Xiuguo第6章離散事件系統(tǒng)建模方法

1、物流系統(tǒng)建模與仿真山東經(jīng)濟(jì)學(xué)院信息管理學(xué)院2022-4-28現(xiàn)代物流仿真技術(shù)第第6 6章章 離散事件系統(tǒng)建模方法離散事件系統(tǒng)建模方法本章教學(xué)要點(diǎn)n掌握掌握離散事件系統(tǒng)離散事件系統(tǒng)，熟悉離散事件系統(tǒng)模型；，熟悉離散事件系統(tǒng)模型；n了解了解實(shí)體實(shí)體的分類；的分類；n掌握掌握實(shí)體流圖法的建模實(shí)體流圖法的建模方法方法 ；n了解活動(dòng)周期圖概念；了解活動(dòng)周期圖概念；n熟悉熟悉活動(dòng)周期圖活動(dòng)周期圖建模；建模；n掌握掌握Petri網(wǎng)的基本概念網(wǎng)的基本概念；n重點(diǎn)掌握網(wǎng)系統(tǒng)；重點(diǎn)掌握網(wǎng)系統(tǒng)；n掌握掌握Petri網(wǎng)的變遷原則。網(wǎng)的變遷原則。本章內(nèi)容6.1 離散事件系統(tǒng)模型概述離散事件系統(tǒng)模型概述6.2 實(shí)體流圖法

2、實(shí)體流圖法6.3 活動(dòng)周期圖法活動(dòng)周期圖法6.4 Petri網(wǎng)建模方法網(wǎng)建模方法本章總結(jié)本章總結(jié)思考題思考題6.1 離散事件系統(tǒng)模型概述離散事件系統(tǒng)模型概述6.1.1 6.1.1 離散事件系統(tǒng)概念離散事件系統(tǒng)概念6.1.2 6.1.2 離散事件系統(tǒng)要素離散事件系統(tǒng)要素6.1.3 6.1.3 離散事件系統(tǒng)模型離散事件系統(tǒng)模型6.1.1 離散事件系統(tǒng)概念 從狀態(tài)變化性質(zhì)的角度，系統(tǒng)可分為連續(xù)系統(tǒng)和離散系統(tǒng)。實(shí)際上，很少有系統(tǒng)是完全連續(xù)或完全離散的，這里所指的系統(tǒng)狀態(tài)是模型中所表示的系統(tǒng)狀態(tài)，也就是所研究系統(tǒng)的某些主要特征的狀態(tài)。 離散事件系統(tǒng)是指狀態(tài)變化只在離散時(shí)刻產(chǎn)生的系統(tǒng)，即其操作和狀態(tài)變化僅

3、在離散時(shí)刻產(chǎn)生，而且這些離散時(shí)間點(diǎn)一般是不確定的。比如，機(jī)場(chǎng)上只有發(fā)生飛機(jī)降落或起飛時(shí)飛機(jī)數(shù)量才會(huì)發(fā)生變化；商品銷售系統(tǒng)，貨架上的商品只有在商品銷售或從倉(cāng)庫(kù)中補(bǔ)充商品時(shí)才會(huì)放生變化。 離散系統(tǒng)：交通管理系統(tǒng)、庫(kù)存管理系統(tǒng)、生產(chǎn)調(diào)度系統(tǒng)、市場(chǎng)系統(tǒng)、電話系統(tǒng)。6.1.1 離散事件系統(tǒng)概念n一個(gè)實(shí)際系統(tǒng)是離散的還是連續(xù)的（或者離散連續(xù)混合的），實(shí)質(zhì)上是指描述系統(tǒng)的模型是離散的還是連續(xù)的。n根據(jù)研究目的的不同，同一個(gè)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)可以在一個(gè)場(chǎng)合下用離散模型描述，而在另一個(gè)場(chǎng)合用連續(xù)模型描述。n比如電機(jī)控制系統(tǒng)，如果關(guān)注的是電機(jī)的開(kāi)關(guān)動(dòng)作或轉(zhuǎn)速、力矩的臨界狀態(tài)，則是離散的；如果深入分析電機(jī)的轉(zhuǎn)速、力矩和控制電

4、壓的關(guān)系，則認(rèn)為系統(tǒng)是連續(xù)的；而如果綜合考慮該系統(tǒng)的連續(xù)和離散狀態(tài)變化過(guò)程，則是混合的。6.1.2 離散事件系統(tǒng)要素離散事件系統(tǒng)要素1.實(shí)體實(shí)體1）定義：）定義： 實(shí)體實(shí)體(Entity)是指一個(gè)系統(tǒng)邊界內(nèi)部的客觀對(duì)象，離散事件系統(tǒng)是由是指一個(gè)系統(tǒng)邊界內(nèi)部的客觀對(duì)象，離散事件系統(tǒng)是由實(shí)體組成的。實(shí)體組成的。2）分類：）分類： 臨時(shí)實(shí)體臨時(shí)實(shí)體 先進(jìn)入系統(tǒng)并經(jīng)過(guò)相應(yīng)的環(huán)節(jié)后再離開(kāi)系統(tǒng)，且在系統(tǒng)中的數(shù)量經(jīng)先進(jìn)入系統(tǒng)并經(jīng)過(guò)相應(yīng)的環(huán)節(jié)后再離開(kāi)系統(tǒng)，且在系統(tǒng)中的數(shù)量經(jīng)常變化的實(shí)體，又稱為主動(dòng)實(shí)體、活動(dòng)實(shí)體。常變化的實(shí)體，又稱為主動(dòng)實(shí)體、活動(dòng)實(shí)體。 永久實(shí)體永久實(shí)體 經(jīng)常處于系統(tǒng)之內(nèi)，其數(shù)量保持穩(wěn)定的實(shí)體

