arena 仿真概述

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2.1节中的一个简单的示例来阐述这些概念，2.2节介绍了处理示例模型的几种方案；2.3节描述了仿真模型的各组成元素；而2.4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。

2.5节比较了两种不同的仿真建模方法；2.6节介绍了仿真输入与输出中的随机性问题；最后，2.7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，以及学习后续章节建立更完善模型的前提。

2.1 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。

2.1.1 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。

原书P19钻孔加工中心钻床到达的零件毛坯加工完的零件离开队列正在加工的零件图2-1 简单加工系统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。

第5章Arena建模基本操作5.1 Arena建模概述5.1.1Arena功能与特点Arena是一种支持用于离散事件仿真可视化交互式仿真软件(VIS)。

应用Arena，用户可以交互地建立模型，创建系统的动画，运行仿真器，收集仿真输出的数据，创建查看需要的统计报告。

Arena还包括输入分析器，它是一个输入数据分析的工具。

用流程图将系统表示成实体相关活动的逻辑网络。

Arena通过完整层次化结构(hierarchical)保持了建模的灵活性。

Arena支持分层建模，即一些模型元素可以代表一个下层模型；下层模型可以包含更深一层的模型。

分层建模可以将复杂的模型分解成更小更容易理解的模型单元。

5.1 Arena建模概述5.1.1Arena功能与特点提供了13个(Arena10.0)建模模板(Template)，每个模板中提供了许多用于图形仿真建模与分析的模块(Module)，将这些模块组合起来就能构建出各种不同的仿真模型(Model)。

为了便于组织和显示，各模块按类型组合在一个面板(Panel)中构成模板。

通过面板间的切换，可以很方便地找到所有的仿真建模构件集。

不同模板的面板中的模块可以在同一个模型中混合使用。

Arena是与微软Office兼容的产品，它的工具栏和菜单栏与Office是类似的。

同时Arena使用网络化多媒体动画技术（OLE 动画）和VBA视窗技术与桌面应用程序的整合。

嵌入在流程导航工具Visio里的接口使得用Visio画的流程图可以自动导入Arena中。

5.1 Arena建模概述5.1.1Arena功能与特点Arena应用领域✓物流领域，Arena的应用涉及从供应商到客户的整个供应链，包括供应商管理、库存管理、制造过程、分销物流、配送中心选址规划/商务过程以及客户服务等。

✓制造过程仿真：①生产过程中的工艺过程计划、设备布置等；②生产管理中的生产计划、库存管理；③制造过程的经济性、风险性分析，辅助企业投资决策；④各种先进制造模式如虚拟组织及敏捷供应链管理的可视化仿真等。

Arena仿真软件是最具学术性的可视化交互仿真模型软件，世界一流大学都选择它进行教学和科研。

Arena最具学术性的可视化交互仿真软件◇美国罗克韦尔软件公司(Rockwell sofi、、rare Ino.)是全球最大的计算机“系统仿真”软件供应商。

其产品Arella软件广泛应用于金融、电信、物流等行业的客户关系管理(cR介压)、业务流程再造(BPR)等领域。

◇具体涉及:客户服务中心的运营管理、前台后台业务的流程再造等方后进行业务流程管理决策的方法是:首先为业务流程建立一个计算机化的系为，再对系统模型进行透视分析、假设演练、动态统计和二、三维计算机动画演示，最终使管理者对业务流程获得直观和精确的理解。

◇发展过程：1983年，专门针对仿真领域的柔性建模语言SIMAN问世；1993年，美国著名的Rockwell公司在SIMAN语言的基础上推出Arena1.0版本；2006年，Arena推出11.0版本；同年，在美国冬季仿真会议上，48%的学术论文引用Arena；2007年，Arena将重磅冲击中国的仿真软件市场！2011年, Arena推出14.0版本;2014年, Arena推出14.7版本;没有什么比数字更具说服力！二十多年的研发历程和多位仿真界专家学者心血的凝聚，造就了今天Arena众多同类软件无法比拟的优势。

建模层次感强，模板和库资源丰富◇层次化的建模体系保证您可以灵活地进行各个水平上的仿真建模。

您既可以使用最底层的语言（VB、C/C++ 等）进行复杂系统建模，也可以根据需要使用高级模板进行模型的开发，您甚至可以开发出新的模板用做商业用途◇提供了将近20个模板和近300个封装好的逻辑模块，涵盖了多个领域，满足您在各个层次建模的需要学术性强——全面深入地体现系统仿真的有关理论，学术界应用广◇专业的分析和优化功能：输入分析器用来进行输入数据概率分布函数的拟合；过程分析器用于比较不同模型中具体参数或者同一模型中的多次仿真中具体参数的值，并以各种图表的形式提供比较的结果；输出分析器包括对输出数据的多样显示功能和强大的数理统计分析，以确保输出分析的准确性和可靠性；优化工具OptQuest采用Tabu搜索算法和遗传算法对仿真模型进行优化，大大增强了Arena对复杂问题的决策支持；◇全面而细致的仿真报告。

Arena仿真软件培训手册（中文版）1仿真概述1.1仿真的定义、特点和用途仿真是以系统理论、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。

