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1、8 面向生面向生产系系统的仿的仿真真软件件本章主要内容本章主要内容8.1 概述概述8.1.1 仿真语言与仿真软件的发展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常用生产系统仿真软件介绍8.2 Arena的工作环境的工作环境8.2.1 Arena的系统要求的系统要求8.2.2 Arena用户界面用户界面8.2.3 Arena中的模块中的模块8.3 Arena基本建模分析基本建模分析8.3.1 流程图模块流程图模块8.3.2 数据模块数据模块8.3.3 动画效果与图形绘制动画效果与图形绘制8.3.4 设置仿真运行条件设置仿真运行条件8.3.5 仿真运行与仿真报告输出仿真运行与仿真
2、报告输出8.4 Arena输入输入/输出分析输出分析8.4.1 输入分析器（输入分析器（Input Analyzer）8.4.2 输出分析器（输出分析器（Output Analyzer）8.5 Arena在生产系统仿真中的应用在生产系统仿真中的应用8.5.1 仿真问题描述仿真问题描述8.5.2 仿真模型构建仿真模型构建8.5.3 仿真运行结果仿真运行结果8.5.4 对生产能力的仿真分析对生产能力的仿真分析8.1 概述概述8.1.1 仿真语言与仿真软件的发展仿真语言与仿真软件的发展系系统统仿仿真真语语言言与与仿仿真真软软件件的的发发展展，可可以以概概括括为为如如下下的的6个个阶阶段：段： （1）
3、 1955年年1960年（年（探索探索阶段）阶段）（2） 1961年年1965年（仿真语言年（仿真语言出现出现阶段）阶段）（3） 1966年年1970年（仿真语言年（仿真语言形成形成阶段）阶段）（4） 1971年年1978年（仿真语言年（仿真语言发展发展阶段）阶段）（5） 1979年年1986年（仿真语言年（仿真语言巩固巩固和和改进改进阶段）阶段）（6） 1987年年现在现在 （仿真（仿真集成环境集成环境阶段）阶段）综综合合来来说说，可可以以将将应应用用于于仿仿真真模模型型开开发发的的软软件件概概括括为为三三大大类类型型：第第一一类类是是通通用用编编程程语语言言，如如C、C+和和Java等等。
4、第第二二类类是是仿仿真真编编程程语语言言，如如GPSS/H、SIMAN V和和SLAM II等等。第第三类是三类是仿真环境仿真环境。8.1.2 常用生产系统仿真软件介绍常用生产系统仿真软件介绍目目前前，市市场场上上已已有有大大量量面面向向生生产产系系统统的的商商业业化化仿仿真真软软件件。其其中应用较为广泛的主要有中应用较为广泛的主要有：美国美国Systems Modeling公司开发的公司开发的Arena英国英国Lanner公司开发的公司开发的Witness美国美国Flexsim Software Products公司开发的公司开发的Flexsim美国美国Brooks Automation公司
5、开发的公司开发的AutoMod美国美国ImagineThat公司开发的公司开发的Extend美国美国ProModel公司开发的公司开发的ProModel以色列以色列Tecnomatix 公司开发的公司开发的eM-Plant8.1 概述概述（1）ArenaArena是是由由美美国国Systems Modeling公公司司于于1993年年开开始始基基于于仿仿真真语语言言SIMAN及及可可视视化化环环境境CINEMA研研制制开开发发并并推推出出的的一一款款可可视视化化、交交互互集集成成式式的的商商业业化化仿仿真真软软件件，目目前前属属于于美美国国Rockwell Software公司的产品。公司的产
