本書在論述系統建模與仿真基礎理論的基礎上，以一個完整的車輛生產物流系統案例作為研究對象，闡述系統建模與仿真技術在采購、生產、物流和銷售過程中的應用。全書共分為三個部分，第一部分介紹系統建模與仿真，尤其是離散事件系統建模與仿真的一般理論和概率統計基礎知識，第二部分介紹仿真平臺Witness的特點和建模過程，第三部分介紹車輛生產物流系統整個運作流程的建模與仿真的實戰技術和方法。
本書特色：（1）強調系統建模與仿真理論與實踐的系統性；（2）突出建模與仿真技術在生產物流系統中的實用性；（3）采用完整工程案例體現建模與仿真技術的模塊化和集成性；（4）書中配有二維碼，可以掃描查看多媒體資料和章節自測題，另配有在線題庫，教師可以在線出題，形成試卷。
王建華，博士，江蘇大學管理學院工業工程系副教授，中國系統工程學會會員，中國運籌學學會會員；曾出版多項著作。
目 錄
第1章 系統建模與仿真概述1
1.1 系統模型1
1.1.1 系統1
1.1.2 模型及其分類1
1.1.3 建立模型時應遵循的基本原則2
1.2 系統仿真3
1.2.1 系統仿真及其分類3 目 錄
第1章 系統建模與仿真概述1
1.1 系統模型1
1.1.1 系統1
1.1.2 模型及其分類1
1.1.3 建立模型時應遵循的基本原則2
1.2 系統仿真3
1.2.1 系統仿真及其分類3
1.2.2 實施仿真的方法4
1.2.3 仿真的適用性5
1.2.4 仿真應用領域7
1.2.5 仿真的發展階段8
1.2.6 系統仿真的一般步驟9
1.3 離散事件系統12
1.3.1 離散事件系統的定義12
1.3.2 離散與連續系統示例12
1.4 離散事件系統基本術語14
1.5 系統績效指標15
1.6 系統變量16
1.6.1 決策變量16
1.6.2 反應變量16
1.6.3 狀態變量16
思考題17
第2章 概率統計基礎19
2.1 概率統計的基本概念19
2.1.1 確定事件和隨機事件19
2.1.2 隨機變量與概率19
2.1.3 連續型隨機變量的概率分布函數20
2.1.4 離散型隨機變量的概率分布函數20
2.1.5 隨機變量概率密度函數20
2.1.6 隨機變量的數學特征20
2.2 系統仿真中常用的隨機分布21
2.2.1 離散分布21
2.2.2 連續分布25
2.2.3 經驗分布34
2.3 仿真輸入模型的構建36
2.3.1 收集數據37
2.3.2 利用直方圖識別數據分布39
2.3.3 參數估計41
2.3.4 擬合優度檢驗42
2.3.5 選擇無數據的輸入模型44
思考題45
第3章 隨機變量的產生與檢驗47
3.1 偽隨機數發生器的要求47
3.2 偽隨機數產生方法49
3.2.1 平方取中法49
3.2.2 線性同余法50
3.2.3 加同余法52
3.2.4 二次平方同余法52
3.3 隨機變量的產生方法52
3.3.1 反變換法53
3.3.2 拒絕法60
3.3.3 正態分布隨機發生器61
3.4 隨機數的檢驗64
3.4.1 科爾莫戈洛夫-斯米爾諾夫檢驗法基本原理64
3.4.2 科爾莫戈洛夫-斯米爾諾夫檢驗均勻分布64
3.4.3 科爾莫戈洛夫-斯米爾諾夫檢驗正態分布65
思考題66
第4章 仿真模型設計與實現68
4.1 排隊系統概述68
4.1.1 到達模式69
4.1.2 服務模式69
4.1.3 服務臺數目69
4.1.4 系統容量69
4.1.5 排隊規則70
4.2 事件調度法71
4.3 排隊系統事件例程分析72
4.3.1 單隊列單服務臺系統事件例程72
4.3.2 單隊列多服務臺系統事件例程74
4.4 仿真模型的Excel實現74
4.4.1 SQSS系統手工仿真的Excel實現74
4.4.2 SQSS系統仿真的Excel實現76
4.5 仿真模型的Matlab實現78
4.5.1 SQSS系統仿真的Matlab實現78
4.5.2 SQMS系統仿真的Matlab實現84
思考題89
第5章 Witness仿真系統建模基礎91
5.1 Witness用戶界面91
5.1.1 標題欄92
5.1.2 菜單欄92
5.1.3 工具欄92
5.1.4 元素選擇窗口93
5.1.5 狀態欄93
5.1.6 用戶元素窗口（Designer Elements）93
5.1.7 系統布局區93
5.2 Witness建模元素94
5.2.1 離散型元素94
5.2.2 連續型元素102
5.2.3 邏輯型元素106
5.2.4 運輸邏輯型元素111
5.2.5 圖形元素113
5.3 Witness流程規則117
5.3.1 輸入規則（Input Rules）117
5.3.2 輸出規則（Output Rules）118
5.3.3 勞動者規則（Labor Rules）119
思考題123
