生产系统建模与仿真课程设计.doc

1、 目录第一章 系统描述与仿真目的2第二章 系统分析2第三章 数据统计4第四章 数据分析6第五章 建模与仿真11第六章 输出分析16第七章 心得体会18第八章 参考文献18一、 系统描述与仿真目的 1、系统描述 所选系统为二龙山山脚签到系统，二龙山是校内校外人游玩的好地方，优美的风景让人心旷神怡，但是，山上的安全和环境卫生还得靠我们每一个人维持，所以，在上山游玩之前要做好签到工作，保证出现问题可以对相关人员进行追究。该处有负责签到的工作人员一名。游客到山脚之后，若签到处无人，则游客立刻开始签到，若签到处繁忙，则游客需排队等待签到，签完之后才能进山。该系统为一单服务台服务系统，在系统中，游客的到达

2、是随机的，每两个游客到达的时间间隔时间是不一样的，游客签到的时间也是不一样的，由此组成的队列长度也是随机的。 该排队系统的基本结构是： 排队 签到 游客 到来 进山 2、仿真目的 1）了解排队系统的设计； 2）通过仿真分析，掌握witness软件的操作； 3）通过仿真分析，研究签到处的排队系统，提高系统的运行效率； 4）了解建模与仿真在系统分析中的重要作用。二、 系统分析 1、分析系统的实体、事件、状态、活动（1） 实体： 临时实体：游客 永久实体：工作人员 特殊实体：队列（2） 事件：游客到达、游客结束排队、游客签到完毕进山（3）状态： 工作人员：忙、闲 游客: 等待签到、签到 队列: 队列

3、长度（4） 活动： 排队、签到（5） 排队规则：先到的先签到，后来的排在后面，依次签到进山。 2、以游客流动为主线，画出流程图 游客到达 排队 签到空闲 N Y 置签到处忙 游客开始签到 游客签完进山 置签到处闲三、数据统计通过对签到处端午节期间一天进行调查，得到一定时间段内的顾客到达间隔时间和签到时间如下表：表中时间单位均为秒（s）游客数到达时间间隔签到时间到达时刻签到开始签到结束排队时间1-36003602430436663231173312112115404402116116118205585219219224069172282282450721182492492670863503123

4、123620915273273623893510641339139140401139304304304600121984494604681113740456468508121424184805085262815138516186186690167296906906990175656956997644187237027647876219713477378782114209297828218503921836865865871022171688288289802315814104010401054024401210801080109202510424118411841208026232812071

5、208123612765371272127213090286178133313331411029135313461411146465305144139714641508673112761524152415300323131155515551586033143015691586161617343011159916161627173555301654165416840362721168116841705337675117481748179943389511184318431854039301118731873188404049471922192219690412815195019691984194

6、27728202720272055043122620392055208116441219205120812100304541422092210021428 四、数据分析 1、直方图与分布假设 由于调查数为45，故可设定区间个数为7（45开方）,用matalab做出上表中游客到达间隔时间的分布直方图如下： 由该直方图可看出，其形状与负指数分布曲线接近，因此可以假设这组观测数据服从负指数分布。同理，用matalab做出签到时间的分布直方图如下： 由该直方图可以看出，其形状也接近负指数分布，故可以假定这组观测数据服从负指数分布。2、参数估计 对于假设得到的指数分布，检验的特征参数就是，需要求取该特征

7、参数的值,指数分布估计量该样本的数量n=45,45个观测值如上表所示，该样本的均值为：到达间隔时间的参数估计：，签到时间的参数估计：，3、拟合度检验 因为实际分布与理论分布有一定的差异，故要对其进行拟合度检验，此处用拟合度检验，检验统计量，是实际测得数落在第i个分组区间的观察频数（试验分布），而根据假设的分布计算其在该分组区间的期望频数（理论分布）。每一区间的频数是=n，是假设概率的理论计算值，是对应的第i个分组区间的假设概率。：实际分布与理论分布一致。1）到达间隔时间的拟合度检验：间隔时间0-322118390.5033-651214-240.2966-9868-240.599-131321

8、10.5132-16423-110.330.5+0.29+0.5+0.5+0.33=2.12自由度f=k-s-1,k为区间数,s为假设分布的参数个数；该检验中k=5,s=1,故f=5-1-1=3；因为2.12 =7.815,故不能拒绝，即到达间隔时间的实际分布与理论分布是一致的。2）签到时间的拟合度检验：签到时间0-151210240.416-311922-390.4132-47812-4161.3348-634224264-7925-391.80.4+0.41+1.33+2+1.8=5.94因为5.94 =7.815,故不能拒绝，即签到时间的实际分布与理论分布是一致的。4、相关性分析 为了正

9、确认定随机样本数的随机特征，需对两个随机变量的样本值进行相关分析，做两者之间的散布图，根据变化趋势观察其关联性。到达间隔时间和签到时间的散点图：由excel算出两者相关系数r=0.02,故到达间隔时间和签到时间之间为无相关。（0-0.2为非常弱的相关或无相关）5、分析计算 平均速率（单位时间内到达或签到的游客数）（1）到达间隔时间的平均速率: （2）签到时间的平均速率：（3） 服务设备利用率：，即签到处有60%是繁忙的，40%是空闲的。（4）系统中游客数（期望数）：（5）排队等待签到人数（期望值）：（6）游客逗留的时间：（7）游客排队等待时间：五、Witness建模与仿真 游客到达间隔时间服从

