petri物流系统建模与仿真

第四章物流系统建模与仿真二、仿真模型(二)Petri网模型1、连续状态系统与离散事件系统（1）连续状态系统特点：系统状态随时间连续变化，系统状态变化是由时间驱动的；建模方法：系统动力学模型；描述问题：产品库存量产品入库率产品发货率原材料库存量原材料发货率原材料进货率原材料采购延迟市场需求率原材料库存调整系数原材料期望库存量原材料采购率产品库存调节时间平均市场需求率平滑时间需求处理延迟生产调整时间产品生产率生产延迟期望生产量原材料消耗系数原材料消耗产品期望库存量第四章物流系统建模与仿真二、仿真模型(二)Petri网模型（2）离散事件系统特点：系统状态只在事件发生的时刻发生变化，状态变化是不连续的，在相邻两个事件发生之间，系统状态不发生变化；建模方法：Petri网模型；描述问题：第四章物流系统建模与仿真二、仿真模型(二)Petri网模型2、Petri网简介（1）Petri网的作用研究离散事件动态系统的一种工具：揭示出被模拟的系统在结构和动态行为方面的重要信息，由此对被模拟的系统进行评价，并提出改进(或改变)系统的建议。（2）Petri网的类型基本Petri网（条件/事件系统）低级Petri网（库所/变迁网）赋时Petri网着色Petri网随机Petri网离散/连续混合Petri网模糊Petri网第四章物流系统建模与仿真（3）考察一个简单的机加工车间的Petri网模拟问题问题描述车间等待到有工件来到，便进行加工，然后把加工好的工件送出去。事件前提条件后继条件1无b2a、bc3cd、a4d无前提条件：事件发生需要成立的条件；后继条件：事件发生引起前提条件消失，并产生一些其它条件。事件（动作）1.一个工件送来；2.车间开始加工工件；3.工件的加工完成；4.把加工好的工件送出去。状态（条件）a.车间在等待;b.工件到达并等待加工；c.车间正在加工工件；d.工件加工完毕。触发事件发生引发状态变化事件（动作）与状态（条件）二、仿真模型(二)Petri网模型第四章物流系统建模与仿真用变迁模拟事件，用库所模拟条件。一个变迁的输入库所即是它所对应的事件的前提条件，而输出库所是它的后继条件。一个事件的发生，对应相应变迁的激发。条件的成立由对应于这个条件的库所中有一个标记来表示。当一个变迁激发时，把表示其前提条件成立的使能标记移走，而产生出新的其后继条件成立的标记。二、仿真模型(二)Petri网模型Petri网模型及其运行一个工件送达0工件等待着加工工件正在加工加工好的工件加工车间空闲，等待工作开始加工0加工完毕0把加工好的工件送走0变迁库所标记示例第四章物流系统建模与仿真3、Petri网基本概念（1）基本术语①资源与系统状态发生变化有关的因素，如原料、零件、产品、人员、工具、设备、数据及信息等。②库所/位置(Place)不仅表示一个场所，且表示在该场所存放了一定的资源。“库所”代表“条件”。③变迁(Transition)资源的消耗、使用及产生对应于状态元素（库所）的变化。“变迁”代表“事件”。二、仿真模型(二)Petri网模型第四章物流系统建模与仿真二、仿真模型(二)Petri网模型（2）Petri网的数学结构（定义及图形表示）①定义1一个基本Petri网（PN）是一个三元组N=（P，T，F），P为库所集，T为变迁集，F为流关系（一个P元素和一个T元素之间的有向弧组成的集合）。（低级PN为五元组）标识mi:库所内的标记（令牌）数≥1（基本Petri网=1）权重wi:资源的消耗量或生产量≥1（基本Petri网=1）4321,,,Ppppp321,,Tttt),(),,(),,(),,(),,(),,(),,(),,(),,(F223224433313121111ptpttppttptptppttp)m,m,m,(mM4321),(),,(),,(),,(),,(),,(),,(),,(),,(W223224433313121111ptwptwtpwptwtpwtpwtpwptwtpwt10t20t30m1p1m2p2m3p3m4p4w(p1.t1)w(t1.p1)w(t2.p2)w(p3.t3)w(t3.p4)w(p4.t2)w(p2.t1)w(p3.t1)w(t2.p3)第四章物流系统建模与仿真二、仿真模型(二)Petri网模型②定义2设，令分别称为变迁t的输入库所集（或t的前集）和t的输出库所集（或t的后集）。