第6章 流水線生產系統建模與仿真125
6.1 模型描述125
6.2 系統分析125
6.2.1 元素說明125
6.2.2 系統運行時間126
6.3 模型建立126
6.3.1 定義元素126
6.3.2 元素細節設計129
6.4 運行模型135
6.4.1 仿真運行工具欄135
6.4.2 結果分析135
6.5 系統規則和變量說明138
6.5.1 Pull規則語法結構138
6.5.2 Pull規則示例139
思考題139
第7章 座椅組裝生產物流系統建模與仿真141
7.1 模型描述141
7.2 系統分析142
7.3 建立模型143
7.3.1 元素定義143
7.3.2 元素可視化設計144
7.3.3 元素詳細設計145
7.4 仿真實驗及結果分析148
7.4.1 工序忙閑狀態148
7.4.2 系統平均庫存水平149
7.4.3 Labor元素忙閑狀態統計149
7.5 系統規則和屬性說明149
7.5.1 Percent規則語法結構149
7.5.2 Percent規則示例150
7.5.3 系統屬性Pen150
思考題151
第8章 車輛生產物流系統概述153
8.1 車輛生產物流系統簡介153
8.2 車輛生產物流系統布局及流程簡介155
8.3 VPLS運作流程基本特征分析156
8.3.1 采購模塊156
8.3.2 下料模塊157
8.3.3 AE機加焊接線159
8.3.4 BCD機加線159
8.3.5 F工件噴漆集放鏈160
8.3.6 總裝線作業特征分析161
8.3.7 銷售模塊161
8.3.8 叉車運輸161
8.3.9 AGV運輸162
8.4 車輛生產物流系統績效指標163
第9章 采購過程建模與仿真164
9.1 模型描述164
9.2 模型設計165
9.2.1 建模元素定義165
9.2.2 模型細節設計165
9.3 仿真實驗及結果分析168
9.3.1 工序忙閑狀態168
9.3.2 系統平均庫存水平168
思考題169
第10章 下料生產過程建模與仿真170
10.1 下料生產過程170
10.1.1 下料生產過程系統描述170
10.1.2 排料計劃制定原則172
10.2 模型設計173
10.2.1 建模元素定義173
10.2.2 模型細節設計174
10.3 仿真實驗及結果分析182
10.3.1 工序忙閑狀態182
10.3.2 系統平均庫存水平184
10.3.3 Labor元素忙閑狀態統計184
思考題185
第11章 流水布局機加焊接作業系統建模與仿真186
11.1 模型描述186
11.2 模型設計187
11.2.1 建模元素定義187
11.2.2 模型細節設計188
11.3 仿真實驗及結果分析192
11.3.1 工序忙閑狀態及工作負荷不平衡系數192
11.3.2 系統平均庫存水平193
11.4 改善實驗194
11.4.1 模型修改194
11.4.2 實驗結果對比195
思考題196
第12章 成組布局機加焊接作業系統建模與仿真197
12.1 模型描述197
12.2 模型設計198
12.2.1 建模元素定義198
12.2.2 模型細節設計199
12.3 仿真實驗及結果分析206
12.3.1 瓶頸的理論分析206
12.3.2 工序忙閑狀態及工作負荷不平衡系數207
12.3.3 系統平均庫存水平208
12.3.4 工人忙率208
12.3.5 系統產能209
12.4 改善實驗209
12.4.1 改善方案1——增加工序工人209
12.4.2 改善方案2——增加瓶頸工序設備及工人210
思考題210
第13章 總裝線建模與仿真212
13.1 模型描述212
13.2 模型設計213
13.2.1 建模元素定義213
13.2.2 模型細節設計214
13.3 仿真實驗及結果分析221
13.3.1 工序忙閑狀態221
13.3.2 系統平均庫存水平221
13.3.3 系統產能222
13.4 改變隨機性實驗222
思考題222
第14章 車間物流系統建模與仿真——叉車輸送224
14.1 叉車輸送系統224
14.1.1 叉車輸送系統描述224
14.1.2 叉車輸送系統運行規則及數據224
14.2 模型設計226
14.2.1 建模元素定義226
14.2.2 模型細節設計227
14.3 仿真實驗及結果分析237
14.3.1 工序忙閑狀態237
14.3.2 系統平均庫存水平238
14.3.3 叉車忙閑狀態統計238
14.3.4 軌道狀態統計239
思考題239
第15章 車間物流系統建模與仿真——AGV輸送241
15.1 AGV輸送系統241
15.1.1 叉車輸送系統描述241
15.1.2 仿真目標242
15.2 模型設計243
