Arena-仿真概述分析

Arena概貌

仿真根本术语和概念2023/10/302系统：简洁处理系统一般目标：估量总零件生产量排队时间，排队长度，机器忙率时间单位设定：可任意，但是…必需全都时间设定必需合理，可以在有限的实际时间内运行完毕2023/10/303模型特征初始时间为0，且初始状态为空闲时间单位：分钟到达时间：间隔到达时间:效劳时间：模拟到20(模拟)分钟时终止仿真,如恰好在第20分钟时完毕,届时在系统中仍有零件〔正在加工或在队列中等待〕，那它们也只能完不成加工了。2023/10/3042023/10/305表2-1零件的到达、间隔和效劳时间〔单位：分钟〕零件编号到达时间到达间隔服务时间10.001.732.9021.731.351.7633.080.713.3943.790.624.5254.4114.284.46618.690.704.36719.3915.522.07834.913.153.36938.061.762.371039.821.005.381140.82..争论目标：输出性能指标整个模拟时间内的总生产量(P)在20分钟加工过程中的的总产量〔totalproduction；在钻床完成效劳并离开的零件数〕。其值应越大越好。队列中零件的平均排队时间：2023/10/306N=no.ofpartscompletingqueuewaitDi=waitingtimeinqueueofithpartKnow: D1=0

N

>1队列中全部零件的最大排队时间：72023/10/30仿真过程中开头在钻床承受效劳的零件的最大排队等待时间〔maximumwaitingtimeinqueue〕。这是用来度量最坏状况的，对于确定对顾客的效劳水平保证应当会有所帮助。这个量越小越好。争论目标：输出性能指标(continued...)队列的平均队长：队列中的最大队长：零件的平均和最大停留时间(在系统中停留的时间，或成为周转时间)2023/10/308Fi=flowtimeofithpart争论目标：输出性能指标(continued...)机器设备的使用率

