第3章生產(chǎn)系統(tǒng)建模方法

1、生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真 Modeling and Simulation of Production System第第3章章 生產(chǎn)系統(tǒng)建模方法生產(chǎn)系統(tǒng)建模方法 第3章 生產(chǎn)系統(tǒng)建模方法 3.1 系統(tǒng)建模方法概述 3.2 實(shí)體流圖法 3.3 活動(dòng)循環(huán)圖法 3.4 面向?qū)ο蠼７椒敖y(tǒng)一建模語(yǔ)言 3.5 Petri網(wǎng)建模理論與方法 基本要求v理解實(shí)體流圖法生產(chǎn)系統(tǒng)建模v理解活動(dòng)循環(huán)圖法生產(chǎn)系統(tǒng)建模v理解Petri網(wǎng)建模理論與方法v了解面向?qū)ο蟮慕７椒ㄉa(chǎn)系統(tǒng)建模系統(tǒng)建模方法概述v離散事建模中存在的困難離散事件的發(fā)生時(shí)刻是離散的,不 連續(xù)性是它的本質(zhì)特征。離散系統(tǒng)的性能指標(biāo)往往具有一些

2、離散的特征,如零件的加工時(shí)間等。系統(tǒng)中普遍存在著一些隨機(jī)性的因素。復(fù)雜離散系統(tǒng)通常具有分層和遞階特征。存在“狀態(tài)爆炸”性和計(jì)算可行性問(wèn)題。系統(tǒng)建模方法概述 模型反映系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、參數(shù)及其主要行為特征之間的關(guān)系,它是系統(tǒng)設(shè)計(jì)、運(yùn)行和控制的基礎(chǔ)。根據(jù)建模手段和目標(biāo),可以將離散事件動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型分為三個(gè)層次:即邏輯層次、統(tǒng)計(jì)層次和代數(shù)層次。本章介紹前兩個(gè)層次中的幾種體系較完整且得到較多工程應(yīng)用的離散事件系統(tǒng)建模方法。實(shí)體流圖概念 : 實(shí)體流圖法采用與計(jì)算機(jī)程序流程圖相類(lèi)似的圖示符號(hào)和原理，建立表示臨時(shí)實(shí)體產(chǎn)生、在系統(tǒng)中流動(dòng)、接受永久實(shí)體服務(wù)以及消失等過(guò)程的流程圖。該圖可以表示事件、狀態(tài)變化及實(shí)體間相互作用

3、的邏輯關(guān)系。實(shí)體流圖v常用符號(hào)：常用符號(hào)：菱形框判斷;矩形框事件、狀態(tài)、活動(dòng)等中間過(guò)程;圓端矩形框開(kāi)始和結(jié)束；箭頭線(xiàn)邏輯關(guān)系。實(shí)體流圖v 具體建模思路：具體建模思路：(1)確定組成系統(tǒng)的實(shí)體及屬性，將隊(duì)列作為一種特殊的實(shí)體來(lái)考慮。(2)分析各種實(shí)體的狀態(tài)和活動(dòng)，及其相互間的影響。隊(duì)列實(shí)體的狀態(tài)是隊(duì)列的長(zhǎng)度。(3)考慮有哪些事情（事件）導(dǎo)致了活動(dòng)的開(kāi)始或結(jié)束，或者可以作為活動(dòng)開(kāi)始或結(jié)束的標(biāo)志，以確定引起實(shí)體狀態(tài)變化的事件，并合并條件事件。實(shí)體流圖v 具體建模思路具體建模思路: (4)分析各種事件發(fā)生時(shí)，實(shí)體狀態(tài)的變化規(guī)律。 (5)在一定的服務(wù)流程下，分析與隊(duì)列實(shí)體有關(guān)的特殊操作（如換隊(duì)等）。 (

4、6)通過(guò)以上分析，以臨時(shí)實(shí)體的流動(dòng)為主線(xiàn)，用約定的圖示符號(hào)畫(huà)出被仿真系統(tǒng)的實(shí)體流程圖。實(shí)體流圖v 具體建模思路具體建模思路: (7) 給出模型參數(shù)的取值、參變量的計(jì)算方法及屬性描述變量的取值方法。 (8) 給出隊(duì)列的排隊(duì)規(guī)則。由多個(gè)隊(duì)列存在時(shí)，還應(yīng)給出其服務(wù)規(guī)則（包括隊(duì)列的優(yōu)先序、換隊(duì)規(guī)則等）實(shí)體流圖v例3 .1 一個(gè)理發(fā)店只有一個(gè)理發(fā)師，顧客來(lái)后按先來(lái)先理原則接受服務(wù)，只要有顧客理發(fā)師就不停歇。若店里有顧客，新顧客來(lái)后就會(huì)排隊(duì)而不會(huì)離開(kāi)。 建模目的是考察理發(fā)師的忙閑情況。建模目的是考察理發(fā)師的忙閑情況。實(shí)體流圖v例3 .1 (1)辨識(shí)系統(tǒng)實(shí)體 該理發(fā)店是一個(gè)單服務(wù)臺(tái)單隊(duì)列服務(wù)系統(tǒng)。理發(fā)師是永

