離散事件仿真方法有哪些？

引自：《生產系統建模與仿真》（作者：朱海平）

針對生產系統的性能評估分析問題，排隊論、Petri網等數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，即便是系統結構較為復雜時，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仿真方法。

「?1.?事件調度法?」

事件是離散事件系統的基本概念，事件的發生引起系統狀態的改變。事件調度法（event scheduling）以事件為分析系統的基本單位，通過定義事件、事件發生的時間順序及其系統狀態的變化，并以事件來驅動仿真模型的運行。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生的事件；重置仿真時鐘，并調用與該事件對應的事件處理模塊；更新系統狀態，決定未來將要發生的事件；當前事件結束后，返回時間控制模塊；重復事件的選擇與處理，直到仿真結束。事件調度法的邏輯如圖1所示。

圖1?事件調度法邏輯框圖

「 2.?活動掃描法?」

活動掃描法（ac tivity scanning）以“活動”作為分析系統的基本單元，這里的活動等同于對象的“操作”。該方法認為仿真系統的運行是由若干活動構成，每一活動對應一個活動處理模塊，處理與活動相關的事件。一個活動可以由“開始（激發）”和“結束（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狀態。一個對象可以有幾個活動處理模塊。每一個進入系統的臨時對象都處于某種活動的狀態。活動的激發與終止都會形成新的事件。活動掃描法不斷掃描系統的每個對象，檢驗哪些活動可以激發，哪些活動繼續保持，哪些活動可以終止。活動掃描法的基本思想：用各對象時間元的最小值推進仿真時鐘；按優先級執行激活活動處理，使測試通過的事件得以發生；改變系統狀態，確定相關事件的發生時間。事件調度法的邏輯如圖2所示。

圖2?活動掃描法邏輯框圖

「 3.?進程交互法?」

事件調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系和時序關系。通過為每個臨時對象建立一個進程，來反映它從產生開始到結束為止的全部活動。進程交互法試圖把活動掃描法和事件調度法方法兩者的優點結合起來。這種方法認為系統的行為可由一組進程來描述，一個進程是對一系列連續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，從而構成了系統的動態變化過程。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，則臨時對象繼續向前移動，而且盡可能移過多個階段，引發延遲一般有兩種情況：

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

（2）條件延遲（如排隊等待）。在這種情況下，延遲的持續時間依賴于其它進程的狀態。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。

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行的事件記錄，但是該事件是否發生的條件尚未判斷。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。

進程交互法仿真過程主要分為3個階段，如圖3所示。

圖3?進程交互法仿真過程

（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，仿真時鐘推進到這一時間。

（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。

（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。該事件是否發生則取決于發生條件是否為真，若為真，則發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，結束對CEL的掃描，繼續推進仿真時鐘，即把將來事件表中的最早發生的事件記錄移到CEL中，如此重復執行直到仿真結束。

「?4.?三階段法?」

三階段法（three-phase approach）是一種折中的方法，它認為系統中有些活動可以直接安排，而有些活動不能直接安排。執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行的邏輯結果。在三階段法中活動被分成兩種類型：

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

C活動（conditional activities）——是條件活動或協同活動。它們的執行或依賴于不同的對象的協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，執行程序不斷循環執行A、B、C三個階段。

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

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

（3）C階段（掃描C活動）：依次檢查每個C活動，并執行條件滿足的活動。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。

三階段法也是事件調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。