等 仿 真 应 用 的 具 体 表 现 : 提 高 设 备 利 用 率 减 少 排 队 等 待 有 效 分 配 资 源 减 小 缺 货 损 失 减 小 资 源 故 障 带 来 的 影 响 确 定 最 优 批 量 问 题 确 定 最 优 加 工 顺 序 问 题 解 决 物 料 搬 运 问 题 日 常

Arena 培 训 手 册 1 仿 真 概 述 1.1 仿 真 的 定 义 特 点 和 用 途 仿 真 是 以 系 统 理 论 形 式 化 理 论 随 机 过 程 理 论 统 计 理 论 以 及 优 化 理 论 为 基 础, 借 助 计 算 机 和 仿 真 软 件 对 实 际 系 统 行 为 进 行 动 态 实 验 研 究 的 方 法 通 俗 而 言, 仿 真 是 基 于 一 定 的 知 识 或 假 设, 对 实 际 系 统 进 行 模 拟, 从 而 更 加 深 入 地 了 解 整 个 系 统, 并 且 对 系 统 做 出 科 学 的 调 整 改 善 和 优 化, 为 辅 助 决 策 提 供 依 据 对 于 包 含 多 种 随 机 因 素 的 复 杂 系 统, 通 常 难 于 用 数 学 模 型 或 解 析 方 法 精 确 地 描 述 和 求 解 时, 可 以 根 据 系 统 内 部 的 逻 辑 关 系 和 数 学 关 系, 面 向 系 统 的 实 际 过 程 和 行 为 来 构 造 仿 真 模 型, 在 很 少 假 设 或 不 作 假 设 的 前 提 下 建 立 包 括 系 统 主 要 因 素 和 具 体 细 节 的 模 型 框 架, 并 通 过 仿 真 实 验 运 行, 得 到 复 杂 系 统 的 解 仿 真 的 优 越 性 :1 它 可 以 将 研 制 过 程 运 行 过 程 和 实 施 过 程 放 在 实 验 室 中 进 行, 具 有 良 好 的 可 控 制 性 无 破 坏 性 可 复 现 性 和 经 济 性 等 特 点 ;2 系 统 仿 真 在 理 论 上 体 现 了 实 验 思 考 的 方 法 论, 用 它 可 以 探 索 高 技 术 领 域 和 复 杂 系 统 深 层 次 的 运 动 机 理 和 规 律 性, 给 出 人 们 直 观 逻 辑 推 理 不 能 预 见 的 系 统 动 态 特 征, 具 有 科 学 的 先 验 性 ;3 系 统 仿 真 建 模 具 有 面 向 过 程 的 特 点, 仿 真 模 型 与 所 研 究 系 统 的 运 行 过 程 在 形 式 上 和 逻 辑 上 存 在 对 应 性, 避 免 了 建 立 抽 象 数 学 模 型 的 困 难, 显 著 简 化 了 建 模 过 程, 具 有 很 好 的 直 观 性 仿 真 与 线 性 规 划 和 网 络 技 术 一 起 被 称 为 运 筹 学 在 应 用 领 域 中 的 三 大 支 柱 在 工 业 生 产 交 通 运 输 能 源 供 应 医 疗 卫 生 航 空 航 天 军 事 作 战 制 造 过 程 以 及 社 会 服 务 等 领 域 发 挥 了 重 要 作 用, 展 现 出 了 美 好 的 前 景 仿 真 的 实 际 用 途 体 现 在 两 大 方 面 : 事 前 分 析 认 证 和 事 后 分 析 改 善 最 终 目 的 是 要 辅 助 决 策, 降 低 成 本, 提 高 效 益 1 国 防 军 事 领 域 新 装 备 研 制 过 程 仿 真 作 战 仿 真 等 等 ;2 生 产 制 造 领 域 生 产 线 布 局 设 施 规 划 厂 址 选 择 瓶 颈 分 析 资 源 分 配 等 等 ;3 供 应 链 管 理 领 域 物 流 规 划 库 存 决 策 运 输 规 划 等 等 ;4 社 会 服 务 领 域 系 统 性 能 分 析 业 务 流 程 分 析 投 资 决 策 分 析 ( 决 策 方 案 比 较 ) 等

等 仿 真 应 用 的 具 体 表 现 : 提 高 设 备 利 用 率 减 少 排 队 等 待 有 效 分 配 资 源 减 小 缺 货 损 失 减 小 资 源 故 障 带 来 的 影 响 确 定 最 优 批 量 问 题 确 定 最 优 加 工 顺 序 问 题 解 决 物 料 搬 运 问 题 日 常 运 作 决 策 实 时 监 控 方 案 筛 选, 仿 真 模 型 的 类 别 : 离 散 系 统 仿 真 连 续 系 统 仿 真 混 合 系 统 仿 真 在 离 散 系 统 中, 状 态 变 量 仅 在 随 机 的 时 点 上 发 生 瞬 间 的 跃 变, 而 在 两 个 相 邻 的 时 间 点 之 间, 系 统 的 状 态 保 持 不 变 汽 车 上 的 人 数 时 间 飞 机 水 平 速 度 离 散 系 统 仿 真 时 间 连 续 系 统 仿 真 油 量 运 输 车 油 量 变 化 库 存 油 量 变 化 装 油 过 程 运 输 过 程 入 库 过 程 时 间 混 合 系 统 仿 真 1.2 仿 真 的 基 本 问 题 和 内 容 数 据 是 怎 么 来 的? 仿 真 数 据 的 采 集 与 分 析 生 成 的 数 据 是 否 正 确? 数 据 能 真 实 反 映 我 们 的 实 际 情 况 吗? 随 机 数 与 随 机 变 量 的 生 成, 系 统 输 入 分 析

