第5章 Witness仿真系统
5.1 Witness综述
Witness 是由英国 lanner 公司推出的功能强大的仿真软件系统。它可以用于离散事件系 统的仿真，同时又可以用于连续流体（如液压、化工、水力）系统的仿真。目前已被成功运用 于国际 3000 多家知名企业的解决方案项目，如 Airbus 公司的机场设施布局优化、BAA 公司的 机场物流规划、BAE SYSTEMS 电气公司的流程改造、Exxon 化学公司的供应链物流系统规划、 Ford 汽车公司的工厂布局优化和发动机生产线优化、Trebor Bassett 公司的分销物流系统规划等。目前，Lanner 公司已经在包括澳大利亚、巴西、法国、德国、中国、意大利、日本、 韩国、南非、美国、英国等 25 个国家和地区设立代理，负责软件的推广和技术支持等工作。
5.2 Witness元素——模型的重要组成部分
现实的生产或物流系统总是由一系列相互关联的部分组成。比如制造系统中的原材料、机 器设备、仓库、运输工具、人员、加工路线或运输路线等；服务系统中的顾客、服务台、服务 路线等。Witness 软件使用与现实系统相同的事物组成相应的模型，通过运行一定的时间来模 拟系统的行为。模型中的每个部件被称之为“元素（Element）”。该仿真软件主要通过如下五类元素来构建现实系统的仿真模型：离散型元素、连续型元素、运输逻辑型元素、逻辑型元素、 图形元素等。
5.2.1离散型元素
?离散型元素是为了表示所要研究的现实系统中可以看得见的、可以计量个数的物体，一般 用来构建制造系统和服务系统等，主要包括：?零部件（Part）；
?机器（Machine）；
?输送链（Conveyor）；
?缓冲区（Buffer）；
?车辆（Vehicle）；
?轨道（Track）；
?劳动者（Labor）；
?路径（Path）；
?模块（Module）等。
1 零部件（Part）
?零部件是一种最基本的离散型元素，它可以代表在其他离散型元素间移动的任何事物。如 产品、电话交流中的请求、微型电子元件、超市中川流不息的人、医院中的病人、机场中的飞 机及行李等。
?零部件进入模型主要有两种方式。第一种方式是被动式的，只要有需要，零部件可以无限 量进入模型。如在制造企业中，一些零部件堆放在仓库中，当生产需要时，可以随时把它取出 来供应生产。第二种方式是主动式的，零部件可以间隔一定时间（例如，每隔 10 分钟）进入 模型；也可以按照一定的随机分布进入模型，如顾客到达商店的时间间隔服从均匀分布；也可 以以不规则的时间间隔（例如，
10 分钟，20 分钟，30 分钟）到达模型；还可以以重复的
不规 则的方式进入模型。
2 机器（Machine）
机器是获取、处理零部件并将其送往目的地的离
散元素。不同的机器代表不同类型的处理过程。一台机器可建立不同的模型，它可以代表有装载、旋转、卸载、空闲和维护这五个状态的一台车床；也可以代表有空闲、工作、关闭三个状态的
一个机场登记服务台（将旅客与他们的行李分开，并发放登机卡）；还可以代表有焊接、空闲和维
护三个状态的机器人焊接工等。
3 缓冲区（Buffer）
?缓冲区是存放部件的离散元素。例如存放即将焊接的电路板的储藏区、盛放产品部件的漏斗型容器等都称为缓冲区。缓冲区是一种被动型元素，既不能像机器元素一样主动获取部件， 也不能主动将自身存放的部件运送给其他元素；它的部件存取依靠系统中其他元素主动地“推” 或“拉”。
?我们通过利用缓冲区规则，使用另一个元素把部件送进缓冲区或者从缓冲区中取出来。部件在缓冲区内还按一定的顺序整齐排列（例如，先进先出，后进先出）。
4 劳动者（Labor）
劳动者是代表资源（例如，工具或操作工人）的离散元素。它一般负责对其它元素进行处 理、装配、修理或清洁。如从事精密工作的机器人、一台选矿机或一个固定装置都是劳动者。 我们可以对各种类型的劳动者设置不同的班次，可以在模型中加入班次的构成。假如另外 一个元素要完成更重要的任务，我们可以从元素中撤离劳动者到该元素中去。这就是劳动者使用的优先权。
离散系统仿真实例—工作流程
某精神病医院有15张床位。患者每天求医的频率服从整数均匀分布[1，3]。来者想要进行一项测试，测试结果为（30，45）的均匀分布，如果分数高于42分，则不住院。
如果一个患者来入住，病床不足，若住院病人中有分数高于47分的，则该病人出院让患者入住，否则，无法收治该患者。住院病人的医治效果为测试分数按（-0.2，
1.2）均匀分布每天变化，分数达49则出院。现要求对
该医院进行为期1000天的仿真，计算系统中各病人的平均住院时间，病房利用率，无法收治患者数量，挤出系统的患者数量。
离散系统仿真实例—运行效果图
Transport 元素页面
6 路径（Path）
?路径是设定部件和劳动者（或者其它资源）从一个元素到达另一个元素所经路径的离散元素。我们在模型中可以用它来代表现实系统中行程的长度和实际路线。
?当运动时间对于两项操作非常重要时，路径对于提高模型的精确性是特别有用的。在一个 制造单元的模型里，一个操作制数台机器的操作者要控，在各台机器之间的走动时间是完成整个任务总时间的重要组成部分。此时，路径就起到了作用。路径还有其它用途，例如，仓库贮存的模型、机场或医院的规划等。
?只有在必要时我们才使用路径。假如模型中的元素有很长的周期时间而且它们间的行程很 短，那就不必采用路径。
路径的使用应基于建模对象，在某些情况下用轨道或车辆代替路径可 能会更合适。
7 车辆（Vehicle）
?车辆是一种离散元素，我们用它来建立的装置模型可以将一个或多个部件从一个地点运载 到另一个地点。例如，卡车，起重机，铲车等。
?车辆沿着轨道（track）运动。虽然车辆实际上自身在移动，但却是轨道定义了物理布置 图，并包含了使系统运行所需的逻辑关系。
?在 Witness 里建立运输系统应按照如下两个步骤：
?1. 设计轨道布置图和运载路线。这需要创建所需的轨道和车辆，并且详细说明车辆在轨 道之间移动所需的细节。这一步不需要考虑部件怎样装上车辆或怎样从上面卸载下来。?2. 详细说明我们所定义的车辆怎样来满足运输的需要。它有两种方式，可能是被动式的， 也可能是主动式的。
8 轨道（Track）
?轨道是一种代表车辆运输部件时所遵循的路径的
离散元素。它也定义了车辆装载，卸载或停靠的地点。
?车辆所走的路径是由一系列轨道组成的。每条轨
道都是单向的，假如你需要一条双向的轨道，只需定义两条沿相同线路但方向相反的轨道就可以了。车辆在“尾部”（rear）进入轨道，并向“前部”（front）运动。一旦到达前部，该车辆可以进行装载，卸载或其它的操作。
