Arena详细教学

仿仿真真软软件件
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
仿真的基本问题和内容（续）
❖ 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）。验证 （Verification）：确定仿真模型本身是否存在语法和 逻辑错误；认证（Validation）：确定仿真模型是否精 确代表理论模型；确认（Accreditation）：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。 下图为仿真的VV&A图。
明确定义的延迟可能有一个Delay模块组成，它为不同的操 作或者加工定义了一个延迟。延迟的值可以使一个常量，一 个已经定义好的数值型分布（如指数分布等）的随机量，或 者是一个数学表达式。延迟甚至可以是一个实体所具有的在 到达Delay模块之前被赋予的属性值。
隐式定义的延迟是由模型中的其他操作或者条件所导致的。 这些延迟包括等待获取其他的资源，等待操作员或者传送带 运输（或正在运输），或者是等待一个预定义好的条件在模 型的某处发生。
数据采集和分析
实际系统
抽象、提取 确认
理论模型
仿真建模 认证
验证
仿真模型
仿真试运行、模型确认
培训内容
❖ 仿真概述
仿真的定义、特点和用途 仿真的基本类型 仿真的基本问题和内容 仿真的基本步骤 仿真原理
❖ Arena的安装过程 ❖ Arena建模的基本概念 ❖ Arena的使用 ❖ VBA简介
❖ 对一个实体的属性赋值，只对这个实体起作用。
属性举例
❖ 下列属性，是Arena自动赋值的，当你构建模型时 你可以访问或者对其重新赋值：
Entity.Type -当实体被创建时赋予其的一个整型值。用 来区分其它类型的实体。他们自动被Create模块赋值。
Entity.Picture -图片主要用来表现仿真动画。实体的 Picture属性在Create模块中自动被赋予一个值。（默认 的图片是 Picture.Report）。
Release命令
❖ 延迟过后，实体需要释放（release）掉它所 占有的资源，以便于资源对于其他模型中的 实体来说，重新变为可用状态。这个操作可 以通过使用Release模块实现。当一个实体释 放了一个资源，Arena允许下一个等待这个特 殊资源实体去获取它。
Basic process模板（一）
❖ 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 。
仿真的用途
❖ 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。目前它主要应用于：
❖ 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
仿真术语
❖ 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。
❖ 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）。
仿真时钟的推进方式
❖ 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
❖ 面向时间间隔的仿真时钟推进。
Entity.CreateTime -实体的创建时间。用来收集周期信 息。
Entity.Station -实体的当前站点或者实体将要移动到的 站点。这个在模型运行时是自动更新
Entity.Sequence - 实体的访问序列号。是不同的实体访 问同一站点集时的唯一的顺序。
Entity.JobStep – 实体在队列中的位置或索引。
逻辑实体：故障控制，系统控制，人员离开等等。
什么是属性
❖ 在一个系统里，也许存在很多的实体，每一个实体 特有的性质，就是属性。
❖ 属性是用户定义的值，它与唯一的实体相联系，例 如客户的类型，产品的大小，作业进入系统的事件， 等等。
❖ 所有的实体都有具有不同值的相同的属性集（例如 优先级，到达时间等）。
Arena教程
内容
❖ 仿真概述
仿真的定义、特点和用途 仿真的基本类型 仿真的基本问题和内容 仿真的基本步骤 仿真原理
❖ Arena的安装过程 ❖ Arena建模的基本概念 ❖ Arena的使用 ❖ VBA简介
仿真的定义
❖ 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
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。
❖ 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
计计算算机机 实际系统
❖ 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。
仿真的特点
❖ 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。
❖ 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。
Seize Delay and Release
❖ 事实上，在每一个仿真模型里，对资源的竞 争都需要模拟出来。资源可以是任何东西， 可以是一个机器或者一个操作员，也可以是 一个存储空间或者一个十字路口等等。这种 类型的约束都必须用资源来模拟。当在Arena 中使用资源时，你需要知道三个主要的命令 Seize、Delay和Release，这三个命令是与每 一个资源的使用都息息相关的。
内容