模 型 能 真 实 描 述 我 们 这 里 的 实 际 运 作 吗? 运 行 结 果 能 说 明 实 际 问 题 吗? 仿 真 模 型 的 验 证 认 证 和 确 认 (VV&A) Verification: 验 证 确 定 仿 真 模 型 本 身 是 否 存 在 语 法 和 逻 辑 错 误 ;Validation: 认 证 确 定 仿 真 模 型 是 否 精 确 代 表 理 论 模 型 ;Accreditation: 确 认 确 定 仿 真 模 型 是 否 真 实 反 映 实 际 系 统, 能 否 被 实 际 需 要 和 特 定 目 的 所 接 受 数 据 采 集 和 分 析 抽 象 提 取 仿 真 建 模 确 认 认 证 实 际 系 统 理 论 模 型 仿 真 模 型 验 证 仿 真 试 运 行 模 型 确 认 仿 真 模 型 的 VV&A 如 何 根 据 输 出 数 据 分 析 实 际 系 统 的 性 能? 仿 真 输 出 分 析 仿 真 的 理 论 基 础 是 什 么? 为 什 么 有 效? 估 计 实 际 系 统 的 性 能 计 算 机 仿 真 软 件 实 际 系 统 模 拟 系 统 系 统 理 论 形 式 化 理 论 优 化 理 论 概 率 论 随 机 过 程 数 理 统 计 仿 真 涉 及 的 理 论

1.3 仿 真 的 基 本 步 骤 问 题 阐 述 确 定 仿 真 目 标 仿 真 建 模 数 据 采 集 否 模 型 验 证 通 过 否 否 是 仿 真 程 序 编 制 或 生 成 模 型 校 核 通 过 是 仿 真 实 验 设 计 仿 真 试 运 行 否 模 型 确 认 通 过 否 是 正 式 仿 真 运 行 仿 真 输 出 统 计 分 析 仿 真 报 告 辅 助 决 策 仿 真 基 本 流 程 图 1.4 仿 真 原 理 随 机 抽 样 ( 统 计 实 验 分 析 ) 方 法 的 基 本 思 想 : 当 实 验 次 数 充 分 多 时, 某 一 事 件 出 现 的 频 率 近 似 于 该 事 件 发 生 的 概 率

由 于 随 机 因 素 的 存 在, 任 意 两 次 仿 真 的 结 果 很 可 能 是 不 一 样 的 因 此, 一 次 仿 真 的 结 果 没 有 什 么 实 际 意 义, 是 不 能 作 为 决 策 依 据 的 但 可 以 用 多 次 仿 真 实 验 的 结 果 进 行 统 计 分 析, 来 推 断 系 统 的 性 能 抽 样 实 验 实 际 系 统 仿 真 统 计 推 断 统 计 分 析 仿 真 术 语 : 以 一 定 的 置 信 度 推 断 系 统 的 性 能 位 于 某 个 置 信 区 间 置 信 度 : 可 靠 性 程 度 ; 置 信 区 间 : 可 靠 性 区 间 ; 精 度 : 精 确 性 程 度, 如 置 信 区 间 半 长 ; 样 本 量 与 精 度 的 平 方 成 反 比, 与 置 信 度 下 有 关 分 布 的 临 界 值 的 平 方 成 正 比 L L A B C A: 系 统 性 能 指 标 的 最 小 值 B: 系 统 性 能 指 标 的 均 值 ( 期 望 ) C: 系 统 性 能 指 标 的 最 大 值 L: 置 信 区 间 半 长 检 查 数 据 是 否 独 立 仿 真 术 语 判 断 数 据 的 分 布 估 计 分 布 参 数 Input Analyzer 自 动 完 成 假 设 检 验 输 入 分 析 过 程 仿 真 类 型 不 同, 所 采 用 的 输 出 统 计 分 析 方 法 也 不 同 仿 真 类 型 一 般 有 终 态 仿 真 和 稳 态 仿 真 两 种 终 态 仿 真 主 要 研 究 在 规 定 时 间 内 的 系 统 行 为, 而 稳 态 仿 真 主 要 研 究 系 统 长 期 运 行 的 稳 态 行 为 终 态 仿 真 : 在 有 限 时 段 内 的 仿 真, 仿 真 结 果 与 系 统 初 始 状 态 有 关 用 相 同 的 初 始 条 件 与 终 止 事 件 做 n 次 独 立 重 复 仿 真 运 行, 每 次 使 用 不 同 的 随 机 数 流 为 消 除 自 相 关 影 响, 可 对 每 次 运 行 的 结 果 进 行 平 均 处 理

稳 态 仿 真 : 仿 真 时 间 趋 于 无 穷 的 仿 真, 仿 真 结 果 在 理 论 上 与 系 统 初 始 状 态 无 关 与 终 态 仿 真 相 比, 除 需 要 消 除 自 相 关 因 素 外, 还 有 一 个 重 要 的 方 面 就 是 要 消 除 初 始 状 态 的 影 响 ( 解 决 初 始 瞬 态 问 题 ) 常 用 分 布 :1 均 匀 分 布 连 续 分 布 只 知 道 最 大 值 和 最 小 值 时 使 用 ;2 三 角 分 布 连 续 分 布 只 知 道 最 大 值 最 小 值 和 最 可 能 值 时 使 用 ;3 泊 松 分 布 离 散 分 布 模 拟 固 定 间 隔 时 间 内 的 随 机 事 件 数 量, 如 到 达 人 数 批 量 大 小 等 4 正 态 分 布 连 续 分 布 如 用 于 表 示 加 工 时 间 等 5 指 数 分 布 连 续 分 布 常 用 于 表 示 间 隔 时 间 6 离 散 概 率 分 布 常 用 于 表 示 工 件 类 型 等 均 匀 分 布 三 角 分 布 泊 松 分 布

正 态 分 布 指 数 分 布 推 进 离 散 分 布 仿 真 时 钟 的 推 进 方 式 : 面 向 事 件 的 仿 真 时 钟 推 进 和 面 向 时 间 间 隔 的 仿 真 时 钟