9 模块（Module）
模块是表示其他一些元素集合的离散元素。有了模块，我们就可以在模块内部建立具有自 处理功能的模型。例如，一家工厂的油漆店可能由许多 Witness 的元素构成。我们可以定义一 个包括所有这些元素的“PSHOP”模块。然后对这家油漆店以外的其它元素定义一些规则来驱 动“PSHOP”。
5.2.2连续型元素
?同离散型元素相对应，连续型元素用来表示加工或服务对象是流体的系统，比如化工、饮 料等。连续型元素主要包括：
?流体（Fluid）；
?管道（Pipe）；
?处理器（Processor）；
?容器（Tank）。
连续系统仿真实例---工作流程
?假定平均每小时下达一批120听的工作单，接到工作单后调度系统往车间发送空易拉罐，发送后进入冲洗组进行冲洗，冲洗完以后送到检验组，检验组对易拉罐进行检验，检验以二项分布BINOMIAL(0.97,1,1)为标准，检验不合格的返回冲洗组重新冲洗，合格的易拉罐送往灌装组，灌装组以10听/min（235ml/听）的速度往空易拉罐中灌装饮料，然后传往封装组，封装组用3min时间将24听饮料装为一箱，最后输送到仓库。
? 饮料在灌装前要在一个100L的杀菌器中经过45min杀菌处理，然后经过管道输送到200L的存储容器中等待灌装，提取组根据该容器的饮料容量提取散装饮料，当存储容器中的饮料小于70L时，提取组以一分钟一批约10L的速度提取散装饮料，当杀菌器中的饮料多余80L时不再提取，杀菌器开始杀菌。
实验一熟悉Witness 操作环境实验 学号101206050111姓名田映瑾 一、实验思考题 1. Witness 系统有哪几个主菜单项？ 答：菜单栏位于屏幕的第二行，它包含：File（文件）、Edit（编辑）、View （显示）、Model （模型）、Elements（元素）、Reports（报表）、Run（运行）、Window（窗口）、Help（帮助）九 个菜单选项 2. Witness 系统默认打开的文件是什么？ 答： 3. Witness 系统界面包括哪几个窗口？ 答：
4. Witness 系统有多少类建模元素？ 答：有5类建模元素：图形元素逻辑元素运输逻辑型元素连续型元素离散型元素 5. 如何打开和关闭Witness 系统的工具栏？ 答：如图 1.5 所示,来打开 Witness 系统
当要退出 WITNESS 系统时，可以使用以下几种方法 （1）在 WITNESS主菜单（如图 1.7 所示）中，打开“File”菜单，选择“Exit”选项； （2）按 ALT+F4 组合键； （3）在 WITNESS主菜单（如图 1.7 所示）中，单击其右上角的按钮；（4）双击系统程序图标。 6. 如何通过工具栏控制仿真时长？ 答： 在这个工具栏了设置仿真时长 7. Stage4.mod 仿真项目中用到了哪几类建模元素？ 答：零部件（Part or Entitie）；机器（Machine）；输送链（Conveyor）；劳动者（Labor） 8. 如何以图形或表格的方式显示仿真项目中的统计数据？ 答：在元素上点右键点击statistics就可以统计 二、stage4模型描述 答： 三、仿真结果分析 答：
多路径生产仿真模型 S11085240007 物流工程 一、实验名称：多路径生产仿真模型 二、实验目的 1）了解结合路径path的系统设计。 2）熟悉系统元素Part、Machine、Buffer、Variable、Labor、Attribute的用法。3）深入研究系统元素Machine的用法。 4）研究机器、缓冲区结合路径以及劳动者之间协作所形成系统的运行效率。 三、实验设备仪器 计算机、Witness仿真软件 四、实验内容 1、元素定义（Define） 本系统的元素定义如表1所示。 表1 实体元素定义 元素名称类型数量说明Back Part 1 部件 Seat Part 1 部件 Legs Part 1 部件 B1buffer 1 缓冲区 B2buffer 1 缓冲区 B3buffer 1 缓冲区Paint_Q buffer 1 缓冲区Inspection_Q buffer 1 缓冲区 Packing_Q buffer 1 缓冲区 path1Path 1 路径 Path2Path 1 路径 Path3Path 1 路径 Path4Path 1 路径 Path5Path 1 路径 Assembly machine 1 组装机器 Painting machine 1 染色机器 Inspection machine 1 检验机器 Packing machine 1 包装机器 Inspector labor 1 质检员x variable 1 变量attribute c 1 属性
2、元素可视化（Display）设置 各个实体元素的显示特征定义设置如下图所示 3、元素细节（Detail）设计 1对Part各元素细节设计 ●可视化效果设定 ●属性定义： seat.Arrival Type＝Active seat.inter Arrival=2.0 back.Arrival Type＝Active back.inter Arrival=2.0 legs.Arrival Type＝Active legs.inter Arrival=2.0 ●规则定义： seat’s output Rules： PUSH to B1 back’s output Rules： PUSH to B2 legs’ output Rules： PUSH to B3 2对Buffer各元素细节设计 display 选项中对话框对buffer icon 、name、part queue属性进行设置；3对Machine各元素的细节设计 属性定义： Assembly.Type=Assembly Assembly.Cycle Time=6.0
工业大学管理学院 实验报告 课程名称：物流系统建模与仿真 实验名称：流水线仿真系统 专业：11级物流管理 姓名：XX XX XX 学号：201----- 实验地点：管理学院办公楼四楼实验室实验时间：年月日 指导教师：
一、实验目的 （1）part、machine、conveyor、labor 实体元素、variable 逻辑元素的使用； （2）掌握可视化输入、输出关系的建立； （3）掌握 report 工具栏的使用和分析，并根据分析，进行系统优化设计 二、实验设备 Witness 2008Educational Version 、PC机一台 三、实验容 1、学习元素的定义 2、学习各元素可视化的设置 3、学习各元素细节的设计 4、运行模型 四、实验步骤 1.构建第一阶段（Stage1.mod）模型 1)定义元素 定义如下图所示的几个元素：
