒng)的建模方法；

教學難點：常見排隊系統(tǒng)、庫存系統(tǒng)、生產(chǎn)系統(tǒng)的建模方法；

模型實例：

1、某醫(yī)院的醫(yī)生服務時間符合N（2.3，1）的正態(tài)分布，病人的到達規(guī)律符合λ為2.4

Min的指數(shù)分布，假設(shè)當新病人到達時，排隊總?cè)藬?shù)超過5人，則該病人離去，試采用Flexsim仿真軟件求：該醫(yī)生8小時服務病人的總?cè)藬?shù)；病人的平均等待時間；病人的平均在醫(yī)院時間；醫(yī)生忙的概率；排隊平均隊長。

2、發(fā)生器產(chǎn)生三種類型的臨時實體，服從整數(shù)均勻分布duniform，類型值分別為1、2、3，顏色分別為：白色、藍色、黑色；有2個操作員，操作員1將發(fā)生器產(chǎn)生的藍色臨時實體2和黑色臨時實體3，分別搬運到暫存區(qū)2和暫存區(qū)3；操作員2將發(fā)生器產(chǎn)生的白色臨時實體1搬運到暫存區(qū)1。

3、發(fā)生器產(chǎn)生2種類型的臨時實體，服從整數(shù)均勻分布duniform，類型值分別為1、2，顏色分別為紅色和綠色；每種類型的臨時實體又分為兩種不同的規(guī)格，也服從整數(shù)均勻分布duniform，規(guī)格值分別為1、2，產(chǎn)生的臨時實體進入暫存區(qū)1；操作員1將紅色的臨時實體1搬運到傳送帶1上，將綠色的臨時實體2搬運到傳送帶2上；操作員2將規(guī)格值為1的臨時實體1搬運到暫存區(qū)2上，將規(guī)格值為2的臨時實體1搬運到暫存區(qū)3上；操作員3將規(guī)格值為1的臨時實體2搬運到暫存區(qū)4上，將規(guī)格值為2的臨時實體2搬運到暫存區(qū)5上；同時，通過可視化工具1和2實時顯示每一個通過傳送帶的臨時實體的規(guī)格值。

4、發(fā)生器的到達方式采用到達序列；一次性產(chǎn)生10個臨時實體，類型值為1，顏色為白色，進入暫存區(qū)1；接著進入處理器進行加工，加工時間為10，之后進入暫存區(qū)2；處理器加工結(jié)束后等待時間為10，而后繼續(xù)加工。

5、發(fā)生器產(chǎn)生臨時實體，到達時間間隔服從指數(shù)分布，到達平均時間間隔為5，進入暫存區(qū)；操作員沿著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點NN1和NN2，將臨時實體搬運到傳送帶上；而后沿著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點NN3和NN4返回暫存區(qū)，繼續(xù)搬運臨時實體；傳送帶上的臨時實體進入吸收器被消除掉。

6、發(fā)生器產(chǎn)生三種臨時實體，服從整數(shù)均勻分布，類型值分別為1、2、3，顏色分別為紅色、綠色和藍色，進入暫存區(qū)1；接著進入分揀傳送帶自動分揀，分揀傳送帶分為兩段，每段長度為10；藍色臨時實體3從分揀傳送帶的出口點5處被分揀進入傳送帶1，而后進入暫存區(qū)2；綠色臨時實體2從分揀傳送帶的出口點10處被分揀進入傳送帶2，而后進入暫存區(qū)3；紅色臨時實體1從分揀傳送帶的出口點20處被分揀直接進入暫存區(qū)4。

7、發(fā)生器產(chǎn)生兩種臨時實體，服從整數(shù)均勻分布，類型值分別為1、2，顏色分別為綠色和藍色；操作員1將綠色的臨時實體1搬運到處理器1上，加工時間為10，而后進入暫存區(qū)1，處理器1加工結(jié)束后等待時間為10，而后繼續(xù)加工；操作員1將藍色的臨時實體2搬運到處理器2上，加工時間為5，而后進入暫存區(qū)1，處理器2加工結(jié)束后等待時間為5，而后繼續(xù)加工。操作員2負責將加工后的臨時實體搬運至暫存區(qū)2，操作員2總是沿著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點NN1、NN2，將臨時實體搬運到暫存區(qū)2上；而后沿著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點NN3、NN1返回至暫存區(qū)1，繼續(xù)搬運臨時實體。