6、品。Arena在在仿仿真真领领域域具具有有较较高高的的声声誉誉。其其应应用用范范围围十十分分广广泛泛，覆覆盖盖了了包包括括生生产产制制造造过过程程、物物流流系系统统及及服服务务系系统统等等在在内内的的几几乎乎所有领域。所有领域。 Arena软件的主要特点：软件的主要特点：可视化可视化柔性柔性建模。建模。 输入输入/输出分析器输出分析器技术。技术。定制定制与与集成集成。8.1 概述概述8.1 概述概述（2）WitnessWitness是是由由英英国国Lanner公公司司开开发发的的一一款款功功能能强强大大的的仿仿真真软软件件系系统统，它它既既可可以以应应用用于于离离散散事事件件系系统统仿仿真真，
7、同同时时又又可可以以应应用用于于连连续续流流体体（如如液液压压、化化工工、水水力力等等）系系统统的的仿仿真真，应应用用领领域域包包括括了了汽汽车车工工业业、食食品品、化化学学工工业业、造造纸纸、电电子子、银银行行、财财务务、航空、运输业及政府部门等。航空、运输业及政府部门等。Witness软件的主要特点包括：软件的主要特点包括：采用面向对象的交互式建模机制。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。直观、可视化的仿真显示和仿真结果输出。灵活的输入灵活的输入/输出方式。输出方式。建模功能强大，执行策略灵活。建模功能强大，执行策略灵活。8.1 概述概述（3）Flexsim
8、Flexsim是是由由美美国国Flexsim Software Products公公司司推推出出的的一一款款主主要要应应用用于于对对生生产产制制造造、物物料料处处理理、物物流流、交交通通、管管理理等等离离散散事事件件系系统统进进行行仿仿真真的的软软件件产产品品。该该软软件件提提供供了了输输入入数数据据拟拟合合与与建建模模、图图形形化化的的模模型型构构建建、虚虚拟拟现现实实显显示示、仿仿真真结结果果优优化化、生生成成3D动动画画影影像像文文件件等等多多种种功功能能，并并提提供供了了与与其其他他工工具具软软件件的接口。的接口。Flexsim软软件件采采用用面面向向对对象象编编程程和和Open GL
9、技技术术，具具有有如如下下几个突出的特点：几个突出的特点：使用对象来构建真实世界的仿真模型。使用对象来构建真实世界的仿真模型。突出的突出的3D图形显示功能。图形显示功能。开放性好、扩展性强。开放性好、扩展性强。8.1 概述概述（4）AutoModAutoMod是是由由美美国国Brooks Automation公公司司推推出出的的一一款款主主要要应应用用于于离离散散事事件件系系统统3D仿仿真真的的比比较较成成熟熟的的软软件件之之一一，它它由由仿仿真真包包AutoMod、用用于于实实验验和和分分析析的的AutoStat模模块块、用用于于制制作作内内置置3D动动画画的的AutoView模模块块以以及
10、及一一些些辅辅助助模模块块组组成成。AutoMod适适用用于于大大规规模模复复杂杂系系统统的的计计划划、决决策策及及其其控控制制实实验验，主主要要面面向向各各类类制制造造和和物物料料储储运运系系统统的的建建模模与与仿仿真真，并并可可借借助助于于其其Tanks和和Pipes等等模模块块，提提供供对对液液体体和和散散装装材材料料流流等等连连续续系系统建模与仿真的支持。统建模与仿真的支持。AutoMod软件的主要特点包括：软件的主要特点包括：采用内置的模板技术采用内置的模板技术；具有强大的统计分析工具具有强大的统计分析工具；提供了灵提供了灵活的动态场景显示方式。活的动态场景显示方式。8.1 概述概述
11、（5）其他仿真软件）其他仿真软件ExtendProModeleM-Plant除除上上述述产产品品之之外外，在在生生产产系系统统中中常常用用的的其其它它仿仿真真软软件件还还有有Simul8、Quest以以及及Matlab/Simulink等等。在在实实际际的的应应用用中中，需需要要结结合合建建模模与与仿仿真真分分析析的的目目的的、仿仿真真运运行行的的环环境境要要求求、供供应应商商支支持持和和产产品品文文档档等等具具体体情情况况，并并考考虑虑各各类仿真软件的自身特点与功能，来进行合适的选择。类仿真软件的自身特点与功能，来进行合适的选择。8.1 概述概述8.2 Arena的工作环境的工作环境8.2.