5、久實(shí)體，顧客是臨時(shí)實(shí)體，顧客隊(duì)列是一類(lèi)特殊實(shí)體。實(shí)體流圖v例3 .1 (2)分析實(shí)體狀態(tài)和活動(dòng) 理發(fā)師有“理發(fā)”和“休息”兩個(gè)活動(dòng)，對(duì)應(yīng)“忙”和“閑”兩種狀態(tài)。 顧客與理發(fā)師協(xié)同完成理發(fā)活動(dòng)或者排隊(duì)等待，有“等待服務(wù)”和“接受服務(wù)”兩種狀態(tài)。 隊(duì)列的狀態(tài)用隊(duì)列的長(zhǎng)度標(biāo)識(shí)。實(shí)體流圖v例3 .1(3)分析實(shí)體狀態(tài)的變化情況v 顧客到達(dá)，若理發(fā)師“忙”，則進(jìn)入“等待 服務(wù)”，否則進(jìn)入“接受服務(wù)”狀態(tài)。v 排隊(duì)中的顧客，在理發(fā)師完成了前一個(gè)服務(wù) 后，進(jìn)入“接受服務(wù)”狀態(tài)，否則保持“等待服 務(wù)”狀態(tài)。v 理發(fā)師完成某一顧客服務(wù)后，若隊(duì)列處于“ 非零”狀態(tài)，則立即開(kāi)始服務(wù)活動(dòng)，否則進(jìn)入“ 閑”狀態(tài)。實(shí)體流

6、圖v例3 .1 (4)分析引起狀態(tài)變化的事件v 顧客到達(dá)或顧客結(jié)束排隊(duì)可導(dǎo)致“服務(wù)”活動(dòng)開(kāi)始，而顧客離開(kāi)或顧客理發(fā)完畢可導(dǎo)致“服務(wù)”活動(dòng)結(jié)束。后兩個(gè)事件為條件事件，且有因果關(guān)系，可 以合并，不單獨(dú)考慮。實(shí)體流圖v例3 .1 (5)分析隊(duì)列實(shí)體的操作v 由于本問(wèn)題中只有一個(gè)隊(duì)列，且顧客不會(huì)因人多而離去，因此隊(duì)列規(guī)則簡(jiǎn)單，沒(méi)有換隊(duì)等特殊的隊(duì)列操作。實(shí)體流圖v例3 .1 (6)畫(huà)出系統(tǒng)實(shí)體流程圖v 通過(guò)前面分析，以顧客的活動(dòng)為主線(xiàn)，畫(huà)出理發(fā)店服務(wù)系統(tǒng)的實(shí)體流圖。可從顧客到達(dá)系統(tǒng)開(kāi)始，按照事件和活動(dòng)交替原則，按順序畫(huà)出實(shí)體在系統(tǒng)中的流動(dòng)過(guò)程。實(shí)體流圖v例3 .1 實(shí)體流圖v例3 .1 (7)確定模型參

7、變量v 需給出的模型屬性變量有:顧客到達(dá)時(shí)間、理發(fā)師為一個(gè)顧客理發(fā)所需的服務(wù)時(shí)間等，它們 的值可以從不同的分布函數(shù)中抽取。實(shí)體流圖v例3. 2售票窗口服務(wù)系統(tǒng) 一名售票員同時(shí)負(fù)責(zé)劇票的窗口銷(xiāo)售和電話(huà)咨詢(xún)工作。購(gòu)票者在窗口排隊(duì)，先到先購(gòu)票，咨詢(xún)者打來(lái)的電話(huà)由系統(tǒng)存貯后按先來(lái)先服務(wù)原則轉(zhuǎn)給售票員予以答復(fù)，電話(huà)服務(wù)比窗口服務(wù)優(yōu)先。但是售票員正售票時(shí)若來(lái)電話(huà)，則必須完成本次售票后才能接聽(tīng)。v 建模目的:研究售票員的忙閑率。實(shí)體流圖v例4. 2售票窗口服務(wù)系統(tǒng) 本系統(tǒng)中售票員為永久實(shí)體永久實(shí)體，有“窗口售票”和“電話(huà)服務(wù)”兩種活動(dòng)，狀態(tài)狀態(tài)包括“空閑” “接電話(huà)”和“售票”三種。電話(huà)咨詢(xún)者和購(gòu)票者為兩類(lèi)

