第6章管理系統(tǒng)模擬實例分析第6章管理系統(tǒng)模擬實例分析6.1引言6.2工廠加工實例6.3Arena與VisualBasic并行模擬實例6.1引言模擬模型是對所研究運行過程的一種抽象描述并能反映系統(tǒng)的本質(zhì)屬性。模型類型離散系統(tǒng)模型連續(xù)系統(tǒng)模型混合系統(tǒng)模型6.1引言建模方式面向問題面向運行過程建模實例工廠加工實例Arena與VisualBasic并行模擬實例6.2工廠加工實例一、問題描述某加工車間的單位工件到達的間隔時間為均值等于的指數(shù)分布隨機變量。到達車間的工件中，1類工件占40％，2類工件占60％，第一個工件在模擬開始后5min到達。該車間分為兩個加工小組，A組和B組。A組具有兩臺可以平行加工工件的機器，稱之為1號機器和2號機器。1類工件的單件加工時間為至區(qū)間內(nèi)的均勻分布隨機變量，2類工件的單件加工時間為最小值、眾數(shù)、最大值分別等于50min、60min、80min的三角分布隨機變量。在A組安排加工順序的原則是最短加工時間優(yōu)先。6.2工廠加工實例

A組的工作地面積有限，僅能容納存放4個工件（包括正在加工的工件，每臺機器每次只能加工一件）。當(dāng)這兩臺機器同時空閑時，工件（無論1類或2類）送往1號機器加工的概率為，送往2號機器加工的概率為。當(dāng)工件到達時，如果A組工作地已經(jīng)放滿工件，那么就將工件轉(zhuǎn)往B組，B組僅有一臺3號機器加工工件，存放面積不受限制，1類工件和2類工件的單件加工時間均為3h至5h區(qū)間內(nèi)的均勻分布隨機變量，安排加工順序的原則是先到的先加工。6.2工廠加工實例

要求對這個系統(tǒng)進行240h的模擬，然后分析與評價下列指標(biāo)：

(1)各臺機器的負(fù)荷率；

(2)各類工件在系統(tǒng)內(nèi)的停留時間；另外，變更加工順序原則。A組改為最長加工時間優(yōu)先，B組改為后到的先加工，再次進行模擬，并將兩次模擬所得到的結(jié)果進行分析與比較。6.2工廠加工實例二、建模分析(1)由于A組機器加工兩類工件的時間服從不同的隨機分布，用兩個Create模塊分別產(chǎn)生1類工件和2類工件，這樣可以解決加工時間不同的問題，但模型中又要求工件的到達時間服從均值等于的指數(shù)分布，而分離的Create模塊是很難滿足聯(lián)合概率服從某一分布的，權(quán)衡兩方面選擇用一個Create模塊來產(chǎn)生兩類工件更合適。6.2工廠加工實例(2)將由Create模塊產(chǎn)生的工件按照1類工件占40％，2類工件占60％的比率分成兩類，并為每類工件賦予一定屬性，以記錄該類工件的加工時間信息，以便后面的A組機器可以根據(jù)該屬性來加工。(3)A組工作地面積有限，僅能容納存放4個工件，而B組工作地面積沒有限制。所以產(chǎn)生加工實體后，在確定由那臺機器加工時，需要首先決定是到那個組。決定是到那個組要通過一個Decide模塊來實現(xiàn)。具體的判斷規(guī)則與A組的兩臺機器的狀態(tài)和在A組排隊的數(shù)量來決定。6.2工廠加工實例(4)由于A組工作地面積有限，僅能容納存放4個工件，且A組安排加工順序的原則是最短加工時間優(yōu)先，同時當(dāng)A組兩臺機器同時空閑時，工件（無論1類或2類）送往1號機器加工的概率為，送往2號機器加工的概率為。所以我們可以首先用一個Hold模塊對即將進入A組的工件進行排序，再用一個Decide模塊來判斷兩臺機器都是Busy還是只有一臺處于Idle，對兩臺都處于Busy狀態(tài)的情況，直接按照概率進入不同的機器加工，對只有一臺處于Idle狀態(tài)的情況可以再利用一個Decide模塊來判斷到底是哪種機器處于Idle狀態(tài)，從而決定工件應(yīng)該進入哪種機器加工。6.2工廠加工實例三、邏輯流程圖與數(shù)據(jù)描述1.產(chǎn)生工件進入系統(tǒng)邏輯過程