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。

对于包含多种随机因素的复杂系统，通常难于用数学模型或解析方法精确地描述和求解时，可以根据系统内部的逻辑关系和数学关系，面向系统的实际过程和行为来构造仿真模型，在很少假设或不作假设的前提下建立包括系统主要因素和具体细节的模型框架，并通过仿真实验运行，得到复杂系统的解。

仿真的优越性：①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；②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；③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。

仿真与线性规划和网络技术一起被称为运筹学在应用领域中的三大支柱。

在工业生产、交通运输、能源供应、医疗卫生、航空航天、军事作战、制造过程以及社会服务等领域发挥了重要作用，展现出了美好的前景。

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。

①国防军事领域。

新装备研制过程仿真、作战仿真等等；②生产制造领域。

生产线布局、设施规划、厂址选择、瓶颈分析、资源分配等等；③供应链管理领域。

物流规划、库存决策、运输规划等等；④社会服务领域。

系统性能分析、业务流程分析、投资决策分析（决策方案比较）等等。

仿真应用的具体表现：提高设备利用率、减少排队等待、有效分配资源、减小缺货损失、减小资源故障带来的影响、确定最优批量问题、确定最优加工顺序问题、解决物料搬运问题、日常运作决策、实时监控、方案筛选，……。

Arena培训手册1仿真概述1.1仿确实定义、特点和用途仿真是以系统理论、形式化理论随机过程理论、统计理论以及优化理论为基础，借助运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。

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，同时对系统做出科学的调整、改善和优化，为辅助决策提供依据。

关于包含多种随机因素的复杂系统，通常难于用数学模型或解析方法精确地描述和求解时，能够依照系统内部的逻辑关系和数学关系，面向系统的实际过程和行为来构造仿真模型，在专门少假设或不作假设的前提下建立包括系统要紧因素和具体细节的模型框架，并通过仿真实验运行，得到复杂系统的解。

仿确实优越性：①它能够将研制过程、运行过程和实施过程放在实验室中进行，具有良好的可操纵性、无破坏性、可复现性和经济性等特点；②系统仿真在理论上表达了实验摸索的方法论，用它能够探究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点，具有科学的先验性；③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，幸免了建立抽象数学模型的困难，显著简化了建模过程，具有专门好的直观性。

仿真与线性规划和网络技术一起被称为运筹学在应用领域中的三大支柱。

在工业生产、交通运输、能源供应、医疗卫生、航空航天、军事作战、制造过程以及社会服务等领域发挥了重要作用，展现出了美好的前景。

仿确实实际用途表达在两大方面：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。

①国防军事领域。

新装备研制过程仿真、作战仿真等等；②生产制造领域。

生产线布局、设施规划、厂址选择、瓶颈分析、资源分配等等；③供应链治理领域。

物流规划、库存决策、运输规划等等；④社会服务领域。

系统性能分析、业务流程分析、投资决策分析（决策方案比较）等等。

仿真应用的具体表现：提高设备利用率、减少排队等待、有效分配资源、减小缺货缺失、减小资源故障带来的阻碍、确定最优批量问题、确定最优加工顺序问题、解决物料搬运问题、日常运作决策、实时监控、方案选择，……。

可视化交互仿真软件Arena1993 年由美国Rockwell Automation公司推出的可视化交互仿真软件Arena ，基于面向对象的思想和结构化的建模概念，将专用仿真语言的灵活性和仿真器的易用性很好的结合在了一起，成为广泛应用的仿真工具之一。

一、Arena的层次建模结构Arena 通过使用层次化的建模体系以保证灵活地进行各个水平上的仿真建模。

Arena 建模体系的第一层是各种过程语言（如VB、C/C++），常用于复杂建模过程。

第二层是基础模板即SIMAN 模板，包括Blocks 模板和Elements 模板。

它们由SIMAN 语言编写，继承了SIMAN 语言灵活建模的特点。

第三层是最新开发的通用模板即Arena 模板，包括Advanced Process 模板、Advanced Transfer 模板和Basic Process 模板。

第四层是应用方案模板（简称AST），应用这些模板可以使用户在特定领域进行更加合理的仿真建模。

Arena 建模体系的最高层是根据企业自身的需求进行用户自定义模板的开发。

Arena 正是通过可视化的仿真环境将各层次的建模方法交替使用，获得不同的建模能力。

由此可见，Arena 提供了一个可以适用于各种建模水平的仿真环境，兼备易用性和灵活性两方面的优点。

二、Arena 的仿真分析过程使用Arena 进行仿真分析就是在可视化集成环境下，通过用户与模型的不断交互来推进仿真的过程。

Arena 仿真过程包括仿真建模、模型参数设定、运行模型、验证模型与结果分析四个阶段。

首先，仿真建模，即创建基本的仿真模型。

Arena10.0 的可视化建模环境如图1所示，包括工具栏（如图左侧所示）、流程建模区域（如图右上部所示）和数据建模区域（如图右下部所示）。

Arena 采用流程模块和数据模块共同建模，流程模块用流程图定义模型的逻辑过程，数据模块定义系统的数据元素（如资源、变量等）参数。

Arena分离了逻辑过程与数据元素，以保证仿真建模的可复用性和扩展性。