5、，又稱為被動(dòng)實(shí)體。經(jīng)常處于系統(tǒng)之內(nèi)，其數(shù)量保持穩(wěn)定的實(shí)體，又稱為被動(dòng)實(shí)體。 臨時(shí)實(shí)體按一定規(guī)律不斷地到達(dá)，在永久實(shí)體作用下通過(guò)系統(tǒng)，臨時(shí)實(shí)體按一定規(guī)律不斷地到達(dá)，在永久實(shí)體作用下通過(guò)系統(tǒng)，最后離開(kāi)系統(tǒng)，系統(tǒng)狀態(tài)的變化主要就是由實(shí)體的狀態(tài)變化而產(chǎn)生的。最后離開(kāi)系統(tǒng)，系統(tǒng)狀態(tài)的變化主要就是由實(shí)體的狀態(tài)變化而產(chǎn)生的。2事件事件6.1.2 離散事件系統(tǒng)要素離散事件系統(tǒng)要素1）定義）定義 事件事件(Event)是引起系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化的行為。是引起系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化的行為。2）分類）分類 時(shí)間事件：依照系統(tǒng)的時(shí)間事件：依照系統(tǒng)的作業(yè)規(guī)則作業(yè)規(guī)則在預(yù)訂時(shí)間發(fā)生的事件。（上課鈴在預(yù)訂時(shí)間發(fā)生的事件。（上課鈴聲）

6、聲） 狀態(tài)事件：當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)符合某種條件下發(fā)生的事件。（穩(wěn)度調(diào)節(jié)器）狀態(tài)事件：當(dāng)系統(tǒng)狀態(tài)符合某種條件下發(fā)生的事件。（穩(wěn)度調(diào)節(jié)器） 基本事件：其發(fā)生可以事先加以預(yù)測(cè)的事件。（顧客的到達(dá)）基本事件：其發(fā)生可以事先加以預(yù)測(cè)的事件。（顧客的到達(dá)） 二次事件：發(fā)生與否則取決于其他事件。（顧客接受服務(wù)）二次事件：發(fā)生與否則取決于其他事件。（顧客接受服務(wù)）3活動(dòng)活動(dòng)6.1.2 離散事件系統(tǒng)要素離散事件系統(tǒng)要素 活動(dòng)活動(dòng)(Active)是實(shí)體在兩個(gè)事件之間保持某一狀態(tài)的是實(shí)體在兩個(gè)事件之間保持某一狀態(tài)的持續(xù)過(guò)程。持續(xù)過(guò)程。4進(jìn)程進(jìn)程 進(jìn)程進(jìn)程(Process)是由與某類實(shí)體相關(guān)的事件和若干活是由與某類實(shí)體相關(guān)的

7、事件和若干活動(dòng)組成的，它描述了這些事件和活動(dòng)間的相互邏輯關(guān)系和動(dòng)組成的，它描述了這些事件和活動(dòng)間的相互邏輯關(guān)系和時(shí)序關(guān)系。時(shí)序關(guān)系。顧客到達(dá)系統(tǒng)顧客到達(dá)系統(tǒng)-排隊(duì)排隊(duì)-開(kāi)始接受服務(wù)開(kāi)始接受服務(wù)-服務(wù)完畢服務(wù)完畢的過(guò)程的過(guò)程5屬性屬性6.1.2 離散事件系統(tǒng)要素離散事件系統(tǒng)要素 屬性屬性(Attribute)是實(shí)體特征的描述，是實(shí)體所擁有的是實(shí)體特征的描述，是實(shí)體所擁有的全部特征的一個(gè)子集，用特征參數(shù)變量表示。全部特征的一個(gè)子集，用特征參數(shù)變量表示。6狀態(tài)狀態(tài) 狀態(tài)狀態(tài)(State)是指在某時(shí)間點(diǎn)上對(duì)系統(tǒng)的所有實(shí)體屬性是指在某時(shí)間點(diǎn)上對(duì)系統(tǒng)的所有實(shí)體屬性和活動(dòng)的描述。當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)的所有實(shí)體處于狀態(tài)

8、協(xié)調(diào)并定和活動(dòng)的描述。當(dāng)一個(gè)系統(tǒng)的所有實(shí)體處于狀態(tài)協(xié)調(diào)并定義狀態(tài)的屬性時(shí)，則認(rèn)為系統(tǒng)處于特定狀態(tài)。義狀態(tài)的屬性時(shí)，則認(rèn)為系統(tǒng)處于特定狀態(tài)。6.1.2 離散事件系統(tǒng)要素離散事件系統(tǒng)要素 7仿真時(shí)鐘：仿真時(shí)鐘：仿真時(shí)鐘仿真時(shí)鐘(Stimulate Clock)用于表示仿真用于表示仿真時(shí)間的變化及作為仿真過(guò)程的時(shí)序控制，它是系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間時(shí)間的變化及作為仿真過(guò)程的時(shí)序控制，它是系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間在仿真過(guò)程中的表示。在仿真過(guò)程中的表示。 仿真時(shí)鐘推進(jìn)方式包括：固定步長(zhǎng)時(shí)間推進(jìn)機(jī)制和下次事仿真時(shí)鐘推進(jìn)方式包括：固定步長(zhǎng)時(shí)間推進(jìn)機(jī)制和下次事件時(shí)間推進(jìn)機(jī)制。件時(shí)間推進(jìn)機(jī)制。6.1.2 離散事件系統(tǒng)要素離散事件系統(tǒng)要

