离散事件系统建模与GPSSWORLD仿真 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2025

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张柳，徐英，杨军，于永利 著

图书标签:

• 离散事件系统
• 系统建模
• GPSSWORLD
• 仿真
• 排队论
• 性能评估
• 计算机仿真
• 工业工程
• 运筹学
• 系统分析

出版社： 北京航空航天大学出版社

ISBN：9787512416468

版次：1

商品编码：12162493

包装：平装

开本：16开

出版时间：2017-08-01

用纸：胶版纸

内容简介

离散事件系统建模与GPSSWORLD仿真

离散事件系统仿真是目前工程上使用极为广泛的方法之一,可用于辅助工程技术人员进行系 统设计、分析与评价等工作。

本书全面系统地阐述了离散事件系统仿真的基本理论、方法和实例应用。全书共10章;第1 章介绍仿真的发展历史及应用情况;第2章给出系统仿真的基本概念和基础知识;第3章详细阐 述离散事件系统仿真的策略、机制与模型等;第4章讲述蒙特卡罗方法,尤其是随机数和随机变量 的生成方法;第5章讨论仿真输入数据的分析与处理;第6章说明仿真模型的确认和实验设计;第 7章给出仿真输出结果的统计分析;第8章介绍 GPSSWORLD的基础知识;第9章重点介绍 GPSSWORLD仿真语言;第10章给出GPSSWORLD仿真应用实例。