8、發(fā)生器產(chǎn)生四種臨時實體，服從整數(shù)均勻分布，類型值分別為1、2、3、4，顏色分別為綠色、藍色、白色、黃色，進入暫存區(qū)1；然后隨機進入處理器進行加工，可以使用的處理器有四個，不同類型的臨時實體在處理器上的加工時間不同，詳情如下表：加工結(jié)束后，進入暫存區(qū)2存放。同時，在各個處理器附近用可視化工具顯示該處理器的實時加工時間。

加工時間

處理器1

處理器2

處理器3

處理器4

產(chǎn)品1

產(chǎn)品2

產(chǎn)品3

產(chǎn)品4

69、發(fā)生器產(chǎn)生四種臨時實體，服從整數(shù)均勻分布，類型值分別為1、2、3、4，顏色分別為紅色、藍色、黑色、黃色，進入暫存區(qū)；四種臨時實體最后將被分別放置到四個貨架相應的位置上，每個貨架都分為10列、6層；每個臨時實體被放置到貨架上的位置是隨機的，每個臨時實體被放置到貨架上的列數(shù)和層數(shù)都服從整數(shù)均勻分布；紅色和藍色臨時實體進入分揀傳送帶1自動分揀，分揀傳送帶1長度為10，接著藍色臨時實體從分揀傳送帶1的出口點2處被分揀至傳送帶1上，然后堆垛機1將傳送帶1上的臨時實體放置到貨架2相應的位置上；紅色臨時實體從分揀傳送帶1的出口點5處被分揀至傳送帶2上，然后堆垛機1將傳送帶2上的臨時實體放置到貨架1相應的位置上；黑色和黃色臨時實體進入分揀傳送帶2自動分揀，分揀傳送帶2長度為10，接著黃色臨時實體從分揀傳送帶2的出口點2處被分揀至傳送帶3上，然后堆垛機2將傳送帶3上的臨時實體放置到貨架3相應的位置上；黑色臨時實體從分揀傳送帶2的出口點6處被分揀至傳送帶4上，然后堆垛機2將傳送帶4上的臨時實體放置到貨架4相應的位置上；

10、有三個貨架，分別為貨架1、貨架2和貨架3，每個貨架的列數(shù)和層數(shù)都為10，貨架1存放紅色的產(chǎn)品1，貨架2存放綠色的產(chǎn)品2，貨架3存放藍色的產(chǎn)品3，初始狀態(tài)下，每個貨架中的產(chǎn)品數(shù)量都為100；運輸機1、2和3在分配器的統(tǒng)一控制下，按照客戶訂單的要求，從客戶1的訂單開始，將客戶需要的產(chǎn)品從相應的貨架上取下后，放在相應的托盤上打包后，進入分揀傳送帶自動分揀，每個客戶使用托盤顏色不同，客戶1到5使用的托盤顏色分別為紅色、綠色、藍色、白色、黃色?？蛻粲唵卧斍槿缦卤恚?/p>

訂單需求

客戶1

客戶2

客戶3

客戶4

客戶5

產(chǎn)品1

產(chǎn)品2

產(chǎn)品3

打包后，客戶1的產(chǎn)品從分揀傳送帶自動分揀進入傳送帶5，然后進入暫存區(qū)5；客戶2的產(chǎn)品從分揀傳送帶自動分揀進入傳送帶4，然后進入暫存區(qū)4；客戶3的產(chǎn)品從分揀傳送帶自動分揀進入傳送帶3，然后進入暫存區(qū)3；客戶4的產(chǎn)品從分揀傳送帶自動分揀進入傳送帶2，然后進入暫存區(qū)2；客戶5的產(chǎn)品從分揀傳送帶自動分揀進入傳送帶1，然后進入暫存區(qū)1。

