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可视化交互仿真软件Arena的层次建模结构引言在制造和服务业，经常需要进行复杂的流程和系统模拟，以评估不同决策的效果。
为了减少设计和实现这些模拟过程的复杂性，人们创建了仿真软件，其中，可视化交互仿真软件Arena是其中一个常用的软件。
Arena是一个基于事件驱动的仿真软件，它允许用户通过图形界面的方式来建立复杂的仿真模型，并提供了强大的数据分析、可视化和报告生成工具。
在Arena 中，一个模型可以包含多个阶段，每个阶段代表着系统中的一个服务点或处理单元。
为了简化建模过程和提高模拟效率，Arena提供了层次建模的方法。
Arena的层次建模结构Arena的层次建模结构是将系统分解为多个子系统的层次结构，从而简化建模过程，提高仿真效率。
具体来说，这个结构由以下三个层次组成：顶层模型顶层模型是Arena建模过程的起点，它是整个系统的顶级表示。
在顶层模型中，用户定义了系统中所有子系统和它们之间的关系，以及仿真实验的运行参数。
这个模型也可以包含一个或多个实现模型。
实现模型实现模型是最底层的子系统，它定义了系统中的特定过程、服务点、工作站或排队系统。
在实现模型中，用户可以定义一些基本的仿真对象，如进程、交互、收集统计信息等。
中间模型中间模型连接顶层模型和实现模型，它可以简化顶层模型和实现模型之间的交互。
在中间模型中，用户可以创建自定义的进程、收集和更新统计信息、调用全局变量以及连接进程。
Arena的层次建模优点使用Arena的层次建模结构可以提供几个优点，具体如下：简化建模过程Arena通过层次建模结构将系统分解为多个子系统，从而简化建模过程。
用户可以先为每个子系统创建一个实现模型，然后再将它们组合到一个顶层模型中，避免了直接在顶层模型中定义系统的全部细节。
提高仿真效率将系统分解为多个子系统后，Arena可以并行仿真每个子系统，从而提高整个系统的仿真效率。
这也意味着用户可以更快地评估系统的各种决策。
简化故障诊断由于Arena的层次建模结构，用户可以轻松诊断和分析系统的故障，因为通过分解系统，用户可以更容易地找到问题出现的位置。
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。
Arena仿真中文教程目录第一章：基础知识本节介绍安装到硬盘上以后如何创建Arena的工作环境。
的安装和调试的安装同一般的软件类似，打开disk1文件夹，双击应用文件运行安装程序，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操作系统下安装需要在安装前预装Visual Basic ，否则，不能运行。
的面板、菜单和工具栏1.2.1 A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\目录下双击文件进入。
在进入Arena后点击工具栏上的新建图标,打开的操作桌面（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 1-2View：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：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。
图1-4它主要的功能有：Bring to front：移到最上Send to back：移到最下Group：合并Ungroup：取消合并Vertical Flip：垂直对齐Horizontal Flip：水平对齐Rotate：旋转Connect：连接Draw：这个工具栏（图1-5）提供了简单的绘图工具，用户可以利用这些工具在模型中绘制简单的图形。
Arena Simulation Software 使用教程及界面介绍翻译Arena模拟软件使用教程及界面介绍Arena模拟软件是一款常用于工业工程和运筹学领域的强大工具。
它提供了建立和分析各种复杂系统的能力。
本文将为您提供Arena模拟软件的使用教程，并详细介绍其界面。
一、Arena模拟软件概述Arena模拟软件是由Rockwell Automation公司开发的，用于建立、仿真和分析复杂系统的工具。
它使用离散事件模拟方法，可以模拟各种系统，如生产线、供应链、物流和服务系统等。
通过Arena模拟软件，用户可以优化系统性能、预测未来结果、减少风险并提高决策效果。
二、Arena模拟软件的安装和启动1. 安装：在您获得Arena模拟软件的安装文件后，双击运行该文件，并按照安装向导的指引完成软件的安装过程。
2. 启动：安装完成后，您可以在开始菜单或桌面上找到Arena模拟软件的快捷方式，双击打开软件。
三、Arena模拟软件界面介绍Arena模拟软件的界面分为几个主要区域，每个区域都有特定的功能，下面将逐一进行介绍。
