《物流系统工程》课程教学资源（讲义）第7章 物流系统仿真

第七章物流系统仿真系统仿真（systemsimulation）就是根据系统分析的目的，在分析系统各要素性质及其相互关系的基础上，建立能描述系统结构或行为过程的、且具有一定逻辑关系或数量关系的仿真模型，据此进行试验或定量分析，以获得正确决策所需的各种信息。系统仿真作为研究、分析和设计系统的一种有效技术被广泛应用。人们把所有利用计算机在模型上而不是在真实的系统上进行实验、运行的研究方法都叫做仿真。由于物流系统的复杂性，利用计算机进行各种复杂物流过程的模拟和控制越来越普遍，系统仿真已成为物流系统研究的一种日益重要的方法和技术。7.1系统仿真的要素与类型7.1.1仿真的要素系统仿真（尤其是数学仿真）实质上应该包括三个基本要素：系统、系统模型、计算机。而联系这三项要素的基本活动则是：系统模型建立、仿真模型建立和仿真试验。系统仿真三要素及其关系如图7-1所示。（见课本）（1）系统系统是某些要素按照一定的规律结合起来，互相作用、互相依存的有机体。对一个具体的系统，通常可以从系统的构成要素、属性特征、要素之间的相互作用三方面进行描述。（2）模型理论上来说，实际系统是可以用来做实验的。但是出于经济、安全及可能性方面的考虑，尤其是对一个尚未建立的系统而言，要用真实系统做试验，可能存在很大的浪费、困难，甚至根本不可行，因此需要引入系统的模型。模型并不是系统的简单“复现”。它是对系统某种特定性能的一种抽象。系统的本质属性和内在关系可以通过模型来描述。（3）仿真仿真是指在实际系统尚不存在的情况下对于系统或其活动本质的实现。系统、模型、仿真三者之间有看密切的关系。系统是研究的对象，模型是系统的抽象仿真是通过对模型的实验以达到研究系统的目的。现代仿真技术是在计算机支持下进行的，因此，系统仿真也称为计算机仿真。系统建模、仿真建模和仿真实验是系统仿真的三个基本活动。1

1  第七章 物流系统仿真 系统仿真（system simulation）就是根据系统分析的目的，在分析系统各要素性质及其相 互关系的基础上，建立能描述系统结构或行为过程的、且具有一定逻辑关系或数量关系的仿 真模型，据此进行试验或定量分析，以获得正确决策所需的各种信息。系统仿真作为研究、 分析和设计系统的一种有效技术被广泛应用。人们把所有利用计算机在模型上而不是在真实 的系统上进行实验、运行的研究方法都叫做仿真。由于物流系统的复杂性，利用计算机进行 各种复杂物流过程的模拟和控制越来越普遍，系统仿真已成为物流系统研究的一种日益重要 的方法和技术。 7.1  系统仿真的要素与类型 7.1.1  仿真的要素 系统仿真（尤其是数学仿真）实质上应该包括三个基本要素：系统、系统模型、计算机。 而联系这三项要素的基本活动则是：系统模型建立、仿真模型建立和仿真试验。 系统仿真三要素及其关系如图 7­1 所示。 （见课本） （1）系统 系统是某些要素按照一定的规律结合起来，互相作用、互相依存的有机体。对一个具体 的系统，通常可以从系统的构成要素、属性特征、要素之间的相互作用三方面进行描述。 （2）模型 理论上来说，实际系统是可以用来做实验的。但是出于经济、安全及可能性方面的考虑， 尤其是对一个尚未建立的系统而言，要用真实系统做试验，可能存在很大的浪费、困难，甚 至根本不可行，因此需要引入系统的模型。 模型并不是系统的简单“复现” 。它是对系统某种特定性能的一种抽象。系统的本质属性 和内在关系可以通过模型来描述。 （3）仿真 仿真是指在实际系统尚不存在的情况下对于系统或其活动本质的实现。 系统、模型、仿真三者之间有着密切的关系。系统是研究的对象，模型是系统的抽象， 仿真是通过对模型的实验以达到研究系统的目的。 现代仿真技术是在计算机支持下进行的，因此，系统仿真也称为计算机仿真。系统建模、 仿真建模和仿真实验是系统仿真的三个基本活动

7.1.2系统仿真的类型系统仿真的种类很多，可以从不同的角度加以分类。1.按应用分类按其应用的领域及作用，系统仿真可分为：生产管理仿真、工程技术仿真、军事仿真、科学试验等。从运筹学的角度，系统仿真又可分为存储仿真、排队仿真、预测仿真、更新仿真、训练仿真等。2.按结构形式分类按结构形式的不同，可将仿真分为简单式、串联式、扩展式和分析式。3.按仿真实验的方法分类按照仿真实验的方法，可分为物理仿真法和数学仿真法。4.按系统中事件出现的特性分类根据系统中事件出现的特性，可将仿真分为随机性仿真和确定性仿真。如果在系统中，事件的出现是随机的，那么对这种系统所进行的仿真就称为随机性仿真。反之，如果事件的出现是确定的，对这种系统所进行的仿真即为确定性仿真。在管理仿真中，由手搜集数据方面的困难，通常所进行的是确定性仿真。蒙特卡洛法（MonteCarloMethod）是应用较多的一种随机仿真方法，它用统计试验法求解一些数学问题，尽管这些问题基本上是确定性的，但由手此方法使用了随机数的缘故，因此通常把它作为随机仿真的一个类别。5.按照系统活动的动态形式分类按照系统中实体活动的动态形式，可将系统的仿真分成连续系统仿真和离散系统仿真。如果系统变化的主要方面是连续的，对此所进行的仿真即为连续系统的仿真。如果系统变化的主要方面是离散的，对其进行的仿真就为离散系统的仿真。离散系统的仿真义分为两类：一类是离散时间系统的仿真，一类是离散事件系统的仿真。离散时间系统的仿真是每隔规定的时间间隔取一个分析系统的数据点，这种仿真又叫定时仿真法：离散事件系统的仿真是根据发生的事件的瞬间作为分析事件的数据点，这种仿真也叫事件仿真法。6.根据仿真时钟与实际时钟的关系分类仿真时钟是表示仿真时间变化的时钟，根据仿真时钟与实际时钟的关系，可分为实时仿真、亚实时仿真和超实时仿真。仿真时钟与实际时钟完全一致的是实时仿真，对物理模型或实物模型必须进行实时仿真。2