8、臨時(shí)實(shí)體臨時(shí)實(shí)體。本例特點(diǎn)在于同時(shí)存在兩個(gè)隊(duì)列，但兩隊(duì)列中的顧客不可互相換隊(duì)。 試?yán)L出售票窗口服務(wù)系統(tǒng)的實(shí)體流圖模型。實(shí)體流圖v例3. 2售票窗口服務(wù)系統(tǒng)模型屬性變量模型屬性變量:“購(gòu)票者到達(dá)時(shí)間”、話(huà)咨詢(xún)者到達(dá)時(shí)間”、“售票服務(wù)時(shí)間”、電話(huà)服務(wù)時(shí)間”，均為隨機(jī)變量。排隊(duì)規(guī)則排隊(duì)規(guī)則:先到先服務(wù)。服務(wù)規(guī)則服務(wù)規(guī)則:分別排隊(duì)，電話(huà)優(yōu)先。實(shí)體流圖v例4. 2售票窗口服務(wù)系統(tǒng)實(shí)體流圖v例3. 2售票窗口服務(wù)系統(tǒng) 本例中有兩類(lèi)臨時(shí)實(shí)體同時(shí)流動(dòng)，因此可能出現(xiàn)資源沖突。當(dāng)系統(tǒng)中實(shí)體類(lèi)型和數(shù)量較多且存在資源占用沖突現(xiàn)象時(shí)，利用實(shí)體流圖法建模便會(huì)產(chǎn)生困難。 對(duì)資源沖突類(lèi)問(wèn)題的描述，活動(dòng)循環(huán)圖方法有其獨(dú)到之處。

9、實(shí)體流圖v實(shí)體流圖模型的人工運(yùn)行實(shí)體流圖模型的人工運(yùn)行v 建立實(shí)體流圖模型后，選取有代表性的例子將實(shí)體流圖全部手工執(zhí)行一遍，稱(chēng)為人工運(yùn)行。 要求遍歷實(shí)體流圖的所有分支和所有狀態(tài)，檢查模型組成和邏輯關(guān)系是否正確。實(shí)體流圖v實(shí)體流圖模型的人工運(yùn)行實(shí)體流圖模型的人工運(yùn)行v v例例3.1中，假定：中，假定：v(1)系統(tǒng)的初始狀態(tài) 初始時(shí)刻對(duì)應(yīng)為實(shí)際系統(tǒng)開(kāi)門(mén)營(yíng)業(yè)的時(shí)刻。此時(shí)，設(shè)理發(fā)師狀態(tài)為“閑”，隊(duì)列長(zhǎng)度為0。v(2)模型參數(shù)及變量取值 模型變量包括顧客到達(dá)時(shí)間間隔和為顧客理發(fā)的時(shí)間。為討論方便，這里取其樣本值為:實(shí)體流圖v實(shí)體流圖模型的人工運(yùn)行實(shí)體流圖模型的人工運(yùn)行v 例3.1 實(shí)體流圖v實(shí)體流圖模型

10、的人工運(yùn)行實(shí)體流圖模型的人工運(yùn)行v例3.1v規(guī)則1:確定當(dāng)前仿真時(shí)間 仿真開(kāi)始后，仿真時(shí)間逐步向前推移，每一步推進(jìn)到下一最早事件的發(fā)生時(shí)刻，即選取當(dāng)前時(shí)間之后所有顧客到達(dá)時(shí)間和理發(fā)師開(kāi)始為顧客服務(wù)時(shí)間中的最小者。之后轉(zhuǎn)規(guī)則2或規(guī)則3。實(shí)體流圖v實(shí)體流圖模型的人工運(yùn)行實(shí)體流圖模型的人工運(yùn)行v例3.1 v規(guī)則2:顧客到達(dá)事件處理 若TIME時(shí)刻有顧客到達(dá)，可確定下一顧客到達(dá)時(shí)刻。如果此時(shí)理發(fā)師忙，則顧客進(jìn)入隊(duì)列等待，隊(duì)長(zhǎng)加1;否則置理發(fā)師為忙狀態(tài)，顧客開(kāi)始接受理發(fā)服務(wù)。轉(zhuǎn)規(guī)則1。實(shí)體流圖v實(shí)體流圖模型的人工運(yùn)行實(shí)體流圖模型的人工運(yùn)行v例3.1 v規(guī)則3:顧客離去事件處理 若在當(dāng)前TIME時(shí)刻有顧客

