从系列:理解离散事件仿真
坎贝尔,MathWorks
学习离散事件模拟的基础知识,并探索如何使用它在这个MATLAB中构建流程模型®威尔·坎贝尔的《Tech Talk》。离散事件模拟是描述动态系统的一种简单而通用的方法。它使用一系列瞬间发生的事件,或离散的事件。使用实体、队列、门和服务器等基本概念,您可以构建复杂的模型来探索延迟、利用率和瓶颈等基本问题。
今天我们将讨论离散事件模拟,这是描述动态系统的一种简单而通用的方法。模拟依赖于真实世界过程的模型来模拟依赖时间的行为。离散事件方法将一个过程建模为一系列瞬时事件或离散事件。在这些事件之间,系统近似为固定不变的。
我们可以通过开发一个电梯模型来说明这个概念。电梯由竖井、提升机构和轿厢组成,每个轿厢都有自己的一组子部件。我们必须决定在模型中包含哪些细节。知道按下汽车控制面板上的一个按钮会影响电路中的电流、电机的旋转和车门的位移,这很重要吗?我们需要一毫秒一毫秒地理解这些细节吗?也许吧。如果你正在使用模拟来设计电梯的微控制器软件,这些信息将是重要的。但如果手头的任务不同,如果我们想要确定电梯容纳客流的能力,那么建模毫秒级的行为可能就没有必要了。
所以,让我们把重点放在描述电梯行为的一系列事件上。我们从开门开始。任务完成后,乘客进入电梯并按下按钮。在那之后,门开始关闭,电梯开始移动。然后,汽车停在想要的楼层,车门打开,乘客下车,车门再次关闭。在这些事件之间,现实世界中的事物在不断变化。然而,离散事件模拟将忽略这些动力学,并将乘客近似为在没有经历事件时处于固定状态。事件之间的任何事情都是无关紧要的,这使模型保持简单,并使我们能够专注于对我们重要的信息:如运输时间、电梯利用率和乘客吞吐量。
通过绘制两者的假设输出集,我们可以对比连续动态模拟和离散事件模拟。这里我们有三条线代表车门的位置和汽车的重心。在连续表示中,Y轴上的任何值都是可以接受的。但如果采用离散事件方法,Y轴将由离散状态组成,状态变化将对应离散事件。在本例中,所有事件都发生在不同的时间点,但没有什么可以阻止多个事件在单个实例中发生。模拟实际上只是一个事件一个接一个执行的时间表,而时间只是一个在幕后被跟踪的工件。另一种思考方法是将所有事情安排到事件日历上。有些日期会有多个活动,而有些日期则完全没有活动。
所以在这里,我们有很多方法来直观地表达电梯的离散事件模拟,以乘客的体验为中心。乘客被模拟成在电梯系统中移动的单个单元或实体。等待电梯的乘客被建模为排队的实体,模型组件保存这些实体,直到事件允许它们离开。在这种情况下,电梯到达的信号是,乘客可以打开模型中的一个门进入下一个步骤。一旦进入电梯,运输系统就会被模拟成一个服务器。
服务器在规定的时间内保存实体,在我们的例子中,这是到达所需楼层所需的时间。
因此,通过实体、队列、门和服务器等基本概念,离散事件模拟使我们能够探索有关流程的基本问题。在我们的案例中,我们可以使用模拟来回答乘客在电梯里呆了多长时间,电梯多久会闲置一次,以及哪些楼层需要最多的使用。但是,关于系统延迟、资源利用和瓶颈识别的问题是如此普遍,以至于您发现离散事件模拟应用于各种各样的问题,如银行出纳员服务和通信网络流量。我们可以下次再深入探讨这些话题,但现在,你已经有了一个大的图景。
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