第三章

Flexsim進階（2課時）

教學目的：掌握任務序列的編程方法；熟悉順序分配法與鏈式存儲分配方法；掌握一般加工系統(tǒng)的建模與仿真并分析輸出結(jié)果。

教學重點：順序分配法與鏈式存儲分配方法；一般加工系統(tǒng)的建模與仿真并分析輸出結(jié)果。

教學難點：一般加工系統(tǒng)的建模與仿真并分析輸出結(jié)果。

實例：發(fā)生器1隨機產(chǎn)生零部件，接著進入暫存區(qū)1，操作員1按照以下流程工作：操作員1行走到暫存區(qū)1，取起零部件，行走至處理器1，將零部件放在處理器1上加工，加工時間為10個單位，操作員1等待10個時間單位后，取起零部件，行走至處理器2，將零部件放在處理器2上加工，加工時間也為10個單位，操作員1等待10個時間單位后，取起零部件，行走至暫存區(qū)2，放下加工后的零部件。之后重復以上的操作。

執(zhí)筆人：

工程學院

工業(yè)工程

教研室

審核人：

編寫時間：

2014年月日

第四篇：制造系統(tǒng)建模與仿真學習心得

制造系統(tǒng)建模與仿真學習心得

一、制造系統(tǒng)建模與仿真的含義

1．制造系統(tǒng)

制造系統(tǒng)是制造過程及其所涉及的硬件、軟件和人員所組成的一個將制造資源轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品或半成品的輸入／輸出系統(tǒng)，它涉及產(chǎn)品生命周期(包括市場分析、產(chǎn)品設(shè)計、工藝規(guī)劃、加工過程、裝配、運輸、產(chǎn)品銷售、售后服務及回收處理等)的全過程或部分環(huán)節(jié)。其中，硬件包括廠房、生產(chǎn)設(shè)備、工具、刀具、計算機及網(wǎng)絡(luò)等；軟件包括制造理論、制造技術(shù)(制造工藝和制造方法等)、管理方法、制造信息及其有關(guān)的軟件系統(tǒng)等；制造資源包括狹義制造資源和廣義制造資源；狹義制造資源主要指物能資源，包括原材料、坯件、半成品、能源等；廣義制造資源還包括硬件、軟件、人員等。隨著科技的進步，制造系統(tǒng)的發(fā)展也經(jīng)歷了傳統(tǒng)手工生產(chǎn)、機械化、自動化孤島、集成制造、并行工程和敏捷制造等幾個階段。

2．模型與仿真

模型是對真實對象和真實關(guān)系中那些有用的和讓人感興趣的特性的抽象，是對系統(tǒng)某些本質(zhì)方面的描述。它以各種可用的形式描述被研究系統(tǒng)的信息。系統(tǒng)模型并不是對真實系統(tǒng)的完全復現(xiàn)，而是對系統(tǒng)的抽象，而仿真是通過對模型的實驗以達到研究系統(tǒng)的目的，當制造系統(tǒng)尚未建立或者研究時間長成本高以及從安全性考慮我們有必要對制造系統(tǒng)預先進行建模并仿真以確定系統(tǒng)的最佳結(jié)構(gòu)和配置方案、防止較大的經(jīng)濟損失、確定合理高效的作業(yè)計劃，從而提高經(jīng)濟效益。

制造系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)是以相似原理、模型理論、系統(tǒng)技術(shù)、信息技術(shù)以及建模與仿真應用領(lǐng)域的有關(guān)專業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)，以計算機系統(tǒng)、與應用相關(guān)的物理效應設(shè)備及仿真器為工具，利用模型參與已有或設(shè)想的制造系統(tǒng)進行研究、分析、設(shè)計、加工生產(chǎn)、試驗、運行、評估、維護、和報廢(全生命周期)活動的一門多學科的綜合性技術(shù)。

二、系統(tǒng)建模與仿真的發(fā)展及類型

1． 系統(tǒng)建模與仿真的發(fā)展大致經(jīng)歷了這么幾個階段：1600—1940年左右，這一時期的建模仿真主要是在物理科學基礎(chǔ)上的建模；20世紀40年代，由于電子計算機的出現(xiàn)，建模仿真技術(shù)開始飛速發(fā)展；20世紀50年代中期，建模仿真開始應用與航空領(lǐng)域；20世紀60年代，這一階段主要是工業(yè)控制過程中的仿真；20世紀70年代，開始出現(xiàn)了包括經(jīng)濟、社會和環(huán)境因素的大系統(tǒng)仿真。到70年代中期，出現(xiàn)了系統(tǒng)與仿真的結(jié)合，如用于隨機網(wǎng)絡(luò)建模的SLAM仿真系統(tǒng)。在這一時期，系統(tǒng)仿真開始與更高級的決策結(jié)合，出現(xiàn)了決策支持系統(tǒng)DSS；20世紀80年代中期，出現(xiàn)了如美國Pritsker公司TESS建模仿真系統(tǒng)的集成化建模與仿真環(huán)境；20世紀90年代開始，建模仿真開始朝著可視化建模仿真、虛擬現(xiàn)實仿真和分布式交互仿真的方向發(fā)展。