10、负指数分布，均值为：游客签到时间服从指数分布，均值为：1、模型元素定义（Define） 本系统的元素定义如下表：元素名称类型数量说明YoukePart1游客JifenPart1对游客积分PaiduiBuffer1排队积分GongzuorenyuanMachine1工作人员Jifen0Variable(type:real)1积分结果显示DuichangTimeseries1队列长度显示2、元素可视化设置(Display) 各个实体元素的显示特征定义设置如下所示：（1）Part元素可视化设置，对youke元素的text、icon进行设置，设置如下图所示： (2)Buffer元素可视化设置，对pai

11、dui元素的text、icon、rectangle、part queue进行设置，rectangle、part queue设置如下图所示，其余设置同上。 (3)Machine元素可视化设置，对gongzuorenyuan元素的text、icon、part queue进行设置，设置同上。(4)Variable元素的可视化设置，对jifen0元素的text、value进行设置，value的设置如下图所示，其余设置同上。(5)Timeseries元素可视化设置，对duichang元素的text、timeseries进行设置，timeseries的设置如下图所示，其余设置同上。 3、元素细节（Deta

12、il）设计（1）对Part元素Youke细节设计Type:ActiveInput to model.inter Arrival:-50*LN(RANDOM(1)Lot size:1Input to model.To:PUSH to PaiduiActions on Create:ICON设置图如下图所示：（2）对Part元素Jifen细节设计Type:ActiveInput to model.inter Arrival:1.0Lot size:1Input to model.To:PUSH to SHIPActions on Create:Jifen0=Jifen0+NPARTS(Paidui

13、)(3)对buffer元素的Paidui细节设计Capacity:100(4)对Machine元素Gongzuorenyuan细节设计Type:SingleInput .From:PULL from PaiduiDuration.Cycle Time:-25*LN(RANDOM(1)Output .To:PUSH to SHIP设置图如下图所示：(5)对Timeseries元素的Duichang细节设计Recording:5.0在Plot Expressions下第一个plot中将“Undefined”改为NPARTS(Paidui)在Plot Expressions下第二个plot中将“Un

14、defined”改为NPARTS(Gongzuorenyuan)设置图如下图所示：仿真模型运行情况如下图所示：六、输出分析模型仿真钟取默认的1的时间单位为1s，运行3600仿真时间单位，将各元素的运行结果记录到下表中，并修改游客到达间隔时间和签到时间，在相同仿真时间下仿真，将仿真的结果也计入下表，与标准数据进行对比。元素变量标准对比1对比2对比3对比4(50,25)(50,15)(35,25)(75,25)(50,40)YoukeNo. Entered71711144343No. Shipped63701104343W.I.P.81400Avg W.I.P.1.120.501.270.210.

15、74Avg Time56.7325.4540.1517.7961.56Sigma Rating6.006.006.006.006.00PaiduiTotal In71711144343Total Out64711114343Now In70300Max74835Min00000Avg Size0.650.200.810.040.29Avg Time32.7510.1225.563.7424.09GongzuorenyuanIdle52.7069.7753.8083.2255.25Busy47.3030.2346.2016.7844.75No.of operations63701104343由上

16、表的数据可以看出，当改变了游客的到达时间间隔和签到时间之后，仿真得到的的各项数据也有所变化，说明到达时间和签到时间都对系统造成影响，比如排队队列的最大最小队长。在标准情况下，仿真得到设备利用率为47.3%，与数据分析得到的设备利用率60%有一定不同，是因为模型运行下与实际情况下是有所不同造成的，所以在实际情况下，可以采取一定的手段来减少工作人员的劳动率，提高服务效率和服务质量由数据知道，要减少设备利用率，提高服务质量，同时减小最大队长，那么，可以通过减小签到时间和增大游客到达间隔时间，这样可以到达预期目的，但减少到达间隔时间是不实际的，因此切实减少签到时间才是最有效的。七、心得体会本次课程设计

17、是以提高我们的实践能力为目的的，从整体上来说，我们所学的生产系统建模与仿真的东西不是很繁杂，对我们解决问题有大体上的指导，这就要求我们要学会在课本的基础上去查找自己在实际中所遇到问题的详细信息，去找解决具体问题的方法，掌握信息检索能力，并在此基础上进行信息的整合，归纳，形成自己解决问的所需要的东西。回顾此次课程设计，从选题到定稿，从理论到实践，在一星期的时间里，可以说是苦尽甘来，但是学到了很多东西，通过此次课程设计，我懂得了理论与实际相结合的重要性，只有理论知识是远远不够的，只有把理论与实践相结合起来，从实践中得出结论，才能真正提高自己的动手和独立思考能力，在设计中遇到的问题是很复杂的，但是，

18、通过解决这些问题之后，发现了自身的不足，对所学知识理解得不够透彻，掌握得不够牢固。通过此次课程设计，对二龙山山脚签到系统进行了综合的分析与详细的设计，让我对所学专业知识有了更加系统的认识和理解，同时，我知道了查询资料对做学问的重要性。最后，感谢老师在设计过程中的指导，我希望在进行完这次课程设计的评定之后，在下学期，如果有机会老师能对这次的设计进行一次系统的讲评，让大家看看优秀的作品，互相学习，为以后的毕业论文的设计打下一个坚实的基础。八、参考文献1.王维平等，离散事件系统建模与仿真，科学出版社.2.王亚超、马汉武，生产物流系统建模与仿真：Witness系统及应用，科学出版社. 3.孙小明，生产系统建模与仿真，上海交通大学出版社.忽略此处.18