第6章管理系統(tǒng)模擬實(shí)例分析

第6章管理系統(tǒng)模擬實(shí)例分析第6章管理系統(tǒng)模擬實(shí)例分析6.1引言6.2工廠加工實(shí)例6.3Arena與VisualBasic并行模擬實(shí)例6.1引言模擬模型是對所研究運(yùn)行過程的一種抽象描述并能反映系統(tǒng)的本質(zhì)屬性。模型類型離散系統(tǒng)模型連續(xù)系統(tǒng)模型混合系統(tǒng)模型6.1引言建模方式面向問題面向運(yùn)行過程建模實(shí)例工廠加工實(shí)例Arena與VisualBasic并行模擬實(shí)例6.2工廠加工實(shí)例一、問題描述某加工車間的單位工件到達(dá)的間隔時(shí)間為均值等于的指數(shù)分布隨機(jī)變量。到達(dá)車間的工件中，1類工件占40％，2類工件占60％，第一個(gè)工件在模擬開始后5min到達(dá)。該車間分為兩個(gè)加工小組，A組和B組。A組具有兩臺(tái)可以平行加工工件的機(jī)器，稱之為1號(hào)機(jī)器和2號(hào)機(jī)器。1類工件的單件加工時(shí)間為至區(qū)間內(nèi)的均勻分布隨機(jī)變量，2類工件的單件加工時(shí)間為最小值、眾數(shù)、最大值分別等于50min、60min、80min的三角分布隨機(jī)變量。在A組安排加工順序的原則是最短加工時(shí)間優(yōu)先。6.2工廠加工實(shí)例

A組的工作地面積有限，僅能容納存放4個(gè)工件（包括正在加工的工件，每臺(tái)機(jī)器每次只能加工一件）。當(dāng)這兩臺(tái)機(jī)器同時(shí)空閑時(shí)，工件（無論1類或2類）送往1號(hào)機(jī)器加工的概率為，送往2號(hào)機(jī)器加工的概率為。當(dāng)工件到達(dá)時(shí)，如果A組工作地已經(jīng)放滿工件，那么就將工件轉(zhuǎn)往B組，B組僅有一臺(tái)3號(hào)機(jī)器加工工件，存放面積不受限制，1類工件和2類工件的單件加工時(shí)間均為3h至5h區(qū)間內(nèi)的均勻分布隨機(jī)變量，安排加工順序的原則是先到的先加工。6.2工廠加工實(shí)例

要求對這個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行240h的模擬，然后分析與評價(jià)下列指標(biāo)：

