系统、模型和仿真三者之间的关系在线视频

同学们好

欢迎继续学习

《物流系统分析与设计》这门课

通过前面相关章节的学习

相信同学们已经对物流系统

有了一定了解

今天我们来讲

物流系统综合与仿真分析

从定义上看

物流系统是指由两个或两个以上

的物流功能单元构成

以完成物流服务为目的的有机集合体

通常

我们会将运输 储存保管

包装 装卸搬运 流通加工 配送

物流信息等要素有效地结合

连结在一起

完成对物流系统的设计

完成物流系统的设计后

我们通常会分析系统的行为

评估系统的运作策略

当然如果有多个设计方案

那么就需要从中选择一个

最优方案出来

这就需要借助计算机仿真模拟技术

来实现上述目的

通过仿真

我们可以为真实的物流系统

建立相关模型

并且基于模型

完成相关的实验

根据仿真的定义

本节课有三个关键词

系统 模型和仿真

通过本节课的学习

同学们会了解到

这三个概念之间的关系

系统科学以一个基本命题为前提

那就是

系统是一切事物存在的方式之一

所以一切事物

都可以用系统观点来考察

用系统方法来描述

什么是系统呢

贝塔朗菲把系统定义为

相互作用的多元素的复合体

或处于一定相互联系中的

与环境发生关系的个组成部分的总体

一般认为

系统是由两个或两个以上的元素

相互作用而形成的统一整体

即系统由元素和结构两个方面构成

缺一不可

系统是元素和结构的统一

当我们研究一个系统时

有两个重要的过程

即分析与综合

分析是将具有比较密切相关

的关系要素进行分组

对系统来说就是归纳出

相对独立 层次不同的分系统

系统分析大量借用数学模型

数学分析 计算机模拟等

定量分析方法

试图在具有不确定约束

或边界条件的情况下

对系统要素进行综合分析 描述

得出较为准确或合理的结论

相应的

如果我们想设计一个新的物流系统

那么系统综合则是完成

新系统的筹建过程

即选择具有性能好

适用性强的分系统

设计出它们的相互关系

完成具有更广泛价值的系统

已到达预定的目的

系统的分析与综合是系统工程方法论

的重要原则之一

因为要筹建出新的系统

所以

要分析现有的系统

而现有的系统

又是经过前人分解后的系统综合

这体现了

到部分

再从部分到整体

的辨证哲理

可以说

不论多么复杂的系统

只要分解为几个适当的分系统

就能够用人们以往的经验

和知识去处理

如果能将这些分系统的特征

和性能做到标准化

编成程序存于计算机内

对新系统的筹建就极为有利

系统论关注系统的结构 层次

环境 行为 功能 状态 演化与过程

系统的结构是元素之间

的一切联系方式

系统的结构方式多种多样

包括空间结构 时间结构

时空结构等

层次是认识系统结构的重要工具

简单系统无需划分层次

复杂系统必须按层次

由低级向高级逐步整合

由元素到子系统到高一级的子系统

直到系统整体

系统的环境指系统外一切与系统

具有不可忽略联系的事物集合

任何系统都有环境和边界

不过有些系统的边界明确

有些不明确

系统行为是系统相对于其环境

所表现出来的所有变化

行为是系统自身特性的表现

也是环境对系统作用 影响的反映

系统的功能指

系统对其环境中的某些事物

乃至整个环境存续与发展所做的贡献

一切系统均有功能

功能由系统的元素

结构和环境共同决定

系统的状态指可以观察和

识别的系统的状况 态势 特征等

系统的演化指系统的结构

状态 行为 功能等随着时间的推移

而发生的变化

演化性是系统的普遍特性

演化是在系统内部动力和

外部动力共同推动下发生的

系统的过程包括系统的发生

发育 相变 老化 消亡过程等

可能同学们会问

为什么需要做仿真

但从仿真的定义上看

为什么需要做仿真的问题

其实等同于为什么需要为物流系统

建立相关模型的问题

在上面讲解系统分析时

我们已经提到计算机仿真为

物流系统分析提供了定量分析的途径

为了实现物流系统开发

计划 设计和应用

定量或定性地分析和掌握

系统的功能与特性是必要的

笼统的说

模型是对物流系统的特征要素

有关信息和变化规律的一种抽象表述

它反映了系统某些性质属性

模型描述了

物流系统各要素间的相互关系

系统与环境之间的相互作用

物流系统模型更深刻更普遍地反映了

所研究物流系统主题的特征

在物流系统工程中

能对所研究的系统进行抽象模型化

反映了人们对物流系统认识的飞跃

研究一个系统以便了解系统中

各组成部分之间的关系或预测

系统在新的策略下的运行规律

是很有意义的

为了深入研究系统

有时可能需要对系统本身进行实验

但通常会有许多原因使得不能

直接在真实系统上做实验的方案

例如

物流系统可能还处在

方案论证或设计阶段

在系统部署之前

无法在新的系统上直接进行实验

或者是

在系统上进行的实验会造成

巨大的破坏和损失

鉴于这些原因

构造一个真实系统

在模型上进行实验成为对