本书可作为可靠性系统工程专业高年级本科生和硕士研究生的教材和参考书,也可供系统工 程、管理工程等其他专业的学生和科研人员参考。

《离散事件系统建模与GPSS WORLD仿真》 图书简介 在现代工程、运营管理、计算机科学以及复杂系统的研究中，对动态过程的精确建模和高效仿真至关重要。本书旨在为读者提供一套系统性的方法论，以理解和掌握“离散事件系统”（Discrete Event System, DES）的建模原理，并辅以强大的仿真工具“GPSS WORLD”，引导读者将其理论知识转化为实际应用。本书内容扎实，逻辑清晰，既有深厚的理论基础，又不乏详实的实践指导，力求让读者不仅知其然，更知其所以然。 第一部分：离散事件系统建模基础 本部分是本书的理论基石，将带领读者深入理解离散事件系统的本质和建模的核心概念。 第一章：什么是离散事件系统？ 定义与特征： 离散事件系统是一种数学模型，用于描述那些状态只在特定时间点上发生离散变化（即“事件”）的系统。这些事件的发生往往是由一系列随机或确定的因素触发的。我们将详细阐述其“离散性”、“事件驱动”以及“状态变化”等核心特征，并与连续系统进行对比，让读者对DES的适用范围有清晰的认识。 典型应用领域： 本章将列举并初步介绍离散事件系统在现实世界中的广泛应用，包括但不限于： 生产制造系统： 生产线上的机器故障、工件到达、产品完成等。 通信网络： 数据包的到达与传输、路由决策、链路拥塞等。 交通运输系统： 车辆的到达与离开、信号灯控制、交通拥堵等。 服务系统： 银行柜台的客户排队、呼叫中心的电话接入、医院的病人就诊等。 计算机系统： 进程调度、I/O请求、缓存命中与未命中等。 物流与供应链： 订单处理、库存管理、货物运输等。 通过这些实例，读者将体会到DES建模的强大能力及其在解决实际问题中的重要性。 建模的目标与挑战： 介绍离散事件系统建模的主要目的，例如性能评估、容量规划、瓶颈分析、策略优化等。同时，也指出建模过程中可能面临的挑战，如系统复杂性、数据获取困难、模型验证准确性、仿真结果分析等。 第二章：核心建模概念 实体（Entities）： 解释离散事件系统中“实体”的概念，包括： 暂存实体（Temporary Entities，或称流通实体）： 在系统中流动并经历一系列处理过程的客体，例如客户、产品、订单、数据包等。它们具有生命周期，从进入系统到离开系统。 永久实体（Permanent Entities，或称设备）： 系统中长期存在的资源，用于服务暂存实体，例如机器、服务台、通信链路、服务器等。它们可能存在容量限制、故障等属性。 状态变量（State Variables）： 描述系统在某一时刻的静态特征的变量，例如队列中的等待人数、机器的占用状态（空闲/忙碌）、资源的可用数量等。 事件（Events）： 发生在特定时间点的瞬态现象，导致系统状态发生改变。我们将介绍常见的事件类型，例如： 到达事件（Arrival Event）： 新的暂存实体进入系统。 开始服务事件（Start Service Event）： 永久实体开始服务暂存实体。 结束服务事件（End Service Event）： 永久实体完成对暂存实体的服务。 故障事件（Breakdown Event）： 永久实体发生故障。 修复事件（Repair Event）： 发生故障的永久实体被修复。 其他自定义事件： 根据具体系统设计。 事件调度（Event Scheduling）： 阐述事件驱动仿真的核心机制——事件列表（Event List）或事件队列（Event Queue）。解释如何根据事件发生的时间将其按顺序排列，并按时间顺序逐个处理。 时间推进（Time Advancement）： 描述仿真时钟（Simulation Clock）的工作原理，即仿真时间如何随着事件的发生而推进，从一个事件发生时间跳跃到下一个事件发生时间。 第三章：系统建模的要素与方法 资源（Resources）： 详细探讨资源的概念，包括： 单容量资源（Single-Capacity Resources）： 如一台机器、一个服务台。 多容量资源（Multi-Capacity Resources）： 如多台相同的机器、多个服务台。 资源的占用与释放： 描述暂存实体如何请求和占用资源，以及服务完成后如何释放资源。 队列（Queues）： 介绍队列在DES中的作用，即当所需资源不可用时，暂存实体进入的等待区域。分析不同队列的特性： 先进先出（FIFO）： 最常见。 后进先出（LIFO）： 较少见。 优先权（Priority）： 根据实体的重要性或紧急程度进行排序。 最短作业优先（Shortest Job First）： 理论上的概念。 统计量（Statistics）： 明确仿真建模的最终目的是收集有价值的统计信息，以评估系统性能。介绍常见的统计量： 平均等待时间（Average Waiting Time）： 实体在队列中等待的平均时间。 平均占用率（Average Utilization）： 资源在忙碌状态下的平均比例。 系统内平均实体数（Average Number of Entities in System）： 平均同时在系统中（包括服务和等待）的实体数量。 吞吐量（Throughput）： 单位时间内成功离开系统的实体数量。 队列长度（Queue Length）： 队列中的实体数量。 