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1、8面向生产系统的仿真软件 本章主要内容 8 1概述8 1 1仿真语言与仿真软件的发展8 1 2常用生产系统仿真软件介绍8 2Arena的工作环境8 2 1Arena的系统要求8 2 2Arena用户界面8 2 3Arena中的模块8 3Arena基本建模分析8 3 1流程图模块8 3 2数据模块8 3 3动画效果与图形绘制 8 3 4设置仿真运行条件8 3 5仿真运行与仿真报告输出8 4Arena输入 输出分析8 4 1输入分析器 InputAnalyzer 8 4 2输出分析器 OutputAnalyzer 8 5Arena在生产系统仿真中的应用8 5 1仿真问题描述8 5 2仿真模型构建8
2、 5 3仿真运行结果8 5 4对生产能力的仿真分析 8 1概述 8 1 1仿真语言与仿真软件的发展系统仿真语言与仿真软件的发展 可以概括为如下的6个阶段 1 1955年 1960年 探索阶段 2 1961年 1965年 仿真语言出现阶段 3 1966年 1970年 仿真语言形成阶段 4 1971年 1978年 仿真语言发展阶段 5 1979年 1986年 仿真语言巩固和改进阶段 6 1987年 现在 仿真集成环境阶段 综合来说 可以将应用于仿真模型开发的软件概括为三大类型 第一类是通用编程语言 如C C 和Java等 第二类是仿真编程语言 如GPSS H SIMANV和SLAMII等 第三类是
3、仿真环境 8 1 2常用生产系统仿真软件介绍目前 市场上已有大量面向生产系统的商业化仿真软件 其中应用较为广泛的主要有 美国SystemsModeling公司开发的Arena英国Lanner公司开发的Witness美国FlexsimSoftwareProducts公司开发的Flexsim美国BrooksAutomation公司开发的AutoMod美国ImagineThat公司开发的Extend美国ProModel公司开发的ProModel以色列Tecnomatix公司开发的eM Plant 8 1概述 1 ArenaArena是由美国SystemsModeling公司于1993年开始基于仿真语
4、言SIMAN及可视化环境CINEMA研制开发并推出的一款可视化 交互集成式的商业化仿真软件 目前属于美国RockwellSoftware公司的产品 Arena在仿真领域具有较高的声誉 其应用范围十分广泛 覆盖了包括生产制造过程 物流系统及服务系统等在内的几乎所有领域 Arena软件的主要特点 可视化柔性建模 输入 输出分析器技术 定制与集成 8 1概述 8 1概述 2 WitnessWitness是由英国Lanner公司开发的一款功能强大的仿真软件系统 它既可以应用于离散事件系统仿真 同时又可以应用于连续流体 如液压 化工 水力等 系统的仿真 应用领域包括了汽车工业 食品 化学工业 造纸 电子
5、 银行 财务 航空 运输业及政府部门等 Witness软件的主要特点包括 采用面向对象的交互式建模机制 直观 可视化的仿真显示和仿真结果输出 灵活的输入 输出方式 建模功能强大 执行策略灵活 8 1概述 3 FlexsimFlexsim是由美国FlexsimSoftwareProducts公司推出的一款主要应用于对生产制造 物料处理 物流 交通 管理等离散事件系统进行仿真的软件产品 该软件提供了输入数据拟合与建模 图形化的模型构建 虚拟现实显示 仿真结果优化 生成3D动画影像文件等多种功能 并提供了与其他工具软件的接口 Flexsim软件采用面向对象编程和OpenGL技术 具有如下几个突出的特
6、点 使用对象来构建真实世界的仿真模型 突出的3D图形显示功能 开放性好 扩展性强 8 1概述 4 AutoModAutoMod是由美国BrooksAutomation公司推出的一款主要应用于离散事件系统3D仿真的比较成熟的软件之一 它由仿真包AutoMod 用于实验和分析的AutoStat模块 用于制作内置3D动画的AutoView模块以及一些辅助模块组成 AutoMod适用于大规模复杂系统的计划 决策及其控制实验 主要面向各类制造和物料储运系统的建模与仿真 并可借助于其Tanks和Pipes等模块 提供对液体和散装材料流等连续系统建模与仿真的支持 AutoMod软件的主要特点包括 采用内置的
7、模板技术 具有强大的统计分析工具 提供了灵活的动态场景显示方式 8 1概述 5 其他仿真软件 Extend ProModel eM Plant除上述产品之外 在生产系统中常用的其它仿真软件还有Simul8 Quest以及Matlab Simulink等 在实际的应用中 需要结合建模与仿真分析的目的 仿真运行的环境要求 供应商支持和产品文档等具体情况 并考虑各类仿真软件的自身特点与功能 来进行合适的选择 8 1概述 8 2Arena的工作环境 8 2 1Arena的系统要求运行Arena7 0版本所需要的最低系统要求如下 MicrosoftWindows95 OSR 2 Windows98 Wi
8、ndowsME WindowsNT4 0 ServicePack5或更新的版本 Windows2000或WindowsXP操作系统 带有ServicePack2的MicrosoftInternetExplorer4 01或更高的版本 用于阅读文件的AdobeAcrobatReader5 0或者更新的版本 不少于75MB 250MB的可用磁盘空间 64MBRAM或者更高 300MHz或以上的微处理器 分辨率至少为1024 768的显示器屏幕配置 8 2 2Arena的用户界面Arena是一种典型的Windows操作系统应用软件 其标准化的界面风格 一般特征和操作等都与Windows操作系统相一致