(1)各臺(tái)機(jī)器的負(fù)荷率；

(2)各類工件在系統(tǒng)內(nèi)的停留時(shí)間；另外，變更加工順序原則。A組改為最長加工時(shí)間優(yōu)先，B組改為后到的先加工，再次進(jìn)行模擬，并將兩次模擬所得到的結(jié)果進(jìn)行分析與比較。6.2工廠加工實(shí)例二、建模分析(1)由于A組機(jī)器加工兩類工件的時(shí)間服從不同的隨機(jī)分布，用兩個(gè)Create模塊分別產(chǎn)生1類工件和2類工件，這樣可以解決加工時(shí)間不同的問題，但模型中又要求工件的到達(dá)時(shí)間服從均值等于的指數(shù)分布，而分離的Create模塊是很難滿足聯(lián)合概率服從某一分布的，權(quán)衡兩方面選擇用一個(gè)Create模塊來產(chǎn)生兩類工件更合適。6.2工廠加工實(shí)例(2)將由Create模塊產(chǎn)生的工件按照1類工件占40％，2類工件占60％的比率分成兩類，并為每類工件賦予一定屬性，以記錄該類工件的加工時(shí)間信息，以便后面的A組機(jī)器可以根據(jù)該屬性來加工。(3)A組工作地面積有限，僅能容納存放4個(gè)工件，而B組工作地面積沒有限制。所以產(chǎn)生加工實(shí)體后，在確定由那臺(tái)機(jī)器加工時(shí)，需要首先決定是到那個(gè)組。決定是到那個(gè)組要通過一個(gè)Decide模塊來實(shí)現(xiàn)。具體的判斷規(guī)則與A組的兩臺(tái)機(jī)器的狀態(tài)和在A組排隊(duì)的數(shù)量來決定。6.2工廠加工實(shí)例(4)由于A組工作地面積有限，僅能容納存放4個(gè)工件，且A組安排加工順序的原則是最短加工時(shí)間優(yōu)先，同時(shí)當(dāng)A組兩臺(tái)機(jī)器同時(shí)空閑時(shí)，工件（無論1類或2類）送往1號(hào)機(jī)器加工的概率為，送往2號(hào)機(jī)器加工的概率為。所以我們可以首先用一個(gè)Hold模塊對即將進(jìn)入A組的工件進(jìn)行排序，再用一個(gè)Decide模塊來判斷兩臺(tái)機(jī)器都是Busy還是只有一臺(tái)處于Idle，對兩臺(tái)都處于Busy狀態(tài)的情況，直接按照概率進(jìn)入不同的機(jī)器加工，對只有一臺(tái)處于Idle狀態(tài)的情況可以再利用一個(gè)Decide模塊來判斷到底是哪種機(jī)器處于Idle狀態(tài)，從而決定工件應(yīng)該進(jìn)入哪種機(jī)器加工。6.2工廠加工實(shí)例三、邏輯流程圖與數(shù)據(jù)描述1.產(chǎn)生工件進(jìn)入系統(tǒng)邏輯過程

產(chǎn)生工件實(shí)體，并對不同工件進(jìn)行標(biāo)簽。產(chǎn)生工件進(jìn)入系統(tǒng)邏輯流圖如下圖所示。6.2工廠加工實(shí)例2.進(jìn)入B組機(jī)器加工的邏輯過程當(dāng)兩類工件產(chǎn)生后，由于A組的工作地面積有限，僅能容納存放4個(gè)工件（包括正在加工的工件），如果A組工作地已經(jīng)放滿工件，那么就將工件轉(zhuǎn)往B組。進(jìn)入B組機(jī)器加工的邏輯流圖如下圖所示。6.2工廠加工實(shí)例3.進(jìn)入A組機(jī)器加工的邏輯過程兩類工件到達(dá)“Machine_group?”模塊后，當(dāng)A組中兩臺(tái)機(jī)器正在加工的工件數(shù)和隊(duì)列中等待的工件數(shù)之和小于4時(shí)，工件將進(jìn)入A組加工。在A組工件首先需要進(jìn)行等待，只有當(dāng)機(jī)器1和機(jī)器2至少有一個(gè)空閑時(shí)才進(jìn)行加工。進(jìn)入A組機(jī)器加工的邏輯流圖如下圖所示。6.2工廠加工實(shí)例4.工件離開系統(tǒng)邏輯過程

當(dāng)工件在A組和B組機(jī)器中加工結(jié)束后就進(jìn)入Dispose模塊，同時(shí)統(tǒng)計(jì)各臺(tái)機(jī)器處理的工件數(shù)，工件離開系統(tǒng)邏輯流圖如下圖所示。6.2工廠加工實(shí)例五、模擬結(jié)果及分析兩種工件的加工數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)（1）（2）

從下圖(1)，(2)，(3)可以看出，job1類工件和job2類工件的平均等待時(shí)間分別為和，平均加工總時(shí)間分別為和。到達(dá)加工車間的job1類工件有197個(gè)，加工處理完了的也有179個(gè)。到達(dá)加工車間的job2類工件有313個(gè)，加工處理完的有279個(gè)，總共產(chǎn)生的工件為510個(gè)，加工處理完的為458個(gè)。6.2工廠加工實(shí)例（3）6.2工廠加工實(shí)例3臺(tái)機(jī)器的負(fù)荷率數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