最大等待时间/队列长度： 极端情况的衡量。 特定事件发生次数： 如故障次数、完成服务次数等。 随机数生成与概率分布（Random Number Generation and Probability Distributions）： 强调离散事件系统中引入随机性是其普遍特征。介绍： 伪随机数生成器（Pseudo-Random Number Generators, PRNGs）： 及其基本原理。 常见概率分布： 如均匀分布、指数分布、泊松分布、正态分布、离散概率分布等，以及如何在仿真模型中应用它们来模拟随机事件的发生。 模型抽象与简化（Model Abstraction and Simplification）： 讨论在建模过程中，如何根据建模目标，对现实系统进行恰当的抽象和简化，以降低模型复杂度，同时又不失关键信息。 第二部分：GPSS WORLD仿真入门与进阶 本部分将引导读者从理论走向实践，学习使用GPSS WORLD这一经典的离散事件仿真语言。 第四章：GPSS WORLD简介与基本语法 GPSS WORLD概述： 介绍GPSS WORLD的特点，包括其作为一种面向事件的仿真语言，强大的宏定义能力，内置的丰富的统计功能，以及易于理解的图形化界面（GPSS WORLD Studio）。 GPSS WORLD程序结构： 讲解一个典型的GPSS WORLD程序由哪些部分组成： 控制语句（Control Statements）： 如START, CLEAR, RESET等，用于控制仿真的执行流程。 声明语句（Declaration Statements）： 如DEVICE, FACILITY, STORAGE等，用于定义模型中的资源。 事务语句（Transaction Statements）： 如GENERATE, TERMINATE, TRANSFER等，用于生成、处理和结束暂存实体（事务）。 逻辑与控制语句（Logic and Control Statements）： 如TEST, ENTER, LEAVE, QUEUE, DEPART等，用于实现系统的逻辑和流程控制。 宏（Macros）： 介绍如何利用宏来简化重复的代码段，提高编程效率。 常用GPSS WORLD语句详解： GENERATE： 如何生成具有特定到达间隔和数量的事务。 TERMINATE： 如何让事务结束其生命周期。 ADVANCE： 如何模拟事务在某个处理节点上花费的时间。 QUEUE/DEPART： 如何实现队列功能，让事务等待和离开队列。 SEIZE/RELEASE： 如何请求和释放设施（Facility），模拟资源占用。 ENTER/LEAVE： 如何请求和释放存储（Storage），模拟多容量资源的使用。 TEST： 如何基于条件进行逻辑判断，实现分支。 TRANSFER： 如何实现事务的随机或按条件转移。 PRIORITY： 如何为事务设置优先级。 GPSS WORLD程序的编译与运行： 讲解如何在GPSS WORLD Studio中编写、编译、运行程序，以及查看仿真日志。 第五章：构建简单的GPSS WORLD仿真模型 案例一：单一服务台排队系统 系统描述： 客户（事务）以指数分布到达一个服务台，服务时间服从另一概率分布。当服务台忙碌时，客户进入队列等待。 模型构建步骤： 定义客户的到达（GENERATE）。 为客户在队列中等待（QUEUE）。 客户请求服务台（SEIZE）。 模拟服务时间（ADVANCE）。 服务台释放（RELEASE）。 客户离开队列（DEPART）。 客户离开系统（TERMINATE）。 输出统计量分析： 分析平均等待时间、服务台占用率、平均队列长度等。 案例二：带有多台机器的生产线 系统描述： 工件（事务）依次通过多道工序，每道工序由一台特定类型的机器（Facility）完成。机器可能发生故障，导致工件等待。 模型构建步骤： 工件生成。 工件依次请求各工序的机器（SEIZE）。 模拟加工时间（ADVANCE）。 释放机器（RELEASE）。 中间环节的等待（QUEUE/DEPART）。 工件完成所有工序（TERMINATE）。 模型扩展： 引入机器故障与修复（利用LOOP, TEST, TABULATE等语句）。 案例三：有限缓冲区的生产单元 系统描述： 具有有限容量缓冲区的机器并行工作，工件在缓冲区中等待，直到有机器空闲。 模型构建步骤： 定义多台机器（FACILITY）。 定义有限容量的缓冲区（STORAGE）。 工件请求缓冲区（ENTER）。 工件等待机器空闲（SEIZE）。 模拟加工和释放。 离开缓冲区（LEAVE）。 工件离开系统（TERMINATE）。 分析： 缓冲区溢出、机器利用率、工件等待时间。 第六章：GPSS WORLD进阶特性与技巧 GPSS WORLD的宏（Macros）： 宏的定义与调用： 学习如何定义和使用宏来封装重复的代码逻辑，例如通用的队列-服务-释放模块。 宏的参数传递： 掌握如何向宏传递参数，使其更具通用性。 GPSS WORLD的变量（Variables）与函数（Functions）： 用户定义变量： 如何定义和更新用户定义的变量，用于存储和计算模型中的动态数据。 用户定义函数： 如何定义各种形式的函数（例如，离散概率函数、连续函数），以模拟更复杂的随机行为。 