仿 真 开 始 事 件 1 事 件 2 事 件 3 事 件 4 事 件 5 事 件 6 时 间 面 向 事 件 的 仿 真 时 钟 推 进 仿 真 开 始 事 件 1 事 件 2 事 件 3 事 件 4 事 件 5 事 件 6 时 间 面 向 时 间 间 隔 的 仿 真 时 钟 推 进 2 Arena 概 述 Arena 是 美 国 Rockwell Software 公 司 开 发 的 通 用 仿 真 软 件, 具 有 功 能 强 大 使 用 方 便 界 面 直 观 动 画 显 示 等 优 点 可 以 很 容 易 地 建 立 诸 如 生 产 系 统 服 务 系 统 等 仿 真 模 型 ; 并 可 以 根 据 实 际 需 要 设 定 仿 真 参 数 进 行 动 态 系 统 模 拟, 从 而 对 实 际 的 复 杂 系 统 进 行 有 效 分 析 和 处 理 ; 内 嵌 的 Microsoft VBA(Microsoft Visual Basic for Application) 工 具 使 Arena 能 够 根 据 用 户 特 定 需 求 进 行 定 制, 还 可 以 方 便 地 与 其 它 软 件 集 成, 如 Microsoft Office 产 品 SQL Server 数 据 库 产 品 等, 从 而 对 其 功 能 进 行 扩 充 ;Arena 采 用 面 向 对 象 编 程 (OOP, Object-Oriented Programming) 的 思 想, 将 其 核 心 模 块 都 以 类 的 形 式 封 装 在 Arena 类 库 中, 以 动 态 链 接 库 (Dynamic-Link Library, DLL) 的 形 式 表 现, 在 任 何 开 发 环 境 中 都 可 以 引 用 这 些 动 态 链 接 库, 继 而 使 用 Arena 的 所 有 模 块 来 达 到 控 制 整 个 仿 真 模 型 和 仿 真 运 行 过 程 的 目 的 2.1 Arena 的 发 展 历 史 1983 年,Systems Modeling Corporation,SIMAN, 柔 性 建 模 语 言 1984 年,Systems Modeling Corporation,SIMAN/CINEMA, 基 于 SIMAN 的 动 画 仿 真 环 境 1993 年,Systems Modeling Corporation,Arena 1998 年,Rockwell Software Corporation,Arena 的 各 个 高 级 版 本

2.2 Arena 的 特 点 学 术 性 强 1 全 面 深 入 地 体 现 了 系 统 仿 真 的 有 关 理 论 ;2 学 术 界 应 用 较 广 W. David Kelton: Cincinnati 大 学 定 量 分 析 和 运 作 管 理 学 院 教 授,Wisconsin 大 学 的 学 士 硕 士 和 博 士,Ohio 大 学 的 硕 士, 工 业 工 程 和 仿 真 领 域 专 家, 在 Operations Research, Management Science, the INFORMS Journal on computing, IIE (Institute of Industrial Engineering) Transactions, Naval Research Logistics, the Journal of the American Statistical Association 等 发 表 过 论 文, 多 家 国 际 期 刊 编 辑, 曾 担 任 WSC (Winter Simulation Conference) 主 席, 多 家 国 际 知 名 企 业 咨 询 师 顾 问, 重 要 著 作 有 Simulation Modeling and Analysis 和 Simulation with Arena Averill M. Law: 教 授, 工 业 工 程 和 仿 真 领 域 专 家,ExpertFit 的 开 发 人 员 之 一 David T. Sturrock: 2004 年,Rockwell 公 司 仿 真 开 发 部 主 任, 参 与 开 发 SIMAN Randall P. Sadowski: 2004 年,Rockwell 公 司 产 品 经 理, 工 业 工 程 领 域 专 家 顾 问, 著 作 有 Simulation with Arena 和 Introduction to Simulation Using SIMAN 和 Arena 相 关 的 国 内 外 部 分 发 表 刊 物 : [1] KELTON W D, SADOWSKI R P, SADOWSKI D A. Simulation with ARENA[M], 2nd edition. McGraw-Hill, 2002 [2] Averill M. L., Kelton W. D. Simulation Modeling and Analysis [M]. Third Edition. America: McGraw Hill, 2000 [3] Kambiz Farahmand, Arun Balasubramanian. Solving logistics and transportation problems in a job shop [C]. Proceedings of the Winter Simulation Conference, 2002, 1(1): 1052-1059. Texas A&M University, Mechanical & Industrial Engineering, U.S.A. [4] Richard J Linn, Chin-Sheng Chen, Jorge A Lozan. Development of distributed simulation model for the transporter entity in a supply chain process [J].

Proceedings of the 2002 Winter Simulation Conference, 2002, 1319-1326. Department of Industrial and Systems Engineering, Florida International University, Miami, FL 33199, U.S.A. [5] Giannoccaro Ilaria, Pontrandolfo Pierpaolo. Inventory management in supply chains: a reinforcement learning approach [J]. International Journal of Production Economics, 2002, Vol. 78(2): 153-161. Italy [6] 陈 旭, 武 振 业. 敏 捷 制 造 环 境 下 基 于 面 向 对 象 的 柔 性 裁 剪 仿 真 建 模 研 究 [J]. 计 算 机 应 用 研 究, 2000 年 12 期. 西 南 交 大 [7] 武 振 业, 朱 连 喜. 基 于 VBA 和 EXCEL 的 ARENA 仿 真 输 出 可 视 化 表 达 [J]. 计 算 机 应 用 研 究, 2000 年 02 期. 西 南 交 大 [8] 陈 旭, 武 振 业. 新 一 代 可 视 化 交 互 集 成 仿 真 环 境 Arena[J]. 计 算 机 应 用 研 究, 2000 年 01 期. 西 南 交 大 [9] 武 振 业, 陈 旭. 基 于 可 视 化 仿 真 的 动 态 联 盟 组 成 方 案 选 择 研 究 [J]. 计 算 机 应 用 研 究, 2000 年 08 期. 西 南 交 大 [10] 周 宏, 黎 志 成. 分 销 仓 储 配 送 中 心 定 货 决 策 模 拟 系 统 研 究 [J]. 运 筹 与 管 理, 2002 年 04 期. 华 中 科 大 [11] 孙 宝 凤, 李 星, 李 建 华, 侯 继 娜. Arena 和 System Dynamics 在 供 应 链 仿 真 领 域 的 应 用 [J]. 吉 林 大 学 学 报, 2006, 36(5): 829-834. 吉 林 大 学 [12] 徐 旭 珊, 周 勇, 张 军 月. Arena 在 制 造 业 企 业 组 织 结 构 中 的 应 用 研 究 [J]. 2001, 17(1): 1-5. 西 南 交 大, 上 海 交 大 [13] N. 阿 塔 埃 波 尔, E.Y. 巴 菲. 铲 - 车 作 业 中 调 度 和 非 调 度 模 式 的 ARENA 模 拟 模 型 [J]. 计 算 机 应 用, 2000 年 第 4 期. 澳 大 利 亚 伍 伦 贡 大 学 [14] 王 志 凌, 黎 志 成, 胡 斌. 辅 助 企 业 促 销 组 合 决 策 的 Arena 模 拟 系 统 研 究 [J]. 华 中 科 技 大 学 学 报, 2002, 30(7): 77-79. 华 中 科 技 大 学 [15] 潘 燕 春, 周 泓, 冯 允 成. 基 于 Arena 的 车 间 作 业 排 序 问 题 建 模 方 法 及 其 仿 真 优 化 系 统 设 计 [J]. 计 算 机 集 成 制 造 系 统 -CIMS, 2006, 12(3): 389-394. 北 航 [16] 苗 明, 郭 晓 霞, 姚 夏 莉. 基 于 Arena 的 集 装 箱 港 口 装 卸 工 艺 系 统 方 案 仿 真 研 究 [J]. 物 流 技 术, 2006 年 第 3 期. 大 连 理 工 大 学 [17] 赵 璐, 金 淳, 于 越. 可 视 化 交 互 仿 真 软 件 Arena 的 最 新 进 展 [J]. 系 统 仿 真 技 术,

