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）

針對生產(chǎn)系統(tǒng)的性能評(píng)估分析問題，排隊(duì)論、Petri網(wǎng)等數(shù)學(xué)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(diǎn)是可以較為全面精確的模擬實(shí)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(fù)雜時(shí)，分析效率也不會(huì)明顯降低。本文介紹幾種常見的離散事件系統(tǒng)仿真方法。

「?1.?事件調(diào)度法?」

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(shí)間順序及其系統(tǒng)狀態(tài)的變化，并以事件來驅(qū)動(dòng)仿真模型的運(yùn)行。仿真模型中的事件存放于“事件表”中，通過時(shí)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(shí)鐘，并調(diào)用與該事件對應(yīng)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(dāng)前事件結(jié)束后，返回時(shí)間控制模塊；重復(fù)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。

圖1?事件調(diào)度法邏輯框圖

「 2.?活動(dòng)掃描法?」

活動(dòng)掃描法（ac tivity scanning）以“活動(dòng)”作為分析系統(tǒng)的基本單元，這里的活動(dòng)等同于對象的“操作”。該方法認(rèn)為仿真系統(tǒng)的運(yùn)行是由若干活動(dòng)構(gòu)成，每一活動(dòng)對應(yīng)一個(gè)活動(dòng)處理模塊，處理與活動(dòng)相關(guān)的事件。一個(gè)活動(dòng)可以由“開始（激發(fā)）”和“結(jié)束（終止）”兩個(gè)事件表示，每一事件都有相應(yīng)的活動(dòng)處理模塊。處理中的操作能否進(jìn)行取決于時(shí)間及系統(tǒng)狀態(tài)。一個(gè)對象可以有幾個(gè)活動(dòng)處理模塊。每一個(gè)進(jìn)入系統(tǒng)的臨時(shí)對象都處于某種活動(dòng)的狀態(tài)?；顒?dòng)的激發(fā)與終止都會(huì)形成新的事件?；顒?dòng)掃描法不斷掃描系統(tǒng)的每個(gè)對象，檢驗(yàn)?zāi)男┗顒?dòng)可以激發(fā)，哪些活動(dòng)繼續(xù)保持，哪些活動(dòng)可以終止。活動(dòng)掃描法的基本思想：用各對象時(shí)間元的最小值推進(jìn)仿真時(shí)鐘；按優(yōu)先級(jí)執(zhí)行激活活動(dòng)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(shí)間。事件調(diào)度法的邏輯如圖2所示。

圖2?活動(dòng)掃描法邏輯框圖

「 3.?進(jìn)程交互法?」

事件調(diào)度法和活動(dòng)掃描法的基本模型單元分別是事件處理和活動(dòng)處理。它們都針對具體事件而建立，處理相對獨(dú)立。進(jìn)程交互法（process interaction）的基本模型單元是進(jìn)程（process）。進(jìn)程由和某類對象相關(guān)的事件及若干操作組成，一個(gè)進(jìn)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(shí)序關(guān)系。通過為每個(gè)臨時(shí)對象建立一個(gè)進(jìn)程，來反映它從產(chǎn)生開始到結(jié)束為止的全部活動(dòng)。進(jìn)程交互法試圖把活動(dòng)掃描法和事件調(diào)度法方法兩者的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來。這種方法認(rèn)為系統(tǒng)的行為可由一組進(jìn)程來描述，一個(gè)進(jìn)程是對一系列連續(xù)的事件和活動(dòng)的描述。每個(gè)臨時(shí)對象都有自己的一個(gè)進(jìn)程，隨著仿真的進(jìn)行，相繼通過這個(gè)進(jìn)程的各個(gè)階段。在任意一個(gè)時(shí)刻，系統(tǒng)中可能存在許多臨時(shí)對象，這些對象都按照自己的進(jìn)程流動(dòng)，可能處在進(jìn)程的不同階段。各進(jìn)程之間相互作用，引起臨時(shí)對象的延遲和移動(dòng)，從而構(gòu)成了系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)變化過程。在仿真過程中，每個(gè)臨時(shí)對象沿著自己的進(jìn)程向前移動(dòng)，直到由于某種原因移動(dòng)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(shí)對象繼續(xù)向前移動(dòng)，而且盡可能移過多個(gè)階段，引發(fā)延遲一般有兩種情況：

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

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

進(jìn)程交互法中，仿真時(shí)鐘的控制程序采用兩張事件表，其一是當(dāng)前事件表（current events list,?CEL）它包含了從當(dāng)前時(shí)間點(diǎn)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(gè)仿真時(shí)刻發(fā)生事件的事件記錄。每一個(gè)事件記錄中包括事件的若干屬性，其中必有一個(gè)屬性說明該事件在進(jìn)程中所處位置的指針。

進(jìn)程交互法仿真過程主要分為3個(gè)階段，如圖3所示。

圖3?進(jìn)程交互法仿真過程

（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(shí)鐘推進(jìn)到這一時(shí)間。

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

（3）當(dāng)前時(shí)間表CEL掃描，對于從CEL中取出的每一個(gè)事件記錄，首先判斷它所屬的進(jìn)程以及在進(jìn)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(dòng)，只要條件允許，該進(jìn)程要盡可能多地向前推進(jìn)，直到結(jié)束；如果條件為假或仿真時(shí)鐘要求停止，則退出該進(jìn)程，然后對CEL的下一事件進(jìn)行處理、當(dāng)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(jìn)仿真時(shí)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(fù)執(zhí)行直到仿真結(jié)束。

「?4.?三階段法?」

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

B活動(dòng)（book - keeping Activities）——表示可被預(yù)先安排的無條件事件（持續(xù)時(shí)間為0的活動(dòng)），每當(dāng)它們的預(yù)定發(fā)生時(shí)間到達(dá)時(shí)，就可直接執(zhí)行；

C活動(dòng)（conditional activities）——是條件活動(dòng)或協(xié)同活動(dòng)。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。

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

（1）A階段（時(shí)間掃描）：預(yù)先知道B活動(dòng)（無條件事件）的下次發(fā)生時(shí)間，可以確定緊迫事件的發(fā)生時(shí)間，推進(jìn)仿真時(shí)鐘到這一時(shí)間；

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

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

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