计算机模拟仿真——中文系统仿真课件.pptx
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1、2022-4-20Management System Simulation1基于ARENA的模拟(3)卫强清华大学经济管理学院管理科学与工程系Management System Simulation22022-4-20内容简介n主要模块说明nARENA示例n示例4:电子设备组装/检测系统n示例5:A Production-Inventory Simulation ExampleManagement System Simulation32022-4-20主要模块说明Management System Simulation42022-4-20ARENA 7.0的功能n应用ARENA进行模拟的基本操
2、作:创建基本模型:创建基本模型:Arena提供了一个所见即所得的流程图形式的环境来进行建模。 只需将相应的模块拖拉至模型窗口并按照逻辑连接起来就可以构造出处理流程。细化模型:细化模型:可以通过双击相应模块并进行参数调整就可以将实际问题的数据(如,处理时间,资源要求,服务人员水平,等)添加到模型中。也可以根据需要来定制动画图标以更好地显示问题的流程。对模型进行模拟:对模型进行模拟:通过对构造好的模型进行运行就可以得到模拟结果。ARENA提供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单。分析模拟结果:分析模拟结果:Arena提供了自动报告功能,直接就能根据常规决策条件,例如资源使用率,
3、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。选择最佳方案:选择最佳方案: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。这样就可以通过多次建模和修改参数来选择最佳解决方案。Management System Simulation52022-4-20ARENA 工作环境说明n菜单/模型窗口/工具栏/PanelnBasic Process Panel/模型窗口nModule(模块)流程图模块(Flowchart Module):放置在模型窗口中数据模块(Data Module) :不放在模型窗口中,而是通过表格来进行表示和编辑Management System Si
4、mulation62022-4-20流程图模块nCreate Create 模块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达到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行定义。nProcess Process 模块模块 该模块是用于模拟中的主要处理过程。在此模块中可以进行对资源(Resource)的获取(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。若处理时间要分配给实体,则可以选定为value added, non-value added, tran
5、sfer, wait或 other。 nDisposeDispose模块模块 该模块用于标识模拟模型中的实体运动结束的终点。对于实体的统计必须在该实体被dispose之前进行统计。Management System Simulation72022-4-20流程图模块(Continued)nDecide模块模块该模块允许在系统中进行决策选择处理。它根据一个或多个条件进行判断决策 (如,若实体为Gold Card)或者基于一个或多个概率 (如, 75% 是; 25%否)进行判断。所设条件可以是基于属性值 (如, 优先级),变量值(如, Number Denied),实体类型,或表达式 (e.g.,
6、 NQ (ProcessA.Queue)。nRecord模块模块 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,包括从此模块退出的时间,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。nAssign模块模块 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行赋值。在一个Assign模块中可以进行多个赋值。Management System Simulation82022-4-20流程图模块(Continued)nBatchBatch模块模块该模块是在模拟模型中作为分
7、组机制来应用的。实体的Batches可以是永久性也可以是暂时进行分组。临时batches必须随后使用 Separate模块进行分割。 nSeparateSeparate模块模块 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行分割。Management System Simulation92022-4-20数据模块nEntity Entity 模块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,初始成本信息和持有成本(holding costs)也可以在此定义。nQueue Queue 模块模块 该数据模块可以用来改变特定队列的排序规则。缺省的排序规则是FIFO。
8、如要不同排序规则,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分享。nResource Resource 模块模块该数据模块定义了模拟系统中的资源,包括成本信息和资源可用性。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,也可根据安排改变。Resource failures和states用来说明该模块中的Advanced Process and Advanced Transfer Panel。Management System Simulation102022-4-20数据模块nSchedule Schedule 模块模块数据模块可用于与Resource m
9、odule进行连接以定义资源容量变化的安排,或者可与Create module 连接以定义到达安排。nSet Set 模块模块 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 (and Seize, Release, Enter and Leave of the Advanced Process and Advanced Transfer panels)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Allocate modules of t
10、he Advanced Process and Advanced Transfer panels。nVariable Variable 模块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, Decide module),可以通过Assign module来赋值,也可以用于其它任何表达式。Management System Simulation112022-4-20ARENA中的关键概念nEntities and AttributesnQueues nAttributes Resources nStatistics nSets nStations and Activity
11、Areas nStorages nSequences nConveyors nTransporters Management System Simulation122022-4-20Entities and Attributesn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。可以根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予。n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。当该实体进行某些处理时,可以根据Priority来
12、进行处理。Management System Simulation132022-4-20QueuesnQueue的基本目的是为还无法分配到资源的实体提供排队的空间。Queues是被动的,只有在实体进入队列和相关资源可以进行分配时,Queue才会发生变化。nARENA提供两种类型的队列:Individual queues具有一个symbolic name,一个ranking rule以及一个指定的capacity。队列中的实体可以在动画中显示出来;可以对之进行统计;可以根据灵活的排序机制进行排序;Internal queues提供了基本的FIFO的功能,但是没有动画效果,也没有统计和排序机制。M