2(3): 176-182. 大 连 理 工 大 学 [18] 李 涛, 冯 允 成, 但 蕾. 用 Visual Basic 实 现 对 Arena 仿 真 模 型 的 控 制 [J]. 微 计 算 机 应 用, 2004, 25(4): 503-507. 北 航 [19] 凯 尔 顿, 萨 多 夫 斯 基, 斯 特 罗 克, 周 泓. 仿 真 - 使 用 Arena[M]. 北 京 - 机 械 工 业 出 版 社, 2007 简 单 易 用 采 用 可 视 化 建 模 和 运 行 环 境, 这 一 点 和 多 数 仿 真 软 件 类 似 友 好 稳 定 相 对 于 Flexsim em-plant 等 仿 真 软 件 的 友 好 性 体 现 在 数 据 输 入 输 出 及 模 型 调 试 等 等 方 面 ; 由 于 软 件 很 成 熟, 而 且 模 型 中 不 能 直 接 使 用 指 针, 所 以 系 统 更 加 稳 定 Arena 提 供 二 维 图 形 制 作 功 能 和 录 制 仿 真 动 画 功 能 应 用 方 案 模 板 Arena 将 一 些 常 用 的 仿 真 逻 辑 封 装 在 Block( 块, 模 块 ) 中, 相 关 的 Block 集 成 在 Template( 模 板 ) 中 ( 应 用 方 案 模 板,AST) 模 板 有 不 同 的 级 别, 越 高 级 的 模 板 功 能 越 丰 富, 构 建 模 型 的 效 率 也 越 高, 但 是 越 不 灵 活 ; 越 低 级 的 模 板 功 能 越 单 一, 构 建 模 型 的 效 率 也 越 低, 但 是 越 灵 活 有 些 高 级 Block 可 以 通 过 低 级 Block 组 合 而 成 一 般 应 用 高 级 模 板 即 可 方 便 快 捷 地 构 建 仿 真 模 型, 对 于 非 常 复 杂 的 仿 真 模 型 才 需 要 用 到 低 级 模 板 Arena 不 同 版 本 的 模 板 划 分 不 尽 相 同, 目 前 Arena9.0 版 本 包 含 的 模 板 中 常 用 的 有 :1 Basic Process 基 本 处 理 模 板 包 括 实 体 队 列 资 源 变 量 数 组 创 建 实 体 加 工 实 体 释 放 实 体 等 各 个 模 块 ;2 Advanced Process 高 级 处 理 模 板 包 括 表 达 式 文 件 统 计 存 储 延 迟 匹 配 信 号 等 各 个 模 块 ;3 Advanced Transfer 高 级 传 输 模 板 包 括 工 艺 路 线 传 送 带 距 离 进 入 离 开 路 径 等 各 个 模 块 ;4 Blocks 模 块 模 板 包 含 各 个 低 级 模 块 ; 5 Elements 元 素 模 板 包 含 各 个 更 低 级 的 模 块 ;6 Flow Process 流 处 理 模 板 用 于 构 建 连 续 系 统 具 体 包 括 容 器 传 感 器 流 规 则 器 等 模 块 ;7 保 留 的 旧 版 本 中 的 Support 支 持 模 板 包 括 大 量 比 Blocks 模 板 中 的 模 块 稍 高 级 的 模 块 Arena 中 的 模 板 有 近 20 个, 封 装 好 的 仿 真 逻 辑 模 块 有 二 三 百 个, 可 以 直 接