9、素8系統(tǒng)環(huán)境系統(tǒng)環(huán)境：系統(tǒng)環(huán)境：系統(tǒng)環(huán)境(System Environment)是系統(tǒng)是系統(tǒng)周圍的對(duì)象及過(guò)程周圍的對(duì)象及過(guò)程(實(shí)體和活動(dòng)實(shí)體和活動(dòng))。發(fā)生于系統(tǒng)內(nèi)部的活。發(fā)生于系統(tǒng)內(nèi)部的活動(dòng)稱為內(nèi)生活動(dòng)，發(fā)生于系統(tǒng)環(huán)境中并對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生影動(dòng)稱為內(nèi)生活動(dòng)，發(fā)生于系統(tǒng)環(huán)境中并對(duì)系統(tǒng)產(chǎn)生影響的活動(dòng)稱為外生活動(dòng)，將活動(dòng)劃分為內(nèi)生活動(dòng)和外響的活動(dòng)稱為外生活動(dòng)，將活動(dòng)劃分為內(nèi)生活動(dòng)和外生活動(dòng)就確定了系統(tǒng)的邊界。生活動(dòng)就確定了系統(tǒng)的邊界。6.1.3 離散事件系統(tǒng)模型離散事件系統(tǒng)模型模型分類模型分類按按對(duì)象演變過(guò)程對(duì)象演變過(guò)程分類分類不帶時(shí)標(biāo)的不帶時(shí)標(biāo)的DEDSDEDS模型模型帶時(shí)標(biāo)的帶時(shí)標(biāo)的DEDSDEDS模型

10、模型按按系統(tǒng)輸入信息系統(tǒng)輸入信息及狀態(tài)演變的確及狀態(tài)演變的確定定/ /不確定性分類不確定性分類確定性確定性DEDSDEDS模型模型隨機(jī)性隨機(jī)性DEDSDEDS模型模型按按狀態(tài)變化的量化特征狀態(tài)變化的量化特征分類分類邏輯邏輯( (定性定性) )模型模型數(shù)量數(shù)量( (定量定量) )模型模型1模型分類模型分類6.1.3 離散事件系統(tǒng)模型離散事件系統(tǒng)模型2模型建立模型建立1 1）系統(tǒng)建模）系統(tǒng)建模 一般可以用流程圖來(lái)描述一般可以用流程圖來(lái)描述2 2）確定仿真算法）確定仿真算法 如何產(chǎn)生所要求的隨機(jī)變量；仿真建模策略。如何產(chǎn)生所要求的隨機(jī)變量；仿真建模策略。3 3）建立仿真模型）建立仿真模型 定義系統(tǒng)的

11、狀態(tài)變量，定義對(duì)事件處理的規(guī)則，定義活動(dòng)及進(jìn)定義系統(tǒng)的狀態(tài)變量，定義對(duì)事件處理的規(guī)則，定義活動(dòng)及進(jìn)程。程。4 4）設(shè)計(jì)仿真程序）設(shè)計(jì)仿真程序 仿真模型的某種算法語(yǔ)言的描述實(shí)現(xiàn)仿真模型的某種算法語(yǔ)言的描述實(shí)現(xiàn)5 5）仿真結(jié)果分析）仿真結(jié)果分析6.2 實(shí)體流圖法6.2.1 實(shí)體流圖法概述實(shí)體流圖法概述6.2.2 實(shí)體流圖法的建模思路實(shí)體流圖法的建模思路6.2.3 實(shí)體流圖法的實(shí)例分析實(shí)體流圖法的實(shí)例分析2022-4-28現(xiàn)代物流仿真技術(shù)6.2.1 實(shí)體流圖法概述 實(shí)體流圖法實(shí)體流圖法(Entity Flow Chart，EFC)采用與計(jì)算機(jī)程序流程圖采用與計(jì)算機(jī)程序流程圖相類似的圖示符號(hào)和原理，建

12、立表示相類似的圖示符號(hào)和原理，建立表示臨時(shí)實(shí)體臨時(shí)實(shí)體產(chǎn)生、在系統(tǒng)中流動(dòng)、產(chǎn)生、在系統(tǒng)中流動(dòng)、接受永久實(shí)體接受永久實(shí)體“服務(wù)服務(wù)”，以及消失等過(guò)程的流程圖。，以及消失等過(guò)程的流程圖。 借助實(shí)體流程圖，可以表示事件狀態(tài)變化及實(shí)體間相互作用的借助實(shí)體流程圖，可以表示事件狀態(tài)變化及實(shí)體間相互作用的邏輯關(guān)系。邏輯關(guān)系。 在離散事件系統(tǒng)中實(shí)體流圖法應(yīng)用比較普遍，原因如下：在離散事件系統(tǒng)中實(shí)體流圖法應(yīng)用比較普遍，原因如下：1）計(jì)算機(jī)程序框圖的思想和方法已廣為人們所接受；）計(jì)算機(jī)程序框圖的思想和方法已廣為人們所接受；2）實(shí)體流圖法簡(jiǎn)單，且對(duì)離散事件系統(tǒng)的描述比較全面。）實(shí)體流圖法簡(jiǎn)單，且對(duì)離散事件系統(tǒng)的描述

13、比較全面。返回返回6.2.2 實(shí)體流圖法的建模思路 為了準(zhǔn)確地建立實(shí)際系統(tǒng)的實(shí)體流圖模型，對(duì)建模者的要為了準(zhǔn)確地建立實(shí)際系統(tǒng)的實(shí)體流圖模型，對(duì)建模者的要求有以下兩點(diǎn)。求有以下兩點(diǎn)。1）對(duì)）對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的工作過(guò)程實(shí)際系統(tǒng)的工作過(guò)程有深刻的理解和認(rèn)識(shí)。有深刻的理解和認(rèn)識(shí)。2）將）將事件、狀態(tài)變化、活動(dòng)和隊(duì)列事件、狀態(tài)變化、活動(dòng)和隊(duì)列等概念貫穿于建模過(guò)程中。等概念貫穿于建模過(guò)程中。6.2.2 實(shí)體流圖法的建模思路建模的一般步驟如下：建模的一般步驟如下：1）明確組成系統(tǒng)的各個(gè)實(shí)體及其屬性）明確組成系統(tǒng)的各個(gè)實(shí)體及其屬性2）分析各種實(shí)體的狀態(tài)和活動(dòng)，及其相互間的影響。）分析各種實(shí)體的狀態(tài)和活動(dòng)，及其相互間