2)建模元素详细设计 这一阶段主要是输入机器加工时间、改变元素的名字 3)建立元素之间的逻辑规则 各个元素之间的逻辑规则，规则输入可以通过以下两种方法：一是通过工具栏和鼠标，一是通过元素细节对话框。 下面以机器为例： ●点击选中Weigh图标，然后单击element工具栏中的visual input rule图标，出现input rule for weigh 对话框： ●规则文本框的缺省值为pull――； ●在规则文本框中输入“PULL Widget out of WORLD”，定 义了机器Weigh 加工完成一个Widget 之后，从本系统模型 的外部WORLD 处拉进一个Widget 进行加工。 规则定义结果显示如图 4)运行模型 模型运行100 分钟会有19widgets 被加工完成。 2.构建第二阶段（Stage1.mod）模型 1)本阶段需要添加的机器为清洗（wash）、加工（produce）、 检测（inspect），添加的输送带为C1、C2、C3，同时添加了 一个逻辑元素――变量output，用于动态显示模型中加工完 成的小零件的数量。机器及输送带的名称见本阶段最后的图
生产系统建模与及仿真 实验报告 实验一Witness仿真软件认识 一、实验目的 1、学习、掌握Witness仿真软件的主要功能与使用方法； 2、学习生产系统的建模与仿真方法。 二、实验内容 学习、掌握Witness仿真软件的主要功能与使用方法 三、实验报告要求 1、写出实验目的: 2、写出简要实验步骤； 四、主要仪器、设备 1、计算机（满足Witness仿真软件的配置要求） 2、Witness工业物流仿真软件。 五、实验计划与安排 计划学时4学时 六、实验方法及步骤 实验目的： 1、对Witness的简单操作进行了解、熟悉，能够做到基本的操作，并能够进行简单的基础建模。 2、进一步了解Witness的建模与仿真过程。 实验步骤： Witness仿真软件是由英国lanner公司推出的功能强大的仿真软件系统。它可以用于离散事件系统的仿真，同时又可以用于连续流体（如液压、化工、水力）系统的仿真。目前已成功运用于国际数千家知名企业的解决方案项目，有机场设施布局
优化、机场物流规划、电气公司的流程改善、化学公司的供应链物流系统规划、工厂布局优化和分销物流系统规划等。 ◆Witness的安装与启动： ?安装环境：推荐P4 1.5G以上、内存512MB及以上、独立显卡64M以上显存，Windows98、Windows2000、Windows NT以及Windows XP的操作系统支持。 ?安装步骤：⑴将Witness2004系统光盘放入CD-ROM中，启动安装程序； ⑵选择语言（English）；⑶选择Manufacturing或Service；⑷选择授权方式（如加密狗方式）。 ?启动：按一般程序启动方式就可启动Witness2004，启动过程中需要输入许可证号。 ◆Witness2004的用户界面： ?系统主界面：正常启动Witness系统后，进入的主界面如下图所示： 主界面中的标题栏、菜单栏、工具栏状态栏等的基本操作与一般可视化界面操作大体上一致。这里重点提示元素选择窗口、用户元素窗口以及系统布局区。 ?元素列表窗口：共有五项内容，分类显示模型中已经建立和可以定义的模型元素。Simulation中显示当前建立的模型中的所有元素列表；Designer中显示当前Designer Elements中的所有元素列表；System中显示系默认的特殊地点；Type中
第6章 WITNESS 建模与仿真过程
6.1 WITNESS 建模与仿真过程 （1）定义系统元素：可以通过在布置窗口中点鼠标右键，选定快捷菜单中的“define ”菜单项，来定义模型基本元素的名称、类型、数量； （2）显示系统元素：在定义了元素的基础上，要定义元素在各种状态下的现实图形。本步骤可以通过右击要定义显示特征的元素，通过选定弹出式菜单中的“display ”菜单项，来进行设定。各种元素的平面布置可以在witness 的布置窗口中设定，也可以通过导入被仿真系统设施布置图的.dwg 文件来设定。
（3）详细定义：本步骤详细定义模型基本元素工作参数以及各元素之间的逻辑关系，如系统结构、被加工对象在各台机器上的加工时间分布、加工对象的工艺路线、以及其他规则等。可以双击鼠标左键，通过 弹出的“detail ”对话框来设定。 （4）运行：通过试运行和修改模型，重复前三步得到正确的计算机仿真模型之后，对系统进行一定时间范围的运行，并在屏幕上动画显示系统运行的过程，运行方式可以是单步的、连续的和设定时间的。本步骤通过witness 提供的“run ”工具栏来进行操作。
（5）报告：系统运行一段时间后，显示系统中各 元素的运行状态统计报告。通过该报告，可以分析系统中可能存在的各种问题；或通过某项指标，来比较可选方案的优缺点。如机器的利用率、产品的通过时间、在制品库存等。该操作通过使用“reporting ”工具栏来实现。 （6）归档：witness 还提供了归档“documentor ”模块，可以让我们提取计算机模型的各种信息，生成word 文档或直接打印出来。主要是生产报告模 块没有包含的有关元素的说明型文字、规则、活动、中断和基本信息。
eM-Ｐｌaｎt 生产系统仿真软件功能介绍ｅM-Plaｎt是用C++实现的关于生产、物流和工程的仿真软件。它是面向对象的、图形化的、集成的建模、仿真工具,系统结构和实施都满足面向对象的要求。 e M－Plant可以对各种规模的工厂和生产线，包括大规模的跨国企业,建模、仿真和优化生产系统，分析和优化生产布局、资源利用率、产能和效率、物流和供需链，以便于承接不同大小的订单与混和产品的生产。它使用面向对象的技术和可以自定义的目标库来创建具有良好结构的层次化仿真模型,这种模型包括供应链、生产资源、控制策略、生产过程、商务过程。用户通过扩展的分析工具、
