Arena 仿真概述分析
arena仿真教程第2章介绍
第2章仿真基本概念在正式接触Arena软件之前，本章先介绍仿真中的一些重要概念、方法和相关问题。
这些基本概念对任何仿真软件都是一样的，对于理解Arena对模型的仿真过程起着关键作用。
本书将通过2.1节中的一个简单的示例来阐述这些概念，2.2节介绍了处理示例模型的几种方案；2.3节描述了仿真模型的各组成元素；而2.4节则用手工方式完成了示例的仿真过程，并描述了仿真过程的组织和活动。
2.5节比较了两种不同的仿真建模方法；2.6节介绍了仿真输入与输出中的随机性问题；最后，2.7节介绍了如何实施一个仿真项目，有关内容将在第13章有更全面的阐述。
阅读本章后，读者将能了解仿真的基本逻辑、结构、组成要素、以及对仿真建模项目的管理。
所有这些构成了Arena的基础，以及学习后续章节建立更完善模型的前提。
2.1 引例本节给出了一个示例系统，并指出我们要从中了解系统的哪些行为和性能。
2.1.1 示例系统由于大量仿真模型中都会包含等待线或队列（queue），故本书将从这样一个非常简单的模型出发。
该模型表示了制造设施的一部分：零件“毛坯”到达钻孔加工中心，在仅有的单台钻床上加工，然后离开，如图2-1所示。
如果零件到达时钻床是空闲的，则立刻开始加工；否则，将进入一个“先进先出”（FIFO）的队列等待。
此即模型的逻辑（logical）结构。
原书P19钻孔加工中心钻床到达的零件毛坯加工完的零件离开队列正在加工的零件图2-1 简单加工系统还要对模型给定一些数值（numerical）成分，包括仿真是如何开始和结束的。
首先，要确定最为基础的基准时间单位：本书将全部用分钟来计量时间。
采用什么样的时间单位在逻辑上是无关紧要的，所以可针对待研究的系统特点选取最合适、熟悉和方便的时间单位1。
虽然可根据需要或方便使用不同的单位表示模型的输入时间量，如用分钟表示平均服务时间，用小时表示机器平均无故障时间，但在计算时，所有的时间都要转换为基准单位。
仿真系统与软件-Arena基础
9/36
（2）Advanced Process
10/36
（3）Advanced Transfer
11/36
（4）Reports panel
12/36
（5）Navigate panel
13/36
4. Arena流程窗口：Flowchart window
Describe dynamic processes
– – –
Resource animation Two plots Some (passive) labels, artwork
17/36
18/36
(1) Create Flowchart Module
“Birth” node for entities Gave this instance of the Create-type module the Name Part Arrives to System
–
– –
Can edit via dialog – double-click in leftmost column Double-click where indicated to add new row Right-click on row, column to do different things
–
Queues, Resources, Entity types, Variables … others
Arena keeps internal lists of different kinds of names
– –
Presents existing lists to you where appropriate Helps you remember names, protects you from typos
ARENA介绍
Arena仿真软件是最具学术性的可视化交互仿真模型软件，世界一流大学都选择它进行教学和科研。
Arena最具学术性的可视化交互仿真软件◇美国罗克韦尔软件公司(Rockwell sofi、、rare Ino.)是全球最大的计算机“系统仿真”软件供应商。
其产品Arella软件广泛应用于金融、电信、物流等行业的客户关系管理(cR介压)、业务流程再造(BPR)等领域。
◇具体涉及:客户服务中心的运营管理、前台后台业务的流程再造等方后进行业务流程管理决策的方法是:首先为业务流程建立一个计算机化的系为，再对系统模型进行透视分析、假设演练、动态统计和二、三维计算机动画演示，最终使管理者对业务流程获得直观和精确的理解。