14、的影響。3）考察那些導(dǎo)致活動(dòng)的開(kāi)始或結(jié)束的事情，或者是可以作為活）考察那些導(dǎo)致活動(dòng)的開(kāi)始或結(jié)束的事情，或者是可以作為活動(dòng)開(kāi)始或結(jié)束的標(biāo)志的事件，以確定引起實(shí)體狀態(tài)變化的事件，動(dòng)開(kāi)始或結(jié)束的標(biāo)志的事件，以確定引起實(shí)體狀態(tài)變化的事件，并將條件事件合并。并將條件事件合并。4）分析各種事件發(fā)生時(shí)實(shí)體狀態(tài)是如何變化的。）分析各種事件發(fā)生時(shí)實(shí)體狀態(tài)是如何變化的。5）在一定的服務(wù)流程下，分析與隊(duì)列實(shí)體有關(guān)系的特殊操作）在一定的服務(wù)流程下，分析與隊(duì)列實(shí)體有關(guān)系的特殊操作(如換隊(duì)等如換隊(duì)等)。2022-4-28現(xiàn)代物流仿真技術(shù)6）根據(jù)以上分析，以臨時(shí)實(shí)體的流動(dòng)為主線，用約定的圖示）根據(jù)以上分析，以臨時(shí)實(shí)體的流動(dòng)

15、為主線，用約定的圖示符號(hào)畫出被仿真系統(tǒng)的實(shí)體流圖。符號(hào)畫出被仿真系統(tǒng)的實(shí)體流圖。7）確定模型參數(shù)的取值、參變量的計(jì)算方法及屬性描述變量）確定模型參數(shù)的取值、參變量的計(jì)算方法及屬性描述變量的取值方法。屬性描述變量的取值方法。屬性描述變量(例如顧客到達(dá)時(shí)間、服務(wù)時(shí)間等例如顧客到達(dá)時(shí)間、服務(wù)時(shí)間等)既可以取一組固定值，也可以由某一公式計(jì)算得到，還可以是既可以取一組固定值，也可以由某一公式計(jì)算得到，還可以是一個(gè)隨機(jī)變量。如果屬性描述變量是隨機(jī)變量，就應(yīng)該給出其一個(gè)隨機(jī)變量。如果屬性描述變量是隨機(jī)變量，就應(yīng)該給出其分布函數(shù)。分布函數(shù)。8）確定隊(duì)列的排隊(duì)規(guī)則。當(dāng)有多個(gè)隊(duì)列存在時(shí)，還應(yīng)給出其）確定隊(duì)列的排隊(duì)

16、規(guī)則。當(dāng)有多個(gè)隊(duì)列存在時(shí)，還應(yīng)給出其服務(wù)規(guī)則，例如隊(duì)列的優(yōu)先權(quán)、換隊(duì)規(guī)則等。服務(wù)規(guī)則，例如隊(duì)列的優(yōu)先權(quán)、換隊(duì)規(guī)則等。6.2.2 實(shí)體流圖法的建模思路實(shí)體流圖法的建模思路返回返回6.2.3 實(shí)體流圖法的實(shí)例分析【例例6.1】 理發(fā)店服務(wù)系統(tǒng)。理發(fā)店服務(wù)系統(tǒng)。 有一個(gè)小理發(fā)店只有一個(gè)理發(fā)員，顧客來(lái)到理發(fā)店后，如果有其他有一個(gè)小理發(fā)店只有一個(gè)理發(fā)員，顧客來(lái)到理發(fā)店后，如果有其他顧客正在理發(fā)就坐在一旁等候。理發(fā)員按先來(lái)先理的原則為每一位顧客顧客正在理發(fā)就坐在一旁等候。理發(fā)員按先來(lái)先理的原則為每一位顧客服務(wù)，而且只要有顧客就不停歇。建模目的是在假定顧客到達(dá)時(shí)間間隔服務(wù)，而且只要有顧客就不停歇。建模目的是

17、在假定顧客到達(dá)時(shí)間間隔和理發(fā)花費(fèi)的時(shí)間服從一定的概率分布時(shí)，考察理發(fā)員的忙閑情況。和理發(fā)花費(fèi)的時(shí)間服從一定的概率分布時(shí)，考察理發(fā)員的忙閑情況。1實(shí)例分析實(shí)例分析6.2.3 實(shí)體流圖法的實(shí)例分析1）辨識(shí)系統(tǒng)實(shí)體）辨識(shí)系統(tǒng)實(shí)體顧客隊(duì)列；理發(fā)員；顧客。顧客隊(duì)列；理發(fā)員；顧客。2）分析實(shí)體的狀態(tài)和活動(dòng)類實(shí)體組成）分析實(shí)體的狀態(tài)和活動(dòng)類實(shí)體組成理發(fā)員：理發(fā)和休息；理發(fā)員：理發(fā)和休息；顧客：等待服務(wù)和接受服務(wù)顧客：等待服務(wù)和接受服務(wù);顧客隊(duì)列的狀態(tài)以隊(duì)列長(zhǎng)度標(biāo)識(shí)。顧客隊(duì)列的狀態(tài)以隊(duì)列長(zhǎng)度標(biāo)識(shí)。1實(shí)例分析實(shí)例分析實(shí)例分析3）分析實(shí)體狀態(tài)的變化情況）分析實(shí)體狀態(tài)的變化情況理發(fā)員：忙理發(fā)員：忙閑；閑；顧客：等待

18、服務(wù)顧客：等待服務(wù)接受服務(wù)接受服務(wù)結(jié)束服務(wù)結(jié)束服務(wù)4）分析引起狀態(tài)變化的事件）分析引起狀態(tài)變化的事件前提：隊(duì)列狀態(tài)為前提：隊(duì)列狀態(tài)為0： 顧客到達(dá)顧客到達(dá)服務(wù)活動(dòng)開(kāi)始；服務(wù)活動(dòng)開(kāi)始； 顧客離去顧客離去服務(wù)活動(dòng)結(jié)束。服務(wù)活動(dòng)結(jié)束。前提前提：隊(duì)列狀態(tài)大于：隊(duì)列狀態(tài)大于0： 顧客到達(dá)顧客到達(dá)隊(duì)列加隊(duì)列加1 1； 顧客離去顧客離去隊(duì)列減隊(duì)列減1 1 。實(shí)例分析5）分析隊(duì)列實(shí)體的操作）分析隊(duì)列實(shí)體的操作 由于只有一個(gè)隊(duì)列，而且顧客不會(huì)因排隊(duì)人數(shù)太多而離去，因此隊(duì)列規(guī)則由于只有一個(gè)隊(duì)列，而且顧客不會(huì)因排隊(duì)人數(shù)太多而離去，因此隊(duì)列規(guī)則很簡(jiǎn)單，沒(méi)有換隊(duì)等特殊的隊(duì)列操作。很簡(jiǎn)單，沒(méi)有換隊(duì)等特殊的隊(duì)列操作。6）畫