2． 系統(tǒng)建模與仿真的類型：

根據(jù)模型的種類分為：

a.物理仿真：按照真實系統(tǒng)的物理性質(zhì)構(gòu)造系統(tǒng)的物理模型，并在物理模型上進行實驗的過程稱為物理仿真。（靜態(tài)、動態(tài)，如房屋建筑模型，輸送系統(tǒng)模型）b.數(shù)學仿真：對實際系統(tǒng)進行抽象，并將其特性用數(shù)學關(guān)系加以描述而得到系統(tǒng)的數(shù)學模型，對數(shù)學模型進行實驗的過程稱為數(shù)學模型。理論上講，數(shù)學仿真可以全面解決實際問題，但實際上數(shù)學模型的描述很難實現(xiàn)。

c.半物理仿真：將數(shù)學模型與物理模型甚至實物聯(lián)合起來進行實驗。（簡單部分建數(shù)學模型，復雜部分建物理模型）

根據(jù)系統(tǒng)模型的特性分類：

a.連續(xù)系統(tǒng)：指系統(tǒng)狀態(tài)隨時間連續(xù)變化的系統(tǒng)。例：電路系統(tǒng)、機械動力系統(tǒng)、生態(tài)系統(tǒng)、物理和工程領(lǐng)域的場問題。這類問題一般可以用微分方程來進行描述。

b.離散系統(tǒng)：指系統(tǒng)狀態(tài)在某些隨機時間點上發(fā)生離散變化的系統(tǒng)。如理發(fā)館（顧客、理發(fā)師）系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)變化是隨機的，因此很難用函數(shù)形式來描述系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)的變化，更關(guān)心系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)變化的統(tǒng)計規(guī)律。制造和物流領(lǐng)域的大多數(shù)系統(tǒng)屬于離散事件系統(tǒng)。

三、制造系統(tǒng)建模與仿真的建立方法

1． 基于框圖的系統(tǒng)邏輯建模

這種方法具有結(jié)構(gòu)簡單，可視性強的特點框圖基本構(gòu)成主要有：框架（表示生產(chǎn)活動的區(qū)域，如生產(chǎn)系統(tǒng)的生產(chǎn)單元、儲存?zhèn)}庫、辦公室區(qū)域）、連線、菱形框（表示生產(chǎn)運作的判斷控制，如質(zhì)量檢驗、設(shè)備檢查、作業(yè)控制等），對于龐大、結(jié)構(gòu)復雜的系統(tǒng)這種方法會暴露出能力有限的缺點。

2． 基于petri網(wǎng)技術(shù)的系統(tǒng)仿真建模方法

Petri網(wǎng)理論是一種基于系統(tǒng)運行邏輯的仿真建模方法。最先用于控制技術(shù)，對控制的邏輯進行建模，現(xiàn)在逐步為生產(chǎn)系統(tǒng)的仿真建模所運用。Petri網(wǎng)的基本構(gòu)成主要是：庫所（相當于生產(chǎn)系統(tǒng)中的倉庫或在制品緩沖區(qū)）、變遷（相當于生產(chǎn)系統(tǒng)中的生產(chǎn)加工）、流關(guān)系（相當于生產(chǎn)系統(tǒng)中的生產(chǎn)計劃或調(diào)度指令）。它的優(yōu)點是對系統(tǒng)進行邏輯上的理論分析，通過狀態(tài)變量來表述系統(tǒng)的變化，因此可以對系統(tǒng)可達的狀態(tài)、發(fā)生的沖突、并發(fā)等現(xiàn)象進行理論上的分析。但也存在系統(tǒng)建模較復雜，仿真運算較復雜等問題。