◇发展过程：1983年，专门针对仿真领域的柔性建模语言SIMAN问世；1993年，美国著名的Rockwell公司在SIMAN语言的基础上推出Arena1.0版本；2006年，Arena推出11.0版本；同年，在美国冬季仿真会议上，48%的学术论文引用Arena；2007年，Arena将重磅冲击中国的仿真软件市场！2011年, Arena推出14.0版本;2014年, Arena推出14.7版本;没有什么比数字更具说服力！二十多年的研发历程和多位仿真界专家学者心血的凝聚，造就了今天Arena众多同类软件无法比拟的优势。
建模层次感强，模板和库资源丰富◇层次化的建模体系保证您可以灵活地进行各个水平上的仿真建模。
您既可以使用最底层的语言（VB、C/C++ 等）进行复杂系统建模，也可以根据需要使用高级模板进行模型的开发，您甚至可以开发出新的模板用做商业用途◇提供了将近20个模板和近300个封装好的逻辑模块，涵盖了多个领域，满足您在各个层次建模的需要学术性强——全面深入地体现系统仿真的有关理论，学术界应用广◇专业的分析和优化功能：输入分析器用来进行输入数据概率分布函数的拟合；过程分析器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；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，大大增强了Arena对复杂问题的决策支持；◇全面而细致的仿真报告。
arena系统仿真课程设计
arena系统仿真课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解arena系统仿真的基本概念，掌握仿真模型构建的基本步骤。
2. 学生能描述仿真软件Arena的操作流程，运用Arena软件进行简单的仿真实验。
3. 学生了解仿真技术在项目管理、生产流程等领域的应用。
技能目标：1. 学生能够运用Arena软件构建简单的仿真模型，进行数据分析和参数优化。
2. 学生能够通过实际案例，分析问题、设计解决方案，运用仿真技术验证方案的有效性。
3. 学生能够运用Arena软件进行实验设计，独立完成仿真实验，并撰写实验报告。
情感态度价值观目标：1. 学生对系统仿真产生兴趣，认识到其在解决实际问题中的价值。
2. 学生在团队协作中培养沟通、合作能力，养成积极探索、主动学习的习惯。
3. 学生能够通过仿真实验，培养严谨的科学态度和问题分析能力。
课程性质：本课程为实践性较强的课程，旨在通过实际操作，让学生掌握Arena系统仿真的基本技能。
学生特点：学生为高年级本科生，具备一定的理论基础和实际操作能力，对新技术有较高的接受度。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，鼓励学生动手实践，培养实际应用能力。
通过课程学习，使学生在实际操作中掌握仿真技术，提高解决实际问题的能力。
教学过程中，注重培养学生的团队协作、沟通表达和问题分析能力。
二、教学内容1. Arena系统仿真基本概念：仿真模型、仿真引擎、事件调度等。
2. Arena软件操作流程：软件界面介绍、基本操作、模型构建与运行。
3. 常用仿真元素及其应用：实体、资源、队列、处理器、决策点等。
4. 仿真模型构建方法：识别系统元素、建立逻辑关系、设置参数、运行与调试。
5. 实际案例分析：项目管理系统、生产流程优化、物流配送等。
6. 数据分析与参数优化：输出分析、敏感度分析、优化算法应用。
7. 实验设计与实验报告撰写：设计实验方案、实施实验、分析结果、撰写报告。
教学大纲安排：第一周：Arena系统仿真基本概念介绍，软件安装与界面熟悉。
仿真学Arena详解 Chapter 01 Slides.ppt
Simulation with Arena, 4th ed.
Chapter 1 – What Is Simulation?
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Work With the System?
• Study the system – measure, improve, design,
l
Maybe just play with the actual system
What is Simulation?
Chapter 1
Simulation with Arena, 4th ed.
Chapter 1 – What Is Simulation?
Last revision January 22, 2007
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Simulation Is …
• Simulation – very broad term – methods and
don’t even aspire to an analytical solution
Simulation with Arena, 4th ed.
Chapter 1 – What Is Simulation?