12、1 Arena的系统要求的系统要求运行运行Arena 7.0版本所需要的最低系统要求如下：版本所需要的最低系统要求如下：Microsoft Windows 95（ OSR-2） 、 Windows 98、Windows ME、Windows NT 4.0（Service Pack 5或或更更新新的的版版本）、本）、Windows 2000或或Windows XP操作系统；操作系统；带带有有Service Pack 2的的Microsoft Internet Explorer 4.01或或更更高的版本；高的版本；用于阅读文件的用于阅读文件的Adobe Acrobat Reader 5.0或者更新
13、的版本；或者更新的版本；不少于不少于75MB 250MB的可用磁盘空间；的可用磁盘空间；64MB RAM或者更高；或者更高；300MHz或以上的微处理器；或以上的微处理器；分辨率至少为分辨率至少为1024768的显示器屏幕配置。的显示器屏幕配置。8.2.2 Arena的的用户界面用户界面Arena是是一一种种典典型型的的Windows操操作作系系统统应应用用软软件件。其其标标准准化化的的界界面面风风格格、一一般般特特征征和和操操作作等等都都与与Windows操操作作系系统统相相一一致致，因因此此非常便于为非常便于为使用使用者所熟悉。者所熟悉。在在完完成成Arena7.0的的安安装装后后（这这里
14、里我我们们使使用用Arena7.0教教学学版版），单单击击“开开始始”菜菜单单中中的的“Rockwell Software” “Arena7.0” “Arena7.01”项项目目（图图8-2）或或双双击击桌桌面面上上的的Arena7.01快快捷捷方方式式 ，即可启动进入，即可启动进入Arena软件的用户界面，如图软件的用户界面，如图8-3所示。所示。8.2 Arena的工作环境的工作环境工具栏工具栏模型窗模型窗口中的口中的流程图流程图视图视图模型窗口模型窗口中的电子中的电子数据数据表格表格视图视图状态栏状态栏项目栏项目栏8.2 Arena的工作环境的工作环境8.2.3 Arena中的模块中的模
15、块在在 Arena中中 ， 用用 来来 构构 建建 仿仿 真真 模模 型型 的的 基基 本本 单单 元元 称称 之之 为为 模模 块块（Module） 。它它们们存存放放在在项项目目栏栏的的各各种种面面板板中中，用用于于定定义义仿仿真真的的 流流 程程 和和 数数 据据 。 模模 块块 又又 可可 分分 为为 流流 程程 图图 模模 块块 （ Flowchart Module）和）和数据模块数据模块（Data Module）两大类。）两大类。流流程程图图模模块块用用于于描描述述仿仿真真模模型型的的动动态态过过程程。如如在在基基本本操操作作面面板板中中，可可用用的的流流程程图图模模块块主主要要有
16、有创创建建（Create）、清清除除（Dispose）、操操作作（Process）、决决策策（Decide）、赋赋值值（Assign）、批批量量（Batch）、）、分离分离（Separate）和）和记录记录（Record）等。）等。数数据据模模块块定定义义了了各各种种操操作作元元素素（如如实实体体、资资源源和和队队列列等等）的的属属性性。如如在在基基本本操操作作面面板板里里，包包含含的的数数据据模模块块有有实实体体（Entity）、队队列列（Queue）、资资源源（Resource）、变变量量（Variable）、调调度度（Schedule）和）和集合集合（Set）等。）等。8.2 Arena
17、的工作环境的工作环境8.3 Arena基本建模分析基本建模分析8.3.1 流程图模块流程图模块（1）Create模块模块Create模模块块是是一一个个仿仿真真模模型型的的起起始始点点，用用于于产产生生到到达达系系统统的的实体实体（这里代表零件毛坯）。（这里代表零件毛坯）。8.3 Arena基本建模分析基本建模分析（2）Process模块模块Process模块代表机器，包括资源、队列和实体延时（本例模块代表机器，包括资源、队列和实体延时（本例中指零件的加工处理）。中指零件的加工处理）。8.3 Arena基本建模分析基本建模分析（3）Dispose模块模块Dispose模块代表着实体从仿真模型中