從下圖可以看出，機(jī)器1的負(fù)荷率為81.51%，機(jī)器2的負(fù)荷率為84.19%，機(jī)器3的負(fù)荷率為95.97%。6.2工廠加工實(shí)例

3.隊(duì)列中工件的等待時(shí)間和數(shù)量數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

從下圖可以看出，可以看出，機(jī)器1和機(jī)器2的平均等待時(shí)間和數(shù)量為0，Hold_in隊(duì)列中的平均等待時(shí)間為，平均等待的工件數(shù)量為個(gè)，機(jī)器3的平均等待時(shí)間為，平均等待的工件數(shù)量為個(gè)。6.2工廠加工實(shí)例

變更加工順序原則以后，即A組改為最長加工時(shí)間優(yōu)先，B組改為后到的先加工，重新模擬運(yùn)行多次，將上面運(yùn)行的結(jié)果和重新模擬運(yùn)行的結(jié)果進(jìn)行比較，如下表所示。方案1比方案2加工出來的工件數(shù)多，機(jī)器利用率高，在隊(duì)列中的平均等待時(shí)間要短(ProcessB除外），平均等待的工件數(shù)目要少，所以總的來說方案1優(yōu)于方案2。6.3

Arena與VisualBasic并行模擬實(shí)例一、基于Arena的并行模擬實(shí)現(xiàn)概述并行的兩層含義同時(shí)性并發(fā)性并行模擬實(shí)現(xiàn)方法(1)在串行模擬語言中加入并行處理(2)開發(fā)并行庫和API接口(3)是在并行語言中加入模擬功能混合系統(tǒng)模型6.3

Arena與VisualBasic并行模擬實(shí)例Arena的特點(diǎn)高級(jí)模擬器易用性專用模擬語言柔性建模實(shí)例還可以與通用面向過程的編程語言，如VisualBasic，F(xiàn)ORTRAN和C/C++等編寫的程序連接運(yùn)行6.3

Arena與VisualBasic并行模擬實(shí)例

二、Arena的實(shí)時(shí)執(zhí)行模式實(shí)例1.問題描述

有兩臺(tái)不同的機(jī)器1和2。加工兩種不同型號(hào)的零件：I和II型，機(jī)器和零件組成一個(gè)加工系統(tǒng)。每類零件的個(gè)數(shù)不限，但每個(gè)零件都須經(jīng)過兩臺(tái)機(jī)器的加工才算完成加工過程，且I類零件先在機(jī)器1加工后在機(jī)器2上加工，而II類零件的機(jī)器加工次序與之相反。首個(gè)I或II類零件均在時(shí)間t＝0時(shí)刻到達(dá)系統(tǒng)，而后續(xù)零件的到達(dá)間隔時(shí)間服從均值為4的指數(shù)分布或者通過外部程序和Arena的VBA事件之間的端口消息通信來控制。6.3

Arena與VisualBasic并行模擬實(shí)例

零件到達(dá)機(jī)器后會(huì)一直處于加工狀態(tài)，直到端口消息通信對正在機(jī)器上加工的零件發(fā)出完成的指令，零件才離開機(jī)器，被運(yùn)送至另一臺(tái)機(jī)器或離開系統(tǒng)。機(jī)器每次只能進(jìn)行一個(gè)零件的加工，其他到達(dá)機(jī)器的零件需要排隊(duì)等待。零件從到達(dá)系統(tǒng)到進(jìn)入機(jī)器1或2、在兩個(gè)機(jī)器間以及完成所有加工后離開系統(tǒng)均需花費(fèi)5s的運(yùn)送時(shí)間。零件到達(dá)系統(tǒng)、到達(dá)機(jī)器、完成加工和離開系統(tǒng)等事件均通過消息通知外部程序。6.3