1. 菜单栏：位于软件顶部的水平菜单栏中，包含了各种操作和设置选项，如文件、编辑、运行、分析、视图等。
通过菜单栏可以访问软件的各种功能。
2. 工具栏：位于菜单栏下方的一行图标按钮，常用的功能按钮都在其中，如新建模型、保存、运行模拟等。
通过工具栏可以快速访问一些常用操作。
3. 模型视图：位于软件界面的中央部分，用于显示正在编辑或运行的模型。
您可以在模型视图中拖拽和放置各种模型元素，构建您的模拟模型。
4. 输入输出面板：位于模型视图左侧或右侧的竖直面板，分为输入面板和输出面板。
输入面板用于设置模型的参数和输入数据，而输出面板则显示模拟运行的结果和统计数据。
5. 模型元素库：位于软件界面的左侧，是一个模型元素的列表。
您可以从中选择并拖拽模型元素到模型视图中，以构建模拟模型。
6. 属性面板：位于软件界面的底部，用于显示和编辑所选模型元素的属性。
离散时间系统仿真第一章：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。
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。
✓服务系统应用，Arena常用来进行医疗系统的医院临床设备、医生、护士的配备方案选择和医疗改善等；交通运输中的高速公路的交通控制，出租车的管理和路线控制，港口运输计划模型，车辆调度；公共服务的紧急救援系统等。
5.1.2 Arena仿真环境与基本建模要素Arena的窗口构成Model windowFlowchart viewProject BarModel windowspreadsheet viewArena的模块类型在Arena中，模块是流程图的组成部分以及数据的载体，仿真所需要的信息都储存在模块中。
5.1 Arena建模概述1.流程图模块(Flowchart module)表5-3 Arena基本操作面板的模块类型和功能模块名称与图示模块功能Create 流程的开始，产生主动实体，主动实体从该模块进入仿真过程。
Process 处理一项活动，通常需要一个或多个的资源，并且需要消耗一些时间来完成。
Decide 是程序的分支部分，实体只可以选择一个分支。
控制实体的逻辑流程。
Assign 改变参数和变量的值（在仿真过程中），例如实体的类型、属性或全局变量等。
Record统计功能模块，统计实体的数量和时间周期。
Batch 在继续运行流程之前，收集（匹配）一些实体。
Separate 在并行的程序中复制主动实体，或是将先前所建立的一组实体分散成其他组。
Dispose流程的结尾，消除主动实体，主动实体从该模块退出仿真过程。
5.1 Arena建模概述5.1.2 Arena仿真环境与建模基本要素2.数据模块(Data Module)✓数据模块用于定义各种操作元素的属性，如实体，资源和队长。
它们也可以创建整个模型所用的各种数值变量和数学表达式。
✓基本操作（Basic Process ）面板里的数据模块•实体(Entity)•资源(Resource)•队列(Queue)•变量(Variable)•调度(计划时间表，Schedule)•集合(Set)5.1.2 Arena仿真环境与基本建模要素5.1 Arena建模概述单服务台单队列系统的Arena模型单服务员单队列系统的顾客的到达时间间隔服从均值为5分钟的指数分布，服务时间服从均值为TRIA（1，3，6）三角分布。
仿真进行20分钟，估计系统的平均队长、顾客平均逗留时间、服务台利用率。
5.1.3 应用Arena建模Arriv e Serve Leave0 00图5.3 M/M/1系统流程图5.1 Arena建模概述A Simple Processing SystemModel 3-1Sy s tem Part Arriv es to D rilling C enter Sy s temPart Leav es Time (Minutes)050202000Drilling Center Queue: Num ber WaitingDrill Press: Num ber Busy5.1 Arena建模概述The Create Flowchart ModuleThe Entity Data ModuleThe Process Flowchart ModuleThe Resource and Queue Data ModulesResource AnimationThe Dispose Flowchart ModuleDynamic Plots资源动画：✓双击资源动画图标，打开资源动画绘图窗口✓双击Idle 或Busy 按钮✓在识别选项栏选择正确的资源名字✓勾选Seize Area box5.1 Arena建模概述5.1 Arena建模概述 动态图绘图操作步骤：点击动态图绘图按钮打开对话框5.1 Arena建模概述 动态图绘图操作步骤：••5.1 Arena建模概述仿真结果界面5.1 Arena建模概述仿真结果中的几个测度指标✓顾客逗留时间(包括服务和等待时间)✓顾客增值成本✓顾客等待资源的时间✓进程中实体个数（WIP，Work in Process）Arena模型中的成本计算✓进程中的增值时间和非增值时间:实体(顾客)花费在接受服务上的时间是要支付费用的，是增值时间；花费在等待服务的时间为非增值时间。