统计数据和图表来评估不同的解决方案并在生产计划的早期阶段做出迅速而可靠的决策。 用ｅM-Ｐlaｎｔ可以为生产设备、生产线、生产过程建立结构层次清晰的模型。这种模型的建立过程，使用了应用目标库（Appliｃation Object Librari ｅｓ)的组件,而应用目标库(AｐｐｌicaｔioｎObjｅct Libraｒies)是专门用于各种专业过程如总装、白车身、喷漆等等。用户可以从预定义好的资源、订单目录、操作计划、控制规则中进行选择。通过向库中加入自己的对象(objecｔ)来扩展系统库，用户可以获取被实践证实的工程经验用于进一步的仿真研究。 使用e M-Ｐlant仿真工具可以优化产量、缓解瓶颈、减少在加工零件。 考虑到内部和外部供应链、生产资源、商业运作过程,用户可以通过仿真模型分析不同变型产品的影响。用户可以评估不同的生产线的生产控制策略并验证主生产线和从生产线(sub-liｎｅs）的同步。 ｅM－Pｌａｎt能够定义各种物料流的规则并检查这些规则对生产线性能的影响。从系统库中挑选出来的控制规则（ｃontrol rｕlｅs）可以被进一步的细化以便应用于更复杂的控制模型。 用户使用e M-Plａｎｔ试验管理器（ExｐerimenｔManageｒ)可以定义试验,设置仿真运行的次数和时间,也可以在一次仿真中执行多次试验。用户可以结合数据文件，例如Exｃeｌ格式的文件来配置仿真试验。 使用ｅM-Pｌant可以自动为复杂的生产线找到并评估优化的解决方案。在考虑到诸如产量、在制品(invｅｎtｏｒy）、资源利用率、交货日期（ｄeｌivery daｔes）等多方面的限制条件的时候，采用遗传算法(geｎetic aｌgoｒiｔ
实验报告 实验名称：witness生产管理系统仿真姓名： 学号： 指导老师：
实验（一） 一、实验名称：witness基本操作 二、实验日期：2013年10月7-10月25日 三、实验地点：微机室s6-c408 四、实验目的： 1、掌握witness软件的基本操作 2、掌握元素的显示设置（display） 3、掌握machine、labor元素的基本设置 4、掌握输送链conveyor元素的详细设置 5、掌握pull、push规则 五、实验环境：winxp/win7 六、实验内容 输送链上运行时间为10分钟 称重工序：时间服从均值为5分钟的负指数分布 清洗工序：4.5分 10件清理一次时间为8分钟 加工工序：4分钟 50分钟检修飞时间服从均值10分钟的负指数分布 检测工序：3分钟 七、实验步骤 1、根据题目选择part、conveyor、machine、labor等各种元素布置生产线 2、修改各种元素名字及各个元素的详细设置。 1)各个工序机器设置以及necexp()函数的应用
2)输送链conveyor的设置 3）机器抛锚方式及时间设置
4）工人labor元素设置 3、元素间pull、push的设置及流程路线试运行效果1）part元素的导入 2）运行效果
实验（二） 一、实验名称：椅子装配工序仿真 二、实验日期：2013年10月7-10月25日 三、实验地点：微机室s6-c408 四、实验目的： 1、掌握pen、percent、match/attribute的使用规则 2、掌握元素的显示设置（display） 3、了解part元素被动模式和主动模式的区别和使用场合 4、掌握buffers元素的基本设置 5、掌握元素可视化效果的制作 6、掌握pull、push对相同元素的分类规则 五、实验环境：winxp/win7 六、实验内容 椅子由椅背、椅面、椅腿组成，物料每2分钟一套进入流水线。 组装工序：6分钟/件 喷漆工序：随机喷为红黄绿三色 10分钟/件 检验工序：10%不合格返回重新喷漆 3分钟/件 包装工序：每4个合格品包装到一起 4分钟/件 七、实验步骤 1、根据题目选择part、buffers、machine等各种元素，因场地问题布置 为U形生产线。 2、修改各种元素名字及各个元素的详细设置。 1)设置part名称及主动形式
知识点2 1. 结合具体制造系统或服务系统，分析离散事件动态系统的基本特征。 2. 什么叫“状态空间爆炸”？产生状态空间爆炸的原因是什么？它给系统性能分析带来哪些 挑战？ 3. 常用的离散事件系统建模方法有哪些，它们是如何分类的？ 4. 什么是马尔可夫特性？它在离散事件系统建模与分析中有什么作用？ 5. 根据功能不同，仿真模型（程序）可以分为哪三个层次？分析三个层次之间的关系。 6. 分析事件调度法、活动循环法、进程交互法和消息驱动法等仿真调度方法的特点，在分 析每种调度方法基本原理的基础上，阐述几种仿真调度方法之间的区别与联系，并绘制每种仿真调度方法的流程图。 7. 结合具体的离散事件系统，如银行、理发店、餐厅、超市、医院、作业车间等，采用事 件调度法、活动循环法或进程交互法分析建立此类系统的仿真模型，试分析仿真模型中的建模元素以及仿真调度流程。 8. 从系统描述、建模要点、仿真时钟推进机制等层面，比较事件调度法、活动循环法和进 程交互法的异同之处。 9. 什么叫仿真时钟，它在系统仿真中有什么作用？什么叫仿真时钟推进机制？常用的仿真 时钟推进机制有哪些？它们的主要特点是什么，分别适合于怎样的系统？ 10.结合具体的离散事件系统，分析若采用固定步长时间推进机制、下次事件时间推进机制 或混合时间推进机制时，分别具有哪些优点和缺点，以图形或文字等形式分析时钟推进流程。 11.什么叫仿真效率？什么叫仿真精度？分析影响仿真效率和仿真精度的因素？ 12.从仿真效率和仿真精度的角度，分析和比较三种仿真时钟推进机制的特点，并分析三种 仿真时钟推进机制分别适合于什么样的系统？ 13. 什么是蒲丰投针试验？绘制蒲丰投针试验原理图，通过推导蒲丰投针试验中针与任一直 线相交的概率，分析采用随机投针试验方法来确定圆周率π的原理。 14. 按照蒲丰投针试验的条件和要求，完成投针试验，在统计投针次数、针与直线的相交次 数的基础上，求解π的估计值，并以报表或图形等形式表达试验结果。具体要求如下： ①自行确定针的长度、直线之间的距离。 ②投针10次、20次、30次、40次、50次、…、100次、…、200次、…，分别计算针 与直线相交的概率、π的估计值。 ③以一随机变量描述上述试验结果，并通过编程或采用商品化软件，以图形、报表等形 式表示投针试验结果，分析其中的规律，并给出结论。 ④写出试验报告。 ⑤在熟悉投针试验原理的基础上，编制投针试验仿真程序，动态运行投针试验的过程。15．什么是蒙特卡洛仿真？它有什么特点，蒙特卡洛仿真应用的基本步骤是什么？ 16．采用C或C++等语言，分别编写产生均匀分布、正态分布、指数分布以及威布尔分布的伪随机数序列，通过改变每种分布中参数的数值，分析不同参数数值对随机数值的影响；通过对所产生的伪随机数分布区间的统计、分析和绘图，检验伪随机数的特性及其数值特征。 17. 对于制造系统而言，库存有哪些作用和功能？ 18. 在制造企业中，库存大致可以分成四种类型。简要论述四种库存的名称和功能。 19. 什么是安全库存、订货提前期？确定安全库存和订货提前期时分别需要考虑哪些因素？ 20. 什么叫“订货点法”？要确定订货点，需要哪些条件？订货点法适合于怎样的库存系统？