❖ 仿真概述 ❖ Arena的安装过程 ❖ Arena建模的基本概念
Arena的集成开发环境 基本建模过程 基本术语
❖ Arena的使用 ❖ VBA简介
Arena的集成开发环境
Arena基本建模过程
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 建立动画模型
编辑相关模块
仿真 开始
事件1 事件2
事件3 事件4 事件5
时间 事件6
时间
常用分布
❖ 均匀分布 ❖ 三角分布 ❖ 泊松分布 ❖ 正态分布 ❖ 指数分布 ❖ 离散概率分布
均匀分布
三角分布
泊松分布
正态分布
指数分布
离散概率分布
培训内容
❖ 仿真概述 ❖ Arena的安装过程 ❖ Arena建模的基本概念 ❖ Arena的使用 ❖ VBA简介
资源能力约束
❖ 资源（Resource）通常用来模拟一个有约束的区域。 约束的产生可能是由于有限的工人去执行一个任务， 有限的存储空间，设备的能力，等等。
❖ 资源能力（ resource capacity ）是指一定数量的同 一资源与一个特殊的资源有相同的作用。
❖ 实体获得（seize）一个资源是指得到一个或多个资 源的控制权。
Seize命令
❖ 当你需要实体获得一个资源时，请使用Seize 命令。当发出请求时如果这个资源是空闲的， 那么，这个请求将减少被请求资源的资源能 力值。如果被请求的资源是不可用的，则实 体将在队列中等待，直到资源被释放。
Delay命令
❖ 当一个资源被实体获取，在被释放之前通常会发 生某些类型的操作或者加工。这些通常是一些不 同的延迟（delay），不管是明确定义的延迟还是 隐式的一些其他的操作。
仿 真 的 基 本 步 骤
培训内容
❖ 仿真概述
仿真的定义、特点和用途 仿真的基本类型 仿真的基本问题和内容 仿真的基本步骤 仿真原理
❖ Arena的安装过程 ❖ Arena建模的基本概念 ❖ Arena的使用 ❖ VBA简介
随机抽样
❖ 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。
国防军事 生产制造 供应链管理 社会服务
培训内容
❖ 仿真概述
仿真的定义、特点和用途 仿真的基本类型 仿真的基本问题和内容 仿真的基本步骤 仿真原理
❖ Arena的安装过程 ❖ Arena建模的基本概念 ❖ Arena的使用 ❖ VBA简介
仿真的基本类型
❖ 离散系统仿真。 ❖ 连续系统仿真。 ❖ 混合系统仿真。
❖ 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，如零件到达、零件离开、
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。
培训内容
❖ 仿真概述 ❖ Arena的安装过程 ❖ Arena建模的基本概念 ❖ Arena的使用
❖ 基本概念
实体及属性 资源能力约束 队列
❖ 基础模块
Create 模块 Process模块 Dispose模块 Entity模块 Resource模块
Create模块
❖ Create模块
❖ 仿真模型中实体的起始点。实体是按照一 个时间表或者基于到达时间间隔被创建的。 实体离开Create模块进入到系统中被加工。
❖ 实体不再需要资源时，就将其释放（release）。
使用资源
❖ 当实体获得一个资源，必须在模拟期间的一 个时间将其释放掉，如果一个实体获得了一 个资源而不释放掉，所有请求同一个资源的 实体都将等待在队列中，直到这个资源变为 可用。
队列
❖ 队列（Queue）是当实体等待获得一个资源 是或者等待批处理时所处的位置。
LL A BC
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
终态仿真与稳态仿真
❖ 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。
Basic process模板 Advanced process模板 Advanced transfer模板 Reports 输入分析器 输出分析器 过程分析器 optQuest 调试工具 Expression Builder
❖ VBA简介
Basic process模板（一）
❖ 基本概念
实体及属性 资源能力约束 队列
❖ 基础模块
Create 模块 Process模块 Dispose模块 Entity模块 Resource模块
什么是实体
❖ 实体(Entity)
Arena 是一个实体驱动的建模工具。 实体在 Arena中可以表现为人，对象，事件等等，不管 是真实存在的还是想象虚构的实体，他们经过系 统，并且导致了系统状态的变化。 例如：顾客来到一个旅馆，或者零配件进入一个 工厂。
离散系统仿真
汽 车 上 的 人 数
时间
连续系统仿真
飞 机 水 平 速 度
时间
混合系统仿真
油量
运输车油 量变化
库存油 量变化
装油过程 运输过程
Fra Baidu bibliotek
入库过程
时间
培训内容
❖ 仿真概述
仿真的定义、特点和用途 仿真的基本类型 仿真的基本问题和内容 仿真的基本步骤 仿真原理
❖ Arena的安装过程 ❖ Arena建模的基本概念 ❖ Arena的使用 ❖ VBA简介
调试仿真模型
仿真运行
结果展示（输出分析）
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，如零件。
❖ 属性：实体的特征，使一个实体区别于其它实体，如优先 级、颜色、零件号、到达时间等。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。