Arena 仿真概述分析

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：
◦ ◦ ◦ ◦ 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：
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
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。
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
◦ 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不同类型的实体
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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：
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
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20
B(t )dt
0
20
机器设备的使用率 (忙率)
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：
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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
◦ 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。
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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
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
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
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