用 于 构 建 仿 真 模 型 模 板 开 发 环 境 Arena 提 供 了 用 户 自 定 义 模 板 的 开 发 功 能, 用 户 可 以 根 据 需 要 自 己 定 制 Block 和 Template, 从 而 解 决 了 仿 真 过 程 中 相 同 或 相 似 流 程 的 重 复 建 模, 极 大 的 增 强 了 模 板 的 可 重 用 性 和 实 用 性 模 板 开 发 环 境 拉 近 了 模 型 与 实 际 系 统 之 间 的 距 离, 使 仿 真 模 型 具 有 直 观 性 和 易 理 解 性, 而 且 整 个 仿 真 模 型 的 开 发 具 有 更 高 的 可 扩 充 性, 为 仿 真 大 型 复 杂 系 统 提 供 了 极 为 方 便 的 手 段 面 向 仿 真 过 程 的 开 发 基 于 面 向 对 象 的 思 想 和 结 构 化 的 建 模 概 念, 将 专 用 仿 真 语 言 的 灵 活 性 和 仿 真 器 的 易 用 性 很 好 地 融 合 到 一 起, 直 接 面 向 实 际 业 务 流 程 构 建 仿 真 模 型, 符 合 常 规 的 思 维 习 惯 分 层 建 模 Arena 通 过 使 用 层 次 化 的 建 模 体 系 以 保 证 灵 活 地 进 行 各 个 水 平 上 的 仿 真 建 模 Arena 建 模 体 系 的 第 一 层 是 各 种 过 程 语 言 ( 如 VB C/C++), 常 用 于 复 杂 建 模 过 程 第 二 层 是 基 础 模 板 即 SIMAN 模 板, 包 括 Blocks 模 板 和 Elements 模 板 它 们 由 SIMAN 语 言 编 写, 继 承 了 SIMAN 语 言 灵 活 建 模 的 特 点 第 三 层 是 最 新 开 发 的 通 用 模 板 即 Arena 模 板, 包 括 Advanced Process 模 板 Advanced Transfer 模 板 和 Basic Process 模 板 第 四 层 是 应 用 方 案 模 板 ( 简 称 AST), 应 用 这 些 模 板 可 以 使 用 户 在 特 定 领 域 进 行 更 加 合 理 的 仿 真 建 模 Arena 建 模 体 系 的 最 高 层 是 根 据 企 业 自 身 的 需 求 进 行 用 户 自 定 义 模 板 的 开 发 Arena 正 是 通 过 可 视 化 的 仿 真 环 境 将 各 层 次 的 建 模 方 法 交 替 使 用, 获 得 不 同 的 建 模 能 力 由 此 可 见,Arena 提 供 了 一 个 可 以 适 用 于 各 种 建 模 水 平 的 仿 真 环 境, 兼 备 易 用 性 和 灵 活 性 两 方 面 的 优 点

Arena 的 层 次 建 模 结 构 对 于 大 型 复 杂 系 统, 可 以 从 宏 观 到 微 观 从 抽 象 到 具 体, 逐 层 建 立 相 应 的 仿 真 子 模 型, 然 后 再 组 合 成 一 个 完 整 的 仿 真 模 型 这 给 大 型 复 杂 系 统 的 建 模 带 来 了 极 大 的 方 便 (Submodel) 输 入 分 析 器 过 程 分 析 器 和 输 出 分 析 器 输 入 分 析 器 (Input Analyzer) 用 来 进 行 输 入 数 据 概 率 分 布 函 数 的 拟 合, 可 以 使 输 入 数 据 的 分 析 变 得 简 捷 方 便 过 程 分 析 器 (Process Analyzer) 主 要 用 于 比 较 不 同 模 型 中 具 体 参 数 或 者 同 一 模 型 中 的 多 次 仿 真 中 具 体 参 数 的 值, 并 以 各 种 图 表 的 形 式 提 供 比 较 的 结 果 输 出 分 析 器 (Output Analyzer) 包 括 对 输 出 数 据 的 多 样 显 示 功 能 和 强 大 的 数 理 统 计 分 析, 以 确 保 输 出 分 析 的 准 确 性 和 可 靠 性 外 部 接 口 和 定 制 技 术 1 直 接 集 成 Office, 如 Visio 等 2 与 AutoCAD 和 其 它 的 图 形 设 计 软 件 有 着 直 接 的 联 系, 支 持 DXF 格 式 的 文 件, 还 支 持 很 多 AutoCAD 的 新 对 象, 还 支 持 对 XML 格 式 文 件 的 读 写 3 实 时 仿 真 和 在 HLA 仿 真 中 的 应 用 Arena 通 过 使 用 Real Time Factor, 为 用 户 处 理 实 时 仿 真 和 同 步 仿 真 提 供 了 强 有 力 的 支 持, 它 使 Arena 可 以 应 用 到 高 层 体 系 结 构 HLA 联 邦 仿 真 及 与 更 多 模 型 的 同 步 处 理 上 还 提 供 了 新 的 同 步 算 法, 允 许 用 户 自 定 义 仿 真 时 钟 的 情 况, 增 强 了 Arena 的 实 时 仿 真 能 力 4 提 供 VBA 接 口, 可 以 编 程 实 现 和 其 它 任 何 支 持 定 制 技 术 的 软 件 集 成 同 时,Arena 也 可 以 被 其 它 开 发 环 境 调 用 并 控 制 整 个 仿 真 过 程, 如 VB VC 等 5Arena 还 提 供 了 一 个 VBA Block, 该 模 块 可 用 于 构 建 仿 真 模 型, 而 且 包 含 事 件 接 口, 只 要

有 实 体 经 过 该 模 块, 就 会 触 发 其 相 应 的 事 件, 从 而 执 行 其 中 的 特 定 代 码 因 此, 建 模 者 可 以 在 任 何 需 要 的 地 方 加 入 VBA Block, 以 实 现 所 需 的 定 制 目 的 Arena 定 制 的 方 式 一 般 有 三 种 :1 内 部 定 制 所 有 的 功 能 都 在 Arena 内 部 实 现, 定 制 内 容 也 是 作 为 仿 真 模 型 的 一 个 组 成 部 分, 通 过 VBA 嵌 入 在 Arena 模 型 中,Arena 是 唯 一 的 运 行 环 境 这 种 定 制 方 式 下 仿 真 和 定 制 彼 此 融 合, 设 计 起 来 较 为 困 难, 也 不 利 于 定 制 部 分 的 系 统 化 和 产 品 化, 但 是 运 行 效 率 较 高 ;2 外 部 定 制 定 制 系 统 和 仿 真 系 统 是 两 个 不 同 的 物 理 系 统, 定 制 系 统 可 以 通 过 VB VC 等 其 它 开 发 环 境 设 计 完 成, 通 过 在 定 制 系 统 中 引 用 Arena 类 库 来 实 现 定 制 的 目 的, 并 能 从 外 部 驱 动 Arena 运 行 在 这 种 定 制 方 式 中, 定 制 系 统 和 仿 真 系 统 划 分 明 确, 设 计 起 来 更 加 清 楚 明 了, 有 利 于 定 制 部 分 的 系 统 化 和 产 品 化 (Arena 的 第 三 方 优 化 软 件 OptQuest 就 是 采 用 这 种 定 制 方 式 实 现 的 ), 但 要 在 两 个 不 同 的 系 统 之 间 来 回 切 换, 所 以 运 行 效 率 较 低 ;3 混 合 定 制 需 要 在 外 部 完 成 的 任 务 ( 如 指 定 Arena 运 行 特 定 的 仿 真 模 型 ) 设 计 成 一 个 独 立 的 系 统, 定 制 部 分 的 核 心 和 主 体 仍 然 直 接 集 成 在 仿 真 模 型 内 部 该 方 式 下 仿 真 和 定 制 彼 此 融 合, 设 计 起 来 较 为 困 难, 也 不 利 于 定 制 部 分 的 系 统 化 和 产 品 化, 但 是 保 持 了 较 高 的 运 行 效 率, 同 时 可 以 实 现 一 些 特 定 的 外 部 集 成 目 的 Arena 运 行 环 境 和 仿 真 模 型 定 制 内 容 内 部 定 制 Arena 运 行 环 境 和 仿 真 模 型 Arena 类 库 外 部 定 制 定 制 内 容 Arena 运 行 环 境 和 仿 真 模 型 定 制 部 分 核 心 Arena 类 库 混 合 定 制 定 制 内 容