Arena與VisualBasic并行模擬實(shí)例

2.Arena流程圖模型(1)零件到達(dá)系統(tǒng)過程模型6.3

Arena與VisualBasic并行模擬實(shí)例

(2)機(jī)器加工零件過程模型6.3

Arena與VisualBasic并行模擬實(shí)例

(3)零件離開系統(tǒng)過程模型3.VBA事件及窗體具體內(nèi)容見教材6.3

Arena與VisualBasic并行模擬實(shí)例

4.動(dòng)畫界面制作(1)添加時(shí)鐘項(xiàng)詳見教材6.3

Arena與VisualBasic并行模擬實(shí)例

(2)添加變量項(xiàng)

點(diǎn)擊Variable按鈕，設(shè)置顯示的變量為機(jī)器1上正在加工的實(shí)體編號(hào)，即“Machine1EntityNumber”，其數(shù)據(jù)格式為兩位整數(shù)，并將變量項(xiàng)顯示區(qū)域設(shè)置為白色，其他均為默認(rèn)設(shè)置。同理添加變量“Machine2EntityNumber”。

添加兩個(gè)變量項(xiàng)后，建模窗口視圖如下圖所示。6.3

Arena與VisualBasic并行模擬實(shí)例

(3)）添加資源項(xiàng)

點(diǎn)擊Resource按鈕，設(shè)置資源項(xiàng)的Identifier為Machine1，并點(diǎn)擊Open打開圖片庫“Machines.plb”，設(shè)置好的資源項(xiàng)對話框如左下圖所示。

同理，添加機(jī)器2的資源項(xiàng)。將其Identifier設(shè)置為Machine2，則添加兩個(gè)資源項(xiàng)后，建模窗口視圖如下圖所示。6.3

Arena與VisualBasic并行模擬實(shí)例

(4)添加隊(duì)列項(xiàng)

點(diǎn)擊Queue按鈕，將隊(duì)列項(xiàng)的Identifier設(shè)為，其他均為默認(rèn)設(shè)置如左下圖所示。

同理，添加另一個(gè)隊(duì)列。將其Identifier設(shè)置為Machine2.Queue，則添加兩個(gè)隊(duì)列項(xiàng)后，建模窗口視圖如下圖所示。6.3

Arena與VisualBasic并行模擬實(shí)例

(5)添加站臺(tái)項(xiàng)

在傳送動(dòng)畫工具欄中，點(diǎn)擊站臺(tái)按鈕，將站臺(tái)項(xiàng)的Identifier設(shè)為ArrivalSystem，其他按默認(rèn)設(shè)置。如左下圖所示。

同理，增加Identifier為Machine1Station、Machine2Station和DepartSystem的站臺(tái)項(xiàng)，增加四個(gè)站臺(tái)項(xiàng)后如下圖所示。6.3

Arena與VisualBasic并行模擬實(shí)例

(6)添加路徑項(xiàng)

點(diǎn)擊傳送動(dòng)畫工具欄中的路徑按扭，繪制站臺(tái)間的路徑。設(shè)置圖及動(dòng)畫圖如下圖所示。

6.3

Arena與VisualBasic并行模擬實(shí)例

(7)再添加變量項(xiàng)

按(2)的方法，分別再添加兩個(gè)變量項(xiàng)，將其變量表達(dá)式分另設(shè)為NC(PartType1Completed)和NC(PartType2Completed)，分別表示已經(jīng)完成加工的零件1和零件2的件數(shù)，其數(shù)據(jù)格式都設(shè)為五位整數(shù)，顯示區(qū)域設(shè)為白色。再添加兩個(gè)變量項(xiàng)后的建模窗口如下圖所示。

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Arena與VisualBasic并行模擬實(shí)例

(8)添加文本項(xiàng)

在繪圖工具欄中，點(diǎn)擊文本按鈕，在對話框的文本框中輸入Machine1，點(diǎn)擊ok，移動(dòng)鼠標(biāo)，可置于任何位置。其他項(xiàng)可以同樣添加文字說明項(xiàng)