11、離去，若此時(shí)隊(duì)長(zhǎng)為0，則置理發(fā)師為閑狀態(tài);否則隊(duì)首的顧客開(kāi)始接受理發(fā)服務(wù)，隊(duì)長(zhǎng)減1。轉(zhuǎn)規(guī)則1實(shí)體流圖v實(shí)體流圖模型的人工運(yùn)行實(shí)體流圖模型的人工運(yùn)行v例3. 3按照前述規(guī)則對(duì)例3. 1給出的理發(fā)店服務(wù)系統(tǒng)模型進(jìn)行人工運(yùn)行。實(shí)體流圖v實(shí)體流圖模型的人工運(yùn)行實(shí)體流圖模型的人工運(yùn)行v例3. 3按照前述規(guī)則對(duì)例3. 1給出的理發(fā)店服務(wù)系統(tǒng)模型進(jìn)行人工運(yùn)行。TIME=47時(shí)模型的人工運(yùn)行結(jié)果時(shí)模型的人工運(yùn)行結(jié)果活動(dòng)循環(huán)圖法 對(duì)于生產(chǎn)系統(tǒng)某些本質(zhì)屬性和行為的描對(duì)于生產(chǎn)系統(tǒng)某些本質(zhì)屬性和行為的描述，目前還難以建立精確的解析模型，因述，目前還難以建立精確的解析模型，因此建立系統(tǒng)的邏輯模型便成為一種重要的此建立系

12、統(tǒng)的邏輯模型便成為一種重要的研究手段。研究手段。 v活動(dòng)循環(huán)圖活動(dòng)循環(huán)圖(Activity Cycle Diagram)法，法，簡(jiǎn)稱(chēng)簡(jiǎn)稱(chēng)ACD法法,是用于表示是用于表示系統(tǒng)內(nèi)各要素系統(tǒng)內(nèi)各要素(實(shí)體實(shí)體)間間邏輯關(guān)系的一種方法。邏輯關(guān)系的一種方法。活動(dòng)循環(huán)圖法v活動(dòng)循環(huán)圖表示 在活動(dòng)循環(huán)圖中，實(shí)體的狀態(tài)被分成了靜止?fàn)顟B(tài)和激活狀態(tài)兩類(lèi)，并分別用不同的符號(hào)來(lái)表示，以圓圈表示實(shí)體的靜止?fàn)顟B(tài)，以矩形表示實(shí)體的活動(dòng)狀態(tài)，以有向弧表示靜止?fàn)顟B(tài)與活動(dòng)狀態(tài)之間的轉(zhuǎn)換。活動(dòng)循環(huán)圖法v建模方法與過(guò)程建模方法與過(guò)程 ACD法建模的具體過(guò)程法建模的具體過(guò)程: (1)辨識(shí)組成系統(tǒng)的實(shí)體及其屬性辨識(shí)組成系統(tǒng)的實(shí)體及其屬性

13、 永久實(shí)體永久實(shí)體 臨時(shí)實(shí)體臨時(shí)實(shí)體 隊(duì)列不作為實(shí)體考慮隊(duì)列不作為實(shí)體考慮活動(dòng)循環(huán)圖法ACD法建模的具體過(guò)程法建模的具體過(guò)程: (2)分析各類(lèi)實(shí)體的活動(dòng)和狀態(tài) 確定實(shí)體狀態(tài)的類(lèi)型(活動(dòng)或靜止),分析實(shí)體狀態(tài)變化的順序關(guān)系。 活動(dòng)循環(huán)圖法ACD法建模的具體過(guò)程法建模的具體過(guò)程:(3)根據(jù)實(shí)體狀態(tài)分別畫(huà)出各實(shí)體的活動(dòng)循環(huán)圖以實(shí)體活動(dòng)過(guò)程為依據(jù)。 遵從以下原則:v交替原則。v閉合原則。 活動(dòng)循環(huán)圖法ACD法建模的具體過(guò)程法建模的具體過(guò)程:(4)將各實(shí)體的活動(dòng)循環(huán)圖連接成系統(tǒng)活動(dòng)循環(huán)圖 (5)增添必要的虛擬實(shí)體(6)標(biāo)明活動(dòng)發(fā)生(實(shí)體進(jìn)入活動(dòng)狀態(tài))的約束條件和占用資源的數(shù)量(7)給出模型參數(shù)的取值、參