GPSS WORLD的表（Tables）与直方图（Histograms）： 定义和使用表： 学习如何利用TABULATE语句收集特定数据的分布信息，并生成直方图，直观展示数据的分布情况。 数据累积与输出： 解释如何利用GPSS WORLD的内置功能来收集和输出平均值、方差、最大值等统计量。 GPSS WORLD的逻辑开关（Logic Switches）与逻辑块（Logic Blocks）： 控制系统逻辑： 利用逻辑开关和逻辑块实现更复杂的条件控制和状态转换。 GPSS WORLD的事件链（Event Chains）： （高级内容） 理解事件链： 探讨GPSS WORLD如何管理事件列表和调度事件，以及如何利用事件链进行更精细化的控制。 GPSS WORLD的调试技巧： 断点设置与单步执行： 如何在GPSS WORLD Studio中设置断点，单步跟踪程序执行，检查变量值。 查看和分析仿真日志： 掌握如何通过仿真日志定位错误和理解程序行为。 使用GPSS WORLD的内置调试工具。 第三部分：仿真结果的分析与应用 本部分将聚焦于如何从仿真中提取有价值的信息，并将其应用于实际决策。 第七章：仿真结果的解读与验证 仿真报告的构成： 详细介绍GPSS WORLD输出的标准仿真报告，包括： 模型参数摘要。 事务统计。 设施（Facility）统计。 存储（Storage）统计。 队列（Queue）统计。 表（Table）统计。 事件计数。 统计量解读： 深入分析各个统计量的含义，以及它们如何反映系统的性能。例如，如何根据平均等待时间来判断服务能力是否足够，如何根据设备占用率来评估资源利用率。 不确定性与置信区间（Confidence Intervals）： 解释仿真输出结果的随机性，以及如何通过多次独立仿真运行，计算置信区间来评估结果的可靠性。 模型验证（Verification）与确认（Validation）： 验证： 检查模型是否按照设计者的意图正确实现，即“模型是否构建正确？”。介绍常用的验证方法，如逻辑检查、单元测试、代码审查等。 确认： 检查模型是否准确地反映了现实系统，即“模型是否反映了现实？”。讨论如何将仿真结果与实际系统的测量数据进行对比，以验证模型的准确性。 第八章：利用仿真进行系统优化与决策 不同场景的模拟： 学习如何通过改变模型参数（例如，服务台数量、生产速率、缓冲区大小、调度策略等）来模拟不同的系统配置和运行策略。 性能指标的比较： 基于仿真结果，系统性地比较不同场景下的性能指标（如总成本、吞吐量、客户满意度等）。 瓶颈分析（Bottleneck Analysis）： 利用仿真结果识别系统中的瓶颈，即限制系统整体性能的环节，并提出改进建议。 容量规划（Capacity Planning）： 根据未来的需求预测，利用仿真来确定所需的资源数量和配置。 策略评估与选择： 评估不同的运营策略（如排队规则、调度算法、库存管理方式）对系统性能的影响，并选择最优策略。 “What-If”分析： 探讨如何通过仿真来回答“如果……会怎样？”的问题，支持前瞻性的决策。 可视化仿真结果： 介绍如何利用GPSS WORLD或其他工具（如Excel图表）来可视化仿真结果，使分析和沟通更加直观。 第九章：高级仿真建模案例研究 本章将通过更复杂的实际案例，巩固读者在本书中学到的建模和仿真技巧。 案例：呼叫中心运营仿真 系统描述： 模拟来电的到达、呼叫坐席的分配、客户的等待、通话时间、以及坐席的转接、故障等。 建模要点： 重点分析如何处理多类来电、多技能坐席、复杂的路由逻辑、服务水平目标（如90%的来电在20秒内接听）。 仿真目标： 评估所需的坐席数量，优化调度策略，分析不同通话时长和客户行为对系统性能的影响。 案例：港口集装箱码头仿真 系统描述： 模拟船舶的到达、靠泊、集装箱的装卸、岸桥和轮胎式龙门吊的调度、堆场的管理、卡车的进出等。 建模要点： 重点分析多类资源的调度（船舶、泊位、岸桥、龙门吊、卡车）、有限的堆场空间、复杂的装卸逻辑。 仿真目标： 优化泊位分配、港口吞吐量、设备利用率，分析码头扩建的效益。 案例：电商仓储物流仿真 系统描述： 模拟订单的生成、拣货、包装、发货、退货处理、库存补货等全流程。 建模要点： 重点分析拣货路径优化、多SKU的库存管理、配送路线规划、仓库布局对效率的影响。 仿真目标： 评估仓库容量、预测运营成本、优化拣货策略、提升订单处理时效。 附录 GPSS WORLD安装与使用指南。 常用GPSS WORLD语句速查表。 概率分布函数查表（如有必要）。 参考文献。 本书特色： 理论与实践深度结合： 既讲解了离散事件系统建模的深层原理，又提供了详实的GPSS WORLD操作指南。 由浅入深，循序渐进： 从基础概念到复杂案例，逐步引导读者掌握建模和仿真技能。 丰富的实例应用： 涵盖了多个不同领域的实际应用案例，帮助读者理解建模思想的普适性。 强调结果分析与决策支持： 不仅教会读者如何构建仿真模型，更注重如何解读仿真结果，并将其转化为实际的决策依据。 面向读者： 适合工程、管理、计算机科学等相关专业的本科生、研究生，以及从事系统分析、性能优化、运营管理的工程师和研究人员。 本书相信，通过学习和实践，读者将能够独立构建和分析复杂的离散事件系统模型，并运用GPSS WORLD这一强大的工具，为解决实际问题提供科学的仿真支持。