维特尼斯（Witness）智能仿真建模软件目录： 一、Witness 软件简介 1、系统仿真技术 2、Witness应用领域 3、Witness主要功能 4．使用Witness的收益 二、Witness 提供的模块 三、Witness应用案例举例 1、Witness各种领域的应用实例1-1、Witness在“公共服务”领域的应用 1-2、Witness在“生产制造”领域的应用 1-3、Witness在“能源工业”领域的应用 1-4、Witness在“航空航天”领域的应用 1-5、Witness在“医药化工”领域的应用 1-6、Witness在“国防科技 ”领域的应用 1-7、Witness在“呼叫中心” 领域的应用 2、应用模型举例（图） 2-1、工厂规划模型 2-2、呼叫/访问中心模型 2-3、制造维护模型 2-4、订货/储运模型 2-5、飞机备件供应模型 2-6、库存模型 2-7、港口模型 2-8、供应链模型 2-9、公交车站模型 3、如何建立模型举例 3-1、交通控制仿真案例 3-2、机场仿真模型案例 3-3、家电维修部人力资源配置仿真模型 3-4、医院病床数与服务水平优化仿真模型 3-5、混流生产系统建模与仿真模型 3-6、钢材配送供应链模型
4、典型项目应用实例 4-1、社区的警力配备和犯罪的预防控制 4-2、Witness帮助改进Heathrow机场 4-3、在银行、保险、金融中的应用 4-4、在金融部门的业务咨询3-5、在日本尼桑汽车中的仿真生产的改进 4-6、Witness在零售业的应用4-7、在Exxon航运分配的改善4-8、“空中客车”大型客机设计 四、Witness中国部分用户 1、Witness中国部分用户 2、Witness国外部分用户 附：生产系统场景虚拟现实软件简介 L
实验一：工艺原则布置 实验项目名称：工艺原则布置( ) 实验项目性质：综合性实验 所属课程名称：《设施规划与物流分析》 实验计划学时：学时 一、实验目的 通过本实验，掌握四种布置设计方法中最常用的工艺原则布置。 二、实验内容和要求 对于常用的工艺原则布置设计，最常用的设计方法为新建法（）和改建法（），最常用的工具是从至表（）。 本试验要求学生在熟练掌握工艺原则布置方法的基础上，使用物流仿真软件实现布置设计。 要求： . 认真学习教材第章第节 . 复习运筹学的二次分配问题 . 预先查阅遗传算法相关基本概念 三、实验主要仪器设备和材料 电脑，软件 四、实验方法、步骤及结果测试 见附录一 五、实验报告要求 实验报告要求：任选思考题中的一题 . 教材方法求解，确定你的最佳布置并计算物流量大小。 . 进行建模，可以仿照附录的步骤进行，相关的图、表、文字说明全过程体现在试验报告内。 . 请考虑并回答问题：如果只知道搬运量的从至表和作业单位设施的面积，以及总面积大小，具体位置不能确定，这时我们一般采用的是方法来进行布置设计，如何在实现？不需要你在里面建模，但是希望你考虑实现的方法和一些设想，请把这些思考内容体现在你的实验报告最后，这是体现综合性和设计性的关键点，也是决定你的成绩的评判标准之一。 这里我们统一：假设有台设备要布置到个工作地 ．作业单位到作业单位之间如果有物料交换，则二者间的搬运量为。(,…) (,…) ．工作地到工作地之间搬运距离为。(,…) (,…) ．总的物流量：，而工艺原则布置优劣评判的其中一个标准是。 问题回答： 、通过作业单位搬运量从至表和作业单位距离从至表运行程序得出物流相关表。
《witness基本操作》实验报告 一、实验目的： 1、掌握witness软件的基本操作 2、掌握元素的显示设置（display）和详细设置（detail） 3、了解part元素被动模式和主动模式的区别和使用场合 4、掌握machine元素的七种类型的详细设置（detail） 5、掌握machine元素准备（setup）和故障（breakdowns）的设置 6、掌握conveyor元素的详细设置 7、掌握labor元素的调用方法 8、掌握pull、push规则 9、掌握sequence、percent规则 二、实验仪器：个人电脑（人/台），witness 软件 三、实验内容： 根据要求创建如下模型： 四、实验步骤： 根据要求建立仿真元素part001、part002、buffers001、buffers002、buffers003、machine001、machine002、machine003、conveyor001、conveyor002、labor001，并完成仿真元素间的连接。 （一）详细设置（元素属性、规则） 1、part001到达间隔时间为uniform(5,20)，批次为1，存放于buffers001，详细设置如图1：
图1 2、part002的到达间隔时间为15，批次为2，存放于buffers002，详细设置如图2： 图2 3、machine001为组装机（assemble），把2个part002包装进1个part001中，加工时间为20，包装结束后输出到buffers003，详细设置如图三，图四： 图3
图4 4、machine002为单机（single），加工时间为5，合格率为95%，输出到conveyor001，不合格品丢弃至scrap；每加工20次会产生一次故障，发生故障时要有两个labor001进行维修，维修时间为10，详细设置如图五、图六、图七： 图5 图6 图7
《生产系统仿真》教学大纲2014-2015学年第2学期 课程名称《生产系统仿真》任课老师李成松 工作单位机电学院
《生产系统仿真》教学大纲 课程编号： 开课学期：2014-2015学年第2学期 课程总学时：32学时 实习周（天）数：0 学分：2 一、教学对象： 《生产系统仿真》课程为工业工程专业的学科主干课程。适用于工业工程专业研究生。 二、教学目的 《生产系统仿真》是工业工程专业的重要的学科核心课程之一，是为培养工业工程人才适应制造型企业生产系统的规划、布置和改善的需要而设置的，通过本课程的学习使学生了解近年来国内外在制造系统规划设计领域的研究成果，结合现代企业的实际，把制造工艺与物流分析融为一体，围绕生产车间的设施规划，培养学生对复杂系统的定性和定量分析、规划、设汁和仿真分析的能力。 学完本课程后，学生要能够：了解生产系统仿真的定义及主要内容；理解生产系统仿真的核心理念和基本原则；掌握生产系统设计流程，能够应用工艺设计及工作研究、工位设计 物料搬运系统设计等技术对企业内生产系统并进行系统设计，能够对设计方案进行建模仿真并做出优化。 以制造型生产企业为核心，阐述了离散事件建模与仿真技术在生产企业分析中的应用原理和方法，旨在使学生对计算机仿真技术在生产系统的研究和分析方法上有一个正确的认识。首先说明了计算机仿真技术在生产系统分析中的作用和原理，然后针对生产系统组成的基本元素进行了建模方法的讨论，接着介绍了仿真输入、输出和系统评价的方法，最后系统地介绍了一个生产系统的仿真和分析实例。全书介绍了Flexsim离散事件仿真软件。