Slide 8 of 23
Popularity of Simulation
• Has been consistently ranked as the most useful,
popular tool in the broader area of operations research / management science
1978: M.S. graduates of CWRU O.R. Department … after graduation
arena仿真详细教程解析
Arena仿真中文教程目录第一章：Arena3.0基础知识本节介绍Arena3.0安装到硬盘上以后如何创建Arena的工作环境。
1.1 Arena3.0的安装和调试Arena3.0的安装同一般的软件类似，打开disk1文件夹，双击应用文件Setup.exe运行安装程序，设置好安装路径后开始安装，安装结束后点击Finish完成安装。
如果是在Windows98操作系统下安装Arena3.0需要在安装前预装Visual Basic 6.0，否则，Arena3.0不能运行。
1.2 Arena3.0的面板、菜单和工具栏1.2.1 Arena3.0的启动在Arena安装完成后，Arena会在桌面上自动生成快捷方式的图标，双击图标即可进入Arena界面；同时，也可以在硬盘上的Arena\目录下双击Arena.exe文件进入。
在进入Arena后点击工具栏上的新建图标,打开Arena3.0的操作桌面（Desktop），如图1-1：图1-11.2.2 Desktop操作桌面简介1．操作桌面的结构Arena提供了十分方便的操作桌面以保证用户能够快速、简洁的建立仿真模型。
Arena的操作桌面主要由工具栏（Toolbars）、菜单栏、状态栏（Status bar）、建模界面组成。
下文对这几部分的主要功能将一一介绍。
2、工具栏：工具栏集中了我们建立仿真模型所要用到的主要工具，它由Standard（标准工具栏）、（视图工具栏）等组成，下面将注意介绍：●Standard：这个工具栏提供了新建、保存和打印等功能，如图1-2：图1-2●View：提供了视图功能，用户对建模区进行视图操作如图1-3：图1-3其中经常用到的功能有：Zoom in：放大Zoom out：缩小View All：建模区全部视图，即，以建立模型的全部视图。
View Previous：当前视图的前一视图。
View Region：选择视图区域。
●Arrange：Arena3.0为了用户能够创建生动、形象的动画，提供了功能齐全的绘图工具，Arrange工具栏（图1-4）就是为Arena的绘图提供支持的。
Arena仿真软件系统.pptx
•电子部件封装的具体建模思路 -两种不同的实体到达模型，每一种都有自己的时间分 布， 要分别两个Create模块来产生到达的部件。 -不同类型的部件的处理时间也不相同，使用两个 assign 模 块来定义其属性，分别賦予其封装处理时间。部件在 封 装操作中，使用包含在封装时间属性里的时间变量。 -两个准备区和封装操作使用各自的P rocess 模块来仿真。 -封装结束后，要对部件进行检查，结果部件将会根据一 定的概率去不同的地点。用Decide模块的两个选择支决 定部件的去向。 -使用Process和Decide模块对重新加工区进行仿真。 -用三个独立的Record和Dispose模块组仿真部件离开系 统 (运走，返修后运走，破碎)，并通过这些模块获得相 应的循 环时间统计量。
>家庭抵押(home mortgage)流程分析 (1)绘制流程图
-产生抵押申请实体 -评判申请 -决定申请是否被接受 -消除申请实体中 止仿真程序 (2)什么是模块？ 在Arena中，模块是流程图的组成部分以 及数据的载体，仿真所需要的信息都储 存 在模块中。
1
>基本程序模板 • Create:它是流程的开始，实体从该模块进入仿 真过 程。 • Dispose：它是流程的结尾，实体从该模块退出仿 真 过程。 • Process：处理一项活动，通常需要一个或更多的 资 源，并且需要消耗一些时间来完成 • Decide：是程序的分支部分，实体只可以选择一 个 分支。 • Batch：在继续运行流程之前，收集一些实体 • Separate：在并行的程序中复制实体，或是将先 前 所建立的一组实体分散成其他组。 • Assign：改变一些参数的值（在仿真过程中）， 例如实体的类型或仿真变量。 • Record：拥有统计功能，统计实体的数量和时间 周 期。
可视化交互仿真软件ArenaArena的层次建模结构Arena通过使用
可视化交互仿真软件Arena一、Arena的层次建模结构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。
二、Arena 的仿真分析过程使用Arena 进行仿真分析就是在可视化集成环境下，通过用户与模型的不断交互来推进仿真的过程。
Arena 仿真过程包括仿真建模、模型参数设定、运行模型、验证模型与结果分析四个阶段。
首先，仿真建模，即创建基本的仿真模型。
Arena10.0 的可视化建模环境如图1所示，包括工具栏（如图左侧所示）、流程建模区域（如图右上部所示）和数据建模区域（如图右下部所示）。
Arena 采用流程模块和数据模块共同建模，流程模块用流程图定义模型的逻辑过程，数据模块定义系统的数据元素（如资源、变量等）参数。