系统进行分析 研究十分有效的手段

由一个实际系统构成一个模型的任务

一般包括两方面的内容

第一是建立模型结构

第二是提供数据

在建立模型结构时

要确定系统的边界

还要鉴别系统的实体 属性和活动

而提供数据则

要求能够时包含在活动中

的各个属性之间由确定的关系

对于系统模型

我们在意的是模型的有效性

它是对模型性能的一种刻画

是模型输出结构与真实系统

的特性符合程度的定量表示

它研究的是模型的可靠性和精确性

通过可用于

测定模型精确性的统计学描述

我们可以做出

对基本假设的明确和客观的检验

模型可以分为物理模型

和数学模型两类

按照真实系统的物理性质

构造的物理模型

并在物理模型上进行试验

就称为物理仿真

而按照真实系统的数学关系

构造系统的数学模型

并在数学模型上进行试验

就称为数学仿真

当然

我们也可以把系统的

一部分写成数学模型

而另一部分则构造其物理模型

然后将它们联接成系统模型进行试验

在这种情况下

我们建立的是物理—数学仿真

物理仿真的优点是直观且形象化

但建模周期一般比较长

花费大

数学仿真的特点是经济 方便

计算机为数学模型的建立与试验

提供了较大的灵活性

目前数学仿真一般就是在计算机上

建立系统的数学模型进行试验

因此

数学仿真通常也称为计算机仿真

仿真的类型

也可以依据一些准则再次细分

例如

依据模型是否考虑时间因素

可以将仿真模拟分为

静态的和动态的两类

依据系统状态的改变

是连续的还是离散的

可以将仿真模拟分为

连续行变化和离散型变化两类

如果模型具有不确定因素

则仿真模拟是随机型的

反之

则是确定型的

在大多数情况下

物流系统的仿真模拟是

动态的 离散的 随机的

通过仿真模拟的分类

我们可以发现

大多数的物流系统模拟

属于离散事件的仿真模拟

离散事件模拟将

系统随时间的变化抽象成一系列的

离散时间点上的事件

通过按照事件时间顺序

处理事件来演进

是一种事件驱动的仿真世界观

离散事件仿真将系统的变

化看做一个事件

因此

系统任何的变化都只能是通过

处理相应的事件来实现

在两个相邻的事件之间

系统状态维持前一个事件

发生后的状态不变

在离散事件系统建模过程中

有以下几个基本概念

第一

是实体

实体是系统的组成部分

是系统的基本要素之一

在离散事件系统中的实体

可分为两类

即临时实体和永久实体

临时实体是系统中活动的部分

它在某时刻到达并进入系统

在系统中停留一段时间

并与其他实体发生作用后离开系统

永久实体是系统中固定的部分

它永久停留在系统中

例如

在一个菜鸟驿站中

货物是临时实体

它按一定规律到达菜鸟驿站

被提取

然后离开

对于每一个货物

都有发货地址或接收地址

这些是实体的属性

而菜鸟驿站的服务人员

则是永久实体

系统中临时实体的到达和离开

及实体之间的相互作用

促使系统的内部状态发生变化

另一个概念是事件

它是引起系统状态

发生变化的行为

只有在事件的作用下

系统状态才会发生变化

例如

在货物到达菜鸟驿站时

接收员的状态会由闲变为忙

若接收员已经是忙状态

新来的货物只能等待入库

这就引起系统的另一个状态

即等待入库队列发生变化

也就是说其长度需要加一

离散事件系统中的活动

通常用于表示两个相邻的

引起系统状态变化事件之间的过程

它标志着系统状态的迁移

例如

货物到达事件

与货物入库事件之间为一个活动

即排队活动

而货物入库开始

到入库结束也为一个活动

即入库活动

一项活动因为某个事件开始

而活动结束时又产生另一个事件

相应的

进程描述一个实体在

系统中经历的完整过程

它包括若干个事件和若干项活动

一个进程描述了它所包括的事件

及活动间的相互逻辑关系及时序关系

与应用数学分析方法求解问题相比较

仿真方法求解问题的主要缺点

是很明显的

即它只能给出问题的特解

而不能给出问题的通解

然而

能用数学分析法求解的问题

的范围毕竟是有限的

用数学分析法求解问题时

要对系统加以抽象和近似处理

以便模型适于用数学分析方法求解

在许多方面

理想情况下是把

仿真方法的应用作为已经得到的

因过于简化的数学

分析解答的一种补充

系统 模型与仿真三者之间

有着十分密切的关系

系统是研究对象

模型是系统特性的描述

仿真则包含建立模型

及对模型进行试验两个过程

可以说

建模活动是通过

实际系统的观测和检测

在忽略次要因素

及不可检测变量的基础上

用物理或数学的方法进行描述

从而获得实际系统的简化近似模拟

仿真模型反映了系统模型同仿真器

或计算机之间的关系

能为仿真器及计算机

所接受并在其上运行

仿真实验就是将

系统的仿真置于计算机上运行的过程

物流系统仿真是通过实验

来研究实际系统的一种技术

通过仿真活动可以弄清系统

内在结构变量和环境条件的影响

好的

同学们

这一节的内容就到这里结束了

谢谢大家