3． 基于多色集合的系統(tǒng)仿真建模方法

俄羅斯的V.V.Pavlov教授1988年提出了多色圖的概念，1995年提出了多色集合的概念，2002年提出了多色集合的體系結(jié)構(gòu)。以巴甫洛夫教授為代表的使用多色集合的表示性質(zhì)的統(tǒng)一標準數(shù)學模型來進行系統(tǒng)的仿真，這些性質(zhì)不取決于仿真對象的內(nèi)容。仿真系統(tǒng)更加具有柔性，并且很方便用于編程。由于存在形式相同的數(shù)學模型，該方向在問題的形式化研究方面前進了一步，具有明顯的優(yōu)勢，這是該方法的一個優(yōu)點，也是它在理論上的一個貢獻。現(xiàn)在該方向已成為了俄羅斯該領(lǐng)域研究的主流方向。多色集合理論是一種新的信息處理數(shù)學工具。目前歐美國家的學者對這一理論了解較少。對國內(nèi)來說，多色集合理論既是一新的，又是非常有發(fā)展前途的信息處理數(shù)學工具。由于誕生時間不長，進一步研究和應用的空間很大。

4． 基于flexsim的系統(tǒng)建模仿真

Flexsim是一款實時三維仿真軟件，它是一款完全面向?qū)ο蟮姆抡孳浖＿\用Flexsim系統(tǒng)仿真軟件，可以在計算機內(nèi)建立研究對象的系統(tǒng)三維模型，然后對模型進行各種系統(tǒng)分析和工程驗證，最終獲得優(yōu)化設(shè)計和改造方案。目前，F(xiàn)lexsim軟件已經(jīng)在制造及物流領(lǐng)域里成功地進行了多種系統(tǒng)的建模與仿真分析，如配送中心的揀選仿真、倉庫出入庫的仿真、產(chǎn)品倉庫分揀仿真、生產(chǎn)物流系統(tǒng)仿真、集裝箱碼頭仿真和機場物流仿真等。

四、制造系統(tǒng)建模與仿真的意義

當今的制造系統(tǒng)是集現(xiàn)代機械制造、計算機科學和管理工程于一體的綜合應用，由于它技術(shù)復雜、投資巨大，采用建造實體系統(tǒng)進行研究顯然是不合理的。所以在制造系統(tǒng)的設(shè)計階段，通過仿真可以選擇系統(tǒng)的最佳結(jié)構(gòu)和配置方案，以保證系統(tǒng)既能完成預定的設(shè)計要求又能獲得很好的經(jīng)濟性、柔性和可靠性，又能有效防止較大的經(jīng)濟損失；在制造過程階段，通過仿真可以預測系統(tǒng)在不同調(diào)度下的性能，以確定合理的、高效的作業(yè)計劃，找出系統(tǒng)的“瓶頸”環(huán)節(jié)，從而能充分發(fā)揮制造系統(tǒng)的生產(chǎn)能力，提高經(jīng)濟效益。

在仿真中，建模是關(guān)鍵。模型是進行仿真的基礎(chǔ)，仿真主要是對模型在計算機上進行試驗?；谶@種原因，我們在分析產(chǎn)品制造中所涉及的模型，以模型分類為基礎(chǔ)描述仿真的內(nèi)容。就產(chǎn)品制造中所涉及的模型大致可分為三類：產(chǎn)品模型、制造系統(tǒng)模型和開發(fā)(包括設(shè)計、制造和測試)過程模型。它們之間的關(guān)系是：產(chǎn)品模型是所有活動的目的和中心，制造系統(tǒng)模型則是產(chǎn)品開發(fā)受到的各種約束，開發(fā)模型是產(chǎn)品開發(fā)的使能器，也是對產(chǎn)品開發(fā)活動進行管理和控制的基礎(chǔ)。當今，產(chǎn)品模型已從二維工程圖到三維實體幾何造型。針對三維產(chǎn)品集成定義模型，人們可以對產(chǎn)品進行物理性能、可制造性、可裝配性等方面的仿真。通過引入并行工程，使得產(chǎn)品自設(shè)計開始就涉及到產(chǎn)品的概念設(shè)計到消亡整個產(chǎn)品生命周期里的所有因素，包括質(zhì)量、成本、作業(yè)調(diào)度和用戶需求。開發(fā)過程的仿真已從起初的加工對象在加工過程的仿真轉(zhuǎn)移到對整個制造過程的建模和仿真，仿真內(nèi)容包括控制策略、庫存水平、負載能力等。隨著并行工程的應用，使得人們將注意力從單純的制造過程轉(zhuǎn)移到設(shè)計過程方面來，更加注重設(shè)計過程和制造過程的一體化。