Arena分离了逻辑过程与数据元素，以保证仿真建模的可复用性和扩展性。
其次，设定仿真模型参数。
根据模型要求对流程、数据模块进行参数设定（如处理时间、资源要求、服务水平、服务规则等）。
再次，运行仿真模型。
运行过程中，Arena 用动画同步模拟功能使用户更加直接地监测仿真过程。
系统建模与仿真实验指导书ⅠARENA二维仿真建模实验
系统建模与仿真实验指导书ⅠARENA二维仿真建模实验一、实验目的：1简单流水线建模实验掌握ARENA二维仿真软件的基本操作，掌握ARRIVE、DEPART、SEVER、INSPECT、SIMULATION等模块的应用与连接，学会采用该软件建立一条简单的生产流水线，并进行逻辑模块的参数设置和物理模块的界面设计，建成的仿真系统能运行并返回需要的统计数据。
2生产制造过程仿真建模实验借助工业工程综合实验——装配线设计实验的成果——装配线的结构与布局以及各主要工位的操作数据，通过ARENA软件进行仿真建模，比较系统运行的结果，对综合实验的设计方案进行验证实验，调整参数，寻求优化方案，进行优化设计实验。
二、实验步骤主要解决的四个问题：1）模型的建立,确定该系统需要的模块类型和数量：输入(Arrive)，输出(Depart)，加工操作(Sever)，检验操作(Inspect)以及他们的先后顺序和连接关系2）参数设置：包括模块内参数设置和系统参数设置3）统计分析功能的建立：成品及废品平均流程时间、成品率、废品率以及其方差设置和实现，并能对此进行分析和评价，重新调整参数以实现系统优化；4)界面优化，利用系统工具或者画图工具，对仿真运行界面进行优化，体现更清晰的运动状态和物流路径，模拟加工过程的实现附：上机操作指导软件工具介绍一、Arena 软件工具的特点Arena是一个Microsoft Windows下的工具，所以它的基本界面你应该早已熟悉,但是由于Arena仿真软件是属于专业软件，并不常见，国内对该软件的操作方面的资料甚少，而且还都是外文版，所以有必要对Arena的操作界面以及相关的仿真建模操作和模块进行介绍。
（一）、操作界面图 3-1 Arena的界面1 File 菜单在这个菜单里，你可以新建Arena模型文件，打开现有模型，关闭窗口，存储模型或创建一个只许观看的模型，你也可以引进CAD图形，将AUTOCAD作为Arena 的支持工具，而在一些情况下，活动元素将允许你使用现有的详尽的机器设备的图形。
仿真系统与软件-Arena基础
We picked Picture.Blue Ball from the default list
21/36
(3) Process Flowchart Module
Represents the machine, including the resource, queue, and entity delay time (processing) Enter Name – Drilling Center Type – picked Standard to define logic here rather than in a submodel (more later …) Report Statistics check box at bottom
–
If we had other Create modules (we don’t) they’d all have different Names
Double-click on module to open property dialog:
19/36
Create
20/36
(2) Entity Data Module
8/36
（1）Basic Process
– – – – – –
–
Record：拥有统计功能，统计实体的数量和时间周 期。 Entity：定义系统中的实体的属性。 Queue：定义系统中队列的属性。 Resource：定义系统中资源的属性。 Variable：定义系统中变量。 Schedule：定义系统中使用的计划，用于产生实体、 使用资源等。 Set：将系统中具有某种相同属性的资源整合成为 一个集使用，具有与资源类似的性质。
2/36
仿真学Arena详解 Chapter 02 Slides.ppt
Part Number
Arrival Time
Interarrival Time
Service Time
1
0.00
1.73
2.90
2
1.73
1.35
1.76
3
3.08
0.71
3.39
4
3.79
0.62
4.52
5
4.41
14.28
4.46
6
18.69
0.70
4.36
7
19.39
15.52
2.07
8
34.91
– System has a chance of operating in a stable way in the long run, i.e., might not “explode”
– If all interarrivals and service times were exactly at their mean, there would never be a queue
Decompose the problem Terminology Simulation by hand Some basic statistical issues
• Spreadsheet simulation
