本书在论述系统建模与仿真基础理论的基础上，以一个完整的车辆生产物流系统案例作为研究对象，阐述系统建模与仿真技术在采购、生产、物流和销售过程中的应用。全书共分为三个部分，第一部分介绍系统建模与仿真，尤其是离散事件系统建模与仿真的一般理论和概率统计基础知识，第二部分介绍仿真平台Witness的特点和建模过程，第三部分介绍车辆生产物流系统整个运作流程的建模与仿真的实战技术和方法。
本书特色：（1）强调系统建模与仿真理论与实践的系统性；（2）突出建模与仿真技术在生产物流系统中的实用性；（3）采用完整工程案例体现建模与仿真技术的模块化和集成性；（4）书中配有二维码，可以扫描查看多媒体资料和章节自测题，另配有在线题库，教师可以在线出题，形成试卷。
王建华，博士，江苏大学管理学院工业工程系副教授，中国系统工程学会会员，中国运筹学学会会员；曾出版多项著作。
目 录
第1章 系统建模与仿真概述1
1.1 系统模型1
1.1.1 系统1
1.1.2 模型及其分类1
1.1.3 建立模型时应遵循的基本原则2
1.2 系统仿真3
1.2.1 系统仿真及其分类3 目 录
第1章 系统建模与仿真概述1
1.1 系统模型1
1.1.1 系统1
1.1.2 模型及其分类1
1.1.3 建立模型时应遵循的基本原则2
1.2 系统仿真3
1.2.1 系统仿真及其分类3
1.2.2 实施仿真的方法4
1.2.3 仿真的适用性5
1.2.4 仿真应用领域7
1.2.5 仿真的发展阶段8
1.2.6 系统仿真的一般步骤9
1.3 离散事件系统12
1.3.1 离散事件系统的定义12
1.3.2 离散与连续系统示例12
1.4 离散事件系统基本术语14
1.5 系统绩效指标15
1.6 系统变量16
1.6.1 决策变量16
1.6.2 反应变量16
1.6.3 状态变量16
思考题17
第2章 概率统计基础19
2.1 概率统计的基本概念19
2.1.1 确定事件和随机事件19
2.1.2 随机变量与概率19
2.1.3 连续型随机变量的概率分布函数20
2.1.4 离散型随机变量的概率分布函数20
2.1.5 随机变量概率密度函数20
2.1.6 随机变量的数学特征20
2.2 系统仿真中常用的随机分布21
2.2.1 离散分布21
2.2.2 连续分布25
2.2.3 经验分布34
2.3 仿真输入模型的构建36
2.3.1 收集数据37
2.3.2 利用直方图识别数据分布39
2.3.3 参数估计41
2.3.4 拟合优度检验42
2.3.5 选择无数据的输入模型44
思考题45
第3章 随机变量的产生与检验47
3.1 伪随机数发生器的要求47
3.2 伪随机数产生方法49
3.2.1 平方取中法49
3.2.2 线性同余法50
3.2.3 加同余法52
3.2.4 二次平方同余法52
3.3 随机变量的产生方法52
3.3.1 反变换法53
3.3.2 拒绝法60
3.3.3 正态分布随机发生器61
3.4 随机数的检验64
3.4.1 科尔莫戈洛夫-斯米尔诺夫检验法基本原理64
3.4.2 科尔莫戈洛夫-斯米尔诺夫检验均匀分布64
3.4.3 科尔莫戈洛夫-斯米尔诺夫检验正态分布65
思考题66
第4章 仿真模型设计与实现68
4.1 排队系统概述68
4.1.1 到达模式69
4.1.2 服务模式69
4.1.3 服务台数目69
4.1.4 系统容量69
4.1.5 排队规则70
4.2 事件调度法71
4.3 排队系统事件例程分析72
4.3.1 单队列单服务台系统事件例程72
4.3.2 单队列多服务台系统事件例程74
4.4 仿真模型的Excel实现74
4.4.1 SQSS系统手工仿真的Excel实现74
4.4.2 SQSS系统仿真的Excel实现76
4.5 仿真模型的Matlab实现78
4.5.1 SQSS系统仿真的Matlab实现78
4.5.2 SQMS系统仿真的Matlab实现84
思考题89
第5章 Witness仿真系统建模基础91
5.1 Witness用户界面91
5.1.1 标题栏92
5.1.2 菜单栏92
5.1.3 工具栏92
5.1.4 元素选择窗口93
5.1.5 状态栏93
5.1.6 用户元素窗口（Designer Elements）93
5.1.7 系统布局区93
5.2 Witness建模元素94
5.2.1 离散型元素94
5.2.2 连续型元素102
5.2.3 逻辑型元素106
5.2.4 运输逻辑型元素111
5.2.5 图形元素113
5.3 Witness流程规则117
5.3.1 输入规则（Input Rules）117
5.3.2 输出规则（Output Rules）118
5.3.3 劳动者规则（Labor Rules）119
思考题123