评分☆☆☆☆☆

从阅读体验的角度来看，作者的叙述风格是极其清晰且富有条理的。即使是面对诸如中断处理、并行流程控制这类相对复杂的编程概念，作者也总能用非常直观的比喻和图示来辅助说明，使得学习曲线相对平缓。全书的章节组织逻辑清晰，从理论基础到语言基础，再到高级应用和分析，层层递进，形成了一个完整的知识闭环。书中的图文排版也体现了专业性，大量的流程图和代码示例被规范地展示出来，便于读者对照学习和快速查阅。对我而言，这本书的价值不仅在于它教授了GPSSWORLD的使用，更在于它系统性地训练了如何将现实世界的动态过程结构化、公式化，并最终通过计算机程序进行模拟验证的能力。它为我在后续进行更复杂的系统优化项目时，打下了坚实且可靠的知识基础。

评分☆☆☆☆☆

让我印象深刻的是，这本书不仅停留在基础的建模和仿真，它还深入探讨了如何对仿真结果进行有效的分析和验证。很多初学者在跑出结果后就止步不前，但本书的后半部分强调了“结果的可靠性”这一关键环节。作者详细介绍了统计分析方法，比如如何正确地计算置信区间，如何识别和处理仿真运行中的瞬态影响。这种对实验设计和结果解释的重视，体现了作者深厚的专业素养。书中对仿真模型的有效性和确认性（Verification and Validation, V&V）的讨论是教科书级别的。它教导读者如何通过对比简化的分析解或者与已有数据进行比对来确保模型行为符合预期。这种严谨的科学态度，让读者明白仿真不是简单的“跑程序出数字”，而是一个需要科学论证的建模过程。对于需要进行决策支持的严肃应用场景，这种对结果质量的严格把控是至关重要的，这本书提供了实现这一目标的路线图。

评分☆☆☆☆☆

这本书在处理高级仿真议题时展现出的深度和广度，着实令人称道。例如，书中对不确定性处理的章节，远超一般入门书籍的范畴。它探讨了不同随机数生成器的特性，以及如何根据实际系统的性质选择合适的概率分布函数。更进一步，作者没有回避仿真中常见的“模型简化”与“模型准确性”之间的权衡问题。它引导读者思考，在资源有限的情况下，哪些细节可以被合理地忽略，哪些必须被精确捕捉。这种对建模哲学层面的探讨，使得这本书不仅是一本技术手册，更是一本关于系统思维方式的指南。我特别欣赏作者在描述如何处理复杂交互系统时的逻辑脉络，如何利用GPSSWORLD的特性来模拟多个相互依赖的实体流，这对于理解复杂的制造系统或服务流程具有极强的指导意义。

评分☆☆☆☆☆

这本书在讲解GPSS/WORLD语言特性方面做得非常出色，简直像一本操作手册与理论指南的完美结合体。它没有堆砌晦涩难懂的编程术语，而是通过一系列精心设计的案例，循序渐进地展示了GPSSWORLD中核心的构建模块，比如TRANSACTION、FACILITY、STORAGE这些关键元素是如何协同工作的。我尤其喜欢作者对“BLOCKS”的分类和解析，每一种块的功能都被配以生动的例子加以说明，这使得原本枯燥的编程语言学习过程变得像在拼搭乐高积木一样富有乐趣。书中对资源竞争、等待队列管理的描述尤其细致入微，这正是离散事件仿真的核心难点所在。通过跟随书中的步骤一步步搭建模型，我亲身体验了如何利用GPSSWORLD强大的事件驱动能力来模拟排队论中的各种经典场景。对于希望快速掌握一门实用仿真工具的工程师或学生来说，这本书提供的实战经验是无可替代的，它让你在最短的时间内从理论的旁观者转变为模型的构建者。

评分☆☆☆☆☆

这本《离散事件系统建模与GPSSWORLD仿真》确实是为那些想深入了解系统动态和仿真技术的人准备的宝贵资源。我记得当初拿起这本书时，首先被它严谨的结构所吸引。作者在开篇就为我们构建了一个坚实的理论基础，详细阐述了离散事件系统的基本概念，比如事件、状态变量和系统时间的演进方式。这种对理论的扎实铺陈，使得后续复杂模型构建的过程变得水到渠成。我特别欣赏作者在讲解如何将现实世界的复杂流程抽象化为数学模型时所采用的清晰逻辑。很多教科书在这方面往往流于表面，但这本书却深入探讨了如何识别关键的随机性和确定性因素，并将其准确地映射到仿真框架中。它不仅仅是告诉你“怎么做”，更重要的是解释了“为什么这么做”。对于初学者来说，这种理论与实践紧密结合的讲解方式，极大地降低了理解门槛，让复杂的概念变得可视化和可操作化。在阅读过程中，我时常能感受到作者在引导读者思考系统背后的驱动机制，而不是仅仅停留在代码实现的层面，这对于培养系统工程师的思维模式至关重要。