Simple static, dynamic models
• Overview of a simulation study
parts (a.k.a. cycle time):
P
TSi
i 1 , P
max TSi
i 1,...,P
TSi = time in system of part i
基于Arena的制造过程仿真研究
基于Arena的制造过程仿真研究随着制造业的快速发展，如何提高生产效率和降低成本成为了制造企业亟需解决的问题。
而制造过程仿真作为一种有效的工具，正在被广泛应用于制造业中。
本文将探讨基于Arena的制造过程仿真研究，并介绍其在提高生产效率和优化生产流程方面的应用。
首先，基于Arena的制造过程仿真研究的核心是建立一个真实性强、准确性高的模型。
通过收集和整理生产过程中的数据，包括工艺流程、设备设置、人员配置等，利用Arena软件进行模拟仿真。
通过模拟仿真，可以模拟不同的生产场景，预测生产过程中可能出现的问题，并提出相应的解决方案。
这种仿真研究可以帮助制造企业全面了解生产过程，找出瓶颈和不足之处，进而优化生产流程。
其次，基于Arena的制造过程仿真研究可以帮助企业提高生产效率。
通过模拟仿真，可以评估不同的生产方案，优化生产调度，减少生产过程中的等待时间和资源浪费，提高设备利用率和生产效率。
此外，仿真研究还可以帮助企业预测和解决生产过程中可能出现的问题，如生产线堵塞、生产能力不足等，从而提前采取相应的措施，保证生产计划的顺利进行。
最后，基于Arena的制造过程仿真研究还可以降低企业的成本。
通过模拟仿真，可以评估不同的生产方案对成本的影响，找出成本较高的环节，并提出相应的改进方案。
此外，仿真研究还可以优化物料流动和库存管理，减少库存积压和物料浪费，从而降低企业的运营成本。
综上所述，基于Arena的制造过程仿真研究在提高生产效率和优化生产流程方面具有重要的应用价值。
它可以帮助制造企业全面了解生产过程，优化生产调度，预测和解决生产过程中可能出现的问题，降低运营成本。
因此，制造企业应密切关注和应用基于Arena的制造过程仿真研究，以提升自身在市场竞争中的竞争力。
Arena建模仿真技术
4.Arena建模技术
• Basic process
– Create：它是流程的开始，实体从该模块进入 仿真过程。
– Dispose：它是流程的结尾，实体从该模块退 出仿真过程。
– Process：一个活动，通常需要一个或更多的 资源，并且需要消耗一些时间来完成。
– Decide：是程序的分支部分，实体只可以选择 一个分支。
Arena建模仿真技术
11.02
1
目录
• 概述 • Arena功能介绍 • Arena建模环境 • Arena建模技术 • Arena建模实例 • Arena仿真结果输出 • Arena其他功能
2
1.概述
• Rockwell • Arena的特点 • 典型应用领域
3
1.概述
• Rockwell
49
5.Arena建模实例
• 到达顾客以一定的比例需要服务台2的服务
– 串行服务台 – 第二个服务台前不允许排队 – 顾客中有一定比例的顾客需要到服务台2接受
服务，其他顾客直接从服务台1离开系统 – 需要到第二个服务台服务的客户，在完成第一
个服务台的服务之后，会继续留在第一个服务 台直到第二个服务台能够为其服务。在此客户 离开第一个服务台之前，第一个服务台不能为 其他的客户服务。
7.Arena其他功能
• 输入分析
– Input Analyzer——输入分析器 – Tools → Input Analyzer
66
7.Arena其他功能
• 流程分析
– Process Analyzer——流程分析器 – Tools → Process Analyzer
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7.Arena其他功能
Arena-仿真概述解析
◦ 也可以构造出“假”实体，只是用于建模的方便
◦ 例如，Breakdown demon, break angel
◦ 一个系统中可以同时具有多个不同类型的实体
2020/10/18
14
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 ◦ 同一类实体都具有相同的属性，但属性值不同，例如：
义 ◦ 在模拟结束时，可以使用这些累加器来计算最终输出
性能指标
2020/10/18
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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 ◦ 当前所有排队时间 ◦ 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 ◦ 服务台忙的时间B(t)
◦ 传统制造行业 ◦ 服务业 ◦ 医疗健康业 ◦ “商业流程”
◦ 仍然是大多数是在大企业中得到应用 ◦ 通常只是一种辅助工具
2020/10/18
28
计算机仿真技术的沿革 (continued…)
目前
◦ 逐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行应用 ◦ 可以进行实时控制
◦ 到达时间 ◦ 停留日期 ◦ 优先级 ◦ 颜色
