離散事件仿真方法有哪些？

引自：《生產(chǎn)系統(tǒng)建模與仿真》（作者：朱海平）

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針對生產(chǎn)系統(tǒng)的性能評估分析問題，排隊論、Petri網(wǎng)等數(shù)學方法有明顯的局限性，離散事件仿真方法則可以克服這些困難。一般來說，仿真方法的最大優(yōu)點是可以較為全面精確的模擬實際對象，不需要太多的抽象和假設(shè)，即便是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為復雜時，分析效率也不會明顯降低。本文介紹幾種常見的離散事件系統(tǒng)仿真方法。

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「?1.?事件調(diào)度法?」

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事件是離散事件系統(tǒng)的基本概念，事件的發(fā)生引起系統(tǒng)狀態(tài)的改變。事件調(diào)度法（event scheduling）以事件為分析系統(tǒng)的基本單位，通過定義事件、事件發(fā)生的時間順序及其系統(tǒng)狀態(tài)的變化，并以事件來驅(qū)動仿真模型的運行。仿真模型中的事件存放于“事件表”中，通過時間控制模塊從事件表中選擇最先發(fā)生的事件；重置仿真時鐘，并調(diào)用與該事件對應的事件處理模塊；更新系統(tǒng)狀態(tài)，決定未來將要發(fā)生的事件；當前事件結(jié)束后，返回時間控制模塊；重復事件的選擇與處理，直到仿真結(jié)束。事件調(diào)度法的邏輯如圖1所示。

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圖1?事件調(diào)度法邏輯框圖

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「 2.?活動掃描法?」

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活動掃描法（activity scanning）以“活動”作為分析系統(tǒng)的基本單元，這里的活動等同于對象的“操作”。該方法認為仿真系統(tǒng)的運行是由若干活動構(gòu)成，每一活動對應一個活動處理模塊，處理與活動相關(guān)的事件。一個活動可以由“開始（激發(fā)）”和“結(jié)束（終止）”兩個事件表示，每一事件都有相應的活動處理模塊。處理中的操作能否進行取決于時間及系統(tǒng)狀態(tài)。一個對象可以有幾個活動處理模塊。每一個進入系統(tǒng)的臨時對象都處于某種活動的狀態(tài)?；顒拥募ぐl(fā)與終止都會形成新的事件?；顒訏呙璺ú粩鄴呙柘到y(tǒng)的每個對象，檢驗哪些活動可以激發(fā)，哪些活動繼續(xù)保持，哪些活動可以終止?；顒訏呙璺ǖ幕舅枷耄河酶鲗ο髸r間元的最小值推進仿真時鐘；按優(yōu)先級執(zhí)行激活活動處理，使測試通過的事件得以發(fā)生；改變系統(tǒng)狀態(tài)，確定相關(guān)事件的發(fā)生時間。事件調(diào)度法的邏輯如圖2所示。

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圖2?活動掃描法邏輯框圖

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「 3.?進程交互法?」

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事件調(diào)度法和活動掃描法的基本模型單元分別是事件處理和活動處理。它們都針對具體事件而建立，處理相對獨立。進程交互法（process interaction）的基本模型單元是進程（process）。進程由和某類對象相關(guān)的事件及若干操作組成，一個進程描述了它所包括的事件及操作間的相互邏輯關(guān)系和時序關(guān)系。通過為每個臨時對象建立一個進程，來反映它從產(chǎn)生開始到結(jié)束為止的全部活動。進程交互法試圖把活動掃描法和事件調(diào)度法方法兩者的優(yōu)點結(jié)合起來。這種方法認為系統(tǒng)的行為可由一組進程來描述，一個進程是對一系列連續(xù)的事件和活動的描述。每個臨時對象都有自己的一個進程，隨著仿真的進行，相繼通過這個進程的各個階段。在任意一個時刻，系統(tǒng)中可能存在許多臨時對象，這些對象都按照自己的進程流動，可能處在進程的不同階段。各進程之間相互作用，引起臨時對象的延遲和移動，從而構(gòu)成了系統(tǒng)的動態(tài)變化過程。在仿真過程中，每個臨時對象沿著自己的進程向前移動，直到由于某種原因移動被中止，從而產(chǎn)生一定的延遲；一旦滿足某些條件，延遲被解除，則臨時對象繼續(xù)向前移動，而且盡可能移過多個階段，引發(fā)延遲一般有兩種情況：