2  7.1.2  系统仿真的类型 系统仿真的种类很多，可以从不同的角度加以分类。 1．按应用分类 按其应用的领域及作用，系统仿真可分为：生产管理仿真、工程技术仿真、军事仿真、 科学试验等。 从运筹学的角度，系统仿真又可分为存储仿真、排队仿真、预测仿真、更新仿真、训练 仿真等。 2．按结构形式分类 按结构形式的不同，可将仿真分为简单式、串联式、扩展式和分析式。 3．按仿真实验的方法分类 按照仿真实验的方法，可分为物理仿真法和数学仿真法。 4．按系统中事件出现的特性分类 根据系统中事件出现的特性，可将仿真分为随机性仿真和确定性仿真。 如果在系统中，事件的出现是随机的，那么对这种系统所进行的仿真就称为随机性仿真。 反之，如果事件的出现是确定的，对这种系统所进行的仿真即为确定性仿真。 在管理仿真中，由于搜集数据方面的困难，通常所进行的是确定性仿真。蒙特卡洛法 （Monte Carlo Method）是应用较多的一种随机仿真方法，它用统计试验法求解一些数学问题， 尽管这些问题基本上是确定性的，但由于此方法使用了随机数的缘故，因此通常把它作为随 机仿真的一个类别。 5．按照系统活动的动态形式分类 按照系统中实体活动的动态形式，可将系统的仿真分成连续系统仿真和离散系统仿真。 如果系统变化的主要方面是连续的，对此所进行的仿真即为连续系统的仿真。 如果系统变化的主要方面是离散的，对其进行的仿真就为离散系统的仿真。 离散系统的仿真又分为两类：一类是离散时间系统的仿真，一类是离散事件系统的仿真。 离散时间系统的仿真是每隔规定的时间间隔取一个分析系统的数据点，这种仿真又叫定时仿 真法；离散事件系统的仿真是根据发生的事件的瞬间作为分析事件的数据点，这种仿真也叫 事件仿真法。 6．根据仿真时钟与实际时钟的关系分类 仿真时钟是表示仿真时间变化的时钟，根据仿真时钟与实际时钟的关系，可分为实时仿 真、亚实时仿真和超实时仿真。 仿真时钟与实际时钟完全一致的是实时仿真， 对物理模型或实物模型必须进行实时仿真

仿真时钟慢于实际时钟的称为亚实时仿真，即模型的速度慢于实际系统运行的速度。模型仿真的速度快于实际系统运行速度的称为超实时仿真，例如大气环流的仿真、交通系统、物流系统的仿真等。7.1.3系统仿真的一般步骤系统仿真的一般步骤如图7-2所示。开始通过验证否结束系统能够香结束和确认？问题定义1是是确定系统实验分析参数结合查结束折建立模型是归档实施Y收益>香结束+成本数据可香结束结束获得？是Y是规划数据收集与分析香结束？建立计算机仿真模型是图7-2系统仿真的一般步骤（1）定义问题，确定其适合仿真，且收益大于成本，则可进行规划仿真（2）判断系统是否拥有所需的资源且能够定义，若是，则确定系统的参数，建立模型：（3）收集相关的数据并进行分析，在此基础上建立计算机仿真模型：（4）对仿真及其结果加以验证，进行实验分析；（5）分析仿真输出结果。（6）归档并实施。在实际的仿真中，上述步骤往往需要多次反复和迭代。7.2计算机仿真7.2.1计算机仿真的概念计算机仿真是用计算机对系统的结构、功能和行为以及参与系统控制的人的思维过程和行为进行动态、逼真的模仿。计算机仿真是一种描述性技术，是一种定量分析方法。通过建立某一过程或某一系统的模式，来描述该过程或该系统，用一系列有目的、有条件的计算机仿真实验来刻画系统的特3