14、變量的計(jì)算活動(dòng)循環(huán)圖法 某機(jī)械加工系統(tǒng)有兩個(gè)實(shí)體:一臺(tái)半自動(dòng)機(jī)床和一個(gè)操作工人。工人負(fù)責(zé)安裝工件和從機(jī)床上取下工件。工件安裝完畢后，機(jī)床可自動(dòng)完成工件的加工。加工完畢機(jī)床停止，直到工人安裝一個(gè)新的工件，再開(kāi)始下一個(gè)加工循環(huán)。 試用ACD法建模?；顒?dòng)循環(huán)圖法活動(dòng)循環(huán)圖法活動(dòng)循環(huán)圖法v活動(dòng)循環(huán)圖綜合活動(dòng)循環(huán)圖法v思考某機(jī)械加工系統(tǒng)有兩個(gè)實(shí)體:三臺(tái)半自動(dòng)機(jī)床和一個(gè)操作工人。活動(dòng)循環(huán)圖法v活動(dòng)循環(huán)圖的人工運(yùn)行 首先確定系統(tǒng)初始狀態(tài)。在活動(dòng)循環(huán)圖上標(biāo)記臨時(shí)實(shí)體在初始狀態(tài)下的位置，給每個(gè)實(shí)體按到達(dá)系統(tǒng)的順序標(biāo)號(hào)。 標(biāo)記永久實(shí)體在初始狀態(tài)下的位置。 “等待”或“空閑” 活動(dòng)循環(huán)圖法v活動(dòng)循環(huán)圖的人工運(yùn)行初始

15、狀態(tài)確定后，按如下規(guī)則運(yùn)行模型:規(guī)則規(guī)則1活動(dòng)的發(fā)生與執(zhí)行活動(dòng)的發(fā)生與執(zhí)行 按服務(wù)優(yōu)先級(jí)，依次檢查各臨時(shí)實(shí)體每一項(xiàng)活動(dòng)的前置狀態(tài)(均為靜止?fàn)顟B(tài))和標(biāo)在活動(dòng)對(duì)應(yīng)狀態(tài)上方的發(fā)生條件，判斷活動(dòng)是否可以開(kāi)始，滿(mǎn)足以下兩個(gè)條件的活動(dòng)即可開(kāi)始:活動(dòng)循環(huán)圖法v活動(dòng)的所有前置狀態(tài)中均有實(shí)體停留，各類(lèi)永久實(shí)體的數(shù)量超過(guò)或等于相應(yīng)箭頭線(xiàn)上所標(biāo)明的資源占用量。v 活動(dòng)發(fā)生的約束條件已經(jīng)滿(mǎn)足?；顒?dòng)循環(huán)圖法v規(guī)則規(guī)則2確定當(dāng)前時(shí)間確定當(dāng)前時(shí)間 檢查所用活動(dòng)的終止時(shí)間，從中選擇最小者作為當(dāng)前時(shí)間，然后轉(zhuǎn)規(guī)則3。v規(guī)則規(guī)則3活動(dòng)的完成活動(dòng)的完成 從所有已發(fā)生的活動(dòng)中，檢出終止時(shí)間等于當(dāng)前時(shí)間的臨時(shí)實(shí)體，刪掉其標(biāo)在活動(dòng)框外的

16、終止時(shí)間。之后將相應(yīng)的臨時(shí)實(shí)體標(biāo)記移至后續(xù)靜止?fàn)顟B(tài)中。 最后，將參與活動(dòng)的各永久實(shí)體的后續(xù)靜止?fàn)顟B(tài)分別作上標(biāo)記，轉(zhuǎn)規(guī)則1?；顒?dòng)循環(huán)圖法v仿真運(yùn)行仿真運(yùn)行活動(dòng)循環(huán)圖法v仿真運(yùn)行仿真運(yùn)行活動(dòng)循環(huán)圖法v仿真運(yùn)行仿真運(yùn)行活動(dòng)循環(huán)圖法v例3. 2機(jī)床加工系統(tǒng)模型的人工運(yùn)行活動(dòng)循環(huán)圖法vACD法具有直觀(guān)、形象的優(yōu)點(diǎn)，但該方法也存在明顯缺點(diǎn): (1)當(dāng)系統(tǒng)實(shí)體數(shù)量眾多時(shí)，活動(dòng)循環(huán)圖將非常復(fù)雜; (2)該方法只能描述系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特征，無(wú)法進(jìn)行瞬態(tài)研究; (3)該方法缺乏定量的分析工具。 上述缺點(diǎn)限制了ACD法的推廣。 活動(dòng)循環(huán)圖法v活動(dòng)循環(huán)圖法與實(shí)體流圖法的比較 實(shí)體流圖法是以臨時(shí)實(shí)體在系統(tǒng)中的流動(dòng)過(guò)程為主線(xiàn)建