TP,tpF),(,F),(ptpttpptm1p1m3p3m2p2m4p4t1t2t3第四章物流系统建模与仿真二、仿真模型(二)Petri网模型（3）变迁条件和触发规则①变迁条件一个Petri网（PN）是一个六元组N=(P,T,F,K,W,M0)。对于,如果在标识M下，成立，则称变迁t在M下有效，这时也说M授权t发生。Tt);,()()(,ptwpKpMtp),(),()()(,ptwtpwpKpMtptp);,()(,tpwpMtpt10t20t30m1p1m2p2m3p3m4p4w(p1.t1)w(t1.p1)w(t2.p2)w(p3.t3)w(t3.p4)w(p4.t2)w(p2.t1)w(p3.t1)w(t2.p3)第四章物流系统建模与仿真二、仿真模型(二)Petri网模型②触发规则若t在M下有效，则M授权t发生。发生后，M变成如下定义的新标识M’其它)(),,(),()()(),,()(),,()()('pMtptpptwtpwpKpMtpptwpMtptpwpMpM当一个变迁发生后，从每一个输入库所中移出与输入弧权数相等的标记数（令牌数），在每一个输出库所中产生与输出弧权数相等的标记数。第四章物流系统建模与仿真(4)Petri网事件逻辑关系①顺序关系P1P2P3t1t2②并发关系P1P2P4t1t2t3P3P5③冲突关系P1P1t1t1t2P3P2P2t2P3二、仿真模型(二)Petri网模型第四章物流系统建模与仿真④迷惑关系P1t20P3P4t10P2t30P5P3P2P5P4P1t30t10t20⑤死锁关系P1t20P3P4t10P2t30t40P5P6二、仿真模型(二)Petri网模型第四章物流系统建模与仿真⑥合并关系P1t30t10t20t40⑦同步关系P2t10P1P3⑧优先关系PT0T1PP二、仿真模型(二)Petri网模型第四章物流系统建模与仿真P1P2P3P4t10t21t30例1P1P2P3P5P4P10P6P7P8P9t10t60t20t70t80t30t40t50例2二、仿真模型(二)Petri网模型第四章物流系统建模与仿真0P1一级供应商库存0P2一级供应商为二级供应商备货30P3二级供应商库存P4运输工具忙P5运输工具闲P7高于上限暂停采购指令0P8供应商为制造商备货30P9制造商材料库存P11高于上限暂停采购指令0P12自制件库存P13运输工具忙P14运输工具闲0P15半成品库存0P16制造商成品库存0P17分销商备货P18运输工具忙P19运输工具闲0P6低于下限申请采购指令0P10低于下限申请采购指令0P20低于下限申请采购指令30P21分销商库存P22高于上限暂停采购指令P23订单量小于分销商库存部分P24未完成订单量的信息P25终止采购生产指令P26每一次订单的销售量信息P27客户需求的订单完成总量P28截至上一次销售的销售量统计信息P29测试客户订单P30订单量大于分销库存部分P31分销商制定订单P32未满足订单量P33制造商制定订单P34未满足订单量P35订单量小于库存P36订单量小于库存P37获取订单量P38制造商制定订单P39原材料库存P40自制件库存P41半成品库存P42差异件库存P43完成差异件订单量T1T0T0T1T-1T-1T0.2T0T0T-1T0.5T3T3T1T-1T0T0T1T-1T0.5T-1T0T0.5T0T0.5T1T3.055T0T0T0T0T3.055T0