建模與仿真教學(xué)大綱

《建模與仿真》教學(xué)大綱課程名稱(chēng)：建模與仿真課程代碼：INDE2038課程性質(zhì)：專(zhuān)業(yè)選修課程學(xué)分/學(xué)時(shí)：2學(xué)分/36學(xué)時(shí)開(kāi)課學(xué)期：第七學(xué)期適用專(zhuān)業(yè)：工業(yè)工程先修課程：概率統(tǒng)計(jì)、C語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)后續(xù)課程：畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)課單位：機(jī)電工程學(xué)院課程負(fù)責(zé)人：楊宏兵大綱執(zhí)筆人：楊宏兵大綱審核人：王傳洋一、課程性質(zhì)和教學(xué)目標(biāo)《建模與仿真》是面向工程實(shí)際的應(yīng)用型課程，是工業(yè)工程系的專(zhuān)業(yè)課程之一。學(xué)生通過(guò)本課程的學(xué)習(xí)能夠初步運(yùn)用仿真技術(shù)來(lái)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)中的關(guān)鍵問(wèn)題，并通過(guò)改進(jìn)措施的實(shí)現(xiàn)，提高生產(chǎn)能力和生產(chǎn)效率。本課程的教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力和工程意識(shí)。課程以制造型生產(chǎn)企業(yè)為核心，通過(guò)理論教學(xué)和實(shí)踐環(huán)節(jié)相結(jié)合，闡述了離散事件系統(tǒng)建模與仿真技術(shù)在生產(chǎn)企業(yè)分析中的基本原理和方法。其內(nèi)容涉及計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在生產(chǎn)系統(tǒng)分析中的作用和原理、仿真軟件的介紹，重點(diǎn)介紹排隊(duì)系統(tǒng)、庫(kù)存系統(tǒng)、加工系統(tǒng)以及輸入、輸出數(shù)據(jù)分析。本課程的目的是要求學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)、課堂教育和上機(jī)訓(xùn)練，能了解如何運(yùn)用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)模擬生產(chǎn)系統(tǒng)的布置和調(diào)度管理；并熟悉和掌握計(jì)算機(jī)仿真軟件的基本操作和能夠?qū)崿F(xiàn)的功能；使學(xué)生了解計(jì)算機(jī)仿真的基本步驟。二、課程教學(xué)方法1、啟發(fā)式課堂討論針對(duì)關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)、典型題和難題，通過(guò)教師提問(wèn)，鼓勵(lì)學(xué)生回答問(wèn)題或請(qǐng)到講臺(tái)前做題，并請(qǐng)其他學(xué)生評(píng)判或提出不同的答案或不同的解決方法。目的是加強(qiáng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力和判斷能力，培養(yǎng)主動(dòng)思考的習(xí)慣，啟發(fā)學(xué)生的探索精神。2、重視在教學(xué)中加強(qiáng)知識(shí)演進(jìn)的邏輯規(guī)律的講解提高學(xué)生的邏輯思維能力，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。3、加強(qiáng)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、分析將Flexsim仿真軟件引入教學(xué)中。