通過系統(tǒng)的建模與仿真，實現(xiàn)信息共享，借助于現(xiàn)代計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和CAD、CAM、STEP、MRPII等計算機輔助設(shè)計、制造及管理軟件系統(tǒng)，可高效率地在一個制造企業(yè)的設(shè)計、工藝、供銷和管理部門之間，在各車間以及各生產(chǎn)設(shè)備之間，在集團內(nèi)的各企業(yè)之間乃至企業(yè)與用戶之間充分地、及時地溝通各類信息，并在此基礎(chǔ)上保證企業(yè)系統(tǒng)內(nèi)各環(huán)節(jié)、各部門的高度協(xié)調(diào)，以確保企業(yè)實現(xiàn)最優(yōu)整體效益。

第五篇：MatlabSimulink通信系統(tǒng)建模與仿真課程設(shè)計

電子信息課程設(shè)計

題目：

Matlab/Simulink通信

系統(tǒng)建模與仿真

班級：

2008級電子（X）班

學號：

姓名：

電子信息課程設(shè)計

Matlab/Simulink通信系統(tǒng)建模與仿真

一、設(shè)計目的：學習Matlab/Simulink的功能及基本用法，對給定系統(tǒng)進行建模與仿真。

二、基本知識：Simulink是用來對動態(tài)系統(tǒng)進行建模、仿真和分析的軟件包，依托于MATLAB豐富的仿真資源，可應用于任何使用數(shù)學方式進行描述的動態(tài)系統(tǒng)，其最大優(yōu)點是易學、易用，只需用鼠標拖動模塊框圖就能迅速建立起系統(tǒng)的框圖模型。

三、設(shè)計內(nèi)容：

1、基本練習：

（1）

啟動SIMULINK：先啟動MATLAB，在命令窗口中鍵入：simulink，回車；或點擊窗口上的SIMULINK圖標按鈕。

圖（1）建立simulink

（2）

點擊File＼new＼Model或白紙圖標，打開一個創(chuàng)建新模型的窗口。

（3）

移動模塊到新建的窗口，并按需要排布。

（4）

連接模塊：將光標指向起始模塊的輸出口，光標變?yōu)椤?”，然后拖動鼠標到目標模塊的輸入口；或者，先單擊起始模塊，按下Ctrl鍵再單擊目標模塊。

（5）

在連線中插入模塊：只需將模塊拖動到連線上。

（6）

連線的分支與改變：用鼠標單擊要分支的連線，光標變?yōu)椤?”，然后拖動到目標模塊；單擊并拖動連線可改變連線的路徑。

（7）

信號的組合：用Mux模塊可將多個標量信號組合成一個失量信號，送到另一模塊（如示波器Scope）。

（8）

生成標簽信號：雙擊需要加入標簽的信號線，會出現(xiàn)標簽編輯框，鍵入標簽文本即可?；螯c擊Edit＼Signal

Properties。傳遞：選擇信號線并雙擊，在標簽編輯框中鍵入<>，并在該尖括號內(nèi)鍵入信號標簽即可。

四、建立模型

1.建立仿真模型

（1）在simulink

library

browser中查找元器件，并放置在創(chuàng)建的新模型的窗口中，連接元器件，得到如下的仿真模型。

圖（2）調(diào)幅解調(diào)器性能測試仿真模型

（2）分別雙擊雙邊帶相干解調(diào)模塊和低通濾波器模塊，彈出如下的對話框，進行相應的參數(shù)設(shè)置。

（3）相干解調(diào)模塊載波設(shè)置為1MHZ，初相位為-pi/2,低通濾波器截止頻率為6000HZ。

圖（3）雙邊帶相干解調(diào)模塊及低通濾波器的設(shè)置對話框

（4）在MATLAB中輸入如下程序進行仿真。

%

ch5problem1.m

SNR_in_dB=-10:2:30;

SNR_in=10.^(SNR_in_dB./10);

%

信道信噪比

m_a=0.3;

%

調(diào)制度

P=0.5+(m_a^2)/4;

