本書在論述系統(tǒng)建模與仿真基礎(chǔ)理論的基礎(chǔ)上，以一個(gè)完整的車輛生產(chǎn)物流系統(tǒng)案例作為研究對(duì)象，闡述系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)在采購(gòu)、生產(chǎn)、物流和銷售過程中的應(yīng)用。全書共分為三個(gè)部分，第一部分介紹系統(tǒng)建模與仿真，尤其是離散事件系統(tǒng)建模與仿真的一般理論和概率統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)，第二部分介紹仿真平臺(tái)Witness的特點(diǎn)和建模過程，第三部分介紹車輛生產(chǎn)物流系統(tǒng)整個(gè)運(yùn)作流程的建模與仿真的實(shí)戰(zhàn)技術(shù)和方法。
本書特色：（1）強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)建模與仿真理論與實(shí)踐的系統(tǒng)性；（2）突出建模與仿真技術(shù)在生產(chǎn)物流系統(tǒng)中的實(shí)用性；（3）采用完整工程案例體現(xiàn)建模與仿真技術(shù)的模塊化和集成性；（4）書中配有二維碼，可以掃描查看多媒體資料和章節(jié)自測(cè)題，另配有在線題庫(kù)，教師可以在線出題，形成試卷。
王建華，博士，江蘇大學(xué)管理學(xué)院工業(yè)工程系副教授，中國(guó)系統(tǒng)工程學(xué)會(huì)會(huì)員，中國(guó)運(yùn)籌學(xué)學(xué)會(huì)會(huì)員；曾出版多項(xiàng)著作。
目 錄
第1章 系統(tǒng)建模與仿真概述1
1.1 系統(tǒng)模型1
1.1.1 系統(tǒng)1
1.1.2 模型及其分類1
1.1.3 建立模型時(shí)應(yīng)遵循的基本原則2
1.2 系統(tǒng)仿真3
1.2.1 系統(tǒng)仿真及其分類3 目 錄
第1章 系統(tǒng)建模與仿真概述1
1.1 系統(tǒng)模型1
1.1.1 系統(tǒng)1
1.1.2 模型及其分類1
1.1.3 建立模型時(shí)應(yīng)遵循的基本原則2
1.2 系統(tǒng)仿真3
1.2.1 系統(tǒng)仿真及其分類3
1.2.2 實(shí)施仿真的方法4
1.2.3 仿真的適用性5
1.2.4 仿真應(yīng)用領(lǐng)域7
1.2.5 仿真的發(fā)展階段8
1.2.6 系統(tǒng)仿真的一般步驟9
1.3 離散事件系統(tǒng)12
1.3.1 離散事件系統(tǒng)的定義12
1.3.2 離散與連續(xù)系統(tǒng)示例12
1.4 離散事件系統(tǒng)基本術(shù)語(yǔ)14
1.5 系統(tǒng)績(jī)效指標(biāo)15
1.6 系統(tǒng)變量16
1.6.1 決策變量16
1.6.2 反應(yīng)變量16
1.6.3 狀態(tài)變量16
思考題17
第2章 概率統(tǒng)計(jì)基礎(chǔ)19
2.1 概率統(tǒng)計(jì)的基本概念19
2.1.1 確定事件和隨機(jī)事件19
2.1.2 隨機(jī)變量與概率19
2.1.3 連續(xù)型隨機(jī)變量的概率分布函數(shù)20
2.1.4 離散型隨機(jī)變量的概率分布函數(shù)20
2.1.5 隨機(jī)變量概率密度函數(shù)20
2.1.6 隨機(jī)變量的數(shù)學(xué)特征20
2.2 系統(tǒng)仿真中常用的隨機(jī)分布21
2.2.1 離散分布21
2.2.2 連續(xù)分布25
2.2.3 經(jīng)驗(yàn)分布34
2.3 仿真輸入模型的構(gòu)建36
2.3.1 收集數(shù)據(jù)37
2.3.2 利用直方圖識(shí)別數(shù)據(jù)分布39
2.3.3 參數(shù)估計(jì)41
2.3.4 擬合優(yōu)度檢驗(yàn)42
2.3.5 選擇無(wú)數(shù)據(jù)的輸入模型44
思考題45
第3章 隨機(jī)變量的產(chǎn)生與檢驗(yàn)47
3.1 偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的要求47
3.2 偽隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生方法49
3.2.1 平方取中法49
3.2.2 線性同余法50
3.2.3 加同余法52
3.2.4 二次平方同余法52
3.3 隨機(jī)變量的產(chǎn)生方法52
3.3.1 反變換法53
3.3.2 拒絕法60
3.3.3 正態(tài)分布隨機(jī)發(fā)生器61
3.4 隨機(jī)數(shù)的檢驗(yàn)64