3  仿真时钟慢于实际时钟的称为亚实时仿真，即模型的速度慢于实际系统运行的速度。模型仿 真的速度快于实际系统运行速度的称为超实时仿真，例如大气环流的仿真、交通系统、物流 系统的仿真等。 7.1.3  系统仿真的一般步骤 系统仿真的一般步骤如图7­2所示。 图 7­2  系统仿真的一般步骤 （1）定义问题，确定其适合仿真，且收益大于成本，则可进行规划仿真； （2）判断系统是否拥有所需的资源且能够定义，若是，则确定系统的参数，建立模型； （3）收集相关的数据并进行分析，在此基础上建立计算机仿真模型； （4）对仿真及其结果加以验证，进行实验分析； （5）分析仿真输出结果。 （6）归档并实施。 在实际的仿真中，上述步骤往往需要多次反复和迭代。 7.2  计算机仿真 7.2.1  计算机仿真的概念 计算机仿真是用计算机对系统的结构、功能和行为以及参与系统控制的人的思维过程和 行为进行动态、逼真的模仿。 计算机仿真是一种描述性技术，是一种定量分析方法。通过建立某一过程或某一系统的 模式，来描述该过程或该系统，用一系列有目的、有条件的计算机仿真实验来刻画系统的特

征，从而得出数量指标，为决策者提供有关这一过程或系统的定量分析结果，作为决策的理论依据。计算机仿真技术适用于系统复杂、存在大量随机因素而又难以用其他定量技术解决的情况。计算机仿真的对象可以是人们需要研究的一切系统。在物流系统中，计算机仿真技术后样得到了广泛的应用。由于物流系统比较复杂，如果用一般的高级语言进行仿真，存在着程序量大、界面差、不易维护等缺点，因此需要以专用的仿真语言作为支撑工具，使模型的描述更加方便和直观仿真过程更为灵活，仿真结果更易于理解。7.2.2计算机仿真的局限性计算机仿真技术不是最优化技术，它只是一种数值方法，只能给出系统特定条件、特定参数下的特解而不是通解。在诸多方案中，它是通过改变条件和参数，反复实验，互相比较提供一个较好的方案供决策者参考。用计算机仿真方法去解决较大系统的问题成本高、时间长，对于仿真模型必须反复检验，有时还必须重新建立模型，才能使其不断完善。计算机仿真是一种评价性技术，是评价决策的工具，自身并不能产生决策和方案。因此，在采用计算机仿真技术之前，要借助于其他技术和手段提出一系列的方案、决策，以及具体的参数，然后才能运用仿真技术，作出评价结论。7.2.3计算机仿真语言及特点计算机仿真语言的特点主要有：（1）仿真时刻的控制是自动进行的：（2）具有随机数生成程序；（3）可以进行多种逻辑运算和数学运算：（4）对于构成要素的记录可自动进行记忆场所的分配：（5）仿真结果可以很容易地表示出来。根据建模过程和运行系统特性的普适性，仿真语言可分为通用仿真语言和专用仿真语言。通用仿真语言的建模过程与被仿真的系统类型无关。如ACSL、CSSL、TUTSIM、CSMP。专用仿真语言仅仅对特定的系统进行有效的建模和仿真。如SPICE，ECAP等。另外还可根据微分方程的类型，把仿真语言分为常微分方程系统仿真语言（ODE）和偏微分方程系统仿真语言（PDE）。GPSS、CSMP、SLAM、SIMSCRIFT、GASP、SOL、WITNESS、eM-Plant、Automod、Flexsim，以及乐龙等语言或软件系统在系统仿真中都有很广泛的应用。4

4  征，从而得出数量指标，为决策者提供有关这一过程或系统的定量分析结果，作为决策的理 论依据。 计算机仿真技术适用于系统复杂、存在大量随机因素而又难以用其他定量技术解决的情 况。 计算机仿真的对象可以是人们需要研究的一切系统。在物流系统中，计算机仿真技术同 样得到了广泛的应用。 由于物流系统比较复杂，如果用一般的高级语言进行仿真，存在着程序量大、界面差、 不易维护等缺点，因此需要以专用的仿真语言作为支撑工具，使模型的描述更加方便和直观， 仿真过程更为灵活，仿真结果更易于理解。 7.2.2  计算机仿真的局限性 计算机仿真技术不是最优化技术，它只是一种数值方法，只能给出系统特定条件、特定 参数下的特解而不是通解。在诸多方案中，它是通过改变条件和参数，反复实验，互相比较， 提供一个较好的方案供决策者参考。 用计算机仿真方法去解决较大系统的问题成本高、时间长，对于仿真模型必须反复检验， 有时还必须重新建立模型，才能使其不断完善。 计算机仿真是一种评价性技术，是评价决策的工具，自身并不能产生决策和方案。 因此，在采用计算机仿真技术之前，要借助于其他技术和手段提出一系列的方案、决策， 以及具体的参数，然后才能运用仿真技术，作出评价结论。 7.2.3  计算机仿真语言及特点 计算机仿真语言的特点主要有： （1）仿真时刻的控制是自动进行的； （2）具有随机数生成程序； （3）可以进行多种逻辑运算和数学运算； （4）对于构成要素的记录可自动进行记忆场所的分配； （5）仿真结果可以很容易地表示出来。 根据建模过程和运行系统特性的普适性， 仿真语言可分为通用仿真语言和专用仿真语言。 通用仿真语言的建模过程与被仿真的系统类型无关。如 ACSL、CSSL、TUTSIM、CSMP。专 用仿真语言仅仅对特定的系统进行有效的建模和仿真。如 SPICE，ECAP 等。 另外还可根据微分方程的类型，把仿真语言分为常微分方程系统仿真语言（ODE）和偏 微分方程系统仿真语言（PDE）。 GPSS、CSMP、SLAM、SIMSCRIFT、GASP、S0L、WITNESS、eM­Plant、Automod、 Flexsim，以及乐龙等语言或软件系统在系统仿真中都有很广泛的应用