19、出系統(tǒng)實(shí)體流程圖）畫出系統(tǒng)實(shí)體流程圖實(shí)例分析7）確定模型參變量）確定模型參變量 需給出的模型屬性變量有：顧客的到達(dá)時(shí)間（隨機(jī)變量）、理發(fā)員為顧客理發(fā)需給出的模型屬性變量有：顧客的到達(dá)時(shí)間（隨機(jī)變量）、理發(fā)員為顧客理發(fā)所需的服務(wù)時(shí)間（隨機(jī)變量）等。所需的服務(wù)時(shí)間（隨機(jī)變量）等。8）給出排隊(duì)規(guī)則）給出排隊(duì)規(guī)則n 隊(duì)列的排隊(duì)規(guī)則先到先服務(wù)（隊(duì)列的排隊(duì)規(guī)則先到先服務(wù)（FIFO）6.2.3 實(shí)體流圖法的實(shí)例分析【例例4.2】 售票窗口服務(wù)系統(tǒng)。售票窗口服務(wù)系統(tǒng)。電影院雇用一名售票員同時(shí)負(fù)責(zé)電影票的銷售和對(duì)電話問(wèn)詢者的電影院雇用一名售票員同時(shí)負(fù)責(zé)電影票的銷售和對(duì)電話問(wèn)詢者的咨詢服務(wù)。窗口服務(wù)比電話服務(wù)優(yōu)先

20、級(jí)高。問(wèn)詢者打來(lái)的電話由咨詢服務(wù)。窗口服務(wù)比電話服務(wù)優(yōu)先級(jí)高。問(wèn)詢者打來(lái)的電話由電話系統(tǒng)存儲(chǔ)后按先來(lái)先服務(wù)的規(guī)則一一予以答復(fù)。建模的目的電話系統(tǒng)存儲(chǔ)后按先來(lái)先服務(wù)的規(guī)則一一予以答復(fù)。建模的目的是研究售票員的忙閑率。是研究售票員的忙閑率。1實(shí)例分析實(shí)例分析2022-4-286.2.3 實(shí)體流圖法的實(shí)例分析1）辨識(shí)系統(tǒng)實(shí)體）辨識(shí)系統(tǒng)實(shí)體（售票員、購(gòu)票者、電話問(wèn)詢者、購(gòu)票隊(duì)列，問(wèn)詢隊(duì)列）（售票員、購(gòu)票者、電話問(wèn)詢者、購(gòu)票隊(duì)列，問(wèn)詢隊(duì)列）2）分析實(shí)體的狀態(tài)和活動(dòng)類實(shí)體組成）分析實(shí)體的狀態(tài)和活動(dòng)類實(shí)體組成3）分析實(shí)體狀態(tài)的變化情況）分析實(shí)體狀態(tài)的變化情況4）分析引起狀態(tài)變化的事件）分析引起狀態(tài)變化的事件

21、( (購(gòu)票者到達(dá)，問(wèn)詢者到達(dá)，購(gòu)票者結(jié)束排隊(duì)，購(gòu)票者到達(dá)，問(wèn)詢者到達(dá)，購(gòu)票者結(jié)束排隊(duì)，問(wèn)詢者結(jié)束排隊(duì)問(wèn)詢者結(jié)束排隊(duì)) )5）分析隊(duì)列實(shí)體的操作）分析隊(duì)列實(shí)體的操作（兩個(gè)對(duì)列，不可以換隊(duì)）（兩個(gè)對(duì)列，不可以換隊(duì)）6）畫出系統(tǒng)實(shí)體流程圖）畫出系統(tǒng)實(shí)體流程圖7）確定模型參變量）確定模型參變量（購(gòu)票者到達(dá)時(shí)間，電話問(wèn)詢者到達(dá)時(shí)間，售票服務(wù)時(shí)間，（購(gòu)票者到達(dá)時(shí)間，電話問(wèn)詢者到達(dá)時(shí)間，售票服務(wù)時(shí)間，問(wèn)詢服務(wù)時(shí)間均為隨機(jī)變量問(wèn)詢服務(wù)時(shí)間均為隨機(jī)變量）8）給出排隊(duì)規(guī)則）給出排隊(duì)規(guī)則（FifoFifo）1實(shí)例分析實(shí)例分析實(shí)例分析實(shí)例分析6.2.3 實(shí)體流圖法的實(shí)例分析2模型的人工運(yùn)行模型的人工運(yùn)行 建立實(shí)體流程

22、圖模型后，選取有代表性的例子將流程圖全部建立實(shí)體流程圖模型后，選取有代表性的例子將流程圖全部走一遍，即所謂人工運(yùn)行。走一遍，即所謂人工運(yùn)行。 人工運(yùn)行模型要求遍歷流程圖的各個(gè)分支和實(shí)體的各種可能人工運(yùn)行模型要求遍歷流程圖的各個(gè)分支和實(shí)體的各種可能狀態(tài)，在時(shí)間逐步變化的動(dòng)態(tài)條件下，分析事件的發(fā)生及狀態(tài)的狀態(tài)，在時(shí)間逐步變化的動(dòng)態(tài)條件下，分析事件的發(fā)生及狀態(tài)的變化過(guò)程，以檢查模型的組成和邏輯關(guān)系是否正確。變化過(guò)程，以檢查模型的組成和邏輯關(guān)系是否正確。6.3 活動(dòng)周期圖法活動(dòng)周期圖法6.3.1 活動(dòng)周期圖概述活動(dòng)周期圖概述6.3.2 活動(dòng)周期圖建?；顒?dòng)周期圖建模6.3.3 活動(dòng)周期圖法建模舉例活動(dòng)周