(忙率)即钻床处于忙态的时间占仿真总时间的比例。这是另一个随时间离散变化的统计量，其随时间变化的函数为如下“忙态”函数其它需要的指标informationoverload?并不是指标越多越好2023/10/309分析过程常规估测分析方法平均间隔到达时间=4.987minutes平均效劳时间=3.351minutes从以上的分析来看，还是比较有希望的,由于完成效劳的速度比零件到达的速度要快(在平均意义下)只考虑平均值的话，是对模型的过度简化，彻底无视了随机性。依据以上平均值来考虑，这个模型就等价于一个均匀到达，均匀效劳的模型，可以直接应用初中数学进展解决，也就无所谓队列问题了！我们的目标——介于完全随机和完全稳定之间的合理模型这种简洁估测方法具有特殊大的局限性2023/10/3010分析过程(continued…)排队论需要额外对模型的假设最为通用的模型：M/M/1queue到达间隔时间~exponential效劳时间~exponential,independentofinterarrivals且一般具有E(service)<E(interarrival)最终为稳态(long-run,forever)确定的解析分析结果：如，队列中的平均等待时间为存在的问题：有效性，估量均值，长期有效，但是未必对于某个问题有效。通常用于对平均性能进展考虑时应用2023/10/3011排队论:第一个“M”说明到达过程是马尔可夫过程〔Markovian〕，即到达间隔独立、且听从一样的指数概率分布。其次个“M”代表效劳时间分布，此处也是指数分布。“1”表示只有一个效劳台。至少在外表上这个模型很适合本例问题。2023/10/3012模拟的机制单个操作(到达，效劳时间)依据实际过程进展处理对系统变化，大事都依据实际“时间”，实际挨次进展处理对不同对象之间的交互作用进展逐个模拟默认安置“观测者”来对输出性能指标进展收集具体的，穷举式的分析方法在过程中任何事物都是具体和清晰的然后就需要考虑大量细节，存放大量的过程参数和变量幸好有模拟软件来进展跟踪和帮助2023/10/3013模拟中需考虑的对象Entity实体系统的“参与者”，在系统的移动，状态发生变化，可以影响其它实体或者被其它实体影响动态对象—需要进展创立，进展移动，以及离开系统(依据需要)通常表示“实际”的事物在以上的模型中实体指的就是零件也可以构造出“假”实体，只是用于建模的便利例如，Breakdowndemon,breakangel一个系统中可以同时具有多个不同类型的实体2023/10/3014模拟中需考虑的对象(continued...)Attributes属性同一类型实体的特征，用来描述和区分实体同一类实体都具有一样的属性，但属性值不同，例如：到达时间停留日期优先级颜色对于特定实体，必需绑定属性值属性可以视为(实体的)“局部”变量在ARENA中有些属性是自动生成的，有些则需要进展定义2023/10/3015模拟中需考虑的对象(continued...)(全局)Variables变量反映了系统的特征，而与实体无关名称和取值对于整个系统来说是唯一的不与实体绑定实体可以对变量进展访问，并转变变量取值，例如：两个车站之间的运输时间系统中能容纳的零件个数模拟时钟“写在墙上”在ARENA中内部有一个常规变量，也可以依据需要来定义2023/10/3016变量〔variable〕，也叫全局变量〔globalvariable〕，是反映某种系统特征的信息，与具体的实体无关。模型中可以有很多种不同的变量，但每个变量只表示一种含义。变量可分为两类:一类是Arena自带的内部变量〔队长、处于忙态的效劳台数、当前仿真时钟等〕，另一类是用户自定义变量〔平均效劳时间、运输时间、当前班次等〕。与属性不同，变量不与具体的实体相关联，而是与整个系统有关系。实体可以引用这些变量，而且可以转变很多变量的值。假设把属性理解成贴附在实体上的标签，跟随实体在房间里处处游走的话，那变量就可被看作写在墙上的内容〔还可重新擦写〕。2023/10/3017模拟中需考虑的对象(continued...)Resources资源资源是实体所需要进展竞争获得的，如效劳人员机器设备空间，……实体可以猎取(seize)一个资源，使用之，并释放(releases)之。需要强调的是：在进展处理时将一个资源安排给一个实体，而不是将一个实体安排给一个资源“一个”资源可以具有多个处理单元力气 “A”resourcecanhaveseveralunitsofcapacity例如，餐厅中的一个台面可以有多个椅子一个售票窗口可以有多个售票员在模拟过程中，资源的处理单元个数可以转变2023/10/3018模拟中需考虑的对象(continued…)Queues队列当实体无法进展运动时(通常是由于无法猎取需要的资源)用于实体等待的对象具知名称，通常是与相应的资源绑定可以由于有限的空间和资源来设定有限的排队空间——当实体到达一个已满的队列时必需定义如何对实体进展处理对于此对象，通常需要观测队列的程度，等待时间，等等2023/10/3019模拟中需考虑的对象(continued…)Statisticalaccumulators统计累加器用来监测所发生状况的变量具体设定取决于所设计的输出性能指标在模型中处于“被动”地位——只监测，不参与在ARENA中自动设定了很多，也可以依据实际需要来定义在模拟完毕时，可以使用这些累加器来计算最终输出性能指标2023/10/3020模拟中需考虑的对象(continued...)