應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、分析，能方便的改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)，認(rèn)識(shí)復(fù)雜系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)。三、課程教學(xué)內(nèi)容及學(xué)時(shí)分配第一章概論（2課時(shí)）教學(xué)目的：了解系統(tǒng)仿真技術(shù)的發(fā)展歷史；掌握系統(tǒng)仿真技術(shù)的特點(diǎn)；理解系統(tǒng)仿真的應(yīng)用；掌握系統(tǒng)仿真的優(yōu)勢(shì)與局限性；熟悉系統(tǒng)仿真的相關(guān)技術(shù)；了解系統(tǒng)仿真的研究熱點(diǎn)和發(fā)展方向；教學(xué)重點(diǎn)：系統(tǒng)仿真的應(yīng)用；系統(tǒng)仿真的優(yōu)勢(shì)與局限性；系統(tǒng)仿真的相關(guān)技術(shù)；教學(xué)難點(diǎn)：系統(tǒng)仿真的應(yīng)用；第二章系統(tǒng)仿真基本知識(shí)（6課時(shí)）教學(xué)目的：了解生產(chǎn)系統(tǒng)的基本特征；理解掌握系統(tǒng)、系統(tǒng)模型、系統(tǒng)仿真等建模與仿真相關(guān)的基本概念；了解系統(tǒng)仿真的類(lèi)型；理解離散系統(tǒng)與連續(xù)系統(tǒng)的區(qū)別；熟悉生產(chǎn)系統(tǒng)建模的方法與仿真研究的步驟；深入理解排隊(duì)論的基本概念，熟悉排隊(duì)系統(tǒng)的組成與排隊(duì)模型的分類(lèi)，掌握到達(dá)模式與服務(wù)機(jī)構(gòu)刻畫(huà)的參數(shù)，熟悉排隊(duì)規(guī)則與隊(duì)列的度量；熟悉幾種常用的到達(dá)時(shí)間間隔和服務(wù)實(shí)踐的理論分布（定長(zhǎng)分布、泊松分布、埃爾朗分布、正態(tài)分布等）；掌握M/M/1排隊(duì)系統(tǒng)與M/M/C排隊(duì)系統(tǒng)的分析；掌握庫(kù)存系統(tǒng)模型；熟悉庫(kù)存系統(tǒng)；掌握庫(kù)存系統(tǒng)模型；熟悉庫(kù)存系統(tǒng)仿真及仿真結(jié)果分析；教學(xué)重點(diǎn)：系統(tǒng)、系統(tǒng)模型、系統(tǒng)仿真等建模與仿真相關(guān)的基本概念；離散系統(tǒng)與連續(xù)系統(tǒng)的區(qū)別；生產(chǎn)系統(tǒng)建模的方法與仿真研究的步驟；排隊(duì)論的基本概念，排隊(duì)系統(tǒng)的組成與排隊(duì)模型的分類(lèi)；幾種常用的到達(dá)時(shí)間間隔和服務(wù)實(shí)踐的理論分布（定長(zhǎng)分布、泊松分布、埃爾朗分布、正態(tài)分布等）；M/M/1排隊(duì)系統(tǒng)與M/M/C排隊(duì)系統(tǒng)的分析；庫(kù)存系統(tǒng)仿真方法；教學(xué)難點(diǎn)：系統(tǒng)、系統(tǒng)模型、系統(tǒng)仿真等建模與仿真相關(guān)的基本概念；離散系統(tǒng)與連續(xù)系統(tǒng)的區(qū)別；排隊(duì)論的基本概念；M/M/1排隊(duì)系統(tǒng)與M/M/C排隊(duì)系統(tǒng)的分析；庫(kù)存系統(tǒng)仿真；第三章隨機(jī)數(shù)與隨機(jī)變量（3課時(shí)）教學(xué)目的：理解掌握隨機(jī)變量（離散、連續(xù)），以及連續(xù)隨機(jī)變量的密度函數(shù)的概3、發(fā)生器產(chǎn)生2種類(lèi)型的臨時(shí)實(shí)體，服從整數(shù)均勻分布duniform，類(lèi)型值分別為1、2，顏色分別為紅色和綠色；每種類(lèi)型的臨時(shí)實(shí)體又分為兩種不同的規(guī)格，也服從整數(shù)均勻分布duniform，規(guī)格值分別為1、2，產(chǎn)生的臨時(shí)實(shí)體進(jìn)入暫存區(qū)1；操作員1將紅色的臨時(shí)實(shí)體1搬運(yùn)到傳送