◦ 对于特定实体，必须绑定属性值 ◦ 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，有些则需要进行定义
2020/10/18
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模拟中需考虑的对象 (continued...)
仿真软件Arena中文版培训手册
Arena仿真软件培训手册（中文版）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，……。
Arena仿真概述详解
2018/10/12
10
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/1 queue
? 到达间隔时间 ~ exponential ? 服务时间 ~ exponential, independent of interarrivals ? 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
时间单位：分钟
到达时间：
? 间隔到达时间:
服务时间：
模拟到20(模拟)分钟时终止仿真 ,如恰好在第 20分钟时结束 ,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。
2018/10/12
4
表2-1 零件的到达、间隔和服务时间（单位：分钟）
零件编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
N>1
6
队列中所有零件的 最大排队时间：
max Di
i ?1,? ,N
仿真过程中开始在钻床接受服务的零件的最大排 队等待时间（maximum waiting time in queue）。这 是用来度量最坏情况的，对于确定对顾客的服务水平 保证应该会有所帮助。这个量越小越好。
2018/10/12
7
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，彻底忽略了随机性。
按照以上平均值来考虑，这个模型就等价于一个均匀到达，均匀 服务的模型，可以直接应用初中数学进行解决，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 ? 这种简单估测方法具有非常大的局限性
Arena概述与仿真建模基本操作
第5章Arena建模基本操作5.1 Arena建模概述5.1.1Arena功能与特点Arena是一种支持用于离散事件仿真可视化交互式仿真软件(VIS)。
应用Arena，用户可以交互地建立模型，创建系统的动画，运行仿真器，收集仿真输出的数据，创建查看需要的统计报告。
Arena还包括输入分析器，它是一个输入数据分析的工具。
用流程图将系统表示成实体相关活动的逻辑网络。
Arena通过完整层次化结构(hierarchical)保持了建模的灵活性。
Arena支持分层建模，即一些模型元素可以代表一个下层模型；下层模型可以包含更深一层的模型。
分层建模可以将复杂的模型分解成更小更容易理解的模型单元。
5.1 Arena建模概述5.1.1Arena功能与特点提供了13个(Arena10.0)建模模板(Template)，每个模板中提供了许多用于图形仿真建模与分析的模块(Module)，将这些模块组合起来就能构建出各种不同的仿真模型(Model)。
为了便于组织和显示，各模块按类型组合在一个面板(Panel)中构成模板。
通过面板间的切换，可以很方便地找到所有的仿真建模构件集。
不同模板的面板中的模块可以在同一个模型中混合使用。
Arena是与微软Office兼容的产品，它的工具栏和菜单栏与Office是类似的。
同时Arena使用网络化多媒体动画技术（OLE 动画）和VBA视窗技术与桌面应用程序的整合。
嵌入在流程导航工具Visio里的接口使得用Visio画的流程图可以自动导入Arena中。
5.1 Arena建模概述5.1.1Arena功能与特点Arena应用领域✓物流领域，Arena的应用涉及从供应商到客户的整个供应链，包括供应商管理、库存管理、制造过程、分销物流、配送中心选址规划/商务过程以及客户服务等。
✓制造过程仿真：①生产过程中的工艺过程计划、设备布置等；②生产管理中的生产计划、库存管理；③制造过程的经济性、风险性分析，辅助企业投资决策；④各种先进制造模式如虚拟组织及敏捷供应链管理的可视化仿真等。
Arena仿真概述详解
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)
Hale Waihona Puke Fi = flowtime of ith part
研究目标：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 information overload? 并不是指标越多越好
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、且服从相同的指数概率分布。 第二个“M”代表服务时间分布，此处也是指数分布。 “1”表示只有一个服务台。至少在表面上这个模型很适合本例问题。
interface
consistent at
any level of
计算机仿真技术的沿革 (continued...)