其 它 工 具 和 特 点 优 化 工 具 OptQuest, 采 用 Tabu 搜 索 算 法 和 遗 传 算 法 对 仿 真 模 型 进 行 优 化, 增 强 了 其 对 复 杂 问 题 的 决 策 支 持 用 户 可 以 根 据 需 要 选 择 决 策 变 量, 并 根 据 决 策 变 量 和 不 同 的 响 应 来 定 义 目 标 函 数 和 约 束 条 件, 它 们 可 以 是 线 性 和 非 线 性 的 表 达 式 OptQuest 根 据 用 户 的 目 标, 通 过 各 种 算 法, 自 动 搜 寻 仿 真 模 型 的 最 优 解, 对 用 户 来 说 仿 真 优 化 变 得 更 简 单 易 懂 更 直 观 具 体 三 维 动 画 再 现 工 具 3D-Player, 是 基 于 Arena 基 础 上 开 发 的 3D 动 画 辅 助 工 具 软 件, 是 对 二 维 仿 真 动 画 功 能 的 补 充 和 加 强, 它 可 以 直 接 与 逻 辑 模 型 联 系 起 来, 更 加 逼 真 地 反 映 模 型 运 行 的 情 况 不 足 之 处 1 仿 真 动 画 和 仿 真 逻 辑 相 分 离, 构 建 动 画 模 型 具 有 一 定 的 工 作 量 ;2 仿 真 模 型 不 是 预 编 译 的, 因 此 运 行 速 度 不 够 快 ( 对 于 大 型 复 杂 系 统 而 言 );3 仿 真 模 型 无 法 脱 离 Arena 仿 真 环 境 而 独 立 运 行 2.3 Arena 和 其 它 常 用 仿 真 软 件 比 较 各 种 仿 真 工 具 的 比 较 (A B C D 分 别 表 示 由 高 到 低 的 等 级 ) 易 学 性 适 应 性 连 续 处 理 图 形 处 理 价 格 ARENA D A C A C AUTOMOD C A C A D EXTEND B B A B A PROMODEL B B D B D SIMPLE++ C C D C E TAYLOR B C D B B WITNESS C A C B D 可 以 看 出, 较 之 其 它 仿 真 软 件,Arena 有 较 强 的 过 程 适 应 能 力, 适 用 于 各 个 层 次 不 同 复 杂 程 度 上 的 系 统 仿 真 ; 而 且 Arena 不 仅 有 强 大 的 制 作 2D/3D 动 画 的 能 力, 还 具 有 较 强 的 图 形 处 理 能 力 此 外, 与 同 类 产 品 相 比, 它 价 格 合 理, 并 为 学 术 研 究 提 供 较 大 的 优 惠 政 策

2.4 Arena 的 应 用 领 域 Arena 是 一 个 通 用 仿 真 工 具, 离 散 系 统 连 续 系 统 和 混 合 系 统 都 可 以 用 它 来 构 建 广 泛 地 应 用 于 包 括 制 造 业 物 流 及 供 应 链 服 务 医 疗 军 事 等 领 域 的 系 统 仿 真, 也 应 用 于 各 个 层 面 不 同 情 况 的 仿 真, 包 括 日 常 生 产 作 业 各 类 资 源 的 配 置 业 务 过 程 的 规 划 系 统 性 能 和 计 划 结 果 的 评 价 风 险 预 测 等 3 Arena 建 模 step by step Arena 构 建 的 仿 真 模 型 一 般 包 含 如 下 几 个 部 分 :1 数 据 部 分 定 义 仿 真 模 型 的 内 部 数 据, 如 资 源 变 量 表 达 式 数 组 仿 真 参 数 统 计 变 量 等 等 ;2 逻 辑 部 分 定 义 模 型 的 仿 真 流 程, 这 与 实 际 系 统 流 程 相 对 应 ;3 动 画 显 示 部 分 这 个 部 分 本 质 上 对 模 型 的 定 义 和 仿 真 结 果 没 有 影 响, 但 它 可 以 清 晰 地 将 实 际 系 统 描 述 出 来, 并 且 在 仿 真 过 程 中 动 态 显 示, 从 而 直 观 地 看 到 系 统 的 运 行 情 况, 这 对 建 模 人 员 校 核 仿 真 模 型 用 户 分 析 系 统 以 及 体 验 仿 真 过 程 都 提 供 了 巨 大 的 帮 助, 使 系 统 仿 真 更 加 友 好 实 用 数 据 采 集 ( 输 入 分 析 ) 拖 入 相 关 模 块 建 立 逻 辑 模 型 连 接 相 关 模 块 定 义 仿 真 数 据 编 辑 相 关 模 块 建 立 动 画 模 型 调 试 仿 真 模 型 仿 真 运 行 结 果 展 示 ( 输 出 分 析 ) Arena 的 基 本 建 模 过 程