帶1上，將綠色的臨時(shí)實(shí)體2搬運(yùn)到傳送帶2上；操作員2將規(guī)格值為1的臨時(shí)實(shí)體1搬運(yùn)到暫存區(qū)2上，將規(guī)格值為2的臨時(shí)實(shí)體1搬運(yùn)到暫存區(qū)3上；操作員3將規(guī)格值為1的臨時(shí)實(shí)體2搬運(yùn)到暫存區(qū)4上，將規(guī)格值為2的臨時(shí)實(shí)體2搬運(yùn)到暫存區(qū)5上；同時(shí)，通過(guò)可視化工具1和2實(shí)時(shí)顯示每一個(gè)通過(guò)傳送帶的臨時(shí)實(shí)體的規(guī)格值。4、發(fā)生器的到達(dá)方式采用到達(dá)序列；一次性產(chǎn)生10個(gè)臨時(shí)實(shí)體，類(lèi)型值為1，顏色為白色，進(jìn)入暫存區(qū)1；接著進(jìn)入處理器進(jìn)行加工，加工時(shí)間為10，之后進(jìn)入暫存區(qū)2；處理器加工結(jié)束后等待時(shí)間為10，而后繼續(xù)加工。5、發(fā)生器產(chǎn)生臨時(shí)實(shí)體，到達(dá)時(shí)間間隔服從指數(shù)分布，到達(dá)平均時(shí)間間隔為5，進(jìn)入暫存區(qū)；操作員沿著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)NN1和NN2，將臨時(shí)實(shí)體搬運(yùn)到傳送帶上；而后沿著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)NN3和NN4返回暫存區(qū)，繼續(xù)搬運(yùn)臨時(shí)實(shí)體；傳送帶上的臨時(shí)實(shí)體進(jìn)入吸收器被消除掉。6、發(fā)生器產(chǎn)生三種臨時(shí)實(shí)體，服從整數(shù)均勻分布，類(lèi)型值分別為1、2、3，顏色分別為紅色、綠色和藍(lán)色，進(jìn)入暫存區(qū)1；接著進(jìn)入分揀傳送帶自動(dòng)分揀，分揀傳送帶分為兩段，每段長(zhǎng)度為10；藍(lán)色臨時(shí)實(shí)體3從分揀傳送帶的出口點(diǎn)5處被分揀進(jìn)入傳送帶1，而后進(jìn)入暫存區(qū)2；綠色臨時(shí)實(shí)體2從分揀傳送帶的出口點(diǎn)10處被分揀進(jìn)入傳送帶2，而后進(jìn)入暫存區(qū)3；紅色臨時(shí)實(shí)體1從分揀傳送帶的出口點(diǎn)20處被分揀直接進(jìn)入暫存區(qū)4。7、發(fā)生器產(chǎn)生兩種臨時(shí)實(shí)體，服從整數(shù)均勻分布，類(lèi)型值分別為1、2，顏色分別為綠色和藍(lán)色；操作員1將綠色的臨時(shí)實(shí)體1搬運(yùn)到處理器1上，加工時(shí)間為10，而后進(jìn)入暫存區(qū)1，處理器1加工結(jié)束后等待時(shí)間為10，而后繼續(xù)加工；操作員1將藍(lán)色的臨時(shí)實(shí)體2搬運(yùn)到處理器2上，加工時(shí)間為5，而后進(jìn)入暫存區(qū)1，處理器2加工結(jié)束后等待時(shí)間為5，而后繼續(xù)加工。操作員2負(fù)責(zé)將加工后的臨時(shí)實(shí)體搬運(yùn)至?xí)捍鎱^(qū)2，操作員2總是沿著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)NN1、NN2，將臨時(shí)實(shí)體搬運(yùn)到暫存區(qū)2上；而后沿著網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)NN3、NN1返回至?xí)捍鎱^(qū)1，繼續(xù)搬運(yùn)臨時(shí)實(shí)體。8、發(fā)生器產(chǎn)生四種臨時(shí)實(shí)體，服從整數(shù)均勻分布，類(lèi)型值分別為1、2、3、4，顏色分別為綠色、藍(lán)色、白色、黃色，進(jìn)入暫存區(qū)1；然后隨機(jī)進(jìn)入處理器進(jìn)行加工，可以使用的處理器有四個(gè)，不同類(lèi)型的臨時(shí)實(shí)體在處理器上的加工時(shí)間不同，詳情如下表：加工結(jié)束后，進(jìn)入暫存區(qū)2存放。