產(chǎn)生工件實體，并對不同工件進行標(biāo)簽。產(chǎn)生工件進入系統(tǒng)邏輯流圖如下圖所示。6.2工廠加工實例2.進入B組機器加工的邏輯過程當(dāng)兩類工件產(chǎn)生后，由于A組的工作地面積有限，僅能容納存放4個工件（包括正在加工的工件），如果A組工作地已經(jīng)放滿工件，那么就將工件轉(zhuǎn)往B組。進入B組機器加工的邏輯流圖如下圖所示。6.2工廠加工實例3.進入A組機器加工的邏輯過程兩類工件到達“Machine_group?”模塊后，當(dāng)A組中兩臺機器正在加工的工件數(shù)和隊列中等待的工件數(shù)之和小于4時，工件將進入A組加工。在A組工件首先需要進行等待，只有當(dāng)機器1和機器2至少有一個空閑時才進行加工。進入A組機器加工的邏輯流圖如下圖所示。6.2工廠加工實例4.工件離開系統(tǒng)邏輯過程

當(dāng)工件在A組和B組機器中加工結(jié)束后就進入Dispose模塊，同時統(tǒng)計各臺機器處理的工件數(shù)，工件離開系統(tǒng)邏輯流圖如下圖所示。6.2工廠加工實例五、模擬結(jié)果及分析兩種工件的加工數(shù)據(jù)統(tǒng)計（1）（2）

從下圖(1)，(2)，(3)可以看出，job1類工件和job2類工件的平均等待時間分別為和，平均加工總時間分別為和。到達加工車間的job1類工件有197個，加工處理完了的也有179個。到達加工車間的job2類工件有313個，加工處理完的有279個，總共產(chǎn)生的工件為510個，加工處理完的為458個。6.2工廠加工實例（3）6.2工廠加工實例3臺機器的負(fù)荷率數(shù)據(jù)統(tǒng)計

從下圖可以看出，機器1的負(fù)荷率為81.51%，機器2的負(fù)荷率為84.19%，機器3的負(fù)荷率為95.97%。6.2工廠加工實例

3.隊列中工件的等待時間和數(shù)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計

從下圖可以看出，可以看出，機器1和機器2的平均等待時間和數(shù)量為0，Hold_in隊列中的平均等待時間為，平均等待的工件數(shù)量為個，機器3的平均等待時間為，平均等待的工件數(shù)量為個。6.2工廠加工實例

變更加工順序原則以后，即A組改為最長加工時間優(yōu)先，B組改為后到的先加工，重新模擬運行多次，將上面運行的結(jié)果和重新模擬運行的結(jié)果進行比較，如下表所示。方案1比方案2加工出來的工件數(shù)多，機器利用率高，在隊列中的平均等待時間要短(ProcessB除外），平均等待的工件數(shù)目要少，所以總的來說方案1優(yōu)于方案2。6.3

Arena與VisualBasic并行模擬實例一、基于Arena的并行模擬實現(xiàn)概述并行的兩層含義同時性并發(fā)性并行模擬實現(xiàn)方法(1)在串行模擬語言中加入并行處理(2)開發(fā)并行庫和API接口(3)是在并行語言中加入模擬功能混合系統(tǒng)模型6.3

Arena與VisualBasic并行模擬實例Arena的特點高級模擬器易用性專用模擬語言柔性建模實例還可以與通用面向過程的編程語言，如VisualBasic，F(xiàn)ORTRAN和C/C++等編寫的程序連接運行6.3