17、立的模型，在實(shí)體流圖中，隊(duì)列被作為一類(lèi)特殊的實(shí)體來(lái)對(duì)待，各類(lèi)臨時(shí)和永久實(shí)體沒(méi)有獨(dú)立的符號(hào)表示;而活動(dòng)循環(huán)圖法則是基于各類(lèi)臨時(shí)和永久實(shí)體的行為模式，它們均有其單獨(dú)的圖示表達(dá)，隊(duì)列則被看做是實(shí)體生命周期中的一種狀態(tài)。 活動(dòng)循環(huán)圖法v實(shí)體流圖是一種樹(shù)形流程圖，而活動(dòng)循環(huán)圖則是由多個(gè)環(huán)套在一起組成的一種環(huán)形的循環(huán)圖。v 在實(shí)體流圖中，事件是其重要的組成部分;而在活動(dòng)循環(huán)圖中，事件則是隱含在活動(dòng)之中的。v在實(shí)體流圖中，狀態(tài)判斷框有著十分重要的作用;而在活動(dòng)循環(huán)圖中，則是將需要判斷的狀態(tài)用“空閑”或“等待”等靜止?fàn)顟B(tài)來(lái)表示，對(duì)實(shí)體是否處于該狀態(tài)的判斷則隱含在模型運(yùn)行的規(guī)則中。活動(dòng)循環(huán)圖法v從人工運(yùn)行規(guī)則來(lái)

18、看，實(shí)體流圖的運(yùn)行規(guī)則中只有一條是通用的(體現(xiàn)了事件驅(qū)動(dòng)的仿真策略)，其他各條規(guī)則均是從具體的實(shí)體流圖中抽取，普適性較差;而活動(dòng)循環(huán)圖中則存在著與每個(gè)具體的活動(dòng)循環(huán)圖無(wú)關(guān)的、普適性很強(qiáng)的運(yùn)行規(guī)則。v 實(shí)體流圖可以對(duì)隊(duì)列的排隊(duì)規(guī)則和服務(wù)規(guī)則進(jìn)行比較詳細(xì)的描述;與實(shí)體流圖相比較來(lái)說(shuō)，活動(dòng)循環(huán)圖更易于用面向?qū)ο蟮募夹g(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，軟件上也更易于實(shí)現(xiàn)仿真程序的自動(dòng)生成，而且可以更為方便、直觀(guān)地對(duì)沖突和并發(fā)等現(xiàn)象進(jìn)行表示。如果不考慮模型的運(yùn)行問(wèn)題，實(shí)體流圖法具有比活動(dòng)循環(huán)圖法更為廣泛的適用范圍。面向?qū)ο蟮慕７椒ㄅc統(tǒng)一建模語(yǔ)言面向?qū)ο蟮慕７椒ㄅc統(tǒng)一建模語(yǔ)言v面向?qū)ο蟮母拍?按照面向?qū)ο蟮挠^(guān)點(diǎn)，客觀(guān)世界是由許

19、多各種各樣的對(duì)象所組成的，每個(gè)對(duì)象都有它們自己的內(nèi)部狀態(tài)與運(yùn)動(dòng)規(guī)律，不同的對(duì)象之間通過(guò)相互作用和聯(lián)系構(gòu)成了各種不同類(lèi)型的系統(tǒng)。 面向?qū)ο蟮慕７椒ㄅc統(tǒng)一建模語(yǔ)言面向?qū)ο蟮慕７椒ㄅc統(tǒng)一建模語(yǔ)言v面向?qū)ο蟮母拍?(1)對(duì)象(Object) 表示為屬性、活動(dòng)和關(guān)聯(lián)關(guān)系三個(gè)主要的方面 (2)面向?qū)ο?Object- oriented ) 認(rèn)識(shí)客觀(guān)世界的世界觀(guān) 、模擬客觀(guān)世界的一種 方法 (3)消息(Message ) 描述對(duì)象間相互作用的一種方式 面向?qū)ο蟮慕７椒ㄅc統(tǒng)一建模語(yǔ)言面向?qū)ο蟮慕７椒ㄅc統(tǒng)一建模語(yǔ)言v面向?qū)ο蟮母拍?(4)類(lèi)(Class) 對(duì)一組具有相同數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和操作的對(duì)象進(jìn) 行描述 (

20、5)繼承(Inheritance ) 自動(dòng)共享類(lèi)中數(shù)據(jù)和方法的一種機(jī)制 (6)多態(tài)性(Polymorphism ) 同樣的消息為不同的對(duì)象所接收時(shí)，也有 可能會(huì)導(dǎo)致完全不同的操作 面向?qū)ο蟮慕７椒ㄅc統(tǒng)一建模語(yǔ)言面向?qū)ο蟮慕７椒ㄅc統(tǒng)一建模語(yǔ)言v面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì) v面向?qū)ο蠓治?將面向?qū)ο蟮乃枷霊?yīng)用于系統(tǒng)分析中，即形成了面向?qū)ο蠓治?Object- oriented Analysis, OOA)方法 面向?qū)ο蠓治龅幕窘Y(jié)構(gòu)面向?qū)ο蠓治龅幕窘Y(jié)構(gòu) 面向?qū)ο蟮慕７椒ㄅc統(tǒng)一建模語(yǔ)言面向?qū)ο蟮慕７椒ㄅc統(tǒng)一建模語(yǔ)言v面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)v面向?qū)ο蠓治龅囊话銉?nèi)容和步驟如下: (1)識(shí)別對(duì)象辨別所研究的

