課程名稱 |
離散事件模擬與實作 Discrete-Event Simulation and Implementation |
開課學期 |
108-2 |
授課對象 |
工學院 工業工程學研究所 |
授課教師 |
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課號 |
IE7044 |
課程識別碼 |
546 M2020 |
班次 |
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學分 |
3.0 |
全/半年 |
半年 |
必/選修 |
選修 |
上課時間 |
星期二6,7,8(13:20~16:20) |
上課地點 |
國青235 |
備註 |
須修過高階程式語言 總人數上限:25人 |
Ceiba 課程網頁 |
http://ceiba.ntu.edu.tw/1082IE7044_DES |
課程簡介影片 |
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核心能力關聯 |
核心能力與課程規劃關聯圖 |
課程大綱
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課程概述 |
離散事件模擬系統應用電腦計算、數學、及建模技術,模擬實務系統的運作並進行模擬成效分析。系統模型內系統狀態變數是隨機的、動態的、且事件是離散的(隨機變數的變化與發生在離散時間點上)。本課程授課目標在讓學員研習離散事件模擬理論與技術,以支援求解複雜系統的決策問題。內容除引介模擬學相關理論、技術外,會著重在模擬系統及元件的結構設計和關聯分析。案例探討將針對服務系統、製造業、和物流系統,深入探討各種模擬的離散事件:種類、執行程序、及彼此依存關係。此外透過課堂作業和程式專題的實作,驗證研習的理論和技術,體驗模擬技術能有效進行複雜系統的決策。實作專題也在演練複雜系統的建模能力、模擬的操作、及產出資料的分析。 |
課程目標 |
教學目標是讓學員了解系統運作原理,研習相關理論外並有能力實作DES系統以求解實務問題。修課前提條件:有修過基礎微積分課程、機率、或統計;更重要的是有修過計算機程式或具有程式設計能力能實作電腦應用程式。離散事件的模擬程序涉及排隊理論的佇列和事件序列運作,且動態資料結構的使用頻繁。修課者應熟稔此種程式語言技巧。此外數學能力應具基礎微積分能力,了解服從某統計分配模式的隨機變數數學模型,能實作變數產生器,以支援DES系統開發。
課程最終目標在讓修課學員能:
1. 認識各種不同模擬系統的特色、定位、和功能
2. 理解離散事件模擬運作的機制和演算原理
3. 理解基礎機率、統計分配模式理論,並運用於模擬實作上
4. 能使用高階程式語言,實作各種離散模擬技術
5. 能獨立完成離散事件模擬系統元件設計和整體系統開發實作
6. 有能力在期中實作一般FCFS的排隊服務系統
7. 有能力在學期末實作多產品、多流程、多製造單元、的製造模擬系統
8. 能執行系統模擬、分析統計各種模擬數據 |
課程要求 |
離散事件模擬是一種應用電腦計算的理論和實作結合的產物。當決策問題複雜,無法以數學模式展示時,離散事件模擬是使用電腦輔助建模和解決問題的一種方法。離散事件模擬結合多種學科的領域技術:應用數學、計算機科學、工業工程、管理學、運籌學、統計學、以及柔和這些學科的領域。
課程主在引介離離散事件模擬系統的理論和技術。內容將研習各種離散事件模擬的技法並透過實作探究模擬系統運作的機制。修習者必須具有高階程式語言(VB .NET, C++, C#)能力,以及基礎的微積分、機率統計概念和計算能力。課程中會有多個程式撰寫專題作業,期中以及期末的大型專案。課程目標在培育具有離散事件模擬理論基礎和系統實作的能力,以從事系統模擬相關的研究和應用。
107學年起,採用翻轉教學法,理論教授部分由學生在家依照設定的進度收看教學影片。每周上課前,教師會e-mail給所有學生收視指引,要求上課前完成那些課程影片的收視。教室上課時則進行收視內容疑問解答、重點補充、和內容隨堂測驗等活動。其餘為作業引導(lab)時間,由授課教師協助完成學生在課堂上完成作業撰寫。
課程進度規劃讓學員在前半段即能開發簡單且典型的離散系統,以進行建模、模擬、分析。期初會演練追踪單一伺服佇列的數學計算模型的變化並開發一個簡單的庫存系統,研習理解離散變化原理。隨後探討隨機變數的分配模式、相關的微、積分公式、及程式設計技巧,藉以實作隨機變數產生器,用以產生隨機變數驅動模擬模型進行系統轉換。接著開始進行服務系統的各種模擬元件實作,包括:服務模組、服務提供者、FCFS佇列、離散事件模擬引擎、服務使用者等。
期中專案將要求學員獨力組合之前實作的離散事件模擬元件,組成一銀行服務系統,進行各種服務模式的模擬和成效分析。後半段則致力於擴充原有系統功能,使能涵蓋複雜的生產製造系統模擬。期末內定專案是要求學員獨力完成多產品、多流程、多製造單元、的製造系統建模和模擬功能。此外,利用習得的產出分析技術,就給定的產品混和生產投料比例決策問題進行決策分析。
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預期每週課後學習時數 |
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Office Hours |
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指定閱讀 |
先修科目或先備能力:有基礎微積分、機率、統計常識,具程式設計實作能力 |
參考書目 |
教科書:
Leemis, L. M., Park, S. K. (2006). Discrete-Event Simulation: A First Course.
Pearson Prentice Hall. (2004, E-book)
參考書:
Law, A. M., Simulation Modeling and Analysis, 4th edition, McGRAW Hill (新月)
Banks, J., Ed. (1998). Handbook of Simulation. Wiley-Interscience.
Banks, J., Carson, J. S., Nelson, B. N., Nicol, D. (2005). Discrete-event
System Simulation. 4th Edition. Prentice Hall.
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評量方式 (僅供參考) |
No. |
項目 |
百分比 |
說明 |
1. |
作業及程式專題 |
40% |
40 +- 10% |
2. |
期中專題 |
20% |
20 +- 5% |
3. |
期末專案 |
30% |
30 +- 10% |
4. |
課堂小考 |
10% |
10 + 10% |
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週次 |
日期 |
單元主題 |
第1週 |
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Topic 1 Model |
第2週 |
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Topic1 Model |
第3週 |
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Topic1 Model |
第4週 |
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Topic 2 Random Number Generation |
第5週 |
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Topic2 Random Number Generation |
第6週 |
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Topic 2 Random Number Generator |
第8週 |
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Topic 3 Discrete Event Simultion |
第9週 |
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Topic 3 DES |
第10週 |
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SSQ w Feedback, SIS w delivery lag, Machine Shop Demo App |
第11週 |
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Topic 4 Statistics |
第12週 |
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Statistics |
第13週 |
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Statistics |
第14週 |
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Statistics |
第15週 |
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Topics 5 Next-event Simulation |
第16週 |
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Next-event Simulation |
第17週 |
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Chapter 6 Discrete Random Variables
Chapter 7 Continuous Random Variables |
第18週 |
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A generic discrete event simulation system for models of multiple server nodes |
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