7.3物流系统仿真7.3.1仿真在物流系统中的应用物流系统是一种典型的离散事件系统，它的状态只是在离散时间点上发生变化，而且这些离散时间点一般是不确定的。采用计算机仿真的方法构造模型，可在复杂物流系统中解决部分难以用数学方法求解的物流问题。通过建立物流系统的仿真模型，扩展物流系统研究的边界，有助于描述物流系统的各种现象，加强直观感，从而更深刻地理解和分析物流系统。7.3.2物流系统仿真的特点物流系统仿真主要集中于“流”、“排队”和“人"3个方面。（1）物流系统中“流"的仿真。物流系统中有多种流：货流、车流、船流、商流、信息流等。可采用动态仿真的方法描述“流”的产生、流动、消失、积累和转换等。（2）物流系统中的排队”仿真。由一个或多个服务台和一些等待服务的顾客组成的离散系统称为排队系统。在物流系统中，船舶靠泊码头泊位及车辆运营的仿真等都属于这类仿真。这种仿真大多采用离散型仿真方法来进行。（3）物流组织中“人的因素仿真。物流组织是通过人的参与实现的，即使在同样规划下，由于人、组织的不同，物流服务质量和运行效率可能存在较大差异。通过计算机仿真描述人的思维和行为的过程，可给出较优的物流组织方案。7.3.3物流系统仿真常用的方法物流系统的仿真中需要用到连续性和离散型两种不同的仿真方法。（1）物流系统的连续型仿真连续系统是指系统的状态在时间上平滑地变化。一组由状态变量组成的状态方程可以用来反映系统的连续性特征。按一定的规则将仿真时间一步一步向前推移，对方程组进行求解与评价，计算和记录各个状态变量在各个时间点的具体数值。（2）物流系统的离散型仿真离散系统的状态变量仅在离散时间点上有跳跃变化，离散型仿真在物流系统仿真中有很多的应用，具体包括以事件为基础、以活动为基础、以过程为基础的仿真。5

5  7.3  物流系统仿真 7.3.1  仿真在物流系统中的应用 物流系统是一种典型的离散事件系统，它的状态只是在离散时间点上发生变化，而且这 些离散时间点一般是不确定的。采用计算机仿真的方法构造模型，可在复杂物流系统中解决 部分难以用数学方法求解的物流问题。 通过建立物流系统的仿真模型，扩展物流系统研究的边界，有助于描述物流系统的各种 现象，加强直观感，从而更深刻地理解和分析物流系统。 7.3.2  物流系统仿真的特点 物流系统仿真主要集中于“流”、“排队”和“人”3 个方面。 （1）物流系统中“流”的仿真。 物流系统中有多种流：货流、车流、船流、商流、信息流等。可采用动态仿真的方法描 述“流”的产生、流动、消失、积累和转换等。 （2）物流系统中的“排队”仿真。 由一个或多个服务台和一些等待服务的顾客组成的离散系统称为排队系统。在物流系统 中，船舶靠泊码头泊位及车辆运营的仿真等都属于这类仿真。这种仿真大多采用离散型仿真 方法来进行。 （3）物流组织中“人”的因素仿真。 物流组织是通过人的参与实现的，即使在同样规划下，由于人、组织的不同，物流服务 质量和运行效率可能存在较大差异。通过计算机仿真描述人的思维和行为的过程，可给出较 优的物流组织方案。 7.3.3  物流系统仿真常用的方法 物流系统的仿真中需要用到连续性和离散型两种不同的仿真方法。 （1）物流系统的连续型仿真 连续系统是指系统的状态在时间上平滑地变化。 一组由状态变量组成的状态方程可以用来反映系统的连续性特征。按一定的规则将仿真 时间—步一步向前推移，对方程组进行求解与评价，计算和记录各个状态变量在各个时间点 的具体数值。 （2）物流系统的离散型仿真 离散系统的状态变量仅在离散时间点上有跳跃变化。 离散型仿真在物流系统仿真中有很多的应用，具体包括以事件为基础、以活动为基础、 以过程为基础的仿真

离散事件仿真的要素包括实体、事件、活动和过程。1.实体在离散事件系统中的实体可分为两大类：临时实体和永久实体。在系统中只存在一段时间的实体叫临时实体。如物流系统中的AGV（AutomatedGuidedVehicle，无人搬运车）、缓冲站仓库及装卸设备。永久实体是系统活动的必要条件。临时实体按一定规律不断地到达（产生），在永久实体作用下通过系统，最后离开系统，整个系统呈现出动态特性2.事件【例7-1】某物流配送中心系统。每天上午9:00开门，下午5:00关门。车辆到达时间一般是随机的，为每辆车的装载时间，即服务时间长度也是随机的。系统的状态：工作人员的状态（忙或闲）、装载车辆排队等待的队长。状态量的变化也只能在离散的随机时间点上发生。事件就是引起系统状态发生变化的行为。从某种意义上说，这类系统是由事件来驱动的。“车辆到达”为一类事件。由于车辆的到达，使系统状态发生改变：配送中心工作人员的“状态”可能从闲变到忙（如果无人排队），或者另一系统状态：排队的车辆数发生变化（队列人数加1)。“车辆离去”为一类事件。车辆装好货物后离开系统，配送中心的“状态”由忙变成闲，或队列人数减1。在事件分析的过程中，可以列出事件表，对系统中的事件进行管理。事件表记录系统中每一个将要发生的事件类型、发生时间以及与该事件相关的参数。一个系统，往往有多个种类的事件，而事件的发生一般与某类实体相联系，某一事件的发生还可能引起另一事件的发生，或者成为另一事件发生的条件等等。为了实现对系统中事件的管理以及按时间顺序处理事件，必须在仿真模型中建立事件表。“系统事件”是指系统中的固有事件：“程序事件”用于控制仿真进程。可以看出，事件是描述离散型物流系统的一个重要概念。从某种意义上说，这类系统是由事件来驱动的。3.活动“活动”用于表示两个可以区分的事件之间进程的过程，它标志看系统状态的转移。车辆的到达事件与该车辆开始接受服务事排队活动服务活动件（装货）之间可称为一个活动。船舶到达事件服务开始事件服务4.进程图7-3事件、活动、进程三者之间的关系进程由若干个事件及若干活动组成。一个进程描述了它所包括的事件及活动间的相互逻6