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（1）無條件延遲（如進入服務）。在這種情況下, 臨時對象在產(chǎn)生延遲的這個階段一直保持到預先確定的延遲時間結(jié)束，然后繼續(xù)移動。

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（2）條件延遲（如排隊等待）。在這種情況下，延遲的持續(xù)時間依賴于其它進程的狀態(tài)。因此，臨時對象在這一階段要一直保持到其它條件允許它移動為止。

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進程交互法中，仿真時鐘的控制程序采用兩張事件表，其一是當前事件表（current events list,?CEL）它包含了從當前時間點開始有資格執(zhí)行的事件記錄，但是該事件是否發(fā)生的條件尚未判斷。其二是將來事件表（future events list, FEL），它包含了在將來某個仿真時刻發(fā)生事件的事件記錄。每一個事件記錄中包括事件的若干屬性，其中必有一個屬性說明該事件在進程中所處位置的指針。

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進程交互法仿真過程主要分為3個階段，如圖3所示。

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圖3?進程交互法仿真過程

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（1）未來事件表FEL掃描：掃描FEL中的記錄，確定具有最早下次激活事件的對象，仿真時鐘推進到這一時間。

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（2）移動記錄：把激活時間小于等于當前仿真時鐘時間的所有記錄從FEL移到CEL中。

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（3）當前時間表CEL掃描，對于從CEL中取出的每一個事件記錄，首先判斷它所屬的進程以及在進程中所處的位置。該事件是否發(fā)生則取決于發(fā)生條件是否為真，若為真，則發(fā)生包含該事件的活動，只要條件允許，該進程要盡可能多地向前推進，直到結(jié)束；如果條件為假或仿真時鐘要求停止，則退出該進程，然后對CEL的下一事件進行處理、當CEL中的所有記錄處理完畢后，結(jié)束對CEL的掃描，繼續(xù)推進仿真時鐘，即把將來事件表中的最早發(fā)生的事件記錄移到CEL中，如此重復執(zhí)行直到仿真結(jié)束。

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「?4.?三階段法?」

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三階段法（three-phase approach）是一種折中的方法，它認為系統(tǒng)中有些活動可以直接安排，而有些活動不能直接安排。執(zhí)行程序跟蹤可以直接安排的活動，然后掃描其它的活動，以尋找當前安排的活動執(zhí)行的邏輯結(jié)果。在三階段法中活動被分成兩種類型：

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B活動（book - keeping Activities）——表示可被預先安排的無條件事件（持續(xù)時間為0的活動），每當它們的預定發(fā)生時間到達時，就可直接執(zhí)行；

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C活動（conditional activities）——是條件活動或協(xié)同活動。它們的執(zhí)行或依賴于不同的對象的協(xié)同作用或要滿足仿真中某些特定的條件。

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如圖4所示，三階段法的執(zhí)行分成三個階段，一般稱為A、B、C三個階段。當仿真運行時，執(zhí)行程序不斷循環(huán)執(zhí)行A、B、C三個階段。

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（1）A階段（時間掃描）：預先知道B活動（無條件事件）的下次發(fā)生時間，可以確定緊迫事件的發(fā)生時間，推進仿真時鐘到這一時間；

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（2）B階段（執(zhí)行B活動）：只執(zhí)行在A階段確定的已到達發(fā)生時間的B活動（無條件事件）；

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（3）C階段（掃描C活動）：依次檢查每個C活動，并執(zhí)行條件滿足的活動。這一階段，除了掃描的只是C活動以外，操作過程和活動掃描法是一樣的。

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三階段法也是事件調(diào)度法和活動掃描法的綜合改進，是離散事件仿真軟件主要采用的方法。

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