18、模块代表着实体从仿真模型中离开离开。8.3 Arena基本建模分析基本建模分析（4）Connecting模块模块为为了了使使零零件件从从一一个个流流程程图图模模块块流流向向另另一一个个流流程程图图模模块块，必必须须采采用用连连接接线线将将它它们们按按特特定定的的逻逻辑辑顺顺序序连连接接起起来来，以以建建立立起起所所有有零零件件流流经经的的序序列列。单单击击工工具具栏栏上上的的连连接接（Connect）按按钮钮（ ）或或选选择择菜菜单单Object Connect，鼠鼠标标指指针针将将变变为为十十字字线线，单单击击源源模模块块的的出出口口点点（Exit Point）（ ）和和目目标标模块的入口点
19、（模块的入口点（Entry Point）（）（ ），即可进行连接。），即可进行连接。但但需需要要说说明明的的是是，在在默默认认设设置置下下，这这些些动动画画传传输输并并不不占占用用任任何时间，即传输的时间默认为何时间，即传输的时间默认为0（瞬时传输）。（瞬时传输）。8.3 Arena基本建模分析基本建模分析8.3.2 数据模块数据模块（1）Entity模块模块在在上上述述Create模模块块中中已已经经定定义义了了一一个个实实体体类类型型为为Part。此此时时，在在项项目目栏栏单单击击数数据据模模块块Entity，就就可可以以在在电电子子数数据据表表格格视视图图中中看看到到“Entity”列列
20、表表中中已已经经有有了了“Part”实实体体类类型型，如如图图8-12所示。所示。8.3 Arena基本建模分析基本建模分析（2）Resource模块模块在在上上述述Process模模块块中中定定义义了了资资源源（本本例例中中为为钻钻床床设设备备）后后，单单击击项项目目栏栏中中的的Resource模模块块就就可可以以查查看看“资资源源”数数据据表表格格，如图如图8-13所示。所示。在在该该数数据据表表格格中中可可对对资资源源进进行行相相应应的的设设置置，如如对对资资源源容容量量（Capacity）和资源故障（）和资源故障（Failures）等进行定义。）等进行定义。8.3 Arena基本建模分
21、析基本建模分析（3）Queue模块模块如如果果实实体体Part进进入入Process模模块块而而钻钻床床设设备备（Drill Press）处处于于忙忙碌碌状状态态，则则该该实实体体就就必必须须进进入入队队列列等等待待。设设置置好好Process模模块块后后，在在项项目目栏栏中中点点击击Queue数数据据模模块块，“队队列列”数数据据表表格格就就会会出出现现在在电电子数据表格视图中，如图子数据表格视图中，如图8-14所示。所示。在在该该数数据据表表格格中中可可以以定定义义队队列列的的各各种种属属性性，如如本本例例中中我我们们定定义义规规则则的类型（的类型（Type）为）为先进先出先进先出规则。规
22、则。8.3 Arena基本建模分析基本建模分析8.3.3 动画效果与图形绘制动画效果与图形绘制 （1）制作资源与队列动画）制作资源与队列动画在在流流程程图图视视图图中中，位位于于Process模模块块上上方方的的符符号号 即即是是显显示示队队列列动动画画的的地地方方。当当在在Process模模块块中中指指定定某某类类实实体体需需要要“占占用用”（Seize）资资源源时时，在在该该模模块块的的上上方方就就会会出出现现这个图形。这个图形。在在Process模模块块的的右右上上方方有有一一个个符符号号 ，就就是是资资源源动动画画。在在仿仿真真运运行行的的过过程程中中，该该动动画画图图像像将将根根据据
23、钻钻床床设设备备处处于于“空空闲闲”还是还是“忙碌忙碌”的状态的不同而改变。的状态的不同而改变。8.3 Arena基本建模分析基本建模分析资资 源源 动动 画画 是是 通通 过过 动动 画画 （ Animate） 工工 具具 栏栏 中中 的的 资资 源源（Resource）按按钮钮（ ）添添加加到到仿仿真真模模型型中中来来的的。单单击击“Resource”按按钮钮，就就会会弹弹出出资资源源图图形形设设置置（Resource Picture Placement）对对话话框框，我我们们可可以以从从图图形形库库（扩扩展展名名为为.plb的的文文件件，通通常常位位于于Arena7.0文文件件夹夹内内）