对于本例中，统计累加器可以有当前所生产的零件数当前全部排队时间已经通过队列的零件个数当前最大排队时间总周转时间当前最大周转时间队列长度曲线Q(t)下的区域大小=排队时间×排队长度最大Q(t)=最大队长效劳台忙的时间B(t)2023/10/3021简洁处理系统中的大事新零件到达系统(Arrivial)到达：新零件进入系统。安排下一个新零件的适时到达，也立刻其到达大事记录插入将来大事表；更新随时间离散变化的各统计量〔从上一大事发生到现在〕；把到达零件的到达时间〔即仿真时钟的当前值〕保存在一个属性中，用以在后面计算该零件的系统逗留时间和排队时间；假设钻床空闲，则到达零件立刻开头加工〔其排队时间为零〕，将钻床状态置为“忙”，并安排该零件的离开大事，统计该零件的排队时间；否则，假设钻床正在加工其它零件，则将到达零件置于队列末尾，队长变量加1。2023/10/3022简洁处理系统中的大事(continued…)离开(Departure)，即效劳完毕将生长量累加器加1计算该零件在系统中的周转时间(now-timeofarrival)更新与时间相关的统计量假设队列不空：将排在第一位的零件取出，计算并记录其排队时间〔此时该零件已完成排队〕并开头加工该零件，并安排其离开大事〔将大事记录插入将来大事表〕；假设队列空：将效劳台置为空闲(留意：不需要调度下一个离开大事)2023/10/3023简洁处理系统中的大事(continued...)终止：仿真过程完毕。更新随时间离散变化的各统计量〔到仿真终止〕；计算最终的各输出性能指标值，并形成总结报告。经过每一个大事，大事列表都需要进展更新处理对系统状态进展初始化2023/10/3024简洁处理系统的特色仿真时钟(ARENA中内置)仿真过程中的当前时间值记在一个特殊变量中，称为仿真时钟〔simulationclock〕。与实际时间不同，仿真时钟并不是连续推动、均匀取值的，而是从当前大事的发生时间跳动到下一个大事的发生时间。由于相继两个大事之间系统没有发生变化，全部也就没有必要铺张时间来考虑这两个大事之间的过程。2023/10/3025简洁处理系统的特色大事列表：[实体号，大事发生时间，大事类型]以大事发生大事升序排列每次都将下一个大事至于大事列表顶部大事列表初始化时要调度第一个到达大事状态变量：描述当前的状态效劳器状态B(t)=1假设忙，0假设空闲队列中的顾客/零件数Q(t)当前队列中每个顾客/零件到达时间2023/10/3026计算机仿真技术的沿革(Continued…)大进展阶段(1970s-early1980s)计算机越来越快，越来越廉价仿真技术的价值得到越来越广泛的认同仿真软件也得到的改善，但是照旧需要学习特地的语言来进展编写，而且还是批处理模式通常用来汽车，航空工业中的“灾难性”问题如在汽车业，更多的是对确定性模型的大规模需求生产线出故障时则进展系统模拟，进一步来分析问题但是通常问题已经发生，承受仿真已经无济于事了2023/10/3027计算机仿真技术的沿革(continued...)上世纪80年月微机越来越强大桌面系统软件也具备了GUI和动画功能仿真技术被普遍承受传统制造行业效劳业医疗安康业“商业流程”照旧是大多数是在大企业中得到应用通常只是一种帮助工具2023/10/3028计算机仿真技术的沿革(continued…)目前渐渐在小型企业中得到推广成为了一种标准工具通常会在设计过程的前期进展应用可以进展实时把握将来展望与操作系统的兼容和交互为特定行业和企业开发出专用“模板”自动统计设计和分析2023/10/3029ARENA的定位具有层次构造可以进展多层建模可以将不同建模层次依据需要整合到一个模型内通常是承受从上至下的方式进展建模在具备模拟器的易于使用的特点的同时，不失适用性2023/10/3030ArenaTemplateStandardEditionProfessionalEditionAsinglegraphicaluserinterfaceconsistentatanylevelofmodelingHigherLevelofModelingLowerSIMANTemplateVerticalSolutionsUser-CreatedTemplatesCommonlyusedconstructsCompany-specificprocessesCompany-specifictemplatesetc.ApplicationSolutionTemplates