6  离散事件仿真的要素包括实体、事件、活动和过程。 1．实体 在离散事件系统中的实体可分为两大类：临时实体和永久实体。在系统中只存在一段时间 的实体叫临时实体。如物流系统中的 AGV（Automated Guided Vehicle，无人搬运车） 、缓冲站、 仓库及装卸设备。永久实体是系统活动的必要条件。临时实体按一定规律不断地到达（产生）， 在永久实体作用下通过系统，最后离开系统，整个系统呈现出动态特性。 2．事件 【例 7­1】某物流配送中心系统。每天上午 9:00 开门，下午 5:00 关门。 车辆到达时间一般是随机的，为每辆车的装载时间，即服务时间长度也是随机的。 系统的状态：工作人员的状态（忙或闲） 、装载车辆排队等待的队长。 状态量的变化也只能在离散的随机时间点上发生。 事件就是引起系统状态发生变化的行为。从某种意义上说，这类系统是由事件来驱动的。 “车辆到达” 为一类事件。 由于车辆的到达， 使系统状态发生改变： 配送中心工作人员的 “状 态”可能从闲变到忙（如果无人排队） ，或者另一系统状态：排队的车辆数发生变化（队列人 数加 1） 。 “车辆离去”为一类事件。车辆装好货物后离开系统，配送中心的“状态”由忙变成闲， 或队列人数减 1。 在事件分析的过程中，可以列出事件表，对系统中的事件进行管理。事件表记录系统中 每一个将要发生的事件类型、发生时间以及与该事件相关的参数。一个系统，往往有多个种 类的事件，而事件的发生一般与某类实体相联系，某一事件的发生还可能引起另一事件的发 生，或者成为另一事件发生的条件等等。为了实现对系统中事件的管理以及按时间顺序处理 事件，必须在仿真模型中建立事件表。 “系统事件”是指系统中的固有事件； “程序事件”用于控制仿真进程。 可以看出，事件是描述离散型物流系统的一个重要概念。从某种意义上说，这类系统是 由事件来驱动的。 3．活动 “活动” 用于表示两个可以区分的事件之间 的过程，它标志着系统状态的转移。 车辆的到达事件与该车辆开始接受服务事 件（装货）之间可称为一个活动。 4．进程 进程由若干个事件及若干活动组成。一个 进程描述了它所包括的事件及活动间的相互逻 图 7­3  事件、活动、进程三者之间的关系

辑关系与时序关系。事件、活动、进程三者之间的关系可用图7-3表示。5.仿真钟仿真钟用于表示仿真时间的变化。仿真钟推进方法有三大类：事件调度法、固定增量推进法和主导时钟推进法。需要注意的是，仿真钟所显示的是系统仿真所花费的时间，而不是计算机运行仿真模型的时间。6.统计计数器某一次仿真运行得到的状态变化过程只不过是随机过程的一次取样，它们只有在统计意义下才有参考价值。在仿真模型中，需要有一个统计计数部件，以便统计系统中的有关变量。7.3.4物流系统仿真的步骤1.离散事件系统仿真流程从功能结构的角度来看，离散事件系统仿真的程序通常包括以下几个部分：（1）系统状态变量（2）时钟变量（3）事件表（4）统计计数器（5）初始化子程序（6）时钟推进于程序（7）调度子程序（8）事件子程序（9）统计报告子程序（10）随机数发生器（11）主程序使用通用高级语言进行离散事件系统仿真程序设计时需要用户自行编程，工作量大。而仿真语言或仿真软件包中提供了上述大部分功能，通过组合可以很快地开发出所需的仿真程序。2.离散事件系统的仿真策略离散事件系统的仿真策略主要有3个，分别为事件调度法、活动扫描法和进程交互法。（1）事件调度法事件调度法（EventScheduling）是面向事件的，它以事件为分析系统的基本单元，通过定义事件以及每个事件的发生对系统状态的影响，按时间顺序执行每个事件并策划新的事件7