21、實(shí)際系統(tǒng)中包含的客觀(guān)對(duì)象(2)識(shí)別結(jié)構(gòu)對(duì)象間的組織方式 (3)識(shí)別主題系統(tǒng)分析結(jié)果的概貌 面向?qū)ο蟮慕７椒ㄅc統(tǒng)一建模語(yǔ)言面向?qū)ο蟮慕７椒ㄅc統(tǒng)一建模語(yǔ)言v面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì) v面向?qū)ο蠓治龅囊话銉?nèi)容和步驟如下:(4)定義屬性描述對(duì)象狀態(tài)信息的數(shù)據(jù)元素 (5)定義方法 定義每一種對(duì)象和分類(lèi)結(jié)構(gòu)應(yīng)有的行為 定義各實(shí)例之間的消息關(guān)聯(lián) 面向?qū)ο蟮慕７椒ㄅc統(tǒng)一建模語(yǔ)言面向?qū)ο蟮慕７椒ㄅc統(tǒng)一建模語(yǔ)言v面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì)v面向?qū)ο笤O(shè)計(jì) 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程就是將所要求解的問(wèn)題分求解的問(wèn)題分解解為一些對(duì)象及對(duì)象間傳遞消息的過(guò)程對(duì)象及對(duì)象間傳遞消息的過(guò)程。 面向?qū)ο蟮慕７椒ㄅc統(tǒng)一建模語(yǔ)言面向?qū)ο蟮慕７椒ㄅc統(tǒng)

22、一建模語(yǔ)言v面向?qū)ο蠓治雠c設(shè)計(jì) 面向?qū)ο蠓治鲋饕菍?duì)問(wèn)題域和系統(tǒng)任務(wù)面向?qū)ο蠓治鲋饕菍?duì)問(wèn)題域和系統(tǒng)任務(wù)進(jìn)行描述，通過(guò)分析得到對(duì)象及其相互間進(jìn)行描述，通過(guò)分析得到對(duì)象及其相互間的關(guān)系的關(guān)系; 面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)則主要是增加系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)所必面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)則主要是增加系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)所必需的各種組成成分需的各種組成成分,解決的是這些對(duì)象及其解決的是這些對(duì)象及其相互關(guān)系的實(shí)現(xiàn)問(wèn)題。相互關(guān)系的實(shí)現(xiàn)問(wèn)題。 面向?qū)ο蟮慕７椒ㄅc統(tǒng)一建模語(yǔ)言面向?qū)ο蟮慕７椒ㄅc統(tǒng)一建模語(yǔ)言v對(duì)象建模技術(shù) 對(duì)象建模技術(shù)(Object Modeling Technology, OMT)是由蘭博(J.Rumbaugh)等人提出的。 主要應(yīng)用于對(duì)問(wèn)題

23、需求進(jìn)行分析、問(wèn)題求解方法的設(shè)計(jì)及其程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言或數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)現(xiàn) 面向?qū)ο蟮慕７椒ㄅc統(tǒng)一建模語(yǔ)言面向?qū)ο蟮慕７椒ㄅc統(tǒng)一建模語(yǔ)言v對(duì)象建模技術(shù) OMT方法從對(duì)象模型、動(dòng)態(tài)模型和功能模型三個(gè)既不相同但又相互關(guān)聯(lián)的角度來(lái)進(jìn)建模 Petri網(wǎng)建模理論與方法網(wǎng)建模理論與方法 v1962年（聯(lián)邦）德國(guó) Carl Adam Petri 博士在他的博士論文“Communication with automate”中首次提出了一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的信息流模型，后來(lái)被稱(chēng)為 Petri 網(wǎng)。 vPetri網(wǎng)是一種用于描述事件和條件關(guān)系的網(wǎng)絡(luò)模型。 v經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，目前Petri網(wǎng)建模方法已經(jīng)在生產(chǎn)系統(tǒng)和決策系統(tǒng)等眾多領(lǐng)