3.4.1 科爾莫戈洛夫-斯米爾諾夫檢驗(yàn)法基本原理64
3.4.2 科爾莫戈洛夫-斯米爾諾夫檢驗(yàn)均勻分布64
3.4.3 科爾莫戈洛夫-斯米爾諾夫檢驗(yàn)正態(tài)分布65
思考題66
第4章 仿真模型設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)68
4.1 排隊(duì)系統(tǒng)概述68
4.1.1 到達(dá)模式69
4.1.2 服務(wù)模式69
4.1.3 服務(wù)臺(tái)數(shù)目69
4.1.4 系統(tǒng)容量69
4.1.5 排隊(duì)規(guī)則70
4.2 事件調(diào)度法71
4.3 排隊(duì)系統(tǒng)事件例程分析72
4.3.1 單隊(duì)列單服務(wù)臺(tái)系統(tǒng)事件例程72
4.3.2 單隊(duì)列多服務(wù)臺(tái)系統(tǒng)事件例程74
4.4 仿真模型的Excel實(shí)現(xiàn)74
4.4.1 SQSS系統(tǒng)手工仿真的Excel實(shí)現(xiàn)74
4.4.2 SQSS系統(tǒng)仿真的Excel實(shí)現(xiàn)76
4.5 仿真模型的Matlab實(shí)現(xiàn)78
4.5.1 SQSS系統(tǒng)仿真的Matlab實(shí)現(xiàn)78
4.5.2 SQMS系統(tǒng)仿真的Matlab實(shí)現(xiàn)84
思考題89
第5章 Witness仿真系統(tǒng)建�；A(chǔ)91
5.1 Witness用戶界面91
5.1.1 標(biāo)題欄92
5.1.2 菜單欄92
5.1.3 工具欄92
5.1.4 元素選擇窗口93
5.1.5 狀態(tài)欄93
5.1.6 用戶元素窗口（Designer Elements）93
5.1.7 系統(tǒng)布局區(qū)93
5.2 Witness建模元素94
5.2.1 離散型元素94
5.2.2 連續(xù)型元素102
5.2.3 邏輯型元素106
5.2.4 運(yùn)輸邏輯型元素111
5.2.5 圖形元素113
5.3 Witness流程規(guī)則117
5.3.1 輸入規(guī)則（Input Rules）117
5.3.2 輸出規(guī)則（Output Rules）118
5.3.3 勞動(dòng)者規(guī)則（Labor Rules）119
思考題123
第6章 流水線生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真125
6.1 模型描述125
6.2 系統(tǒng)分析125
6.2.1 元素說明125
6.2.2 系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間126
6.3 模型建立126
6.3.1 定義元素126
6.3.2 元素細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)129
6.4 運(yùn)行模型135
6.4.1 仿真運(yùn)行工具欄135
6.4.2 結(jié)果分析135
6.5 系統(tǒng)規(guī)則和變量說明138
6.5.1 Pull規(guī)則語(yǔ)法結(jié)構(gòu)138
6.5.2 Pull規(guī)則示例139
思考題139
第7章 座椅組裝生產(chǎn)物流系統(tǒng)建模與仿真141
7.1 模型描述141
7.2 系統(tǒng)分析142
7.3 建立模型143
7.3.1 元素定義143
7.3.2 元素可視化設(shè)計(jì)144
7.3.3 元素詳細(xì)設(shè)計(jì)145
7.4 仿真實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析148
7.4.1 工序忙閑狀態(tài)148
7.4.2 系統(tǒng)平均庫(kù)存水平149
7.4.3 Labor元素忙閑狀態(tài)統(tǒng)計(jì)149
7.5 系統(tǒng)規(guī)則和屬性說明149
7.5.1 Percent規(guī)則語(yǔ)法結(jié)構(gòu)149
7.5.2 Percent規(guī)則示例150
7.5.3 系統(tǒng)屬性Pen150
思考題151
第8章 車輛生產(chǎn)物流系統(tǒng)概述153
8.1 車輛生產(chǎn)物流系統(tǒng)簡(jiǎn)介153
8.2 車輛生產(chǎn)物流系統(tǒng)布局及流程簡(jiǎn)介155
8.3 VPLS運(yùn)作流程基本特征分析156
8.3.1 采購(gòu)模塊156
8.3.2 下料模塊157
8.3.3 AE機(jī)加焊接線159
8.3.4 BCD機(jī)加線159
8.3.5 F工件噴漆集放鏈160
8.3.6 總裝線作業(yè)特征分析161