7  辑关系与时序关系。 事件、活动、进程三者之间的关系可用图 7­3 表示。 5．仿真钟 仿真钟用于表示仿真时间的变化。 仿真钟推进方法有三大类：事件调度法、固定增量推进法和主导时钟推进法。 需要注意的是，仿真钟所显示的是系统仿真所花费的时间，而不是计算机运行仿真模型 的时间。 6．统计计数器 某一次仿真运行得到的状态变化过程只不过是随机过程的一次取样，它们只有在统计意 义下才有参考价值。在仿真模型中，需要有一个统计计数部件，以便统计系统中的有关变量。 7.3.4  物流系统仿真的步骤 1．离散事件系统仿真流程 从功能结构的角度来看，离散事件系统仿真的程序通常包括以下几个部分： （1）系统状态变量 （2）时钟变量 （3）事件表 （4）统计计数器 （5）初始化子程序 （6）时钟推进于程序 （7）调度子程序 （8）事件子程序 （9）统计报告子程序 （10）随机数发生器 （11）主程序 使用通用高级语言进行离散事件系统仿真程序设计时需要用户自行编程，工作量大。而 仿真语言或仿真软件包中提供了上述大部分功能，通过组合可以很快地开发出所需的仿真程 序。 2．离散事件系统的仿真策略 离散事件系统的仿真策略主要有 3 个，分别为事件调度法、活动扫描法和进程交互法。 （1）事件调度法 事件调度法（Event  Scheduling）是面向事件的，它以事件为分析系统的基本单元，通过 定义事件以及每个事件的发生对系统状态的影响，按时间顺序执行每个事件并策划新的事件

来驱动模型的运行。事件调度法的模型主要由者于事件子模块构成。所有事件均放在事件表中，模型中设有一个时间控制程序。仿真的过程是：从事件表中选择发生时间最早的事件，将仿真时钟推进到该事件发生的时间，并调用该事件的子模块处理事件一一修改模型状态和策划新的事件然后返回时间控制程序，重复这一过程，直至满足仿真结束的条件。事件调度法适合于事件发生在明确的预定时间的系统仿真。（2）活动扫描法活动扫描法（ActivityScanning）是面向活动的。活动的开始和终止是系统状态变化的标志。活动的激发与终止不仅取决于时间因素，还与实体有关。活动的激发与终正止都是由事件引起的，每一个进入系统的主动成分都处于某种活动的状态。活动扫描法在每个事件发生时，扫描系统，检查哪些活动可以激发，哪些活动继续保持，哪些活动可以终止。活动的激发与终正止都会策划新的事件。活动的发生必须满足一定的条件，其中活动发生的时间是优先级最高的条件，即首先应判断该活动的发生时间是否满足，然后再判断其它条件。（3）进程交互法进程交互法（ProcessInteraction）采用进程来描述系统。它将模型中能主动产生活动的实体历经系统时所发生的事件及活动按时间顺序进行组合，从而形成进程表。一个实体一旦进入进程，它将完成该进程全部的有关活动。软件实现时，系统仿真钟的控制程序采用两张事件表，其一是当前事件表（CEL：currentEventsList)，它包含了从当前时间点开始有资格执行的事件记录，但是该事件是否发生的条件（如果有）尚未判断。其二是将来事件表（FEL：FutureEventsList），它包含在将来某个仿真时刻发生的事件记录。每一个事件记录中包括该事件的若干属性，其中必有一个用来表明该事件在进程中所处位置的指针。当仿真钟推进时，发生时间不大于仿真时钟的所有事件记录从FEL移到CEL中，然后对CEL中的每个事件记录进行扫描，对于从CEL中取出的每一个事件记录，首先判断它属于哪一个进程以及它在该进程中的位置。该事件是否发生则决定于发生条件是否为真。若为真，则发生包含该事件的活动，只要条件充许，该进程要尽可能多地连续推进，直到结束：如果条件为假或仿真钟要求停止，则退出该进程，然后对CEL的下一事件记录进行处理。CEL中的所有记录处理完毕后，结束对CEL的扫描，继续推进仿真钟，即把将来事件表中的最早发生事件记录移到CEL中，如此直到仿真结束。进程交互法既可预定事件，又可对条件求值，它兼有事件调度法及活动扫描法两者的特点。3.物流系统的仿真步骤图7-4（见课本）表达了一个典型的、完整的物流系统仿真步骤以及各步骤间的关系。需要首先说明的是，并非每一次的仿真都包括图中所有的步骤，有些研究还可包含图中所没有8