3.1 基 本 术 语 实 体 : 仿 真 模 型 中 的 动 态 对 象, 通 常 要 被 创 建 移 动 改 变 状 态 和 释 放, 如 工 件 属 性 : 实 体 的 特 征, 使 一 个 实 体 区 别 于 其 它 实 体, 如 加 工 优 先 级 颜 色 工 件 号 到 期 日 等 属 性 相 当 于 实 体 的 tag 或 label 变 量 : 系 统 的 某 些 变 动 因 素, 包 括 系 统 变 量 和 用 户 自 定 义 变 量 大 多 数 变 量 都 是 公 共 的, 任 何 实 体 都 可 以 访 问 资 源 : 用 于 对 实 体 进 行 处 理, 如 人 员 机 器 设 备 等 资 源 一 般 要 被 获 取 和 释 放 队 列 : 用 于 缓 存 实 体 事 件 : 代 表 系 统 的 某 些 特 定 时 刻, 如 工 件 到 达 工 件 离 开 仿 真 开 始 仿 真 结 束 等 等 仿 真 时 钟 :tnow, 代 表 仿 真 的 当 前 时 刻 模 板 : 模 块 的 集 合 模 块 : 封 装 好 的 仿 真 逻 辑 3.2 常 用 模 板 和 模 块 结 合 Arena 介 绍 一 些 常 用 模 板 和 模 块 Arena 常 用 模 块 说 明 模 板 模 块 说 明 Basic Create 定 义 产 生 实 体 的 规 则, 并 产 生 实 体 进 入 仿 真 系 统 Process Dispose Process Decide Separate Assign Entity Queue Resource Variable Set 释 放 实 体 离 开 仿 真 系 统 定 义 实 体 的 处 理 逻 辑, 并 对 实 体 进 行 处 理 类 似 选 择 和 分 支 模 块, 根 据 不 同 的 条 件 把 实 体 送 往 不 同 的 出 口 分 离 实 体 对 象, 包 括 分 离 一 批 实 体 和 复 制 单 个 实 体 赋 值, 可 以 给 实 体 属 性 系 统 变 量 实 体 图 片 等 等 赋 值 定 义 实 体 实 体 是 Arena 模 型 中 一 切 在 不 同 模 块 之 间 移 动 的 被 处 理 对 象 定 义 队 列, 如 机 器 队 列 定 义 资 源, 如 机 器 定 义 变 量 定 义 集 合, 如 资 源 集 合 图 片 集 合 等 等

Advanced Process Delay 延 迟 实 体, 将 实 体 延 迟 一 段 时 间 可 代 表 加 工 处 理 等 等 Hold 阻 止 实 体, 不 让 实 体 移 动 作 进 一 步 处 理, 直 到 接 收 到 有 关 释 放 实 体 的 信 号 可 代 表 交 通 路 口 指 示 灯 等 等 Release 释 放 资 源 Advanced Transfer Seize Signal Route Station 获 取 资 源, 进 行 加 工 处 理 发 送 信 号 定 义 路 径 定 义 站 点 Support Choose 选 择 分 支, 根 据 不 同 的 条 件 把 实 体 送 往 不 同 的 出 口 Duplicate 复 制 实 体 Blocks Preempt 抢 占 资 源 VBA VBA 接 口 模 块 Elements Continuous 定 义 连 续 时 间 属 性, 用 于 连 续 系 统 Levels 定 义 容 器 或 管 道, 用 于 连 续 系 统 Flow Process Tank 定 义 容 器 Sensor 定 义 传 感 器, 可 以 感 知 容 器 的 有 关 特 性, 如 当 前 储 量 等 Flow 定 义 连 续 流, 可 代 表 管 道 等 Regulate 规 则, 代 表 连 续 流 的 流 动 规 则 Seize Regulator 获 取 规 则 器, 使 连 续 流 按 照 获 取 的 规 则 器 进 行 流 动 Release Regulator 释 放 规 则 器 3.3 如 何 使 用 帮 助 结 合 Arena 介 绍 其 帮 助 系 统 的 使 用 3.4 Arena 类 库 结 合 Arena 介 绍 其 类 库 Arena 定 制 常 用 类 列 表 类 常 用 方 法 或 属 性 说 明 Application,Arena ActiveModel 返 回 当 前 活 动 模 型 只 读 属 性 应 用 程 序 类 控 制 Arena 仿 真 软 件 本 Models 获 取 当 前 所 有 打 开 的 模 型 只 读 属 性 身 Quit 退 出 Arena 应 用 程 序 方 法 Visible 获 取 / 设 置 Arena 应 用 程 序 是 否 可 视 化 读 写 属 性

Models, 仿 真 模 型 集 合 类 非 运 行 时 类, 由 其 对 仿 真 模 型 所 作 的 修 改 可 以 保 存 在 模 型 中 Model, 仿 真 模 型 类 具 备 操 纵 某 个 仿 真 模 型 的 各 种 功 能 非 运 行 时 类, 由 其 对 仿 真 模 型 所 作 的 修 改 可 以 保 存 在 模 型 中 Modules, 模 块 集 合 类 非 运 行 时 类, 由 其 对 仿 真 模 型 所 作 的 修 改 可 以 保 存 在 Show Close Count Find Item Open BaseTimeUnits BatchMode Check Close End Go Modules Path Pause RunSpeed Save SIMAN Count Create Find Item 设 定 Arena 应 用 程 序 的 显 示 方 式 方 法 关 闭 所 有 打 开 的 模 型 方 法 返 回 打 开 的 模 型 数 目 只 读 属 性 查 找 模 型 的 索 引 号 方 法 返 回 指 定 索 引 号 的 模 型 只 读 属 性 打 开 指 定 的 模 型 方 法 读 取 / 设 置 仿 真 时 间 单 位 基 准 读 写 属 性 运 行 时 是 否 需 要 显 示 仿 真 动 画 读 写 属 性 调 试 模 型 方 法 关 闭 模 型 方 法 结 束 仿 真 运 行 方 法 驱 动 仿 真 运 行 方 法 获 取 模 块 集 合 类 只 读 属 性 获 取 模 型 保 存 路 径 只 读 属 性 暂 停 仿 真 运 行 方 法 读 取 / 设 置 仿 真 运 行 速 度 读 写 属 性 保 存 仿 真 模 型 方 法 获 取 SIMAN 对 象 只 读 属 性 返 回 模 块 数 目 只 读 属 性 创 建 模 块 方 法 查 找 模 块 索 引 号 方 法 返 回 指 定 索 引 号 的 模 块 只 读 属 性 模 型 中 Module, 模 Data 读 取 / 设 置 模 块 参 数 读 写 属 性