T1T3T3T0T0T0-m34m9+1-m32m21+1-m30m30-m21504040-m3-m6-10-m9-m10-105540-101m25-m28-m26-1-m221-m22-1-m111-m11-1-m71-m72020m3+120m25-m27-m29-m21-m20m34-m340m32-m9m43-m28m25-m28303030405*sin(Time)[phone]*sin(Time)+30-m3010*sin(Time)+3010*sin(Time)+3010*sin(Time)+3010*sin(Time)+30Petri网第四章物流系统建模与仿真三、物流系统仿真概述（一）系统仿真的概念针对真实系统首先建立模型，然后在模型上进行试验，用模型代替真实系统，从而研究系统性能的方法称为系统仿真。根据模型的不同，系统仿真主要分为：根据所研究的系统不同，系统仿真又可分为：物理仿真数学仿真混合模型：物理—数学仿真连续系统仿真离散系统仿真第四章物流系统建模与仿真（二）系统仿真的一般步骤（1）调研系统，设立目标（2）收集数据，建立模型（3）编制程序（4）运行仿真模型（5）输出结果分析第四章物流系统建模与仿真（三）系统仿真一些基本概念（1）实体：是指组成系统的物理单元，如物流系统中的AGV、缓冲站、仓库货物及工件等。可分为临时实体和永久实体两类。（2）事件：是指引起系统变化的行为，也就是说，系统的动态过程是靠事件来驱动的。分必然事件和条件事件。（3）成分：成分与实体是同一概念，只是根据习惯，在描述系统时用实体而在模型描述中用成分。成分分为主动成分和被动成分。第四章物流系统建模与仿真（4）活动：两个相邻发生的事件之间的过程称为活动，它标志着系统状态的转移。（5）进程：若干事件与若干活动组成的过程称为进程，它描述了各事件活动发生的相互逻辑关系。（6）仿真钟：用于仿真时间的变化。第四章物流系统建模与仿真（四）离散事件系统仿真方法离散事件系统仿真的仿真钟推进方法分为：常用的仿真算法有：下一事件步长法固定增量法。面向事件的调度法：是面向事件的方法，适合于活动持续时间比较确定的系统。面向活动的活动扫描法：是面向活动的。活动开始和结束是系统状态变化的标志，而活动的开始与结束不仅取决于时间因素，还取决于其它的因素（条件因素）。面向进程的进程交互法：是事件调度法与活动扫描法的结合。它是以模型的各个主动成分的活动为主线来调度事件生成的顺序的。第四章物流系统建模与仿真（五）仿真结果分析一次仿真的结果，只能是系统性能的一次抽样分析，不能完全代表系统“真正”的性能。这就要求通过多次观察随机变量，用统计方法对输出结果进行分析。第四章物流系统建模与仿真（六）物流系统仿真软件介绍1．SIMAnimationSIMAnimation是美国3i公司设计开发的集成化物流仿真软件。包括布局编辑器、试验编辑器和完整的用户报表编辑器。同时仿真模型还包括丰富的交互特点。SIMAnimation允许用户仿真复杂的运动，像动力学和速度，像机器人、车床、传输通道、特殊空间中显示，包括传输、旋转、有形物体、视角和不断运动视觉。第四章物流系统建模与仿真2．AutomodAutomod是Brooks公司开发三维物流仿真软件，主要包括了三大模块：AutoMod、AutoStat和AutoView。第四章物流系统建模与仿真用Automod进行物流配送中心规划仿真实例第四章物流系统建模与仿真3．ShowFlowShowFlow仿真软件可为制造业和物流业提供建模、仿真、动画和统计分析工具。4．QuestQuest是法国达索系统（DassaultSystemes）公司开发，针对设备建模、实验、分析设备分布和工艺流程的柔性、面向对象的、基于连续事件的专用模拟软件。第四章物流系统建模与仿真5．StreamStream是日本三井造船股份有限公司开发的仿真软件，其最大特点是从日文命令组中选