8.3.7 銷售模塊161
8.3.8 叉車運(yùn)輸161
8.3.9 AGV運(yùn)輸162
8.4 車輛生產(chǎn)物流系統(tǒng)績(jī)效指標(biāo)163
第9章 采購(gòu)過程建模與仿真164
9.1 模型描述164
9.2 模型設(shè)計(jì)165
9.2.1 建模元素定義165
9.2.2 模型細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)165
9.3 仿真實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析168
9.3.1 工序忙閑狀態(tài)168
9.3.2 系統(tǒng)平均庫(kù)存水平168
思考題169
第10章 下料生產(chǎn)過程建模與仿真170
10.1 下料生產(chǎn)過程170
10.1.1 下料生產(chǎn)過程系統(tǒng)描述170
10.1.2 排料計(jì)劃制定原則172
10.2 模型設(shè)計(jì)173
10.2.1 建模元素定義173
10.2.2 模型細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)174
10.3 仿真實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析182
10.3.1 工序忙閑狀態(tài)182
10.3.2 系統(tǒng)平均庫(kù)存水平184
10.3.3 Labor元素忙閑狀態(tài)統(tǒng)計(jì)184
思考題185
第11章 流水布局機(jī)加焊接作業(yè)系統(tǒng)建模與仿真186
11.1 模型描述186
11.2 模型設(shè)計(jì)187
11.2.1 建模元素定義187
11.2.2 模型細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)188
11.3 仿真實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析192
11.3.1 工序忙閑狀態(tài)及工作負(fù)荷不平衡系數(shù)192
11.3.2 系統(tǒng)平均庫(kù)存水平193
11.4 改善實(shí)驗(yàn)194
11.4.1 模型修改194
11.4.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比195
思考題196
第12章 成組布局機(jī)加焊接作業(yè)系統(tǒng)建模與仿真197
12.1 模型描述197
12.2 模型設(shè)計(jì)198
12.2.1 建模元素定義198
12.2.2 模型細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)199
12.3 仿真實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析206
12.3.1 瓶頸的理論分析206
12.3.2 工序忙閑狀態(tài)及工作負(fù)荷不平衡系數(shù)207
12.3.3 系統(tǒng)平均庫(kù)存水平208
12.3.4 工人忙率208
12.3.5 系統(tǒng)產(chǎn)能209
12.4 改善實(shí)驗(yàn)209
12.4.1 改善方案1——增加工序工人209
12.4.2 改善方案2——增加瓶頸工序設(shè)備及工人210
思考題210
第13章 總裝線建模與仿真212
13.1 模型描述212
13.2 模型設(shè)計(jì)213
13.2.1 建模元素定義213
13.2.2 模型細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)214
13.3 仿真實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析221
13.3.1 工序忙閑狀態(tài)221
13.3.2 系統(tǒng)平均庫(kù)存水平221
13.3.3 系統(tǒng)產(chǎn)能222
13.4 改變隨機(jī)性實(shí)驗(yàn)222
思考題222
第14章 車間物流系統(tǒng)建模與仿真——叉車輸送224
14.1 叉車輸送系統(tǒng)224
14.1.1 叉車輸送系統(tǒng)描述224
14.1.2 叉車輸送系統(tǒng)運(yùn)行規(guī)則及數(shù)據(jù)224
14.2 模型設(shè)計(jì)226
14.2.1 建模元素定義226
14.2.2 模型細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)227
14.3 仿真實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析237
