学习笔记来源：http://tup.tsinghua.edu.cn/upload/books/yz/086457-01.pdf
 

一、系统

        系统按照事物发展的连续性又可分为连续系统和离散系统。连续系统是指状态变量随 时间连续变化的系统,如图1-1所示;离散系统则是指状态变量只是在某个离散的时间点集合上发生变化的系统,如图1-2所示。

        只要是系统,都存在实体、属性和活动这三个要素。 (1)实体是指组成系统的具体对象。系统中的实体既具有一定的相对独立性,又互相 联系构成一个整体。例如,在商品销售系统中的实体有经理、商品、部门、货币和仓库等。 (2)属性是指实体所具有的每一项有效特性。例如,商品的属性有生产日期、销售日 期、进货价格和售价等。 (3)活动是指随着时间的推移,在系统内部由于各种原因而发生变化的过程。例如,零 售商品价格的增长等。 研究系统需要明确系统的组成要素、结构、功能或者目的性,包括系统分析、综合和预测 等方面,需要描述清楚所研究系统的实体、属性、活动及其环境。因为系统的概念不仅与实 体有关,而且与研究者的目的有关,只有对实体、属性、活动、环境明确描述之后,系统才是确 定的。

二、模型

（一）模型介绍

        模型定义为“用于研究目的的系统表示”,是对现实世界的事物、过程、现象或系统的简 化描述,或其部分属性的模仿,是对现实世界的一种抽象。从定义上看,模型既然是系统的 简化,就需要被要求得足够详细,才能得出对真实系统有效的结论。模型具有三个特征,分 别是:①描述了现实世界中实际系统的某些主要特点或属性;②表明了有关因素间的相互 联系;③由与分析问题有关的因素构成。 模型的意义在于可通过视觉了解实物的形象。随着科学技术的进步,人们将研究对象 看成一个系统,从整体的行为上对它进行研究。

     按照表现形式,模型可以分为物理模型、数学模型、结构模型和仿真模型。物理模型也 称实体模型,又可分为实物模型和类比模型。实物模型是指已有的零件实物或样件,依靠物 质的基本形态所做的模仿。制造企业通常借鉴已有产品的实物对象对其进行创造性修改, 以获得更为先进或更能满足特定需求的产品新设计。实物模型按照其来源不同分为自然模 型和人造模型两类。自然模型是指人从自然界已有的事物中选择出来代替原型作为实验对 象的事物。人造模型是指人工制造出来代替原型进行实验的某种装置。类比模型是指在不 同的物理学(力学、热学、电学、流体力学等)领域的系统中各自的变量有时服从相同的规律, 根据这个共同规律能够制造出物理意义完全不同的类推和比拟的模型。数学模型是用数学 语言描述的一类模型,它描述的是系统的特征和行为,而不是系统的实际结构。

（二）开发模型的目的

        开发模型的目的是对原物进行假设、探究、定义、预测、理解、设计,或与原物的一部分进 行信息交流。为了有效地实现和描述一个系统需要进行试验,通常的试验方法可以分为两 类:一类是对真实系统直接进行操作;另一类是通过模型模拟真实系统,对模型进行试验 来代替或部分代替复杂真实的系统。随着科技的发展,需要描述的系统越来越复杂,人们更 倾向于使用第二类方法来实现真实系统,其主要原因在于:

        (1)对于一些复杂构造的系统,若在真实的基础上进行试验,可能会破坏系统、引发 故障;

        (2)当前的系统处于设计阶段,真实的系统有待建立,要想更加精确了解未来系统的性 能,只能通过试验来了解模型。

        (3)进行一次试验费用昂贵或试验时间太长;

         (4)有些系统的建立并不能一次性完成,而是需要进行多次试验,因为无法保证每次试 验的条件均相同,从而无法判断试验的好坏;

        (5)试验后,系统难以恢复原状。

        综上,用模型代替试验具有多方面优势,是进行工程试验和科学研究不可缺少的手段, 人们越来越倾向于用模型来进行试验。

三、仿真

（一）从系统、模型和仿真理解仿真

        系统、模型和仿真三者之间有密切关系。系统是研究的对象,模型是系统特性的描述, 仿真通过对建立的模型进行试验以达到研究系统的目的。

        计算机仿真就是通过用相应的概率分布随机产生发生在该系统中的各类 事件(如排队系统中的到达与服务完成事件)模仿该系统的运作。然而,与其说计算机真实 地模仿了一个现实系统,还不如说计算机只是记录了仿真事件的发生以及被仿真系统记录 的相应表现。生产系统的仿真就是用计算机构建出现实系统的计算机模型,由计算机按照 模型设定的概率分布有规律地随机产生发生在现实生产系统中的各种事件来模仿系统运 作,并由计算机自动记录整个仿真过程中所产生的事件、时间以及由此产生的系统结果等, 以便能分析、评估,并做出相应的生产决策。

（二）仿真的实践应用

        仿真在生产运作管理中的应用主要集中在生产决策上,其主要应用领域仍旧是设计、改 进生产系统(包括仓储和物流系统)。同时,其在一些经营过程系统化与标准化的领域也得 到了大量的应用,如订货、发货等领域。作为一个主要的生产决策支持工具,仿真重点应用 在包括制造业和服务业在内的许多生产经营领域中。利用仿真,可对企业生产的战略决策、 控制决策、运营决策等提供强有力的支持。仿真的典型应用可归纳为以下几个方面:作业 流程设计、产能设计、生产线平衡、人力与资源配置、生产周期缩减、瓶颈分析、作业排序、成 本降低、质量改进、生产布局分析、库存减少、生产率提高、产出分析、批量优化、生产调度、维 护调度、控制系统设计。运行仿真的目的不能仅仅是要获得一个决策,还应与决策者进行良 好的交流,并把成果可视化地展示出来,为决策者进行科学决策提供更佳的决策支持。现在 的仿真软件都集成有动画的可视化展示,这样会增强对模型中关键点的把握,以及能更有效 地对复杂系统的动态性进行交流与沟通。

四、系统建模与仿真的一般步骤与方