23、期圖法建模舉例6.3.1 活動(dòng)周期圖概述活動(dòng)周期圖概述 活動(dòng)周期圖以直觀的方式顯示了活動(dòng)周期圖以直觀的方式顯示了實(shí)體的狀態(tài)變化歷程和實(shí)體的狀態(tài)變化歷程和各實(shí)體之間的交互作用關(guān)系各實(shí)體之間的交互作用關(guān)系，便于理解和分析。，便于理解和分析。 活動(dòng)周期圖可以充分活動(dòng)周期圖可以充分反映各類實(shí)體的行為模式反映各類實(shí)體的行為模式，并將，并將系統(tǒng)的狀態(tài)變化以系統(tǒng)的狀態(tài)變化以“個(gè)體個(gè)體”狀態(tài)變化的狀態(tài)變化的集合方式集合方式表示出來(lái)，表示出來(lái)，因此可以更好地表達(dá)眾多實(shí)體的因此可以更好地表達(dá)眾多實(shí)體的并發(fā)活動(dòng)和實(shí)體之間并發(fā)活動(dòng)和實(shí)體之間的協(xié)同的協(xié)同關(guān)系。關(guān)系。 但是，它只描述了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)，而沒(méi)有表示系統(tǒng)的瞬但是，

24、它只描述了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)，而沒(méi)有表示系統(tǒng)的瞬態(tài)，即活動(dòng)的開(kāi)始和結(jié)束事件。態(tài)，即活動(dòng)的開(kāi)始和結(jié)束事件。6.3.2 活動(dòng)周期圖建?；顒?dòng)周期圖建模 活動(dòng)周期圖建模方法將實(shí)體的狀活動(dòng)周期圖建模方法將實(shí)體的狀態(tài)分為態(tài)分為靜寂靜寂(Dead)和和激活激活(Active)兩兩種，并分別用不同的符號(hào)來(lái)表示。種，并分別用不同的符號(hào)來(lái)表示。(a) 靜寂狀態(tài) (b) 激活狀態(tài) 激活狀態(tài)通常是激活狀態(tài)通常是實(shí)體的活動(dòng)實(shí)體的活動(dòng)，模型中活動(dòng)的忙期可采用隨機(jī)，模型中活動(dòng)的忙期可采用隨機(jī)采樣等方法事先加以確定。采樣等方法事先加以確定。 靜寂狀態(tài)通常表示靜寂狀態(tài)通常表示無(wú)活動(dòng)發(fā)生無(wú)活動(dòng)發(fā)生，是實(shí)體等待參加某一活動(dòng)時(shí)，是實(shí)體等待參

25、加某一活動(dòng)時(shí)的狀態(tài)，其持續(xù)時(shí)間在模型中無(wú)法事先確定，取決于有關(guān)活動(dòng)的的狀態(tài)，其持續(xù)時(shí)間在模型中無(wú)法事先確定，取決于有關(guān)活動(dòng)的發(fā)生時(shí)刻和忙期。發(fā)生時(shí)刻和忙期。2022-4-28現(xiàn)代物流仿真技術(shù)6.3.2 活動(dòng)周期圖建模活動(dòng)周期圖建?；顒?dòng)周期圖法建模步驟：活動(dòng)周期圖法建模步驟：1）辨識(shí)組成系統(tǒng)的實(shí)體及屬性；）辨識(shí)組成系統(tǒng)的實(shí)體及屬性；2）分別畫出各實(shí)體的活動(dòng)周期圖）分別畫出各實(shí)體的活動(dòng)周期圖原則：原則： 交替原則。靜寂狀態(tài)和激活狀態(tài)必須交替出現(xiàn)；交替原則。靜寂狀態(tài)和激活狀態(tài)必須交替出現(xiàn)； 閉合原則。每類實(shí)體的活動(dòng)周期圖都必須是閉合的。臨時(shí)實(shí)體閉合原則。每類實(shí)體的活動(dòng)周期圖都必須是閉合的。臨時(shí)實(shí)體(

26、產(chǎn)生產(chǎn)生-消失消失)，永久實(shí)體（實(shí)體被占用和釋放），永久實(shí)體（實(shí)體被占用和釋放）3）將各實(shí)體的活動(dòng)周期圖連接成系統(tǒng)活動(dòng)周期圖）將各實(shí)體的活動(dòng)周期圖連接成系統(tǒng)活動(dòng)周期圖4）增添必要的）增添必要的虛擬實(shí)體虛擬實(shí)體5）標(biāo)明活動(dòng)發(fā)生的約束條件和占用資源的數(shù)量）標(biāo)明活動(dòng)發(fā)生的約束條件和占用資源的數(shù)量包括：包括： 活動(dòng)是否可以發(fā)生的判斷條件活動(dòng)是否可以發(fā)生的判斷條件 永久實(shí)體在參加一次協(xié)同活動(dòng)時(shí)被占用和活動(dòng)完成永久實(shí)體在參加一次協(xié)同活動(dòng)時(shí)被占用和活動(dòng)完成 時(shí)釋放的數(shù)量時(shí)釋放的數(shù)量6）給出模型參數(shù)的取值、參變量的計(jì)算方法及屬性描述變量）給出模型參數(shù)的取值、參變量的計(jì)算方法及屬性描述變量的取值方法，并給出排隊(duì)