13、anagement System Simulation142022-4-20ResourcesnResources是系统中静止的元素,并可以分配给实体。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行转换。 Resources可以表示服务人员,机器或者仅仅是存储空间。n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获取。当该实体需要使用该资源时,则它Delay该资源一定的时
14、间(满足一定分布)。一个资源具有一个相关的队列,用来存放那些无法获取资源的实体。Management System Simulation152022-4-20StatisticsnArena可以是用户来指定是否需要对特定对象(如,队列,资源,等)的模拟统计值进行统计。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。nARENA进行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 计数了某个事件的观测发生次数 (如,离开系统的对象个数);
15、 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,模拟运行最后的库存水平)。Management System Simulation162022-4-20Statistics - ReportsnCategory Overview nCategory by Replication nActivity Areas nEntitiesnProcesses nQueues nResourcesnTransfersnUser SpecifiednFrequencies Managem
16、ent System Simulation172022-4-20其它概念nSets nStations and Activity Areas nStorages nSequences nConveyors nTransporters Management System Simulation182022-4-20ARENA示例Management System Simulation192022-4-20示例 1n一个M/M/1的服务系统,到达间隔时间满足均值为8分钟的指数分布,服务台的服务时间满足均值为5.5分钟的指数分布。请模拟20分钟的系统运行。Replication 5次。Create 1
17、Process 1Dispose 10 00 Management System Simulation202022-4-20示例 2 (排队问题)n顾客带着购买卷随机到达电器商店买电器。顾客到达的间隔时间服从均值为0.125小时的指数分布。有两个一模一样的收银台可以为顾客服务,处理时间服从均值为0.083小时的指数分布。去这两个收银台交钱的顾客排一个队。付款后,顾客就拿着盖章的收据来到提货窗口来提货。提货窗口的的处理时间满足均值为0.1429小时的指数分布。提货窗口只有一个服务台。请模拟60分钟的过程,重复20次模拟过程。给出每个事件发生时候的时间以及系统状态。计算所有已经完成的顾客的平均周转
18、时间,以及每个服务台的利用率。Create 1CheckoutPickup WindowDispose 10 0 00 12:00:00Management System Simulation212022-4-20示例3 Movie Rental Shopn顾客进入音像店后,先判断要租借的电影类型。在拿定主意后,顾客就直趋所对应的电影区,并进一步进行选择。选定电影后,顾客就要接着考虑是否购买爆米花。如果购买爆米花,则就到爆米花柜台拿上一包。如果选择不购买爆米花,则就直接到出口交费。下例给出了一个演示。Video Rental ShopWaiting for CashierComedyOther
19、ActionDramaPopcornNo PopcornGo HomePay for Item sSelect PopcornBuy Popcorn ?Tr ueFal seSelect ComedySelect ActionSelect Dram aAction or Dram a ?Tr ueFal seTr ueFal seComedy or Other ?Enter Video Shop0 0 00 0 0 0 00 00 00 Management System Simulation222022-4-20示例4电子设备组装/检测系统Management System Simulati
20、on232022-4-20电子设备组装/检测系统n流程:分别制造两个电子元件A,B;每个电子元件的制造都是通过基本原材料进行;生产完A,B后,进行Sealer步骤进行组装和检测,然后根据检测结果来判断是Rework还是Shipping;Rework过程包括Salvage且Shipping或者是Scrapped。Management System Simulation242022-4-20Run条件以及输出设置n开始启动为Empty&Idle,运行4天8小时/天n对于每个工作区,选择Resource UtilizationNumber in QueueTime in Queuen对于每个退出点(
21、Shipped, Salvaged, Scrapped),统计系统中总停留时间(cycle time)。Management System Simulation252022-4-20模拟模型建立的基本信息nEntity包括两类;n因此有两个相互独立的Create模块;n对于不同的两类Entity,有独立的Process模块;nSealer和Rework都是Process模块,之后分别跟着一个Decide模块(2 way by chance);nDepart模块有三个,分别是Shipped,Salvaged和Scrapped;n通过Assign模块在Create模块后对Sealer Time属性
22、进行赋值,因为我们要统计Sealer Time;n在Depart模块之间添加Record模块。Management System Simulation262022-4-20Part A Create模块nName: Part A ArrivenEntity Type: Part AnTime Between ArrivalsType: Random (Expo)Value: 5Units: Minutesn其余为缺省值Management System Simulation272022-4-20Part B Create模块nName: Part B ArrivenEntity Type: P
23、art BnTime Between ArrivalsType: Random (Expo)Value: 30Units: MinutesnEntities per Arrivals: 4Management System Simulation282022-4-20Part A Attributes Assign模块nName: Assign Part A Sealer and Arrive timenAdd 按钮(由于使用同一个设备进行Seal,但是处理时间不同,因此只能在这里进行赋值):Type: AttributeAttribute Name: Sealer TimeNew Value:
24、 TRIA(1, 3, 4)nAdd 按钮Type: AttributeAttribute Name: Arrive TimeNew Value: TNOW(to compute time in system on exit)TNOW是Arena内部变量名,代表模拟时钟,参见Help Arena Help Contents Variables, Functions, and Distributions Date and Time VariablesManagement System Simulation292022-4-20Part B Attributes Assign模块nName: As
25、sign Part B Sealer and Arrive TimenAdd按钮:Type: AttributeAttribute Name: Sealer TimeNew Value: WEIB(2.5, 5.3)nAdd按钮:Type: AttributeAttribute Name: Arrive TimeNew Value: TNOW Arena建模中的命名习惯 尽量用直观的名称 命名必须唯一Management System Simulation302022-4-20Prep Part A的Process模块nName: Prep A ProcessnAction: Seize De
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