教学目的： 本课程是工业工程专业学生的专业课，是面向工程实际的应用型课程。学生通过本课程的学习能够初步运用仿真技术来发现生产系统中的关键问题，并通过改进措施的实现，提高生产能力和生产效率。 教学方法： 本课程内容包括课堂理论教学和上机仿真操作两部分组成。理论教学采用黑板板书和多媒体课件相结合的教学方法。通过理论分析和例题讲解，使学生牢固掌握基本概念、基本理论、和基本分析方法。通过上机操作，掌握Flexsim仿真软件基本的使用方法。总的要求为： 1、了解生产系统仿真模型的建立思路和仿真步骤； 2、掌握生产系统建模与仿真所需的数学基础知识； 3、掌握各类生产系统仿真的程序设计方法； 4、了解生产系统仿真经过分析方法。 各章教学要求及要点 第一章概论 课时分配：2课时 教学要求： 对系统、生产系统、系统模型等概念有一个比较清晰的理解。基本要求有： 1、了解系统和生产系统的概念及其组成； 2、掌握系统模型和系统仿真的概念及系统仿真的若干术语； 3、了解系统的各种分类方法； 4、了解系统建模和仿真的步骤。 教学内容： 第一节引言 第二节生产系统建模与仿真的基本概念 一、系统。 二、系统模型。 三、系统仿真。 四、系统仿真的若干术语。 五、系统举例。 六、系统仿真的类型。 七、连续系统与离散系统的区别。
实验一 一、实验名称：witness基本操作 二、实验日期：2011年10月22日 三、实验地点：交通运输系实验室 四、实验目的： 1、掌握witness软件的基本操作 2、掌握元素的显示设置（display）和详细设置（detail） 3、了解part元素被动模式和主动模式的区别和使用场合 4、掌握machine元素的七种类型的详细设置（detail） 5、掌握machine元素准备（setup）和故障（breakdowns）的设置 6、掌握conveyor元素的详细设置 7、掌握labor元素的调用方法 8、掌握pull、push规则 9、掌握sequence、percent规则 五、实验仪器：个人电脑（人/台），witness 软件 六、实验内容： 根据要求创建如下模型： 七、实验步骤： 根据要求建立仿真元素part001、part002、buffers001、buffers002、buffers003、machine001、machine002、machine003、conveyor001、conveyor002、labor001，并完成仿真元素间的连接。 （一）详细设置（元素属性、规则） 1、part001到达间隔时间为uniform(5,20)，批次为1，存放于buffers001，详细设置如图1：
图1 2、part002的到达间隔时间为15，批次为2，存放于buffers002，详细设置如图2： 图2 3、machine001为组装机（assemble），把2个part002包装进1个part001中，加工时间为20，包装结束后输出到buffers003，详细设置如图三，图四： 图3
目录 一、系统描述 .................................................................... .. (2) 二、仿真目的 .................................... .......................... .. (2) 三、收集数据 .................................................................... .. (2) 对排队系统各项数据进行统计分析 (2) 分布图 .................................................................... (4) 四、数据处理 .................................................................... (5) 五、模型设计.................................................................... . (7) 模型特点. ................................................. .............. (7)
流程图....................................................... ............ .. (8) 六、系统建模与仿真.................................................. .............. .. (9) 元素定义............................................................ ...... .. (9) 元素可视化（Display）设置 .................................................................. . (9) 元素细节设置................................................................... .. (11) 七、模型运行和数据报告.................................................................. . (12) 八、课程设计的体会.................................................................. .. (15) 九、参考文献.................................................................. . (16)