同時(shí)，在各個(gè)處理器附近用可視化工具顯示該處理器的實(shí)時(shí)加工時(shí)間。加工時(shí)間處理器1處理器2處理器3處理器4產(chǎn)品14625產(chǎn)品25335產(chǎn)品32422產(chǎn)品446369、發(fā)生器產(chǎn)生四種臨時(shí)實(shí)體，服從整數(shù)均勻分布，類(lèi)型值分別為1、2、3、4，顏色分別為紅色、藍(lán)色、黑色、黃色，進(jìn)入暫存區(qū)；四種臨時(shí)實(shí)體最后將被分別放置到四個(gè)貨架相應(yīng)的位置上，每個(gè)貨架都分為10列、6層；每個(gè)臨時(shí)實(shí)體被放置到貨架上的位置是隨機(jī)的，每個(gè)臨時(shí)實(shí)體被放置到貨架上的列數(shù)和層數(shù)都服從整數(shù)均勻分布；紅色和藍(lán)色臨時(shí)實(shí)體進(jìn)入分揀傳送帶1自動(dòng)分揀，分揀傳送帶1長(zhǎng)度為10，接著藍(lán)色臨時(shí)實(shí)體從分揀傳送帶1的出口點(diǎn)2處被分揀至傳送帶1上，然后堆垛機(jī)1將傳送帶1上的臨時(shí)實(shí)體放置到貨架2相應(yīng)的位置上；紅色臨時(shí)實(shí)體從分揀傳送帶1的出口點(diǎn)5處被分揀至傳送帶2上，然后堆垛機(jī)1將傳送帶2上的臨時(shí)實(shí)體放置到貨架1相應(yīng)的位置上；黑色和黃色臨時(shí)實(shí)體進(jìn)入分揀傳送帶2自動(dòng)分揀，分揀傳送帶2長(zhǎng)度為10，接著黃色臨時(shí)實(shí)體從分揀傳送帶2的出口點(diǎn)2處被分揀至傳送帶3上，然后堆垛機(jī)2將傳送帶3上的臨時(shí)實(shí)體放置到貨架3相應(yīng)的位置上；黑色臨時(shí)實(shí)體從分揀傳送帶2的出口點(diǎn)6處被分揀至傳送帶4上，然后堆垛機(jī)2將傳送帶4上的臨時(shí)實(shí)體放置到貨架4相應(yīng)的位置上；10、有三個(gè)貨架，分別為貨架1、貨架2和貨架3，每個(gè)貨架的列數(shù)和層數(shù)都為10，貨架1存放紅色的產(chǎn)品1，貨架2存放綠色的產(chǎn)品2，貨架3存放藍(lán)色的產(chǎn)品3，初始狀態(tài)下，每個(gè)貨架中的產(chǎn)品數(shù)量都為100；運(yùn)輸機(jī)1、2和3在分配器的統(tǒng)一控制下，按照客戶訂單的要求，從客戶1的訂單開(kāi)始，將客戶需要的產(chǎn)品從相應(yīng)的貨架上取下后，放在相應(yīng)的托盤(pán)上打包后，進(jìn)入分揀傳送帶自動(dòng)分揀，每個(gè)客戶使用托盤(pán)顏色不同，客戶1到5使用的托盤(pán)顏色分別為紅色、綠色、藍(lán)色、白色、黃色。客戶訂單詳情如下表：訂單需求客戶1客戶2客戶3客戶4客戶5產(chǎn)品135212產(chǎn)品242635產(chǎn)品324378打包后，客戶1的產(chǎn)品從分揀傳送帶自動(dòng)分揀進(jìn)入傳送帶5，然后進(jìn)入暫存區(qū)5；客戶2的產(chǎn)品從分揀傳送帶自動(dòng)分揀進(jìn)入傳送帶4，然后進(jìn)入暫存區(qū)4；客戶3的產(chǎn)品從分揀傳送帶自動(dòng)分揀進(jìn)入傳送帶3，然后進(jìn)入暫存區(qū)3；客戶4的產(chǎn)品從分揀傳送帶自動(dòng)分揀進(jìn)入傳送帶2，然后進(jìn)入暫存區(qū)2；客戶5的產(chǎn)品從分揀傳送帶自動(dòng)分揀進(jìn)入傳送帶1，然后進(jìn)入暫存區(qū)1。四、考核及成績(jī)?cè)u(píng)定方式采用考試形式進(jìn)行考核，最終成績(jī)?yōu)槠綍r(shí)成績(jī)×50%+期末考試成績(jī)×50%。其中，平時(shí)成績(jī)包括考勤成績(jī)、作業(yè)成績(jī)、上機(jī)成