块 类 具 备 操 纵 某 个 模 块 的 各 种 功 能 非 运 行 时 类, 由 其 对 仿 真 模 型 所 作 的 修 改 可 以 保 存 在 模 型 中 SIMAN, SIMAN 类 具 备 操 纵 仿 真 运 行 全 过 程 各 个 方 面 的 功 能 运 行 时 类, 只 有 在 仿 真 运 行 过 程 中 才 可 访 问, 由 其 对 仿 真 模 型 所 作 的 修 改 在 仿 真 运 行 结 束 之 后 无 效 UpdateShapes ActiveEntity EntityAttribute EntityDispose EntityCreationTime EntitySendToStation TankCapacity TankLevel QueuedEntityAttributesSum QueueEntityLocationAtRank QueueNumberOfEntities QueueRemoveEntity RunCurrentReplication RunCurrentTime RunMaximumReplications SymbolNumber VariableArrayValue 保 存 模 块 参 数 方 法 获 取 当 前 活 动 实 体 索 引 号 方 法 读 取 / 设 置 实 体 属 性 值 读 写 属 性 释 放 实 体 离 开 系 统 方 法 获 取 实 体 进 入 系 统 的 时 间 只 读 属 性 把 实 体 送 往 指 定 站 点 方 法 读 取 / 设 置 容 器 总 容 量 读 写 属 性 读 取 / 设 置 容 器 当 前 容 量 读 写 属 性 获 取 队 列 中 所 有 实 体 某 一 属 性 之 和 方 法 根 据 序 号 获 取 队 列 实 体 的 索 引 方 法 获 取 队 列 中 的 实 体 数 目 方 法 从 队 列 中 移 出 实 体 方 法 返 回 当 前 的 实 验 次 数 方 法 读 取 / 设 置 当 前 仿 真 时 针 读 写 属 性 读 取 / 设 置 最 大 实 验 次 数 读 写 属 性 获 取 对 象 索 引 号 方 法 读 取 / 设 置 变 量 值 读 写 属 性 3.5 Arena 事 件 Arena 定 制 常 用 事 件 列 表 事 件 名 DocumentOpen DocumentSave RunBegin RunBeginSimulation RunBeginReplication RunEndReplication RunEndSimulation RunEnd 功 能 打 开 文 件 时 触 发 保 存 文 件 时 触 发 仿 真 开 始 时 触 发 仿 真 运 行 开 始 时 触 发 SIMAN 对 象 可 用 一 次 仿 真 实 验 开 始 时 触 发 SIMAN 对 象 可 用 一 次 仿 真 实 验 结 束 时 触 发 SIMAN 对 象 可 用 仿 真 运 行 结 束 时 触 发 SIMAN 对 象 可 用 仿 真 结 束 时 触 发

RunBegin //Arena 调 试 和 初 始 化 模 型 RunBeginSimulation RunBeginReplication RunEndReplication SIMAN 可 用 RunEndSimulation //Arena 终 止 仿 真 运 行 RunEnd Arena 事 件 层 次 3.6 VB 语 言 基 础 结 合 Arena 的 VBA( 是 VB 的 一 个 子 集 ) 讲 解, 用 例 子 来 辅 助 讲 解 基 本 术 语 :OOP,Object-Oriented Programming, 面 向 对 象 编 程 ;COM,Component Object Model, 组 件 对 象 模 型 ;Class, 类, 对 某 事 物 的 封 装, 具 有 属 性 方 法 和 事 件 ; 对 象, 类 的 事 例 化 基 本 数 据 类 型, 变 量 和 常 量, 数 组, 运 算 符 ; 语 句 (if, select, for, exit); 函 数 和 作 用 域 3.7 Arena 仿 真 模 型 实 例 Sample1.doe 单 服 务 台 处 理 问 题 : 对 某 营 业 员 进 行 调 研, 得 到 一 组 顾 客 到 达 时 间 间 隔 数 据 arrivinginterval.dat 和 营 业 员 的 服 务 时 间 数 据 servingtime.dat, 用 这 两 组 数 据 通 过 input analyzer 拟 合 出 相 应 的 分 布 并 用 该 分 布 构 建 仿 真 模 型, 分 析 资 源 利 用 率 队 列 长 度 wip 等 系 统 性 能, 并 对 系 统 作 出 相 应 的 评 价 主 要 学 习 点 : 系 统 仿 真 全 过 程 体 验 Arena 基 本 建 模 方 法 输 入 分 析 输 出 分 析 Sample2.doe

多 服 务 台 多 队 列 处 理 问 题 : 和 Sample1.doe 类 似, 不 过 增 加 到 3 个 服 务 台 (Processor), 每 个 服 务 台 有 自 己 的 队 列 和 资 源, 顾 客 选 择 队 列 长 度 最 短 的 服 务 台, 可 以 适 当 修 改 有 关 系 统 参 数 分 析 资 源 利 用 率 队 列 长 度 wip 等 系 统 性 能, 并 对 系 统 作 出 相 应 的 评 价 主 要 学 习 点 : 多 服 务 台 多 队 列 问 题 Sample3.doe 多 服 务 台 单 队 列 处 理 问 题 : 和 Sample2.doe 类 似, 不 过 只 用 一 个 队 列 分 析 资 源 利 用 率 队 列 长 度 wip 等 系 统 性 能, 并 对 系 统 作 出 相 应 的 评 价, 和 Sample2.doe 比 较 选 优, 体 会 为 什 么 银 行 等 服 务 系 统 都 采 用 多 服 务 台 单 队 列 系 统 主 要 学 习 点 : 多 服 务 台 单 队 列 问 题 实 体 传 输 定 制 技 术 连 续 系 统 仿 真 混 合 系 统 仿 真 OptQuest 的 使 用 3D-Player 的 使 用 输 入 分 析 输 出 分 析 过 程 分 析 Sequences Route