Arena與VisualBasic并行模擬實例

二、Arena的實時執(zhí)行模式實例1.問題描述

有兩臺不同的機器1和2。加工兩種不同型號的零件：I和II型，機器和零件組成一個加工系統(tǒng)。每類零件的個數(shù)不限，但每個零件都須經(jīng)過兩臺機器的加工才算完成加工過程，且I類零件先在機器1加工后在機器2上加工，而II類零件的機器加工次序與之相反。首個I或II類零件均在時間t＝0時刻到達系統(tǒng)，而后續(xù)零件的到達間隔時間服從均值為4的指數(shù)分布或者通過外部程序和Arena的VBA事件之間的端口消息通信來控制。6.3

Arena與VisualBasic并行模擬實例

零件到達機器后會一直處于加工狀態(tài)，直到端口消息通信對正在機器上加工的零件發(fā)出完成的指令，零件才離開機器，被運送至另一臺機器或離開系統(tǒng)。機器每次只能進行一個零件的加工，其他到達機器的零件需要排隊等待。零件從到達系統(tǒng)到進入機器1或2、在兩個機器間以及完成所有加工后離開系統(tǒng)均需花費5s的運送時間。零件到達系統(tǒng)、到達機器、完成加工和離開系統(tǒng)等事件均通過消息通知外部程序。6.3

Arena與VisualBasic并行模擬實例

2.Arena流程圖模型(1)零件到達系統(tǒng)過程模型6.3

Arena與VisualBasic并行模擬實例

(2)機器加工零件過程模型6.3

Arena與VisualBasic并行模擬實例

(3)零件離開系統(tǒng)過程模型3.VBA事件及窗體具體內(nèi)容見教材6.3

Arena與VisualBasic并行模擬實例

4.動畫界面制作(1)添加時鐘項詳見教材6.3

Arena與VisualBasic并行模擬實例

(2)添加變量項

點擊Variable按鈕，設(shè)置顯示的變量為機器1上正在加工的實體編號，即“Machine1EntityNumber”，其數(shù)據(jù)格式為兩位整數(shù)，并將變量項顯示區(qū)域設(shè)置為白色，其他均為默認(rèn)設(shè)置。同理添加變量“Machine2EntityNumber”。

添加兩個變量項后，建模窗口視圖如下圖所示。6.3

Arena與VisualBasic并行模擬實例

(3)）添加資源項

點擊Resource按鈕，設(shè)置資源項的Identifier為Machine1，并點擊Open打開圖片庫“Machines.plb”，設(shè)置好的資源項對話框如左下圖所示。

同理，添加機器2的資源項。將其Identifier設(shè)置為Machine2，則添加兩個資源項后，建模窗口視圖如下圖所示。6.3

Arena與VisualBasic并行模擬實例

(4)添加隊列項

點擊Queue按鈕，將隊列項的Identifier設(shè)為，其他均為默認(rèn)設(shè)置如左下圖所示。

同理，添加另一個隊列。將其Identifier設(shè)置為Machine2.Queue，則添加兩個隊列項后，建模窗口視圖如下圖所示。6.3

Arena與VisualBasic并行模擬實例

(5)添加站臺項

在傳送動畫工具欄中，點擊站臺按鈕，將站臺項的Identifier設(shè)為ArrivalSystem，其他按默認(rèn)設(shè)置。如左下圖所示。

同理，增加Identifier為Machine1Station、Machine2Station和DepartSystem的站臺項，增加四個站臺項后如下圖所示。6.3

Arena與VisualBasic并行模擬實例

(6)添加路徑項

點擊傳送動畫工具欄中的路徑按扭，繪制站臺間的路徑。設(shè)置圖及動畫圖如下圖所示。

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Arena與VisualBasic并行模擬實例

(7)再添加變量項

按(2)的方法，分別再添加兩個變量項，將其變量表達式分另設(shè)為NC(PartType1Completed)和NC(PartType2Completed)，分別表示已經(jīng)完成加工的零件1和零件2的件數(shù)，其數(shù)據(jù)格式都設(shè)為五位整數(shù)，顯示區(qū)域設(shè)為白色。再添加兩個變量項后的建模窗口如下圖所示。

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Arena與VisualBasic并行模擬實例

(8)添加文本項

在繪圖工具欄中，點擊文本按鈕，在對話框的文本框中輸入Machine1，點擊ok，移動鼠標(biāo)，可置于任何位置。其他項可以同樣添加文字說明項