Call$imBP$imetc.CommonPanel

ManycommonmodelingconstructsVeryaccessible,easytouseReasonableflexibilitySupport,TransferPanels

AccesstomoredetailedmodelingforgreaterflexibilityBlocks,ElementsPanels

AlltheflexibilityoftheSIMANsimulationlanguageUser-WrittenVisualBasic,C/C++,FORTRANCode

TheultimateinflexibilityC/C++/FORTRANrequirescompilerARENA©简介2023/10/3031

回顾与小结

小贴士ARENA简介启动ARENAARENA根本特点和前例所使用的概念对象相对应界面完全是标准化的操作，功能也是标准化的可与其它软件兼容，如MSOffice具有优化内存治理功能2023/10/3032ARENA7.0简介应用ARENA进展模拟的根本操作：创立根本模型：Arena供给了一个所见即所得的流程图形式的环境来进展建模。只需将相应的模块拖拉至模型窗口并依据规律连接起来就可以构造出处理流程。细化模型：可以通过双击相应模块并进展参数调整就可以将实际问题的数据〔如，处理时间，资源要求，效劳人员水平，等〕添加到模型中。也可以依据需要来定制动画图标以更好地显示问题的流程。对模型进展模拟：通过对构造好的模型进展运行就可以得到模拟结果。ARENA供给了一个动态的可视化图形环境使得对模型的分析更加直观和简洁。分析模拟结果：Arena供给了自动报告功能，直接就能依据常规决策条件，例如资源使用率，等候时间，等，来提交分析报告。也可以通过定制特定的统计量。选择最正确方案：由于整个模拟过程都封装在软件中，所以重点就可以放在建模和分析上。这样就可以通过屡次建模和修改参数来选择最正确解决方案。2023/10/3033ARENA工作环境说明菜单/模型窗口/工具栏/PanelBasicProcessPanel/模型窗口Module(模块〕流程图模块(FlowchartModule)：放置在模型窗口中数据模块(DataModule)：不放在模型窗口中，而是通过表格来进展表示和编辑2023/10/3034流程图模块Create模块该模块是用于模拟模型中产生实体(Entity)。通过调度或者基于某个到达时间间隔可以产生一个个实体。产生实体后，实体就离开Create模块进入系统。因此实体类型是在此模块中进展定义。Process模块该模块是用于模拟中的主要处理过程。在此模块中可以进展对资源(Resource)的猎取(Seize)和释放(Release)。此外，还可以使用“submodel”选项来指定是否配置子模型。假设处理时间要安排给实体，则可以选定为valueadded,non-valueadded,transfer,wait或other。Dispose模块该模块用于标识模拟模型中的实体运动完毕的终点。对于实体的统计必需在该实体被dispose之前进展统计。2023/10/3035流程图模块(Continued…)Decide模块该模块允许在系统中进展决策选择处理。它依据一个或多个条件进展推断决策(如，假设实体为GoldCard)或者基于一个或多个概率(如,75%是;25%否)进展推断。所设条件可以是基于属性值(如,优先级)，变量值(如,NumberDenied)，实体类型，或表达式(e.g.,NQ(ProcessA.Queue))。Record模块该模块用来收集模拟模型中的统计值。不同类型的观测统计值都可以在此设定，包括从今模块退出的时间，实体统计值(time,costing,etc.)，一般观测值，间隔统计值(从一个时间点到当前模拟时间点)。计数类型的统计值也有效。Assign模块该模块用于为变量，实体属性，实体类型，实体图片或者其它系统变量进展赋值。在一个Assign模块中可以进展多个赋值。2023/10/3036流程图模块(Continued…)Batch模块该模块是在模拟模型中作为分组机制来应用的。实体的Batches可以是永久性也可以是临时进展分组。临时batches必需随后使用Separate模块进展分割。Separate模块该模块用于将一个导入实体复制到多个实体中或者可以将已经分组的实体进展分割。2023/10/3037数据模块Entity模块该数据模块用来定义不同的实体类型以及初始的图片。同样，初始本钱信息和持有本钱(holdingcosts)也可以在此定义。Queue模块该数据模块可以用来转变特定队列的排序规章。