第6章 流水线生产系统建模与仿真125
6.1 模型描述125
6.2 系统分析125
6.2.1 元素说明125
6.2.2 系统运行时间126
6.3 模型建立126
6.3.1 定义元素126
6.3.2 元素细节设计129
6.4 运行模型135
6.4.1 仿真运行工具栏135
6.4.2 结果分析135
6.5 系统规则和变量说明138
6.5.1 Pull规则语法结构138
6.5.2 Pull规则示例139
思考题139
第7章 座椅组装生产物流系统建模与仿真141
7.1 模型描述141
7.2 系统分析142
7.3 建立模型143
7.3.1 元素定义143
7.3.2 元素可视化设计144
7.3.3 元素详细设计145
7.4 仿真实验及结果分析148
7.4.1 工序忙闲状态148
7.4.2 系统平均库存水平149
7.4.3 Labor元素忙闲状态统计149
7.5 系统规则和属性说明149
7.5.1 Percent规则语法结构149
7.5.2 Percent规则示例150
7.5.3 系统属性Pen150
思考题151
第8章 车辆生产物流系统概述153
8.1 车辆生产物流系统简介153
8.2 车辆生产物流系统布局及流程简介155
8.3 VPLS运作流程基本特征分析156
8.3.1 采购模块156
8.3.2 下料模块157
8.3.3 AE机加焊接线159
8.3.4 BCD机加线159
8.3.5 F工件喷漆集放链160
8.3.6 总装线作业特征分析161
8.3.7 销售模块161
8.3.8 叉车运输161
8.3.9 AGV运输162
8.4 车辆生产物流系统绩效指标163
第9章 采购过程建模与仿真164
9.1 模型描述164
9.2 模型设计165
9.2.1 建模元素定义165
9.2.2 模型细节设计165
9.3 仿真实验及结果分析168
9.3.1 工序忙闲状态168
9.3.2 系统平均库存水平168
思考题169
第10章 下料生产过程建模与仿真170
10.1 下料生产过程170
10.1.1 下料生产过程系统描述170
10.1.2 排料计划制定原则172
10.2 模型设计173
10.2.1 建模元素定义173
10.2.2 模型细节设计174
10.3 仿真实验及结果分析182
10.3.1 工序忙闲状态182
10.3.2 系统平均库存水平184
10.3.3 Labor元素忙闲状态统计184
思考题185
第11章 流水布局机加焊接作业系统建模与仿真186
11.1 模型描述186
11.2 模型设计187
11.2.1 建模元素定义187
11.2.2 模型细节设计188
11.3 仿真实验及结果分析192
11.3.1 工序忙闲状态及工作负荷不平衡系数192
11.3.2 系统平均库存水平193
11.4 改善实验194
11.4.1 模型修改194
11.4.2 实验结果对比195
思考题196
第12章 成组布局机加焊接作业系统建模与仿真197
12.1 模型描述197
12.2 模型设计198
12.2.1 建模元素定义198
12.2.2 模型细节设计199
12.3 仿真实验及结果分析206
12.3.1 瓶颈的理论分析206
12.3.2 工序忙闲状态及工作负荷不平衡系数207
12.3.3 系统平均库存水平208
12.3.4 工人忙率208
12.3.5 系统产能209
12.4 改善实验209
12.4.1 改善方案1——增加工序工人209
12.4.2 改善方案2——增加瓶颈工序设备及工人210
思考题210
第13章 总装线建模与仿真212
13.1 模型描述212
13.2 模型设计213
13.2.1 建模元素定义213
13.2.2 模型细节设计214
13.3 仿真实验及结果分析221
13.3.1 工序忙闲状态221
13.3.2 系统平均库存水平221
13.3.3 系统产能222
13.4 改变随机性实验222
思考题222
第14章 车间物流系统建模与仿真——叉车输送224
14.1 叉车输送系统224
14.1.1 叉车输送系统描述224
14.1.2 叉车输送系统运行规则及数据224
14.2 模型设计226
14.2.1 建模元素定义226
14.2.2 模型细节设计227
14.3 仿真实验及结果分析237
14.3.1 工序忙闲状态237
14.3.2 系统平均库存水平238
14.3.3 叉车忙闲状态统计238
14.3.4 轨道状态统计239
思考题239
第15章 车间物流系统建模与仿真——AGV输送241
15.1 AGV输送系统241
15.1.1 叉车输送系统描述241
15.1.2 仿真目标242
15.2 模型设计243