8  来驱动模型的运行。 事件调度法的模型主要由若干事件子模块构成。所有事件均放在事件表中，模型中设有 一个时间控制程序。仿真的过程是：从事件表中选择发生时间最早的事件，将仿真时钟推进 到该事件发生的时间，并调用该事件的子模块处理事件——修改模型状态和策划新的事件， 然后返回时间控制程序，重复这一过程，直至满足仿真结束的条件。事件调度法适合于事件 发生在明确的预定时间的系统仿真。 （2）活动扫描法 活动扫描法（Activity Scanning）是面向活动的。活动的开始和终止是系统状态变化的标 志。活动的激发与终止不仅取决于时间因素，还与实体有关。 活动的激发与终止都是由事件引起的，每一个进入系统的主动成分都处于某种活动的状 态。活动扫描法在每个事件发生时，扫描系统，检查哪些活动可以激发，哪些活动继续保持， 哪些活动可以终止。活动的激发与终止都会策划新的事件。 活动的发生必须满足一定的条件，其中活动发生的时间是优先级最高的条件，即首先应 判断该活动的发生时间是否满足，然后再判断其它条件。 （3）进程交互法 进程交互法（Process Interaction）采用进程来描述系统。它将模型中能主动产生活动的实 体历经系统时所发生的事件及活动按时间顺序进行组合，从而形成进程表。一个实体一旦进 入进程，它将完成该进程全部的有关活动。 软件实现时，系统仿真钟的控制程序采用两张事件表，其一是当前事件表（CEL：current  Events List） ，它包含了从当前时间点开始有资格执行的事件记录，但是该事件是否发生的条 件（如果有）尚未判断。其二是将来事件表（FEL：Future Events List） ，它包含在将来某个仿 真时刻发生的事件记录。每一个事件记录中包括该事件的若干属性，其中必有一个用来表明 该事件在进程中所处位置的指针。 当仿真钟推进时，发生时间不大于仿真时钟的所有事件记录从 FEL 移到 CEL 中，然后对 CEL 中的每个事件记录进行扫描，对于从 CEL 中取出的每一个事件记录，首先判断它属于哪 一个进程以及它在该进程中的位置。该事件是否发生则决定于发生条件是否为真。若为真， 则发生包含该事件的活动，只要条件允许，该进程要尽可能多地连续推进，直到结束；如果 条件为假或仿真钟要求停止，则退出该进程，然后对 CEL 的下一事件记录进行处理。CEL 中 的所有记录处理完毕后，结束对 CEL 的扫描，继续推进仿真钟，即把将来事件表中的最早发 生事件记录移到 CEL 中，如此直到仿真结束。进程交互法既可预定事件，又可对条件求值， 它兼有事件调度法及活动扫描法两者的特点。 3．物流系统的仿真步骤 图 7­4（见课本）表达了—个典型的、完整的物流系统仿真步骤以及各步骤间的关系。需 要首先说明的是，并非每一次的仿真都包括图中所有的步骤，有些研究还可包含图中所没有

描述的步骤。同时，仿真方法不一定要格遵循图7-4中的顺序。任一步骤均可根据仿真实际情况转向其他某一步骤。（1）问题描述以一个货运系统为例来进行仿真过程的分析。“问题描述”阶段需对货运车辆运营系统作深入细致的了解，并与车队、车场调度人员反复交换认识，通过反馈使研究者对系统的认识不断深化，描述的系统与实际相符合。（2）设定目标与总体方案需要明确仿真应回答的问题。仿真目标是：从物流网络整体考虑，确定运营的改进方向及改进方案，进行多方案的比选，寻求物流网络上各指标间较合理的匹配关系，使物流网络能以较少的车辆和人员配置完成预定的物流量任务。根据这一目标，构造总体研究方案，具体包括研究人员的数目、分阶段参加人员的工作天数、投人的研究费用等。（3）建立仿真模型1）进行系统的实体及属性分析、活动分析、模型变量分析、系统特征分析、模型指标分析、模型的输入、输出分析以及仿真模型方法选定分析，通过上述分析确定各组成要素以及表征这些要素的状态变量与参数之间的数学逻辑关系，在此基础上构造仿真模型。2）系统的实体有货物、车站、车辆。3）系统的活动有始发站活动、中途站活动、终点站活动4）模型变量包括各路径车辆行驶里程、各路径正点率、各路径运量、各路径满载率、各路径无车等待时间、各路径等待发车总时间、各路径分类型发车数等7个指标。5）根据系统现状，把系统中的车站看作服务台，车辆看作顾客，把该系统作为一个顾客不消失的、服务台为串联形式的多级排队服务系统。采用离散的、动态的、随机的仿真方法建立本系统的仿真模型。（4）收集和处理信息信息的正确性直接影响仿真结果的正确性，正确地收集和整理信息成为系统仿真的重要组成部分。它包括估计输入参数和获得模型中采用随机变量的概率分布。（5）确认对仿真模型及输入参数的准确程度进行认可，它应贯穿于整个仿真研究过程，但第5步和第8步的确认特别重要，需要进一步与货运车辆、车场调度人员交换信息，增强模型的有效性，并根据决策者的要求，对模型作相应修改，使之更符合实际。（6）仿真模型的程序设计通过这一步将仿真分析的思路转化成计算机语言编制的程序。（7）仿真模型的试运行通过试运行仿真程序来验证程序的正确性。可以构造一些易于为人知道结果的数据，进行模型的试运行，以确认仿真模型的正确性

9  描述的步骤。同时，仿真方法不一定要严格遵循图 7­4  中的顺序。任一步骤均可根据仿真实 际情况转向其他某一步骤。 （1）问题描述 以一个货运系统为例来进行仿真过程的分析。 “问题描述”阶段需对货运车辆运营系统作深入细致的了解，并与车队、车场调度人员反 复交换认识，通过反馈使研究者对系统的认识不断深化，描述的系统与实际相符合。 （2）设定目标与总体方案 需要明确仿真应回答的问题。 仿真目标是：从物流网络整体考虑，确定运营的改进方向及改进方案，进行多方案的比 选，寻求物流网络上各指标间较合理的匹配关系，使物流网络能以较少的车辆和人员配置完 成预定的物流量任务。根据这一目标，构造总体研究方案，具体包括研究人员的数目、分阶 段参加人员的工作天数、投人的研究费用等。 （3）建立仿真模型 1）进行系统的实体及属性分析、活动分析、模型变量分析、系统特征分析、模型指标分 析、模型的输入、输出分析以及仿真模型方法选定分析，通过上述分析确定各组成要素以及 表征这些要素的状态变量与参数之间的数学逻辑关系，在此基础上构造仿真模型。 2）系统的实体有货物、车站、车辆。 3）系统的活动有始发站活动、中途站活动、终点站活动。 4）模型变量包括各路径车辆行驶里程、各路径正点率、各路径运量、各路径满载率、各 路径无车等待时间、各路径等待发车总时间、各路径分类型发车数等 7 个指标。 5）根据系统现状，把系统中的车站看作服务台，车辆看作顾客，把该系统作为一个顾客 不消失的、服务台为串联形式的多级排队服务系统。采用离散的、动态的、随机的仿真方法 建立本系统的仿真模型。 （4）收集和处理信息 信息的正确性直接影响仿真结果的正确性，正确地收集和整理信息成为系统仿真的重要 组成部分。它包括估计输入参数和获得模型中采用随机变量的概率分布。 （5）确认 对仿真模型及输入参数的准确程度进行认可，它应贯穿于整个仿真研究过程，但第 5 步 和第 8 步的确认特别重要，需要进一步与货运车辆、车场调度人员交换信息，增强模型的有 效性，并根据决策者的要求，对模型作相应修改，使之更符合实际。 （6）仿真模型的程序设计 通过这一步将仿真分析的思路转化成计算机语言编制的程序。 （7）仿真模型的试运行 通过试运行仿真程序来验证程序的正确性。可以构造一些易于为人知道结果的数据，进 行模型的试运行，以确认仿真模型的正确性