14.3.1 工序忙閑狀態(tài)237
14.3.2 系統(tǒng)平均庫(kù)存水平238
14.3.3 叉車忙閑狀態(tài)統(tǒng)計(jì)238
14.3.4 軌道狀態(tài)統(tǒng)計(jì)239
思考題239
第15章 車間物流系統(tǒng)建模與仿真——AGV輸送241
15.1 AGV輸送系統(tǒng)241
15.1.1 叉車輸送系統(tǒng)描述241
15.1.2 仿真目標(biāo)242
15.2 模型設(shè)計(jì)243
15.2.1 建模元素定義243
15.2.2 模型細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)243
15.3 仿真實(shí)驗(yàn)及結(jié)果分析250
15.3.1 工序忙閑狀態(tài)250
15.3.2 系統(tǒng)平均庫(kù)存水平2
前 言
經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展使得企業(yè)之間的競(jìng)爭(zhēng)日趨激烈，企業(yè)運(yùn)作效率的提升對(duì)其生存和發(fā)展起到了重要的作用。為了提升系統(tǒng)效率，研究者對(duì)生產(chǎn)制造系統(tǒng)中人、機(jī)、料、法、環(huán)的合理配合和管理體系進(jìn)行了全面的研究，創(chuàng)造出很多廣為應(yīng)用的理論和方法�；A(chǔ)工業(yè)工程的動(dòng)作研究和工時(shí)分析對(duì)生產(chǎn)過程的動(dòng)作進(jìn)行分解和標(biāo)準(zhǔn)化，人因工程的人機(jī)配合試圖尋求最佳的人機(jī)結(jié)合面，泰勒科學(xué)管理從人的自身需求出發(fā)設(shè)計(jì)有效的管理激勵(lì)措施，豐田精益生產(chǎn)方式從消除浪費(fèi)角度設(shè)計(jì)和改善系統(tǒng)的運(yùn)作效率，六西格瑪管理采取DMAIC循環(huán)方式設(shè)計(jì)系統(tǒng)產(chǎn)出質(zhì)量改善方案，供應(yīng)鏈與物流管理中的博弈和協(xié)調(diào)理論尋求系統(tǒng)整體效率提升途徑。
現(xiàn)有管理理論及其應(yīng)用極大地提升了企業(yè)運(yùn)作管理水平和效率，為現(xiàn)代人們?nèi)找娑鄻踊纳a(chǎn)、生活和娛樂需求提供了豐富的資源。但是，隨著信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，企業(yè)之間的關(guān)系逐步走向了全球化的競(jìng)合關(guān)系，企業(yè)需要持續(xù)不斷地尋求新的方法和途徑去研究和改善自身的運(yùn)作系統(tǒng)，以獲得相對(duì)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。系統(tǒng)建模與仿真（System Modeling＆Simulation，SMS）技術(shù)是一種建立在系統(tǒng)組成對(duì)象之間精確的交互關(guān)系和詳細(xì)運(yùn)作數(shù)據(jù)基礎(chǔ)之上、對(duì)實(shí)際系統(tǒng)行為的準(zhǔn)確表述和仿真實(shí)驗(yàn)的方法，通過仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛟u(píng)估、分析系統(tǒng)的運(yùn)作效率，識(shí)別關(guān)鍵約束因素，輔助提出有效的系統(tǒng)改善方案。在系統(tǒng)集成度越來越高的現(xiàn)代企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境中，作為一種新型管理決策分析工具，系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)獲得了越來越多的企業(yè)的關(guān)注和應(yīng)用。
隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)的發(fā)展，尤其是各種各樣基于離散事件系統(tǒng)建模理論開發(fā)出來的商業(yè)仿真軟件的不斷涌現(xiàn)，使得系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)的掌握和使用變得更加容易和廣泛。但是，系統(tǒng)建模與仿真需要使用仿真軟件來描述實(shí)際運(yùn)作系統(tǒng)中的各種關(guān)系和數(shù)據(jù)，而實(shí)際系統(tǒng)中對(duì)象之間的關(guān)系多種多樣，如何從看似雜亂無(wú)章的車間、工廠、供應(yīng)鏈中包含的成千上萬(wàn)個(gè)機(jī)床、操作工人、行車、叉車、倉(cāng)庫(kù)等要素之間整理出有規(guī)律的行為規(guī)則，并采取計(jì)算機(jī)語(yǔ)言來加以描述和形成可運(yùn)行的軟件程序，對(duì)于管理人員或計(jì)算機(jī)編程人員來說都是一項(xiàng)挑戰(zhàn)。因此，近年來很多高校的工業(yè)工程、物流管理、工商管理、制造工程等專業(yè)都開設(shè)了相關(guān)的課程，很多企業(yè)為了應(yīng)用仿真技術(shù)提升競(jìng)爭(zhēng)力都在進(jìn)行仿真應(yīng)用項(xiàng)目的導(dǎo)入和推進(jìn)。