27、規(guī)則和服務(wù)規(guī)則的取值方法，并給出排隊(duì)規(guī)則和服務(wù)規(guī)則6.3.3 活動(dòng)周期圖法建模舉例活動(dòng)周期圖法建模舉例【例例6.3】 機(jī)床加工系統(tǒng)的活動(dòng)周期圖法建模。機(jī)床加工系統(tǒng)的活動(dòng)周期圖法建模。 考慮一個(gè)簡(jiǎn)單的加工車間。車間內(nèi)有數(shù)臺(tái)自動(dòng)機(jī)床，由一名考慮一個(gè)簡(jiǎn)單的加工車間。車間內(nèi)有數(shù)臺(tái)自動(dòng)機(jī)床，由一名工人負(fù)責(zé)看管。工人負(fù)責(zé)看管。 工人的任務(wù)是：工人的任務(wù)是： 如果機(jī)床的刀具完好，則為機(jī)床安裝工件，然后按下運(yùn)如果機(jī)床的刀具完好，則為機(jī)床安裝工件，然后按下運(yùn)行按鈕；行按鈕； 如果機(jī)床的刀具損壞，則先要重裝刀具，然后執(zhí)行任如果機(jī)床的刀具損壞，則先要重裝刀具，然后執(zhí)行任務(wù)。只有當(dāng)機(jī)床完成一次自動(dòng)加工工序，并停止運(yùn)行

28、后，工人務(wù)。只有當(dāng)機(jī)床完成一次自動(dòng)加工工序，并停止運(yùn)行后，工人才能執(zhí)行上述兩項(xiàng)任務(wù)。假定每臺(tái)機(jī)床均可加工各種工件，并且才能執(zhí)行上述兩項(xiàng)任務(wù)。假定每臺(tái)機(jī)床均可加工各種工件，并且不會(huì)發(fā)生工件短缺的現(xiàn)象。建模的目的是為了研究工人的忙閑率。不會(huì)發(fā)生工件短缺的現(xiàn)象。建模的目的是為了研究工人的忙閑率。6.3.3 活動(dòng)周期圖法建模舉例活動(dòng)周期圖法建模舉例圖4.4 工人的活動(dòng)周期圖圖4.5 機(jī)床的活動(dòng)周期圖活動(dòng)周期圖法建模步驟：活動(dòng)周期圖法建模步驟：1）辨識(shí)組成系統(tǒng)的實(shí)體及屬性；（工人，機(jī)器）辨識(shí)組成系統(tǒng)的實(shí)體及屬性；（工人，機(jī)器）2）分別畫出各實(shí)體的活動(dòng)周期圖。）分別畫出各實(shí)體的活動(dòng)周期圖。分析n假定限定工

29、人每隔2h才能休息10min飲茶，那么怎樣在活動(dòng)周期圖加以表示？n引入虛擬實(shí)體-工人休息飲茶的權(quán)力（簡(jiǎn)稱權(quán)力）。權(quán)力協(xié)同工人實(shí)體完成“飲茶”活動(dòng)，其生命周期中要完成“計(jì)時(shí)”這一活動(dòng)。圖4.6 引入權(quán)力實(shí)體后的機(jī)床加工系統(tǒng)活動(dòng)周期圖例題6.4 售票窗口服務(wù)系統(tǒng)n1、辨識(shí)組成系統(tǒng)的實(shí)體及其屬性。n（售票員，窗口購(gòu)票者，電話問(wèn)詢者）電話服務(wù)窗口服務(wù)空閑窗口服務(wù)到達(dá)排隊(duì)外部售票員窗口購(gòu)票者售票窗口服務(wù)系統(tǒng)n電話問(wèn)詢者打電話電話服務(wù)局外等電話窗口購(gòu)票者6.4 Petri網(wǎng)建模方法網(wǎng)建模方法n6.4.1 Petri網(wǎng)的基本概念n6.4.2 網(wǎng)系統(tǒng)n6.4.3 Petri網(wǎng)的變遷原則n6.4.4 Petri

30、網(wǎng)的類型及特點(diǎn)6.4.1 Petri網(wǎng)的基本概念網(wǎng)的基本概念n Petri網(wǎng)是由德國(guó)的網(wǎng)是由德國(guó)的Carl Adam Petri在在1962年所寫的年所寫的博士論文博士論文 (用用自動(dòng)機(jī)通信自動(dòng)機(jī)通信)中提出的。中提出的。nPetri先生在論文中使用先生在論文中使用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)模擬通信系統(tǒng)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)模擬通信系統(tǒng)，研究信息系統(tǒng)及，研究信息系統(tǒng)及其相互關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。其相互關(guān)系的數(shù)學(xué)模型。n己發(fā)展成為具有嚴(yán)密的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，多種抽象層次的己發(fā)展成為具有嚴(yán)密的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，多種抽象層次的通用網(wǎng)論通用網(wǎng)論。nPetri網(wǎng)的應(yīng)用涉及各個(gè)領(lǐng)域，特別適用于模擬這樣的一類系統(tǒng)，網(wǎng)的應(yīng)用涉及各個(gè)領(lǐng)域，特別適用于模擬這樣的一類

31、系統(tǒng)，即即系統(tǒng)中含有相互作用的并行分支系統(tǒng)中含有相互作用的并行分支。由于。由于Petri網(wǎng)對(duì)帶有并發(fā)性、網(wǎng)對(duì)帶有并發(fā)性、異步性、分布式、非確定性、并行性系統(tǒng)的有力描述，已成為目異步性、分布式、非確定性、并行性系統(tǒng)的有力描述，已成為目前最有前途的建模工具。前最有前途的建模工具。6.4.1 Petri網(wǎng)的基本概念網(wǎng)的基本概念n Petri網(wǎng)是由節(jié)點(diǎn)和有向弧組成的一種有向圖。n 它有兩類節(jié)點(diǎn)，一類為庫(kù)所，即狀態(tài)元素，它表示一個(gè)場(chǎng)所，而且在該場(chǎng)所存放了一定的資源，用圓圈“”表示；n 另一類為變遷，它指資源的消耗、使用以及對(duì)應(yīng)狀態(tài)元素的變化，用短豎線“ ”表示。另外，資源指的是與系統(tǒng)狀態(tài)發(fā)生變化有關(guān)的因