（8）确认根据仿真模型试运行的结果，确认模型的正确性，通过对实际系统中行为和仿真过程两者间差异的比较，加深对系统的理解，从而改进模型。（9）设计试验如果适用于系统的方案不止一个，需要以较少的运行次数获得较优的仿真结果。因此对仿真方案要经过选择，考虑合适的初始运行条件、运行时间及重复次数等。（10）仿真运行通过仿真运行，输出仿真指标，获得方案比选的信息。（11）分析仿真结果在经过多方案仿真后，把输出的指标按某种数学方法处理后进行方案的排序。推荐较优的运营组织方案，供决策者参考。（12）向决策者提出建议在分析模型结果的基础上，提出对决策者有价值的参考建议，并以文字形式向决策者提出建议。（13）建立文件的数据库和知识库这是物流系统仿真过程中的重要阶段，也是为进一步智能化仿真积累知识的有效途径。在物流网络计算机仿真的基础上，使系统更加完善，能够处理更加复杂的问题。7.4起物流系统仿真应用7.4.1排队系统仿真1.排队论的基本概念排队论（queuingtheory），或称随机服务系统理论，是通过对服务对象到达及服务时间的统计研究，得出这些数量指标（等待时间、排队长度、忙期长短等）的统计规律，根据这些规律来改进服务系统的结构或重新组织被服务对象，使得服务系统既能满足服务对象的需要，义使费用最经济或某些指标最优。排队论是运筹学的分支，也是研究服务系统中排队现象随机规律的学科，广泛应用于计算机网络、生产、运输、库存等各项资源共享的随机服务系统。排队论研究的内容有3个方面：统计推断，根据资料建立模型；系统的性态，即和排队有关的数量指标的概率规律性：系统的优化，其自的是正确设计和有效运行各个服务系统，使之发挥最佳效益。2.排队系统模型的基本组成部分排队系统（queuingsystem）又称服务系统。服务系统由服务机构和服务对象（顾客）构成。服务对象到来的时刻和为其服务的时间（即占用服务系统的时间）都是随机的。图7-510

10  （8）确认 根据仿真模型试运行的结果，确认模型的正确性，通过对实际系统中行为和仿真过程两 者间差异的比较，加深对系统的理解，从而改进模型。 （9）设计试验 如果适用于系统的方案不止一个，需要以较少的运行次数获得较优的仿真结果。因此对 仿真方案要经过选择，考虑合适的初始运行条件、运行时间及重复次数等。 （10）仿真运行 通过仿真运行，输出仿真指标，获得方案比选的信息。 （11）分析仿真结果 在经过多方案仿真后，把输出的指标按某种数学方法处理后进行方案的排序。推荐较优 的运营组织方案，供决策者参考。 （12）向决策者提出建议 在分析模型结果的基础上，提出对决策者有价值的参考建议，并以文字形式向决策者提 出建议。 （13）建立文件的数据库和知识库 这是物流系统仿真过程中的重要阶段，也是为进一步智能化仿真积累知识的有效途径。 在物流网络计算机仿真的基础上，使系统更加完善，能够处理更加复杂的问题。 7.4  物流系统仿真应用 7.4.1  排队系统仿真 1．排队论的基本概念 排队论（queuing theory），或称随机服务系统理论，是通过对服务对象到达及服务时间的 统计研究，得出这些数量指标（等待时间、排队长度、忙期长短等）的统计规律，根据这些 规律来改进服务系统的结构或重新组织被服务对象， 使得服务系统既能满足服务对象的需要， 又使费用最经济或某些指标最优。排队论是运筹学的分支，也是研究服务系统中排队现象随 机规律的学科，广泛应用于计算机网络、生产、运输、库存等各项资源共享的随机服务系统。 排队论研究的内容有 3 个方面：统计推断，根据资料建立模型；系统的性态，即和排队有关 的数量指标的概率规律性；系统的优化，其目的是正确设计和有效运行各个服务系统，使之 发挥最佳效益。 2．排队系统模型的基本组成部分 排队系统（queuing system）又称服务系统。服务系统由服务机构和服务对象（顾客）构 成。服务对象到来的时刻和为其服务的时间（即占用服务系统的时间）都是随机的。图 7­5