9、 因此非常便于为使用者所熟悉 在完成Arena7 0的安装后 这里我们使用Arena7 0教学版 单击 开始 菜单中的 RockwellSoftware Arena7 0 Arena7 01 项目 图8 2 或双击桌面上的Arena7 01快捷方式 即可启动进入Arena软件的用户界面 如图8 3所示 8 2Arena的工作环境 工具栏 模型窗口中的流程图视图 模型窗口中的电子数据表格视图 状态栏 项目栏 8 2Arena的工作环境 8 2 3Arena中的模块在Arena中 用来构建仿真模型的基本单元称之为模块 Module 它们存放在项目栏的各种面板中 用于定义仿真的流程和数据 模块又可分
10、为流程图模块 FlowchartModule 和数据模块 DataModule 两大类 流程图模块用于描述仿真模型的动态过程 如在基本操作面板中 可用的流程图模块主要有创建 Create 清除 Dispose 操作 Process 决策 Decide 赋值 Assign 批量 Batch 分离 Separate 和记录 Record 等 数据模块定义了各种操作元素 如实体 资源和队列等 的属性 如在基本操作面板里 包含的数据模块有实体 Entity 队列 Queue 资源 Resource 变量 Variable 调度 Schedule 和集合 Set 等 8 2Arena的工作环境 8 3A
11、rena基本建模分析 8 3 1流程图模块 1 Create模块Create模块是一个仿真模型的起始点 用于产生到达系统的实体 这里代表零件毛坯 8 3Arena基本建模分析 2 Process模块Process模块代表机器 包括资源 队列和实体延时 本例中指零件的加工处理 8 3Arena基本建模分析 3 Dispose模块Dispose模块代表着实体从仿真模型中离开 8 3Arena基本建模分析 4 Connecting模块为了使零件从一个流程图模块流向另一个流程图模块 必须采用连接线将它们按特定的逻辑顺序连接起来 以建立起所有零件流经的序列 单击工具栏上的连接 Connect 按钮 或选
12、择菜单Object Connect 鼠标指针将变为十字线 单击源模块的出口点 ExitPoint 和目标模块的入口点 EntryPoint 即可进行连接 但需要说明的是 在默认设置下 这些动画传输并不占用任何时间 即传输的时间默认为0 瞬时传输 8 3Arena基本建模分析 8 3 2数据模块 1 Entity模块在上述Create模块中已经定义了一个实体类型为Part 此时 在项目栏单击数据模块Entity 就可以在电子数据表格视图中看到 Entity 列表中已经有了 Part 实体类型 如图8 12所示 8 3Arena基本建模分析 2 Resource模块在上述Process模块中定义了
13、资源 本例中为钻床设备 后 单击项目栏中的Resource模块就可以查看 资源 数据表格 如图8 13所示 在该数据表格中可对资源进行相应的设置 如对资源容量 Capacity 和资源故障 Failures 等进行定义 8 3Arena基本建模分析 3 Queue模块如果实体Part进入Process模块而钻床设备 DrillPress 处于忙碌状态 则该实体就必须进入队列等待 设置好Process模块后 在项目栏中点击Queue数据模块 队列 数据表格就会出现在电子数据表格视图中 如图8 14所示 在该数据表格中可以定义队列的各种属性 如本例中我们定义规则的类型 Type 为先进先出规则 8
14、 3Arena基本建模分析 8 3 3动画效果与图形绘制 1 制作资源与队列动画在流程图视图中 位于Process模块上方的符号即是显示队列动画的地方 当在Process模块中指定某类实体需要 占用 Seize 资源时 在该模块的上方就会出现这个图形 在Process模块的右上方有一个符号 就是资源动画 在仿真运行的过程中 该动画图像将根据钻床设备处于 空闲 还是 忙碌 的状态的不同而改变 8 3Arena基本建模分析 资源动画是通过动画 Animate 工具栏中的资源 Resource 按钮 添加到仿真模型中来的 单击 Resource 按钮 就会弹出资源图形设置 ResourcePictu
15、rePlacement 对话框 我们可以从图形库 扩展名为 plb的文件 通常位于Arena7 0文件夹内 中根据资源的状态选出合适的图形来表示资源的不同动画 如图8 15所示 8 3Arena基本建模分析 2 动态散点图本例中的两个散点图是通过动画 Animate 工具栏中的散点图 Plot 按钮 创建的 它们将在仿真运行的过程中被自动绘制出来 并且在仿真结束图像会消失 单击散点图 Plot 按钮 打开散点图的对话框 如图8 16所示 8 3Arena基本建模分析 8 3 4设置仿真运行条件通过菜单Run Setup 可打开 RunSetup 对话框 设置仿真运行的周期和重复仿真运行次数 8
16、 3Arena基本建模分析 在该选项卡中 用户可以定义项目标题 分析员姓名 项目描述和选择通过仿真运行要求输出的各种性能参数 该对话框的 ReplicationParameters 选项卡 用于控制仿真的运行 8 3Arena基本建模分析 8 3 5仿真运行与仿真报告输出通过菜单Run Go 或单击标准 Standard 工具栏中的运行 Go 按钮 可以开始仿真模型的运行 在第一次运行仿真模型时 Arena会自动对仿真模型进行错误检查 也可以通过菜单Run CheckModel或单击RunInteraction工具栏中的 按钮或按F4键来检查仿真模型错误 如果存在错误 系统会发出警告 并给出一些查找和纠正错误的帮助信息 检查无误后 再次开始运行 即可观察到仿真模型运行的动态过程 如图8 19所示 8 3Arena基本建模分析 8 3Arena基本建模分析 在仿真运行结束后 会弹出对话框询问是否查看结果报告 如图8 20所示 8 3Arena基本建模分析 通过单击目录树中的 和 可以查看一些具体的报告 例如 若要查看仿真运行中队列的变化情况 可通过在目录树中单击一系列的 进入到报告的 队