《建模与仿真》课程教学大纲 (Modeling and Simulation) 课程编码： 学分：2.5 总学时：40 适用专业：工业工程 先修课程：生产计划与控制、工程统计学、工程数学、运筹学、计算机编程技术 一、课程的性质、目的和任务 《建模与仿真》是面向工程实际的应用型课程，是工业工程系的主导课程之一。学生通过本课程的学习能够初步运用仿真技术来发现生产系统中的关键问题，并通过改进措施的实现，提高生产能力和生产效率。本课程的目的是要求学生通过学习、课堂教育和上机训练，能了解如何运用计算机仿真技术模拟生产系统的布置和调度管理。并熟悉和掌握计算机仿真软件的基本操作和能够实现的功能。使学生了解计算机仿真的基本步骤。结合本课程的特点，使学生掌握或提高系统化分析问题和解决问题的能力,为系统化管理生产打下基础。二、教学基本要求 具体在教学过程中要求学生应该达到： 1.全面了解本课程的性质与任务、框架内容以及理论和方法； 2.掌握仿真的概率统计基础知识。 3.掌握供理论模型建模方法。 4.掌握仿真模型的设计与实现方法。 5.熟练应用建模理论,对排队系统、库存系统、加工制造系统进行建模仿真。 三、教学内容与学时分配 离散事件系统仿真是仿真技术的重要领域，在规划论证、方案评估、计划调度、 加工制造、产品试验、生产培训、训练模拟、管理决策等方面得到广泛应用。本课程 深入地介绍了离散事件系统建模仿真的理论、方法和技术，突出对理论建模方法和计 算机实现技术的讲解，对离散事件系统建模仿真的发展和应用情况做了比较详尽的介 绍。 具体教学内容如下： 第一章绪论 4学时
本章分析了系统和制造系统定义、组成与特点，介绍了系统建模与仿真的基本概念和使用步骤，并给出应用案例。 本章教学目标： 本章教学基本要求： 了解常用术语及常用的仿真软件，了解仿真技术的的发展状况及应用。 理解系统与制造系统的定义及系统建模与仿真的概念及系统、模型与仿真之间的关系。 掌握制造系统建模与仿真的基本概念及基本步骤。 本章教学重点：制造系统建模与仿真的原则及基本步骤。 本章教学难点：制造系统建模与仿真的原则及基本步骤 第一节系统与制造系统 0.3学时 （一）什么是系统 （二）制造系统的组成与特点 第二节系统建模与仿真的基本概念。 0.3学时 (一)系统、模型与仿真的关系 (二)系统建模与仿真技术的特点 第三节制造系统建模与仿真的基本概念。 0.3学时 （一）制造系统建模与仿真的特点分析 （二）制造系统类型及建模元素 （三）制造系统仿真的功能分析 第四节系统建模与仿真的基本步骤 0.4学时 第五节系统建模与仿真的案例分析 0.5学时 （一）连杆生产线的组成与功能分析 （二）连杆生产线仿真模型的构建 （三）仿真逻辑的分析与定义 （四）仿真结果分析及系统优化 第二章系统建模与仿真的基本原理 2学时 本章在分析离散事件系统模型的分类和元素组成的基础上，介绍了建立系统模型的常用方法。 本章教学目标：使学生掌握常用的系统建模方法 本章教学基本要求：
供应链管理系统的设计与分析 实验报告 姓名班级学号 李鹏升物流092 090512213 徐佩物流092 090512218 程进物流092 090512212
一、实验目的： 1. 了解供应链系统的元素、系统参数的设置、及供应过程 2. 通过改变元素属性，分析需求及供应参数对供应链系统的影响 3. 熟悉WITNESS 元素：①离散型元素：Part（零件）、machine（机器）、conveyor（传送带）、buffer（缓冲区）②连续型元素：Fluid、Pipe、Processor、Tank ③运输逻辑元素：Network(网络)、Carriers(小车)、Section(线路)、Station(工作站) ④逻辑元素：Attribute(属性)、Variable(变量)、Distribution(分布)、Function（函数）、File（文件）。 二、实验说明： 供应链是围绕核心企业，从采购原材料开始，制成零部件以及产品，最后把产品交由消费者使用的连成一个整体的物流、信息流和资金流的链结构模式。它是一个范围更广的企业，可能包含所有加盟的节点企业如供应商、制造商、分销商、零售商，从原材料的供应开始，经过链中不同企业的制造加工、组装和分销等过程直到最终用户。本实验的模型:钢材从钢铁公司到汽车厂需要经过钢材服务中心和零部件生产商。上游环节根据下一环节的库存供货。通过该模型学生可以熟悉供应链的运作，了解“牛鞭效应”——即下游企业需求的小幅变动，因无法有效地实现信息的共享，常引发上游环节供应计划的大幅震荡。主要流程数据如下： 1. 当钢材服务中心的库存小于15 批时钢铁公司开始生产，每生产一批钢材平均需要 2小时、服从正态分布。 2. 当零部件生产商的库存小于6 批时，钢材服务中心开始配货。每配一批货需要的 时间服从0.5 - 1小时的均匀分布。 3. 当三个汽车厂商的总库存量小于10 时，4 个零部件生产商开始生产。每生产一批 零部件平均需要时间4 小时、服从正态分布。 4. 汽车厂商每耗用一批零部件需要4 小时、服从正态分布。 5. 供应量每两个环节之间的路程需要5 小时。 三、模型描述 供应链中的物料钢材和零部件是动体，用Part 代表；各工厂是服务台，用Machine 代表；库存或配送中心用Buffer 代表。显示的模型如下图：
第五章 可视化仿真项目的设计及运行示例 5.1 流水线仿真系统 下面描述如何通过WITNESS系统提供的Designer Elements模板，快速的建立WITNESS模型。这个过程仅仅展示了采用WITNESS建模的思想，它并不代表真正的工业系统。 通过本节的学习，要能够掌握： part、machine、conveyor、labor实体元素、variable逻辑元素的使用； 掌握可视化输入、输出关系的建立； 掌握report工具栏的使用和分析，并根据分析，进行系统优化设计。 5.1.1 引言 （Introduction） 模型的建立采用一种循序渐进的方法，这种建模方法可以在确保本阶段正确无误的基础上继续进行下一阶段的建模，而且能够清楚地看到在做任何改变产生的效果。 第一阶段（stage1.mod）和第二阶段(stage2.mod)，可以建立一个包含机器和传送装置的简单模型，可以从这一模型计算出此模型系统的输出和性能。 第三阶段（stage3.mod）和第四阶段(stage4.mod)，可以加入更多的功能元素（例如机器故障、劳动者、设备调整等）使模型更符合实际。即使对模型增加一点点复杂性，人工计算生产量和设备利用率也将变的很困难，而使用WITNESS的仿真技术可以很轻松的解决这一问题。 第五阶段（stage5.mod）和第六阶段(stage6.mod)为了增加产量和更有效的利用资源可以调整模型的运行方式和参数。 如果并不想建立模型而只是想了解逐步建模的方法，那么只需运行WITNESS安装路径下Demo\Tutorial中的stage1.mod～stage6.mod六个模型文件；如果希望自行建立模型，那么建立的模型文件将会与stage1.mod～stage6.mod模型相对应。 5.1.2 模型概述 在模型中，零部件（widget）要经过称重（weigh）、冲洗（wash）、加工（produce）和检测（inspect）四个工序的操作。执行完每一步操作后零部件通过充当运输器和缓存器的输送链传送至下一步操作；经过检测以后零部件脱离模型；同时需要一个操作人员控制加工机器的各种加工活动。最后完成的模型如图5.1所示：