上世纪80年代 微机越来越强大 桌面系统软件也具备了GUI和动画功能 仿真技术被普遍接受 传统制造行业 服务业 医疗健康业 “商业流程” 仍然是大多数是在大企业中得到应用 通常只是一种辅助工具
计算机仿真技术的沿革 (continued…)
目前 逐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行应用 可以进行实时控制 未来展望 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
模拟中需考虑的对象 (continued…)
Queues队列 当实体无法进行运动时(通常是由于无法获取需要的资源)用于实体等待的对象 具有名称，通常是与相应的资源绑定 可以因为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须定义如何对实体进行处理 对于此对象，通常需要观测队列的程度，等待时间，等等
Arena讲解(一)
4
计算机模拟
是一种用来对现实世界中的真实系统进行研究 的方法
利用计算机数值计算技术 利用软件系统来模拟系统运作和特征，通常是考虑
时间变化的系统
在实际应用上，是一种用来设计和构建计算机 化的系统模型并进行数值化实验的方法
真正的价值——对复杂系统的处理
模拟技术可以容忍复杂问题
2020/11/17
2）可视化柔性建模
在Arena环境下，采用的是面向对象的层次建模方法，并且，建模与 可视化技术是集成在一起的，在建模的同时实现模型的可视化表达。
3）输出分析器(Output Analyzer)
输出分析器可以帮助用户简化数据分析，使用户查看和分析输出数 据更加快捷、简便。
4） Arena的定制与集成
You: “Then why are you looking here?”
Other person: “Because this is where the light is.”
2020/11/17
Management System Simulation
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(计算机)模拟的优势
允许对不确定性，不稳定性的建模
重复多次实验； 概率估测值p = 线被压到的频度
2l 则可以通过 p d 来估计
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Management System Simulation
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为何要做投针实验？
Buffon needle problem现在看起来非常愚蠢，但是 从模拟的角度来看，它具有十分鲜明的特征和意 义：
专门的系统可以用于实时控制
模拟软件所具有的优势
越来越易于使用 (GUIs) 使人的注意力不在局限于模型的创建上 (hierarchical，
Arena仿真概述详解
服务时间： 模拟到20(模拟)分钟时终止仿真,如恰好在第20分钟时结束,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。
2018/10/12
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表2-1 零件的到达、间隔和服务时间（单位：分钟） 零件编号 1 2 3 4 5 6 7 到达时间 0.00 1.73 3.08 3.79 4.41 18.69 19.39 到达间隔 1.73 1.35 0.71 0.62 14.28 0.70 15.52 服务时间 2.90 1.76 3.39 4.52 4.46 4.36 2.07
对系统状态进行初始化
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简单处理系统的特色 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（simulation clock）。与实际时间不同， 仿真时钟并不是连续推进、均匀取值的，而是从当 前事件的发生时间跳跃到下一个事件的发生时间。 因为相继两个事件之间系统没有发生变化，所有也 就没有必要浪费时间来考虑这两个事件之间的过程。
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简单处理系统中的事件
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，也即将其到达事件 记录插入未来事件表； ◦ 更新随时间离散变化的各统计量（从上一事件发生 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； ◦ 如果钻床空闲，则到达零件立即开始加工（其排队 时间为零），将钻床状态置为“忙”，并安排该零件 的离开事件，统计该零件的排队时间； ◦ 否则，如果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。
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服务时间： 模拟到20(模拟)分钟时终止仿真,如恰好在第20分钟时结束,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。
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表2-1 零件的到达、间隔和服务时间（单位：分钟） 零件编号 1 2 3 4 5 6 7 到达时间 0.00 1.73 3.08 3.79 4.41 18.69 19.39 到达间隔 1.73 1.35 0.71 0.62 14.28 0.70 15.52 服务时间 2.90 1.76 3.39 4.52 4.46 4.36 2.07
◦ 在以上的模型中实体指的就是零件
◦ 也可以构造出“假”实体，只是用于建模的方便
◦ 例如，Breakdown demon, break angel
◦ 一个系统中可以同时具有多个ห้องสมุดไป่ตู้同类型的实体