15.2.1 建模元素定义243
15.2.2 模型细节设计243
15.3 仿真实验及结果分析250
15.3.1 工序忙闲状态250
15.3.2 系统平均库存水平2
前 言
经济全球化的发展使得企业之间的竞争日趋激烈，企业运作效率的提升对其生存和发展起到了重要的作用。为了提升系统效率，研究者对生产制造系统中人、机、料、法、环的合理配合和管理体系进行了全面的研究，创造出很多广为应用的理论和方法。基础工业工程的动作研究和工时分析对生产过程的动作进行分解和标准化，人因工程的人机配合试图寻求最佳的人机结合面，泰勒科学管理从人的自身需求出发设计有效的管理激励措施，丰田精益生产方式从消除浪费角度设计和改善系统的运作效率，六西格玛管理采取DMAIC循环方式设计系统产出质量改善方案，供应链与物流管理中的博弈和协调理论寻求系统整体效率提升途径。
现有管理理论及其应用极大地提升了企业运作管理水平和效率，为现代人们日益多样化的生产、生活和娱乐需求提供了丰富的资源。但是，随着信息和网络技术的发展，企业之间的关系逐步走向了全球化的竞合关系，企业需要持续不断地寻求新的方法和途径去研究和改善自身的运作系统，以获得相对竞争优势。系统建模与仿真（System Modeling＆Simulation，SMS）技术是一种建立在系统组成对象之间精确的交互关系和详细运作数据基础之上、对实际系统行为的准确表述和仿真实验的方法，通过仿真实验能够评估、分析系统的运作效率，识别关键约束因素，辅助提出有效的系统改善方案。在系统集成度越来越高的现代企业竞争环境中，作为一种新型管理决策分析工具，系统建模与仿真技术获得了越来越多的企业的关注和应用。
随着计算机软、硬件技术的发展，尤其是各种各样基于离散事件系统建模理论开发出来的商业仿真软件的不断涌现，使得系统建模与仿真技术的掌握和使用变得更加容易和广泛。但是，系统建模与仿真需要使用仿真软件来描述实际运作系统中的各种关系和数据，而实际系统中对象之间的关系多种多样，如何从看似杂乱无章的车间、工厂、供应链中包含的成千上万个机床、操作工人、行车、叉车、仓库等要素之间整理出有规律的行为规则，并采取计算机语言来加以描述和形成可运行的软件程序，对于管理人员或计算机编程人员来说都是一项挑战。因此，近年来很多高校的工业工程、物流管理、工商管理、制造工程等专业都开设了相关的课程，很多企业为了应用仿真技术提升竞争力都在进行仿真应用项目的导入和推进。
总体来看，生产物流系统建模与仿真技术人员需要具备四方面的条件。首先，需要具备基本的概率统计知识，能够理解实际系统中随机性存在的普遍性并能够进行随机模型的构建；其次，需要具备使用离散事件视角识别实际生产物流运作行为规则的能力，认识到不同表象形式下的生产物流系统均是一些发生在离散时刻点的事件导致系统状态变化的排队系统，从而能够归纳和总结出有效的运作规则，以便于构建仿真模型；再次，需要掌握系统建模的编程技能，虽然当前系统建模与仿真软件的操作性和易用性非常高，但是仍然需要通过案例训练以便具备将不同机加、装配、运输、采购、销售过程中的规则转变为计算机语言的能力；最后，需要具备对仿真结果的统计分析能力，根据仿真实验结果能够分析系统的运行状态和统计系统绩效，并据此识别出系统瓶颈和提出改善方案。
有鉴于此，本书采取理论和实践相结合的原则进行编写，将全部章节布局为三大部分。第1章到第4章为系统建模与仿真基础理论部分，主要介绍仿真基本概念、仿真过程中涉及的概率统计知识及离散事件仿真模型设计方法。第5章至第7章为仿真软件基本操作部分，通过对两个独立案例的建模和仿真过程，对仿真平台Witness进行了简明扼要的阐述。第8章至第18章为车辆生产物流系统建模与仿真实战技能部分，根据作者多年的企业仿真项目实践经验，设计了综合制造企业生产物流系统典型运作过程的车辆生产物流系统案例为建模与仿真对象，通过分系统建模与仿真及最后的系统集成建模与仿真，详细介绍了对生产物流系统建模与仿真过程中涉及的系统分析、模型设计、实验结果分析及改善方案形成的相关内容。
本书由江苏大学王建华、黄贤凤编著，具体分工为：黄贤凤撰写第1～4章，王建华撰写第5～18章，最后全书由王建华统稿。
由于作者水平有限，加之时间仓促，书中难免有不足与疏忽之处，敬请读者批评指正，也希望与同行们进行更多的交流和探讨（联系邮箱：jiannywang@163.com）。本书电子资源网址为：www.iescm.com/SimuBook，该网址提供本书的全部模型、表格和PPT电子文档。本书中插有二维码，读者可以扫描查看相关多媒体资源和章节自测题。另外，本书配有在线题库，教师可以在线出题，形成试卷，需要者请发邮件至上述邮箱。
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