24、中中根根据据资资源源的的状状态态选选出出合合适适的的图图形形来表示资源的不同动画，如图来表示资源的不同动画，如图8-15所示。所示。8.3 Arena基本建模分析基本建模分析（2）动态散点图）动态散点图本本例例中中的的两两个个散散点点图图是是通通过过动动画画（Animate）工工具具栏栏中中的的散散点点图图（Plot）按按钮钮（ ）创创建建的的。它它们们将将在在仿仿真真运运行行的的过过程程中中被被自自动动绘绘制制出出来来，并并且且在在仿真结束图像会消失。仿真结束图像会消失。单击散点图（单击散点图（Plot）按钮（）按钮（ ），打开散点图的对话框，如图），打开散点图的对话框，如图8-16所示。所
25、示。8.3 Arena基本建模分析基本建模分析8.3.4 设置仿真运行条件设置仿真运行条件通通过过菜菜单单Run Setup，可可打打开开“Run Setup”对对话话框框，设设置置仿真运行的周期和重复仿真运行次数。仿真运行的周期和重复仿真运行次数。8.3 Arena基本建模分析基本建模分析在在该该选选项项卡卡中中，用用户户可可以以定定义义项项目目标标题题、分分析析员员姓姓名名、项项目目描述和选择通过仿真运行要求输出的各种性能参数。描述和选择通过仿真运行要求输出的各种性能参数。该该对对话话框框的的“Replication Parameters”选选项项卡卡，用用于于控控制制仿真的运行。仿真的运
26、行。8.3 Arena基本建模分析基本建模分析8.3.5 仿真运行与仿真报告输出仿真运行与仿真报告输出通通过过菜菜单单Run Go，或或单单击击标标准准（Standard）工工具具栏栏中中的的运运行行（Go）按按钮钮（ ）可可以以开开始始仿仿真真模模型型的的运运行行。在在第第一一次次运运行行仿仿真真模模型型时时，Arena会会自自动动对对仿仿真真模模型型进进行行错错误误检检查查（ 也也 可可 以以 通通 过过 菜菜 单单 Run Check Model或或 单单 击击 Run Interaction工工具具栏栏中中的的( )按按钮钮或或按按F4键键来来检检查查仿仿真真模模型型错错误误）。如如果
27、果存存在在错错误误，系系统统会会发发出出警警告告，并并给给出出一一些些查查找找和和纠纠正正错错误误的的帮帮助助信信息息。检检查查无无误误后后，再再次次开开始始运运行行，即即可可观察到仿真模型运行的动态过程，如图观察到仿真模型运行的动态过程，如图8-19所示。所示。8.3 Arena基本建模分析基本建模分析8.3 Arena基本建模分析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，在仿真运行结束后，会弹出对话框询问是否查看结果报告，如图如图8-20所示。所示。8.3 Arena基本建模分析基本建模分析通过单击目录树中的通过单击目录树中的“+”和和“-”，可以查看一些具体的报告。
28、例如，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“+”进入到报告的进入到报告的“队列队列”（Queue）部分（）部分（Simple Processing Queue Time Waiting Time Drilling Center.Queue），得到），得到钻床设备的等待时间信息，如图钻床设备的等待时间信息，如图8-21所示。所示。8.3 Arena基本建模分析基本建模分析8.4 Arena输入输入/输出分析输出分析8.4.1 输入分析器（输入分析器（Input Analyzer）
29、我们在第五章中已经介绍了仿真输入数据采集和分析的基本内容。显然，对于输入数据进行分析，需要相当多地依赖于数理统计的知识，而且也是一个比较费时的过程。在Arena软件中，利用其内置的输入数据分析功能模块输入分析器（InputAnalyzer），可以较为方便地完成这一繁琐的工作。使用Arena输入分析器对输入数据进行拟合的一般步骤如下：创建一个包含原始数据的文本文件。将该文本文件载入到输入分析器，对这些数据拟合出一个或者多个分布。从中选取一个最为适用的分布。将输入分析器生成的表达式复制到Arena模型中的某一区域，以应用于之后的Arena仿真与建模分析中。例如，对前面例5-2中表5-3的219个零