%

信號功率

for

k=1:length(SNR_in)

sigma2=P/SNR_in(k);

%

計算信道噪聲方差并送入仿真模型

sim(＇ch5problem1.mdl＇)

;

%

執(zhí)行仿真

SNRdemod(k,:)=SNR_out;

%

記錄仿真結(jié)果

end

plot(SNR_in_dB,SNRdemod);

xlabel(＇輸入信噪比

dB＇);

ylabel(＇解調(diào)輸出信噪比

dB＇);

legend(＇包絡(luò)檢波＇,＇相干解調(diào)＇);

執(zhí)行程序之后，得出仿真結(jié)果如下圖所示。圖中給出了不同輸入信噪比下兩種解調(diào)器輸出的信噪比曲線。從圖中可見，高輸入信噪比情況下，相干解調(diào)方法下的輸出解調(diào)信噪比大致比包絡(luò)檢波法好3dB左右，但是在低輸入信噪比情況下，包絡(luò)檢波輸出信號質(zhì)量急劇下降，這樣我們就通過仿真驗證了包絡(luò)檢波的門限效應。

圖（4）解調(diào)信噪比仿真結(jié)果

同時在仿真中給出了三路解調(diào)輸出信號的波形，如下，從解調(diào)輸出的波形上也可以看出，在相同噪聲傳輸條件下，包絡(luò)檢波輸出的正弦波幅度較小，也即包絡(luò)檢波的解調(diào)增益較相干解調(diào)要小。

圖（5）仿真輸出的解調(diào)信號波形

2建立另一個仿真模型

（1）

在圖（2）的基礎(chǔ)上加上一個鎖相環(huán)，構(gòu)成鎖相環(huán)相干解調(diào)器模型，如下。

圖（6）鎖相環(huán)提取載波的相干解調(diào)仿真模型

（2）

用類似于對圖（2）進行仿真的程序進行仿真，程序如下

%

ch5problem1progB.m

SNR_in_dB=-10:2:30;

SNR_in=10.^(SNR_in_dB./10);

%

信道信噪比

m_a=0.3;

%

調(diào)制度

P=0.5+(m_a^2)/4;

%

信號功率

for

k=1:length(SNR_in)

sigma2=P/SNR_in(k);

%

計算信道噪聲方差并送入仿真模型

sim(＇

ch5problem1progB.mdl＇);

%

執(zhí)行仿真

SNRdemod(k,:)=SNR_out;

%

記錄仿真結(jié)果

end

plot(SNR_in_dB,SNRdemod);

xlabel(＇輸入信噪比

dB＇);

ylabel(＇解調(diào)輸出信噪比

dB＇);

legend(＇包絡(luò)檢波＇,＇相干解調(diào)＇);

（3）

仿真的波形如下，從結(jié)果中可以看出，在低信噪比下，鎖相環(huán)相干解調(diào)器的性能比理想解調(diào)模塊要差一些，但在實際中由于PLL的門限效應，一般不能達到這里仿真出來的性能曲線。

圖（7）鎖相環(huán)相干解調(diào)器的輸出信噪比性能對比

（4）

同時給出仿真輸出的解調(diào)信號波形如下

五．設(shè)計總結(jié)

借由此次模擬通信系統(tǒng)的建模仿真設(shè)計，基本熟悉了調(diào)制解調(diào)的原理和借條性能的測試方法，通過仿真實驗進一步深入理解超外差接收機的工作原理。設(shè)計過程中由于對軟件的不熟悉遇到了很多的問題，例如，元器件的正確查找，參數(shù)設(shè)置，等等，在老師的指導下，參照參考書目，及與同學們討論摸索，及上網(wǎng)搜索，此次學到了很多東西。做完這次課設(shè)，對matlab軟件也進一步熟悉，真正把理論與實踐聯(lián)系起來，使我所學的專業(yè)知識得到了的運用，更深刻的理解了理論知識，理論聯(lián)系實際的實踐操作能力也進一步提高。這次的課程設(shè)計，學要我們更進一步的掌握學到的基礎(chǔ)知識，加深對軟件的掌握，應用，為下一次課程設(shè)計打好基礎(chǔ)。

【參考文獻】

紹玉斌

仿真實例分析學習輔導和習題詳解.清華大學出版社