实际工业生产过程具有规模庞大、工艺复杂、周期漫长、多产品混合等特点。考虑到工业生产过程的复杂性随着制造水平的发展相应增长，同时在生产过程中存在成本或需求波动、设备故障等影响稳态生产的诸多不确定因素，因此针对具有不确定性的复杂工业过程开展关于决策优化的研究有着极为重要的现实意义。  

在实际生产过程中，通过现场实验来完成决策算法的优化将产生非常昂贵的成本，因此需要对复杂工业过程进行建模和仿真以避免影响或破坏真实的生产节奏。已有的建模和仿真方法存在模型可复用性不强、仅针对单一的离散或连续特征进行仿真、仿真系统各层次间信息交互困难，无法实现整体优化等问题。本文针对以上问题开展了层次化建模和混杂仿真方法的研究，构建了一套复用性高、可用性好的建模和仿真系统。主要的研究工作和贡献归纳如下： 1、针对已有建模方法模型可复用性不强的问题以及复杂工业过程所具备的层次性特征，提出了一种面向复杂工业过程的层次化建模方法。通过定义单元 模型与耦合模型的形式化规范，刻画了模型的必要属性和行为，证明了形式化规范的耦合封闭性，并从事件在耦合模型内部的转发机制、模型聚合、模型解析三个方面对层次化建模具体过程进行了介绍。

2、提出了一种离散时间仿真和离散事件仿真相结合的混杂仿真方法，说明了仿真时钟的推进机制、仿真步骤、事件仿真与管理，利用基于Agent的仿真和离散事件仿真的集成方法以及系统动力学仿真和离散事件仿真的集成方法分别构建混杂系统，并说明了混杂仿真方法在混杂系统中的应用。

3、结合SimPy仿真框架和面向对象思想，在层次化建模和混杂仿真方法的基础上，设计并实现了针对复杂工业过程的建模与仿真系统。给出了系统中单元模型、耦合模型及仿真实例等基本类的设计，并对系统中动态生成并执行代码的实现方法、关键页面设计、数据存储和管理模块等进行了说明。

4、以铜火法冶炼过程为例，对所建立的复杂工业过程层次化建模与仿真系统进行验证。仿真运行结果证明了层次化建模和混杂仿真方法的可行性，并可进一步指导流程生产的调整和决策优化工作。