30、件到达间隔时间数据，我们利用Arena输入分析器进行拟合操作如下：首先，将表5-3中的原始数据以纯文本的格式保存到文本文件中，并命名为“PartBPrp.dst”（Arena输入分析器默认的文件扩展名为.dst），如图8-22所示。图8-22 零件到达间隔时间数据的dst文本文件8.4 Arena输入输入/输出分析输出分析然后，运行输入分析器。通过菜单FileNew或单击工具栏中的新建（New）按钮（），新建一个数据拟合窗口。通过菜单FileDataFileUseExisting或单击工具栏中的使用现有数据文件（UseExistingDataFile）按钮（），将该数据文件加载到数据拟合窗口中
31、。此时，Arena输入分析器就会自动地显示出这些数据的直方图，并在窗口的下方给出这些数据的汇总信息，如图8-23所示。图8-23 Arena输入仿真器中的数据直方图及其汇总信息8.4 Arena输入输入/输出分析输出分析通过输入分析器中相应的菜单选项，可将数据拟合成某个概率分布（按给定的分布来估计相应的参数）。例如，我们通过菜单FitExponential来对上述的数据进行指数分布拟合，可得到分布函数表达式为EXPO(0.399)，如图8-24所示。图8-24 输入数据的指数分布拟合结果8.4 Arena输入输入/输出分析输出分析我们也可以通过菜单FitFitAll，让输入分析器自动计算选择“
32、最佳”（即平方误差值最小）的拟合分布族及相应的参数。对于表5-3的这批数据，可得到拟合结果为贝塔分布，且分布函数表达式为2*BETA(0.682,2.74)，如图8-25所示。图8-25 输入数据的“最佳”拟合结果8.4 Arena输入输入/输出分析输出分析8.4.2 输出分析器（输出分析器（Output Analyzer）Arena输出分析器（OutputAnalyzer）是一个独立于Arena的应用程序，它使用由Arena中的Statistic数据模块生成的输出文件（即.dat文件），可以完成对仿真得到的各类输出数据的统计分析。本节中，我们仍然以第8.3节中的简单加工系统Arena仿真模型
33、为例，介绍在终态仿真过程中如何生成期望输出值的置信区间以及对两种系统方案的统计比较。为了完成这一工作，通过菜单RunSetup，打开“RunSetup”对话框，在“Replication Parameters”选项卡中的“Number ofReplications”编辑框中输入希望的重复仿真运行次数，这里可设定为“10”。并同时确定“InitializeBetweenReplications”编辑框中的两个复选框都是处于被选中的状态（默认值），以保证系统状态变量以及统计累加器在每次仿真运行结束后都被清零，亦即各次重复仿真运行所使用的是独立同分布的数据。如图8-26所示。8.4 Arena输入输
34、入/输出分析输出分析图8-26 重复仿真运行的参数设置这样，对于每次重复仿真运行，Arena都将独立地产生该次仿真运行的输出报告，我们可以通过“CategorybyReplication”报告来进行查看，如图8-27所示。8.4 Arena输入输入/输出分析输出分析图8-27 “Category by Replication”报告界面8.4 Arena输入输入/输出分析输出分析从该报告中，我们可以观察各次重复仿真运行所得到的一些性能指标统计量（如已加工完成的零件数、零件平均等待时间及最大逗留时间、系统平均队长等）的均值、标准差、95%置信区间的半宽以及最大/最小值等。在仿真输出数据的采集过程中
35、，经常要用到Statistic数据模块。例如，我们要观察该简单加工系统在每次重复仿真运行中加工完成的零件个数，可进行如下操作：在项目栏的“AdvancedProcess”面板中，单击Statistic数据模块，在相应的电子数据表格视图中双击鼠标左键添加新的数据行。如图8-28所示。图8-28 Statistic数据模块的数据表格8.4 Arena输入输入/输出分析输出分析接下来，将对于上述简单加工系统当前的配置作为方案1；将资源的容量修改为2个，作为方案2。我们通过Arena输出分析器对这两个系统方案的平均产出水平这一性能指标进行比较分析。首先，分别实现两个系统的仿真模型，各自执行重复仿真运行
