Arena 仿真概述分析

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。

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系统仿真课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解arena系统仿真的基本概念，掌握仿真模型构建的基本步骤。

2. 学生能描述仿真软件Arena的操作流程，运用Arena软件进行简单的仿真实验。

3. 学生了解仿真技术在项目管理、生产流程等领域的应用。

技能目标：1. 学生能够运用Arena软件构建简单的仿真模型，进行数据分析和参数优化。

2. 学生能够通过实际案例，分析问题、设计解决方案，运用仿真技术验证方案的有效性。

3. 学生能够运用Arena软件进行实验设计，独立完成仿真实验，并撰写实验报告。

情感态度价值观目标：1. 学生对系统仿真产生兴趣，认识到其在解决实际问题中的价值。

2. 学生在团队协作中培养沟通、合作能力，养成积极探索、主动学习的习惯。

3. 学生能够通过仿真实验，培养严谨的科学态度和问题分析能力。

课程性质：本课程为实践性较强的课程，旨在通过实际操作，让学生掌握Arena系统仿真的基本技能。

学生特点：学生为高年级本科生，具备一定的理论基础和实际操作能力，对新技术有较高的接受度。

教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，鼓励学生动手实践，培养实际应用能力。

通过课程学习，使学生在实际操作中掌握仿真技术，提高解决实际问题的能力。

教学过程中，注重培养学生的团队协作、沟通表达和问题分析能力。

二、教学内容1. Arena系统仿真基本概念：仿真模型、仿真引擎、事件调度等。

2. Arena软件操作流程：软件界面介绍、基本操作、模型构建与运行。

3. 常用仿真元素及其应用：实体、资源、队列、处理器、决策点等。

4. 仿真模型构建方法：识别系统元素、建立逻辑关系、设置参数、运行与调试。

5. 实际案例分析：项目管理系统、生产流程优化、物流配送等。

6. 数据分析与参数优化：输出分析、敏感度分析、优化算法应用。

7. 实验设计与实验报告撰写：设计实验方案、实施实验、分析结果、撰写报告。

教学大纲安排：第一周：Arena系统仿真基本概念介绍，软件安装与界面熟悉。

Arena仿真中文教程目录第一章：Arena3.0基础知识本节介绍Arena3.0安装到硬盘上以后如何创建Arena的工作环境。

1.1 Arena3.0的安装和调试Arena3.0的安装同一般的软件类似，打开disk1文件夹，双击应用文件Setup.exe运行安装程序，设置好安装路径后开始安装，安装结束后点击Finish完成安装。

如果是在Windows98操作系统下安装Arena3.0需要在安装前预装Visual Basic 6.0，否则，Arena3.0不能运行。

1.2 Arena3.0的面板、菜单和工具栏1.2.1 Arena3.0的启动在Arena安装完成后，Arena会在桌面上自动生成快捷方式的图标，双击图标即可进入Arena界面；同时，也可以在硬盘上的Arena\目录下双击Arena.exe文件进入。

在进入Arena后点击工具栏上的新建图标,打开Arena3.0的操作桌面（Desktop），如图1-1：图1-11.2.2 Desktop操作桌面简介1．操作桌面的结构Arena提供了十分方便的操作桌面以保证用户能够快速、简洁的建立仿真模型。

Arena的操作桌面主要由工具栏（Toolbars）、菜单栏、状态栏（Status bar）、建模界面组成。

下文对这几部分的主要功能将一一介绍。

2、工具栏：工具栏集中了我们建立仿真模型所要用到的主要工具，它由Standard（标准工具栏）、（视图工具栏）等组成，下面将注意介绍：●Standard：这个工具栏提供了新建、保存和打印等功能，如图1-2：图1-2●View：提供了视图功能，用户对建模区进行视图操作如图1-3：图1-3其中经常用到的功能有：Zoom in：放大Zoom out：缩小View All：建模区全部视图，即，以建立模型的全部视图。