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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 ◦ 同一类实体都具有相同的属性，但属性值不同，例如：
如果钻床在t时刻忙 如果钻床在t时刻闲
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分析过程
常规估测分析方法
◦ 平均间隔到达时间= 4.987 minutes ◦ 平均服务时间 = 3.351 minutes ◦ 从以上的分析来看，还是比较有希望的,因为完成服务的速度比零 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，彻底忽略了随机性。 按照以上平均值来考虑，这个模型就等价于一个均匀到达，均匀 服务的模型，可以直接应用初中数学进行解决，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 ◦ 这种简单估测方法具有非常大的局限性
2 S A S
S E ( Service Time) A E (Interarrival Time)
◦ 存在的问题：有效性，估计均值，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行考虑时应用
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模拟的机制
单个操作(到达，服务时间)按照实际过程进行处理 对系统变化，事件都按照实际“时间”，实际顺序进行 处理
队列中的最大队长：
0t 20
max Q (t )
间，或成为周转时间)
P i 1Fi P ,
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零件的平均和最大停留时间 (在系统中停留的时
i 1,,P
max Fi
Fi = flowtime of ith part
8
20
B(t )dt
0
20
机器设备的使用率 (忙率)
Arena 概貌
仿真基本术语和概念
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系统：简单处理系统
一般目标：
◦ 估计总零件生产量 ◦ 排队时间，排队长度，机器忙率
时间单位设定：可任意，但是 …
◦ 必须一致 ◦ 时间设定必须合理，可以在有限的实际时间内运行结束
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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：
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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/1 queue
◦ ◦ ◦ ◦ ◦ 到达间隔时间 ~ exponential 服务时间 ~ exponential, independent of interarrivals 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
8 9 10 11
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34.91 38.06 39.82 40.82
3.15 1.76 1.00 .
3.36 2.37 5.38 .
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研究目标：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（total production；在钻床完 成服务并离开的零件数）。其值应越大越好。
研究目标：输出性能指标(continued...)
◦ 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
B (t ) d t 其它需要的指标
◦ information overload? 20 ◦ 并不是指标越多越好
0
20
1 B(t ) 0
对不同对象之间的交互作用进行逐个模拟
默认安置“观测者”来对输出性能指标进行收集 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行跟踪和帮助
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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 — 需要进行创建，进行移动，以及离开系统 (根据需要) ◦ 通常表示“实际”的事物
队列中零件的平均排队时间：
i 1
Di
N
N
N = no. of parts completing queue wait Di = waiting time in queue of ith part Know: D1 = 0 N>1
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队列中所有零件的最大排队时间：
i 1,,N
◦ ◦ ◦ ◦ 到达时间 停留日期 优先级 颜色
◦ 对于特定实体，必须绑定属性值 ◦ 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，有些则需要进行定义
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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 实体可以对变量进行访问，并改变变量取值，例如：
max Di
仿真过程中开始在钻床接受服务的零件的最大排 队等待时间（maximum waiting time in queue）。这 是用来度量最坏情况的，对于确定对顾客的服务水平 保证应该会有所帮助。这个量越小越好。
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研究目标：输出性能指标 (continued...)
队列的平均队长：