36、500次，并通过Statistic数据模块采集相应的数据，分别保存到输出文件Output1.dat和Output2.dat。然然后后，运运行行Arena输输出出分分析析器器，通通过过菜菜单单File New或或点点击击工工具具栏栏上上的的新新建建（New）按按钮钮（ ），选选择择新新建建一一个个数数据据组组，通通过过单单击击“Add”按按钮钮，将将上上述述得得到到的的两两个个数数据据文文件件Output1.dat和和Output2.dat加载进来，如图加载进来，如图8-29所示。所示。8.4 Arena输入输入/输出分析输出分析图8-29 输出分析器的“数据文件加载”设置8.4 Arena输入
37、输入/输出分析输出分析通过菜单AnalyzeCompareMeans，对此两个文件中的数据的均值进行分析和比较，有关的对话框设置如图8-30所示。图8-30 利用输出分析器进行方案比较的对话框设置8.4 Arena输入输入/输出分析输出分析利用Arena输出分析器得到两种系统方案比较的结果如图8-31所示。图8-31 简单加工系统两种方案的比较结果8.4 Arena输入输入/输出分析输出分析8.5 Arena在生产系统仿真中的应用在生产系统仿真中的应用8.5.1 仿真问题描述仿真问题描述图8-32 某生产线的工艺流程接下来，我们将建立该生产系统的Arena仿真模型，对系统产出水平等性能指标进行
38、仿真分析。主要目的在于：一是工艺流程设计，将各项工艺按照不同的工序输入到仿真模型中，通过仿真运行发现工艺流程中存在的瓶颈环节；二是诊断和优化。通过对多个备选方案分别进行仿真分析和比较，根据仿真输出的结果来选择并确定生产率较高的、最符合企业要求的工艺流程。在此基础上，我们还将为产能分析提供多种有效的途径。8.5 Arena在生产系统仿真中的应用在生产系统仿真中的应用8.5.2 仿真模型构建仿真模型构建在Arena中，将基础面板中的相应模块加载到流程图视图中，并按逻辑顺序进行连接，建立上述生产系统工艺过程的仿真模型，如图8-33所示。图8-33 生产系统工艺流程的Arena仿真模型8.5 Aren
39、a在生产系统仿真中的应用在生产系统仿真中的应用在该仿真模型中使用到的几类主要的流程图模块包括：1个Create模块，用来产生代表零件的实体，如图8-34所示。图8-34 Create模块及其属性设置8.5 Arena在生产系统仿真中的应用在生产系统仿真中的应用1个Assign模块，用来对实体属性进行特定的赋值操作，如图8-35所示。图8-35 Assign模块及其属性设置8.5 Arena在生产系统仿真中的应用在生产系统仿真中的应用4个Process模块，用来分别表示毛坯切割、车削、检验和返修四道工序，如图8-36所示。（a）毛坯切割工序 （b）车削加工工序8.5 Arena在生产系统仿真中的
40、应用在生产系统仿真中的应用（c）检验工序 （d）返修工序图8-36 Process模块及其属性设置8.5 Arena在生产系统仿真中的应用在生产系统仿真中的应用2个Decision模块，分别用来表示在检验工序和返修工序中的两个概率型决策过程，如图8-37所示。（a）检验工序的合格率判断（b）返修工序的合格率判断图8-37 Decision模块及其属性设置8.5 Arena在生产系统仿真中的应用在生产系统仿真中的应用3个Record模块和3个Dispose模块。其中，3个Record模块用来记录通过的实体数量；3个Dispose模块分别用来表示检验合格品、返修合格品和报废品等三类产品从系统仿真模
41、型中离开，如图8-38所示。（a）检验合格品的Record模块和Dispose模块8.5 Arena在生产系统仿真中的应用在生产系统仿真中的应用（b）返修合格品的Record模块和Dispose模块8.5 Arena在生产系统仿真中的应用在生产系统仿真中的应用（c）报废品的Record模块和Dispose模块图8-38 Record模块与Dispose模块及其属性设置8.5 Arena在生产系统仿真中的应用在生产系统仿真中的应用8.5.3 仿真运行结果仿真运行结果对上述仿真模型，执行仿真运行480分钟（1个工作日），得仿真运行过程如图8-39所示。图8-39 生产系统工艺过程的仿真运行界面8.