24、域得到了廣泛的應(yīng)用。 Petri網(wǎng)建模理論與方法網(wǎng)建模理論與方法vPetri網(wǎng)主要優(yōu)點(diǎn)：網(wǎng)主要優(yōu)點(diǎn)：采用網(wǎng)絡(luò)圖的形式模擬離散事件系統(tǒng)，形式簡(jiǎn)潔、直觀(guān)，特別適合于描述系統(tǒng)組織、結(jié)構(gòu)和狀態(tài)的變化；可以在不同概念級(jí)別上表明系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)；能有效模擬異步并發(fā)系統(tǒng)，直接分析模型實(shí)體中是否具有諸如死鎖，狀態(tài)空間無(wú)限等異常特征。Petri網(wǎng)建模理論與方法網(wǎng)建模理論與方法vPetri網(wǎng)基本概念 例：用螺釘將3個(gè)零件1，1個(gè)零件2和2個(gè)零件3連接在一起，得到零件4。 Petri網(wǎng)建模理論與方法網(wǎng)建模理論與方法v定義 一個(gè)三元組N=(P,T,F),其中P=P1，P2，Pn為庫(kù)所集合，n為庫(kù)所的數(shù)量；T=T1，T

25、2，Tm為變遷集，m為變遷數(shù)量。 必要條件：v Petri 網(wǎng)的非空性：PT,表示網(wǎng)中至少有一個(gè)元素。v Petri 網(wǎng)的二元性：PT=，表示庫(kù)所和變遷是兩類(lèi)不同的元素。Petri網(wǎng)建模理論與方法網(wǎng)建模理論與方法vPetri網(wǎng)中不能有孤立的元素: F (PxT) (TxP) dom(F)cod(F)=P T F是由一個(gè)P元素和一個(gè)T元素組成的有序偶的集合(稱(chēng)為流關(guān)系) dom ( F)和cod ( F)分別為F中有序偶的第一個(gè)元素和第二個(gè)元素組成的集合 Petri網(wǎng)建模理論與方法網(wǎng)建模理論與方法vPetri網(wǎng)的圖形化表示方法網(wǎng)的圖形化表示方法 通常采用圓圈“O”和 短豎線(xiàn)“|”來(lái)分別表 示庫(kù)存

26、和變遷。 庫(kù)所和變遷這兩類(lèi) 節(jié)點(diǎn)通過(guò)有向弧連接 Petri網(wǎng)建模理論與方法網(wǎng)建模理論與方法v庫(kù)所(place)可以用來(lái)表示條件、資源和緩沖站。v變遷(Transition)可以用來(lái)表示事件、任務(wù)和作業(yè)Petri網(wǎng)建模理論與方法網(wǎng)建模理論與方法v在Petri網(wǎng)中，以權(quán)函數(shù)（Weight Factor)來(lái)表示每個(gè)變遷發(fā)生一次所引起的相關(guān)資源數(shù)量的變化，它也稱(chēng)為權(quán)重W。未加標(biāo)注的弧權(quán)值默認(rèn)為1 。v在Petri網(wǎng)中，用K(p)表示庫(kù)所P的容量 ，標(biāo)注的庫(kù)所容量默認(rèn)為無(wú)窮大 。v將庫(kù)所中擁有的資源(令牌)數(shù)量及其分布稱(chēng)為( Marking)，通常記為M，在有向圖中用庫(kù)所中的黑點(diǎn)來(lái)表示 ,有M(P)K(

27、P) Petri網(wǎng)建模理論與方法網(wǎng)建模理論與方法v對(duì)圖2-1中給出的簡(jiǎn)單加工系統(tǒng)，可以建立其相應(yīng)的Petri網(wǎng)模型 Petri網(wǎng)建模理論與方法網(wǎng)建模理論與方法v某工業(yè)生產(chǎn)線(xiàn)包含兩項(xiàng)操作，分別用變遷t1和變遷t2來(lái)表示。變遷t1將傳入生產(chǎn)線(xiàn)的半成品s1用兩個(gè)螺釘s2固定在一起，成為半成品s3;變遷t2再將s3、部件s4、部件s5用3個(gè)螺釘s2固定在一起，得到產(chǎn)品s6。完成操作t1和t2時(shí)都需要用到工具s7 。假定由于存放空間的限制，部件s1和s5最多不能超過(guò)100件，停放在生產(chǎn)線(xiàn)上的半成品s3最多不能超過(guò)5件，螺釘s2存放最多不超過(guò)1000件。建立該生產(chǎn)線(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的Petri網(wǎng)模型。 Petri網(wǎng)建模理論與方法網(wǎng)建模理論與方法Petri網(wǎng)建模方法的主要特點(diǎn)有以下幾個(gè):v 采用圖形建模方法，可以清晰地描述系統(tǒng)內(nèi)部的相互作用，如并發(fā)、沖突和因果依賴(lài)等關(guān)系。模型直觀(guān)、易于理解。v 與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)關(guān)系密切，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部的數(shù)據(jù)流和物流都可以很好地進(jìn)行表述，容易在控制模型的基礎(chǔ)上直接實(shí)