第一章 系统仿真与GPSS

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1、第一章系统仿真与GPSS系统仿真是利用系统模型的试验方法来研究现有的或计划的或设计的系统的有效性、合理性或经济性的过程。仿真技术涉及到管理工程、系统工程、信息技术、控制理论、统计学、计算方法和计算机科学与技术等众多学科和领域的知识与应用，并随着这些学科领域的发展而不断发展和完善。1.1基本概念1.系统与元素系统：系统是一个整体，由相互联系和相互依存的事物组成，它的范围由研究者根据所要解决问题的复杂性而定。元素：也称为实体，即组成系统的基本事物。在定义一个系统时，首先要确定系统的边界。边界确定了系统的范围，边界以外对

2、系统的作用称为系统的输入，系统对边界以外的环境的作用称为系统的输出。尽管系统千差万别，但人们总结出描述系统的三个要素，即实体、属性和活动。实体确定了系统的构成，属性描述每一实体的特征；活动表示了实体的行为以及它们之间的联系或作用。例如：一个理发馆可以定义为一个管理系统。构成理发馆系统的元素为理发师和顾客。理发师与顾客相互联系而又相互依存，组成一个统一的整体。理发师与顾客存在着服务与被服务的关系，同时理发师和顾客的存在不可或缺。现实中的系统千差万别，常见的分类方式有以下3种：1.静态（static）和动态（dynam

3、ic）：静态系统与时间没有关系，但在动态系统中，时间却扮演着不可或缺的角色。在绪论中介绍的蒲丰投针问题就属于静态系统的仿真，而第2章和第3章描述的理发馆系统则属于动态系统。GPSS/JAVA就是为动态系统建立计算机模型的，因此，本书的主要研究动态模型。2.连续（continuous）与离散（discrete）：在连续系统中，系统状态随时间连续变化，例如水库蓄水、放水以及出现降水和蒸发时水位的变化等。我国发射的“嫦娥1号”探月飞船在发射过程中和绕月飞行过程中的状态也是时刻变化的，它也属于连续系统。在离散模型中，系统的

4、状态仅在离散的时间点上发生变化，例如在制造系统中，零件会在特定的时间到达和离开，机器会在特定的时间出现故障及被维修，工人也会在特定的时间开始休息。由于在管理系统在大多数情况下都属于离散系统，本书主要研究离散系统。3.确定（deterministic）与随机（stochastic）：如果一个系统的输出完全取决于系统的输入，那么这个系统就是确定系统，也就是说，没有随机输入的模型为确定模型，严格预约时间与固定服务时间的运作过程即属此类。如果一个系统中包含随机因素，那么这个系统就是随机系统，例如在银行系统中，顾客的到达时间

5、与服务时间都是随机变化的。在管理系统中，很多事情的发生都具有随机性，不确定性，往往以概率的形式出现。本书主要研究随机系统。2.排队系统日常生活中存在大量有形和无形的排队或拥挤现象，如旅客购票排队，市内电话占线等现象。排队论起源于20世纪初的电话通话。1909—1920年丹麦数学家、电气工程师爱尔朗（A.K.Erlang）用概率论方法研究电话通话问题，从而开创了这门应用数学学科，并为这门学科建立许多基本原则。排队论(queueingtheory),或称随机服务系统理论,8是通过对服务对象到来及服务时间的统计研究，得出

6、这些数量指标（等待时间、排队长度、忙期长短等）的统计规律，然后根据这些规律来改进服务系统的结构或重新组织被服务对象，使得服务系统既能满足服务对象的需要，又能使机构的费用最经济或某些指标最优。它是数学运筹学的分支学科。也是研究服务系统中排队现象随机规律的学科。广泛应用于计算机网络,生产,运输,库存等各项资源共享的随机服务系统。排队论研究的内容有3个方面：统计推断，根据资料建立模型；系统的性态，即和排队有关的数量指标的概率规律性；系统的优化问题。其目的是正确设计和有效运行各个服务系统，使之发挥最佳效益。何为排队系统研究

7、理发馆系统时，我们不考虑如下情况：（1）理发馆的设备与工具（2）理发师的个人行为（道德品质，技术高低）（3）顾客对发型的偏好等我们关注的是：（1）理发馆的服务能力（2）理发师的忙闲状况（3）顾客拥挤程度（等待理发排队的顾客有多少）我们的研究目的为：（1）分析系统运行状况（2）找出系统运行的瓶颈（3）改造系统结构以此来提高系统运行效率从而产生更大经济效益。例如，分析理发排队系统：（1）如果增加理发师，则排队减少，获得服务的顾客会增多，理发馆收入会增加，但是理发师工资成本也会增加（2）如果减少理发师，则排队严重，获得服

8、务的顾客会减少，理发馆收入会减少，但是理发师工资成本也会降低。由此产生了矛盾的两个方面：（1）增加服务能力，收入会增加但成本也会增加（2）减少服务能力，收入会减少但成本也会减少因此肯定会存在一个最优的服务能力，使理发馆获得的利润最大。排队的基本过程排队过程是接受服务的实体获得服务实体提供的服务的过程，是接受服务的实体的一系列活动按照一定的顺序组成，例如，一个