42、5 Arena在生产系统仿真中的应用在生产系统仿真中的应用仿真运行结束后，在弹出的对话框中单击“Yes”按钮，打开仿真结果的输出报告窗口，如图8-40所示。图8-40 生产系统工艺过程的仿真结果输出报告界面8.5 Arena在生产系统仿真中的应用在生产系统仿真中的应用从图8-40的输出报告中，我们可以得到该生产线系统各类统计性能指标的仿真运行结果，如系统平均等待时间、最大逗留时间、以及产出水平和设备利用率等，如图8-41所示。（a）系统平均等待时间和最大逗留时间8.5 Arena在生产系统仿真中的应用在生产系统仿真中的应用（b）系统产出水平8.5 Arena在生产系统仿真中的应用在生产系统仿真
43、中的应用（c）设备利用率图8-41 生产系统工艺流程的仿真运行结果8.5 Arena在生产系统仿真中的应用在生产系统仿真中的应用8.5.4 对生产能力的仿真分析对生产能力的仿真分析在上一节仿真模型的基础上，假设该生产线上检验工序的资源能力由原来的一个人固定不变改为两班制：第一班（4小时）为一个人，而第二班（4小时）增加为两个人。并且车削加工工序的主要资源“TurningMachine”（车床）也允许有随机故障的发生：该设备的正常工作时间服从均值为120min的指数分布，而由故障造成的停工时间服从均值为4min的指数分布。我们在上一节给出的Arena仿真模型（见图8-33）的基础上，添加以下几个
44、数据模块：8.5 Arena在生产系统仿真中的应用在生产系统仿真中的应用（1）Failure数据模块Failure模块用来对Arena中资源的随机故障模式进行定义。在这个模块中，我们确定故障的类型（基于时间或者是基于工作循环次数），选择合适的随机分布函数，并定义其分布参数。这里，我们设定故障名称（ Name） 为 “Turning Machine Failure”， 故 障 类 型 （ Type） 为“Time”，设定正常运行时间（UpTime）和停机时间（DownTime）为服从均值分别是120min和4min的指数分布，如图8-42所示。（2）Schedule数据模块Schedule模块用
45、来对资源调度进行定义。对检验工序的资源能力计划，我们设定该模块的属性参数如图8-43所示。图8-42 定义车削机床故障的Failure模块8.5 Arena在生产系统仿真中的应用在生产系统仿真中的应用图8-43 定义资源能力计划的Schedule模块其中，“Durations”一栏用来对“持续时间”属性进行设置。在该栏中相应的位置上单击鼠标左键，可以打开图形调度编辑器（GraphicalScheduleEditor）的图形界面，输入有关的调度数据，如图8-44所示。图8-44 Schedule模块图形编辑界面8.5 Arena在生产系统仿真中的应用在生产系统仿真中的应用在设置好Failure模
46、块和Schedule模块的属性参数后，还必须回到Resource模块，在相应的资源栏目中建立它们与该资源之间的联系，并选择当资源能力发生变化时的处理方法（Ignore-Wait-Preempt）。如图8-45所示。图8-45 在Resource模块中定义Failure和Schedule模块相关的资源8.5 Arena在生产系统仿真中的应用在生产系统仿真中的应用对上述这些数据模块进行设置好以后，对仿真模型重新行仿真运行480分钟（1个工作日），可得到该生产线系统在新的设计方案下各类统计性能指标的仿真运行结果，如系统平均等待时间、最大逗留时间、以及产出水平和设备利用率等，如图8-46所示。（a）系统平均等待时间和最大逗留时间8.5 Arena在生产系统仿真中的应用在生产系统仿真中的应用（b）系统产出水平8.5 Arena在生产系统仿真中的应用在生产系统仿真中的应用（c）设备利用率图8-46 生产系统产能分析的仿真运行结果通过图8-41和图8-46，可以对两种系统方案下的各类性能指标进行详细地对比和分析。8.5 Arena在生产系统仿真中的应用在生产系统仿真中的应用