15.2.1 建模元素定義243
15.2.2 模型細節設計243
15.3 仿真實驗及結果分析250
15.3.1 工序忙閑狀態250
15.3.2 系統平均庫存水平2
前 言
經濟全球化的發展使得企業之間的競爭日趨激烈，企業運作效率的提升對其生存和發展起到了重要的作用。為了提升系統效率，研究者對生產制造系統中人、機、料、法、環的合理配合和管理體系進行了全面的研究，創造出很多廣為應用的理論和方法。基礎工業工程的動作研究和工時分析對生產過程的動作進行分解和標準化，人因工程的人機配合試圖尋求最佳的人機結合面，泰勒科學管理從人的自身需求出發設計有效的管理激勵措施，豐田精益生產方式從消除浪費角度設計和改善系統的運作效率，六西格瑪管理采取DMAIC循環方式設計系統產出質量改善方案，供應鏈與物流管理中的博弈和協調理論尋求系統整體效率提升途徑。
現有管理理論及其應用極大地提升了企業運作管理水平和效率，為現代人們日益多樣化的生產、生活和娛樂需求提供了豐富的資源。但是，隨著信息和網絡技術的發展，企業之間的關系逐步走向了全球化的競合關系，企業需要持續不斷地尋求新的方法和途徑去研究和改善自身的運作系統，以獲得相對競爭優勢。系統建模與仿真（System Modeling＆Simulation，SMS）技術是一種建立在系統組成對象之間精確的交互關系和詳細運作數據基礎之上、對實際系統行為的準確表述和仿真實驗的方法，通過仿真實驗能夠評估、分析系統的運作效率，識別關鍵約束因素，輔助提出有效的系統改善方案。在系統集成度越來越高的現代企業競爭環境中，作為一種新型管理決策分析工具，系統建模與仿真技術獲得了越來越多的企業的關注和應用。
隨著計算機軟、硬件技術的發展，尤其是各種各樣基于離散事件系統建模理論開發出來的商業仿真軟件的不斷涌現，使得系統建模與仿真技術的掌握和使用變得更加容易和廣泛。但是，系統建模與仿真需要使用仿真軟件來描述實際運作系統中的各種關系和數據，而實際系統中對象之間的關系多種多樣，如何從看似雜亂無章的車間、工廠、供應鏈中包含的成千上萬個機床、操作工人、行車、叉車、倉庫等要素之間整理出有規律的行為規則，并采取計算機語言來加以描述和形成可運行的軟件程序，對于管理人員或計算機編程人員來說都是一項挑戰。因此，近年來很多高校的工業工程、物流管理、工商管理、制造工程等專業都開設了相關的課程，很多企業為了應用仿真技術提升競爭力都在進行仿真應用項目的導入和推進。
總體來看，生產物流系統建模與仿真技術人員需要具備四方面的條件。首先，需要具備基本的概率統計知識，能夠理解實際系統中隨機性存在的普遍性并能夠進行隨機模型的構建；其次，需要具備使用離散事件視角識別實際生產物流運作行為規則的能力，認識到不同表象形式下的生產物流系統均是一些發生在離散時刻點的事件導致系統狀態變化的排隊系統，從而能夠歸納和總結出有效的運作規則，以便于構建仿真模型；再次，需要掌握系統建模的編程技能，雖然當前系統建模與仿真軟件的操作性和易用性非常高，但是仍然需要通過案例訓練以便具備將不同機加、裝配、運輸、采購、銷售過程中的規則轉變為計算機語言的能力；最后，需要具備對仿真結果的統計分析能力，根據仿真實驗結果能夠分析系統的運行狀態和統計系統績效，并據此識別出系統瓶頸和提出改善方案。
有鑒于此，本書采取理論和實踐相結合的原則進行編寫，將全部章節布局為三大部分。第1章到第4章為系統建模與仿真基礎理論部分，主要介紹仿真基本概念、仿真過程中涉及的概率統計知識及離散事件仿真模型設計方法。第5章至第7章為仿真軟件基本操作部分，通過對兩個獨立案例的建模和仿真過程，對仿真平臺Witness進行了簡明扼要的闡述。第8章至第18章為車輛生產物流系統建模與仿真實戰技能部分，根據作者多年的企業仿真項目實踐經驗，設計了綜合制造企業生產物流系統典型運作過程的車輛生產物流系統案例為建模與仿真對象，通過分系統建模與仿真及最后的系統集成建模與仿真，詳細介紹了對生產物流系統建模與仿真過程中涉及的系統分析、模型設計、實驗結果分析及改善方案形成的相關內容。
本書由江蘇大學王建華、黃賢鳳編著，具體分工為：黃賢鳳撰寫第1～4章，王建華撰寫第5～18章，最后全書由王建華統稿。
由于作者水平有限，加之時間倉促，書中難免有不足與疏忽之處，敬請讀者批評指正，也希望與同行們進行更多的交流和探討（聯系郵箱：jiannywang@163.com）。本書電子資源網址為：www.iescm.com/SimuBook，該網址提供本書的全部模型、表格和PPT電子文檔。本書中插有二維碼，讀者可以掃描查看相關多媒體資源和章節自測題。另外，本書配有在線題庫，教師可以在線出題，形成試卷，需要者請發郵件至上述郵箱。
編著者
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