一、物流系统建模与仿真软件简介 由于物流系统变得越来越复杂并且内部关联性越来越强。仿真是公司检验其物流系统及决策是否真的高效的唯一可用技术了。在设计一个新的工厂或系统，对已由系统添加新设备或重新优化，仿真都是非常必要的。同时仿真还用来提供直觉的和经验的决策支持。在当今市面上，仿真可用使用专用软件来实现。由于存在着如此多的仿真软件，如何正确的选择软件至关重要。下面列举出典型的系统仿真软件[3]。 软件名称简介 （1）20-sim 20-sim是由Twente大学控制实验室开发的运行于Windows系统下的建模与仿真软件。作为著名软件包TUTSIM的后续产品，它完全支持图形建模，让用户在直观和友善的方式对动态系统进行设计和分析，同MATLAB和Simulink可以方便的进行建模与仿真的交互。使用20-sim，我们可以仿真动态系统（例如电力、机械、水动力系统或它们的组合系统）的各种行为。 （2）arena该软件可以用来模拟服务、制造、运输、物流、供应链和其它系统。（3）Automod该软件提供了真实的三维虚拟现实动画，使得仿真模型非常用以理 解；提供了高级的特征让用户可以仿真复杂的活动，如机器人、设 备工具、生产线等的运动和转动。该软件还为用户提供了一套基于 专家系统的物料搬运系统，它是根据工业自动化的真实运行经验开 发的。这些包括输送链、自动存储和检索系统，桥式起重机等。（4）Awesim Awesim提供生产系统动态模型的仿真机。动画使用图形界面构建， 用户可以对交互式仿真进行特定的控制。 （5）Easy5由波音公司开发的用来模拟和仿真包含水力、风力、机械、热、电 子和数字等子系统的动态系统软件包。包括了一整套控制系统建 模、分析和设计功能。 （6）Idef该软件是一种流程图析软件，可以非常容易的适用流程图来绘制和 表述流程。它能够提供比传统流程图更多的信息。流程中包含的流 程、流程约束、人和其他资源能够被整合到一起。 （7）Intrax该软件能够提供许多被建模和仿真实际流程的管理决策。它能够被 用来执行战略（同战略视图，同步价值链视图相符合的现实），流 程改善（工序改善、生产力改善、节约循环时间），同步价值链（动 态视觉，同步约束）和日常运作（可对比的运作替代方案，短期变 化影响力的检验）等的模拟和仿真。 （8）Manufacturing Engineering 该软件提供离散仿真功能来解决制造问题和设计制造方案。它在广阔的应用领域中预测产出率，人工和其他的绩效。 （9）Matlab该软件是组合的数字计算、高级图形技术和可视化、高级编程语言 的集成计算机算环境。Simulink式用来对动态系统进行建模、仿真 和分析的交互式工具。它可以构建图形化的结构图，模拟动态系统， 评估系统绩效和精炼设计。 （10）Modsim该软件可以用来仿真像港口，铁路网和航空管制等的管理模型。还 可以用来仿真制造系统。 （11）Promodel该软件可以对制造系统、仓储系统和物流系统的评估、规划或重新 设计进行仿真。典型应用包括精益制造的实施，周期事件的降低， 设备投资决策，产出率和能力分析，识别和排除瓶颈，资源分配等。
实验报告 实验名称： witness生产管理系统仿真姓名： 学号： 指导老师： 实验（一）
一、实验名称：witness基本操作 二、实验日期：2013年10月7-10月25日 三、实验地点：微机室s6-c408 四、实验目的： 1、掌握witness软件的基本操作 2、掌握元素的显示设置（display） 3、掌握machine、labor元素的基本设置 4、掌握输送链conveyor元素的详细设置 5、掌握pull、push规则 五、实验环境：winxp/win7 六、实验内容 输送链上运行时间为10分钟 称重工序：时间服从均值为5分钟的负指数分布 清洗工序：分 10件清理一次时间为8分钟 加工工序：4分钟 50分钟检修飞时间服从均值10分钟的负指数分布 检测工序：3分钟 七、实验步骤 1、根据题目选择part、conveyor、machine、labor等各种元素布置生产线 2、修改各种元素名字及各个元素的详细设置。 1)各个工序机器设置以及necexp()函数的应用 2)输送链conveyor的设置 3）机器抛锚方式及时间设置 4）工人labor元素设置 3、元素间pull、push的设置及流程路线试运行效果 1）part元素的导入 2）运行效果 实验（二） 一、实验名称：椅子装配工序仿真 二、实验日期：2013年10月7-10月25日 三、实验地点：微机室s6-c408
四、实验目的： 1、掌握pen、percent、match/attribute的使用规则 2、掌握元素的显示设置（display） 3、了解part元素被动模式和主动模式的区别和使用场合 4、掌握buffers元素的基本设置 5、掌握元素可视化效果的制作 6、掌握pull、push对相同元素的分类规则 五、实验环境：winxp/win7 六、实验内容 椅子由椅背、椅面、椅腿组成，物料每2分钟一套进入流水线。 组装工序：6分钟/件 喷漆工序：随机喷为红黄绿三色 10分钟/件 检验工序：10%不合格返回重新喷漆 3分钟/件 包装工序：每4个合格品包装到一起 4分钟/件 七、实验步骤 1、根据题目选择part、buffers、machine等各种元素，因场地问题布置 为U形生产线。 2、修改各种元素名字及各个元素的详细设置。 1)设置part名称及主动形式 2）组装工序机器详细设置 3）喷漆工序机器详细设置及pen的使用规则 4）检验工序详细设置及percent使用规则 6）包装工序的设置及match/attribute使用规则 7）buffers基本设置：先进先出原则、元素累计方向设置 3、元素间pull、push的设置及流程路线试运行效果 4、可视化效果的制作 1）Part可视化的设置过程 2）可视化完成效果图 总结： 通过本次试验，我基本掌握了witness软件的基本操作，同时也掌握了仿真