缺省的排序规章是FIFO。如要不同排序规章，请在此模块中设定。在此还有一个额外的字段用于指定该队列是否可以为其它实体共享。Resource模块该数据模块定义了模拟系统中的资源，包括本钱信息和资源可用性。资源可以具有一个固定的容量，在整个模拟过程中不发生变化，也可依据安排转变。Resourcefailures和states用来说明该模块中的AdvancedProcessandAdvancedTransferPanel。2023/10/3038数据模块Schedule模块数据模块可用于与Resourcemodule进展连接以定义资源容量变化的安排，或者可与Createmodule连接以定义到达安排。Set模块该模块定义了不同类型的集合，包括资源，计数器，累加器，实体类型和实体图片。资源集合可以用于Process(andSeize,Release,EnterandLeaveoftheAdvancedProcessandAdvancedTransferpanels)模块。计数器和累加器集合可以用于Record模块。队列集合可以用于Seize,Hold,Access,Request,Leave以及AllocatemodulesoftheAdvancedProcessandAdvancedTransferpanels。Variable模块该数据模块可用于定义变量和初始值。变量可以在其它模块中调用(如，Decidemodule)，可以通过Assignmodule来赋值，也可以用于其它任何表达式。2023/10/3039ARENA中的关键概念EntitiesandAttributesQueuesResourcesStatisticsSetsStationsandActivityAreasStoragesSequencesConveyorsTransporters2023/10/3040EntitiesandAttributes在每个模拟模型中，entities代表在系统中移动的对象。每个实体都具有自己的特征，以attributes表示。可以依据需要定义足够多的属性。每个独立的实体都具有自己的属性值；这些值可以在处理过程中赋以。例如，对于某个实体，可以定义“Length”作为实体大小，定义“Priority”来定义实体在某些行动中的重要性。当该实体进展某些处理时，可以依据Priority来进展处理。2023/10/3041QueuesQueue的根本目的是为还无法安排到资源的实体供给排队的空间。Queues是被动的，只有在实体进入队列和相关资源可以进展安排时，Queue才会发生变化。ARENA供给两种类型的队列：Individualqueues具有一个symbolicname，一个rankingrule以及一个指定的capacity。队列中的实体可以在动画中显示出来；可以对之进展统计；可以依据灵敏的排序机制进展排序；Internalqueues供给了根本的FIFO的功能，但是没有动画效果，也没有统计和排序机制。2023/10/3042ResourcesResources是系统中静止的元素，并可以安排给实体。它具有给定的capacity(在某个时点)以及states集合(如:busy,idle,inactive或failed)，这些在模拟运行过程中进展转换。Resources可以表示效劳人员，机器或者仅仅是存储空间。与Resources相关的术语包括：当实体需要一个资源时，它seize该资源；当一个实体不在需要一个资源时，该实体release该资源，使得该资源可以被其它实体猎取。当该实体需要使用该资源时，则它Delay该资源确定的时间(满足确定分布)。一个资源具有一个相关的队列，用来存放那些无法猎取资源的实体。2023/10/3043StatisticsArena可以是用户来指定是否需要对特定对象(如，队列，资源，等)的模拟统计值进展统计。这些统计值可以在模拟运行过程中得到记录并在最终报告中显示。ARENA进展的统计值收集分为以下5类：Time-persistent记录了和时间相关的统计值(如,队长和资源使用率)；Tallies记录了观测数据(如，系统中花费的时间实体等)；Counters计数了某个大事的观测发生次数(如，离开系统的对象个数)；Frequencies收集了系统变量的基于其不同状态类别的统计值(如，资源在每个可能状态下的时间消耗比率)；outputs给出了某个系统最终值或最终统计值(如，模拟运行最终的库存水平)。2023/10/3044Statistics-ReportsCategoryOverview

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