仿真建模步骤（1）绘制Arena流程图（2）输入模型参数（3）修改模型参数（4）定义仿真参数（5）仿真模型交互运行（6）查看输出报告5.1 Arena建模概述建模元素✓实体是沿着流程图运行的临时主体，像顾客、文件、制造业中的零部件。
实体可以有不同的属性和不同的动画演示图标。
✓资源是系统的资产，用于服务或者加工实体。
例如设施、设备、职员、操作员和机械工。
在Arena中，实体顺着流程图完成自己的进程，在队列中等待着资源可用。
资源的能力是指可供实体使用的资源数量。
一个资源可以用固定的能力或者随着计划表变化的能力图表示。
许多成本都可以与实体和资源关联，像资源等待成本或者每小时的资源忙碌或空闲成本。
✓资源集合是同一类型多个资源聚集在一起，例如接待员或者机械师这类执行不同操作的群体。
资源集合可以让一个实体使用集合中任意一个资源而不是特定的资源。
✓队列是实体的等待队长，当资源被占用时Arena会自动在相应位置创建队列。
队列可以设置不同的等待规则——先进先出、最高优先级准则等等。
✓变量可以用资源、队列、实体的属性、仿真统计量等来定义。
变量的值可以被初始化，仿真过程中可以被改变和引用。
5.1.3 应用Arena建模 5.1 Arena建模概述5.2 案例：专业化的串行处理和一般化的并行处理一个经典的运营管理问题：当加工（服务）过程包括多项任务时，是用专业化的工人分工完成整个加工过程？还是用一般化的工人并行完成整个加工过程？过程时间的可变性如何影响决策？案例问题描述：考虑一个贷款机构，申请以间隔时间均值为1.25小时的指数分布到达系统，第一个实体0时刻到达；每个申请处理过程必须按顺序完成如下4个步骤：信用核查、准备贷款合同、贷款定价、资金支付，每项工作时间都是相互独立的均值为1小时的指数分布；开始时刻系统空闲，运行系统160小时(20个工作日)；输出性能测度指标包括实体在系统中平均和最大数、平均和最大周期时间，平均和最大等待时间；贷款机构有4个雇员(Alfie, Betty,Chuck,and Doris)均能胜任每个环节的工作？决策问题是怎样安排他们的工作任务？串行还是并行？5.2 案例：专业化的串行处理和一般化的并行处理5.2.1专业化分工的串行处理模型(Serial Processing—Specialized Separated Work)5.2 案例：专业化的串行处理和一般化的并行处理5.2.1专业化分工的串行处理模型Applic ation Arriv es C reditAlfie Chec k s Applic ation D epartsSpecialized Serial Loan Application Model 3-2C ov enantBetty PreparesLoanC huc k Pric esFunds D oris D is burs es 0160025Time (Hours)0 00 0Applications in Process5.2 案例：专业化的串行处理和一般化的并行处理5.2.1专业化分工的串行处理模型 仿真结果5.2 案例：专业化的串行处理和一般化的并行处理5.2.2一般化完整工作的并行处理模型(Parallel Processing—Generalized Integrated Work)5.2 案例：专业化的串行处理和一般化的并行处理5.2.2一般化完整工作的并行处理模型Application Arrives Four Steps Processes All People One of theDepartsApplicationGeneraliz ed Parallel Loan ApplicationModel 3-30160025Time (Hours)0 0Applications in Process若干个指数分布相加是爱尔朗分布5.2 案例：专业化的串行处理和一般化的并行处理5.2.2一般化完整工作的并行处理模型仿真结果5.2 案例：专业化的串行处理和一般化的并行处理5.2.3任务时间变动的效果(The Effect of Task-Time Variability) 串行处理等待时间和周期时间大于并行处理的主要原因是任务时间有很大变动性。
例如本例中，一项申请处理时间低于10分钟（1/6小时）的概率为F(1/6)=1–e–1/6≅0.15，申请处理时间大于2小时的概率是1–F(2)=e–2≅0.14,两部分顾客的人数几乎相等，较长处理时间的实体使得系统拥挤排队，较短时间使得资源空闲。