總體來看，生產(chǎn)物流系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)人員需要具備四方面的條件。首先，需要具備基本的概率統(tǒng)計(jì)知識(shí)，能夠理解實(shí)際系統(tǒng)中隨機(jī)性存在的普遍性并能夠進(jìn)行隨機(jī)模型的構(gòu)建；其次，需要具備使用離散事件視角識(shí)別實(shí)際生產(chǎn)物流運(yùn)作行為規(guī)則的能力，認(rèn)識(shí)到不同表象形式下的生產(chǎn)物流系統(tǒng)均是一些發(fā)生在離散時(shí)刻點(diǎn)的事件導(dǎo)致系統(tǒng)狀態(tài)變化的排隊(duì)系統(tǒng)，從而能夠歸納和總結(jié)出有效的運(yùn)作規(guī)則，以便于構(gòu)建仿真模型；再次，需要掌握系統(tǒng)建模的編程技能，雖然當(dāng)前系統(tǒng)建模與仿真軟件的操作性和易用性非常高，但是仍然需要通過案例訓(xùn)練以便具備將不同機(jī)加、裝配、運(yùn)輸、采購(gòu)、銷售過程中的規(guī)則轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算機(jī)語(yǔ)言的能力；最后，需要具備對(duì)仿真結(jié)果的統(tǒng)計(jì)分析能力，根據(jù)仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠分析系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)績(jī)效，并據(jù)此識(shí)別出系統(tǒng)瓶頸和提出改善方案。
有鑒于此，本書采取理論和實(shí)踐相結(jié)合的原則進(jìn)行編寫，將全部章節(jié)布局為三大部分。第1章到第4章為系統(tǒng)建模與仿真基礎(chǔ)理論部分，主要介紹仿真基本概念、仿真過程中涉及的概率統(tǒng)計(jì)知識(shí)及離散事件仿真模型設(shè)計(jì)方法。第5章至第7章為仿真軟件基本操作部分，通過對(duì)兩個(gè)獨(dú)立案例的建模和仿真過程，對(duì)仿真平臺(tái)Witness進(jìn)行了簡(jiǎn)明扼要的闡述。第8章至第18章為車輛生產(chǎn)物流系統(tǒng)建模與仿真實(shí)戰(zhàn)技能部分，根據(jù)作者多年的企業(yè)仿真項(xiàng)目實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了綜合制造企業(yè)生產(chǎn)物流系統(tǒng)典型運(yùn)作過程的車輛生產(chǎn)物流系統(tǒng)案例為建模與仿真對(duì)象，通過分系統(tǒng)建模與仿真及最后的系統(tǒng)集成建模與仿真，詳細(xì)介紹了對(duì)生產(chǎn)物流系統(tǒng)建模與仿真過程中涉及的系統(tǒng)分析、模型設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析及改善方案形成的相關(guān)內(nèi)容。
本書由江蘇大學(xué)王建華、黃賢鳳編著，具體分工為：黃賢鳳撰寫第1～4章，王建華撰寫第5～18章，最后全書由王建華統(tǒng)稿。
由于作者水平有限，加之時(shí)間倉(cāng)促，書中難免有不足與疏忽之處，敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正，也希望與同行們進(jìn)行更多的交流和探討（聯(lián)系郵箱：jiannywang@163.com）。本書電子資源網(wǎng)址為：www.iescm.com/SimuBook，該網(wǎng)址提供本書的全部模型、表格和PPT電子文檔。本書中插有二維碼，讀者可以掃描查看相關(guān)多媒體資源和章節(jié)自測(cè)題。另外，本書配有在線題庫(kù)，教師可以在線出題，形成試卷，需要者請(qǐng)發(fā)郵件至上述郵箱。
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