Simulation with Arena( 中文)第2章.doc

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 节中的一个简单的示例来阐述这些概念, 节介绍了处理示例模型的几种方案; 节描述了仿真模型的各组成元素;而 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。 节比较了两种不同的仿真建模方法; 节介绍了仿真输入与输出中的随机性问题;最后, 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****后续章节建立更完善模型的前提。 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。 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。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。 Aren a 允许用不同的单位表示输入时间, 但必须声明基准时间单位, 在仿真过程中各种时间单位会被转换为基准单位,而在输出报告中,仍显示各自的时间单位。系统在第 0 分钟时开始运行, 开始时系统中没有零件, 而且钻床是空闲的。如果每天早上系统都重新开始的话, 这种“空且闲”( empty-and-idle ) 假设是符合实际的; 但对有初始状态且不断运行的系统来说,可能就不是那么合适了。仿真中所用的各种时间量列在表 2-1 中。第一列是零件编号( 顺序号), 第二列是零件到达时间,第三列给出了前后两个零件到达时间之间间隔的时间,称为到达间隔( interarrival time ) ,服务时间(仅指在钻床上的加工时间,不包括花在队列中的等待时间)位于最后一列。所有时间均为分钟。读者可能很想知道这些数值从何而来, 不过现在先别管这些, 就当作是从钻孔加工中心观察到的或干脆是随意拼凑的。表 2-1 零件的到达、间隔和服务时间(单位:分钟) 零件编号到达时间到达间隔服务时间 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 .. .... .... 1选择基准时间单位时,不仅要注意时间本身(例如,对于一个要仿真 20年的问题,就别用秒作为基准单位;而对于一个仿真两分钟的问题,就不能用天来度量时间),而且要注意避免在同一模型中出现极大和极小的时间值,因为即便使用 Arena 的双精度计算,计算机在处理舍入误差时也还是可能出现问题的。仿真恰好在第 20 分钟时结束。如果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。 研究目标给出以上逻辑/ 数值模型后, 接下来就要确定收集系统的哪些输出性能指标。以下就是本例所要计算的指标: ?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。?仿真过程中开始在钻床接受服务的零件的平均排队等待时间( average waiting time in queue ) 。这个时间记录的仅仅是零件在队列中的等待时间,而不包括任何在钻床上的加工时间。如果 WQ i 表示第 i 个零件在队列中的等待时间, 且在 20 分钟的仿真运行中有N 个零件离开队列,则其均值为: 1 Nii WQ N ??(注意, 由于零件 1在0 时刻到达, 此时钻床空闲, 一定有 WQ 1=0且N?1, 故不必