View Previous：当前视图的前一视图。

View Region：选择视图区域。

●Arrange：Arena3.0为了用户能够创建生动、形象的动画，提供了功能齐全的绘图工具，Arrange工具栏（图1-4）就是为Arena的绘图提供支持的。

可视化交互仿真软件Arena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。

其次，设定仿真模型参数。

根据模型要求对流程、数据模块进行参数设定（如处理时间、资源要求、服务水平、服务规则等）。

再次，运行仿真模型。

运行过程中，Arena 用动画同步模拟功能使用户更加直接地监测仿真过程。

系统建模与仿真实验指导书ⅠARENA二维仿真建模实验一、实验目的：1简单流水线建模实验掌握ARENA二维仿真软件的基本操作，掌握ARRIVE、DEPART、SEVER、INSPECT、SIMULATION等模块的应用与连接，学会采用该软件建立一条简单的生产流水线，并进行逻辑模块的参数设置和物理模块的界面设计，建成的仿真系统能运行并返回需要的统计数据。

2生产制造过程仿真建模实验借助工业工程综合实验——装配线设计实验的成果——装配线的结构与布局以及各主要工位的操作数据，通过ARENA软件进行仿真建模，比较系统运行的结果，对综合实验的设计方案进行验证实验，调整参数，寻求优化方案，进行优化设计实验。

二、实验步骤主要解决的四个问题：1）模型的建立,确定该系统需要的模块类型和数量：输入(Arrive)，输出(Depart)，加工操作(Sever)，检验操作(Inspect)以及他们的先后顺序和连接关系2）参数设置：包括模块内参数设置和系统参数设置3）统计分析功能的建立：成品及废品平均流程时间、成品率、废品率以及其方差设置和实现，并能对此进行分析和评价，重新调整参数以实现系统优化；4)界面优化，利用系统工具或者画图工具，对仿真运行界面进行优化，体现更清晰的运动状态和物流路径，模拟加工过程的实现附：上机操作指导软件工具介绍一、Arena 软件工具的特点Arena是一个Microsoft Windows下的工具，所以它的基本界面你应该早已熟悉,但是由于Arena仿真软件是属于专业软件，并不常见，国内对该软件的操作方面的资料甚少，而且还都是外文版，所以有必要对Arena的操作界面以及相关的仿真建模操作和模块进行介绍。

（一）、操作界面图 3-1 Arena的界面1 File 菜单在这个菜单里，你可以新建Arena模型文件，打开现有模型，关闭窗口，存储模型或创建一个只许观看的模型，你也可以引进CAD图形，将AUTOCAD作为Arena 的支持工具，而在一些情况下，活动元素将允许你使用现有的详尽的机器设备的图形。

基于Arena的制造过程仿真研究随着制造业的快速发展，如何提高生产效率和降低成本成为了制造企业亟需解决的问题。

而制造过程仿真作为一种有效的工具，正在被广泛应用于制造业中。

本文将探讨基于Arena的制造过程仿真研究，并介绍其在提高生产效率和优化生产流程方面的应用。

首先，基于Arena的制造过程仿真研究的核心是建立一个真实性强、准确性高的模型。

通过收集和整理生产过程中的数据，包括工艺流程、设备设置、人员配置等，利用Arena软件进行模拟仿真。

通过模拟仿真，可以模拟不同的生产场景，预测生产过程中可能出现的问题，并提出相应的解决方案。

这种仿真研究可以帮助制造企业全面了解生产过程，找出瓶颈和不足之处，进而优化生产流程。

其次，基于Arena的制造过程仿真研究可以帮助企业提高生产效率。

通过模拟仿真，可以评估不同的生产方案，优化生产调度，减少生产过程中的等待时间和资源浪费，提高设备利用率和生产效率。

此外，仿真研究还可以帮助企业预测和解决生产过程中可能出现的问题，如生产线堵塞、生产能力不足等，从而提前采取相应的措施，保证生产计划的顺利进行。

最后，基于Arena的制造过程仿真研究还可以降低企业的成本。

通过模拟仿真，可以评估不同的生产方案对成本的影响，找出成本较高的环节，并提出相应的改进方案。

此外，仿真研究还可以优化物料流动和库存管理，减少库存积压和物料浪费，从而降低企业的运营成本。

综上所述，基于Arena的制造过程仿真研究在提高生产效率和优化生产流程方面具有重要的应用价值。

它可以帮助制造企业全面了解生产过程，优化生产调度，预测和解决生产过程中可能出现的问题，降低运营成本。

因此，制造企业应密切关注和应用基于Arena的制造过程仿真研究，以提升自身在市场竞争中的竞争力。

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，……。

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。