32、素。petri網(wǎng)的基本術(shù)語(yǔ)網(wǎng)的基本術(shù)語(yǔ)(1)資源系統(tǒng)中發(fā)生變化所涉及的與系統(tǒng)狀態(tài)有關(guān)的因素，稱為資源。包括原材料、半成品、產(chǎn)品、人員、工具、設(shè)備、數(shù)據(jù)及信息。(2)庫(kù)所資源按其在系統(tǒng)中的作用分類，每一類存放一處，則該處抽象為一個(gè)庫(kù)所，又稱P元素，庫(kù)所不僅是一個(gè)場(chǎng)所，而且表示該場(chǎng)所存放的資源。 (3)變遷資源的消耗、使用及產(chǎn)生對(duì)應(yīng)于庫(kù)所的變化，網(wǎng)論中稱之為變遷，又稱T元素。Petri網(wǎng)的定義用從x到y(tǒng)的有向弧表示有序偶（x,y)，如果（x，y）表示的是有向弧，就稱x是y的輸入，y是x的輸出。一個(gè)Petri網(wǎng)記為N，它是一個(gè)三元組：N=（S，T，F(xiàn)）（1）S和T分別表示庫(kù)所和變遷的有限集，滿足ST

33、=； ST ；（2）F是由一個(gè)S元素和一個(gè)T元素組成的有序偶的集合，滿足F （S T） （T S），F(xiàn)稱為N的流關(guān)系。（3）令F所含有序偶的第一個(gè)元素和第二個(gè)元素所組成的集合分別為dom(F)和cod（F），滿足dom(F) cod（F）= ST ，即 dom(F)=x|y,(x,y)Fcod(F)=x|y,(y,x)F，其中，不屬于dom(F和cod(F）的元素為孤立元素。舉例nN=（S，T，F(xiàn)），S=s1,s2,s3,s4,s5;nT=t1,t2,t3,n流關(guān)系F=（s1,t1），(t1,s2)，Petri網(wǎng)的定義定義：一個(gè)Petri網(wǎng)表示為一個(gè)五元組，PN =（P, T ,I ,O ,M

34、0），其中P=P1,P2,.Pn是庫(kù)所(Place)的有限集合，n0。 T=t1,t2,tm是變遷(Transition)的有限集合，m0。I ：P T N是兩集合(空間)的笛卡兒乘積運(yùn)算，N代表非負(fù)整數(shù)集合是前集(Pre set)函數(shù)，表示從庫(kù)所到變遷的弧。O： T P N是后集(Post set)函數(shù)，表示了從變遷到庫(kù)所的弧。M0：是初始標(biāo)識(shí)(Marking)，一個(gè)帶有初始標(biāo)識(shí)的網(wǎng)用(PN ,M 0)表示Petri網(wǎng)的定義定義：I（ Pi， tj）表示庫(kù)所Pi到變遷t j的有向弧連接，且I（ Pi， tj）=K表示弧的權(quán)系數(shù)值為K，同樣定義O（ tj ， Pi ）表示從變遷tj到庫(kù)所Pi的

35、有向弧連接，其值為權(quán)系數(shù)，等于零表示不存在有向弧連接。 在圖形表示中標(biāo)準(zhǔn)的Petri網(wǎng)圖形用圓圈代表庫(kù)所(Place)，用細(xì)長(zhǎng)方框代表變遷，用有向弧表示從庫(kù)所到變遷的輸入和從變遷到庫(kù)所的輸出。舉例下圖表示的水的化學(xué)反應(yīng)方程式：2H2+O2=2H 2OPetri網(wǎng)模型的圖形petri網(wǎng)的基本理論網(wǎng)的基本理論以以4季更替簡(jiǎn)單的介紹季更替簡(jiǎn)單的介紹 petri應(yīng)用應(yīng)用在上圖中，m1,m2,m3,m4分別代表春、夏、秋、冬四季，而T1,T2,T3,T4分別表示四季的變化。而在上圖中，設(shè)為經(jīng)過(guò)一秒，就會(huì)發(fā)生季節(jié)的交替。6.4.2 網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)是系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)的基本描述。網(wǎng)是系統(tǒng)靜態(tài)結(jié)構(gòu)的基本描述。6.4

36、.2 網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)系統(tǒng)n【案例】n 有一條工業(yè)生產(chǎn)線，它要完成兩項(xiàng)工業(yè)操作，這兩項(xiàng)操作用變遷t1和變遷t2表示。第一個(gè)變遷t1將傳入生產(chǎn)線的半成品s1和部件s2用兩個(gè)螺絲釘固定在一起，變成半成品s4。第二個(gè)變遷t2再將s4和部件s5 用3個(gè)螺絲釘固定在一起，得到新的半成品s6。完成操作t1和t2時(shí)都要用到工具s7。假定由于存放空間的限制，部件s4和部件s5最多不能超過(guò)100件，停放在生產(chǎn)線上的半成品s4最多不能超過(guò)5件，螺絲釘s3存放最多不能超過(guò)1000件。6.4.2 網(wǎng)系統(tǒng)網(wǎng)系統(tǒng)n弧上標(biāo)出的正整數(shù)用以表示某一變遷對(duì)資源的消耗量或產(chǎn)品的生產(chǎn)量。用K表示某一庫(kù)所中允許存放資源的最大容量。6.4.4 Petri網(wǎng)的類型及特點(diǎn)網(wǎng)的類型及特點(diǎn)1Petri網(wǎng)的類型網(wǎng)的類型n1）基本Petri網(wǎng)n 在最簡(jiǎn)單的Petri網(wǎng)系統(tǒng)中，規(guī)定網(wǎng)中每一個(gè)庫(kù)所的容量為1。其庫(kù)所也可以稱為條件，變遷稱為事件，所以基本的Petri網(wǎng)又稱為條件/事件系統(tǒng)。n2)）低級(jí)Petri網(wǎng)n 如果網(wǎng)中每一個(gè)庫(kù)所的容量和權(quán)重為