8_面向生产系统的仿真软件

8面向生产系统的仿真软件2本章主要内容8.1概述8.1.1仿真语言与仿真软件的发展8.1.2常用生产系统仿真软件介绍8.2Arena的工作环境8.2.1Arena的系统要求8.2.2Arena用户界面8.2.3Arena中的模块8.3Arena基本建模分析8.3.1流程图模块8.3.2数据模块8.3.3动画效果与图形绘制38.3.4设置仿真运行条件8.3.5仿真运行与仿真报告输出8.4Arena输入/输出分析8.4.1输入分析器（InputAnalyzer）8.4.2输出分析器（OutputAnalyzer）8.5Arena在生产系统仿真中的应用8.5.1仿真问题描述8.5.2仿真模型构建8.5.3仿真运行结果8.5.4对生产能力的仿真分析48.1概述8.1.1仿真语言与仿真软件的发展•系统仿真语言与仿真软件的发展，可以概括为如下的6个阶段：•（1）1955年~1960年（探索阶段）•（2）1961年~1965年（仿真语言出现阶段）•（3）1966年~1970年（仿真语言形成阶段）•（4）1971年~1978年（仿真语言发展阶段）•（5）1979年~1986年（仿真语言巩固和改进阶段）•（6）1987年~现在（仿真集成环境阶段）•综合来说，可以将应用于仿真模型开发的软件概括为三大类型：第一类是通用编程语言，如C、C++和Java等。第二类是仿真编程语言，如GPSS/H、SIMANV和SLAMII等。第三类是仿真环境。58.1.2常用生产系统仿真软件介绍•目前，市场上已有大量面向生产系统的商业化仿真软件。其中应用较为广泛的主要有：•美国SystemsModeling公司开发的Arena•英国Lanner公司开发的Witness•美国FlexsimSoftwareProducts公司开发的Flexsim•美国BrooksAutomation公司开发的AutoMod•美国ImagineThat公司开发的Extend•美国ProModel公司开发的ProModel•以色列Tecnomatix公司开发的eM-Plant8.1概述6（1）Arena•Arena是由美国SystemsModeling公司于1993年开始基于仿真语言SIMAN及可视化环境CINEMA研制开发并推出的一款可视化、交互集成式的商业化仿真软件，目前属于美国RockwellSoftware公司的产品。•Arena在仿真领域具有较高的声誉。其应用范围十分广泛，覆盖了包括生产制造过程、物流系统及服务系统等在内的几乎所有领域。•Arena软件的主要特点：•①可视化柔性建模。•②输入/输出分析器技术。•③定制与集成。8.1概述78.1概述8（2）Witness•Witness是由英国Lanner公司开发的一款功能强大的仿真软件系统，它既可以应用于离散事件系统仿真，同时又可以应用于连续流体（如液压、化工、水力等）系统的仿真，应用领域包括了汽车工业、食品、化学工业、造纸、电子、银行、财务、航空、运输业及政府部门等。•Witness软件的主要特点包括：•①采用面向对象的交互式建模机制。•②直观、可视化的仿真显示和仿真结果输出。•③灵活的输入/输出方式。•④建模功能强大，执行策略灵活。8.1概述9（3）Flexsim•Flexsim是由美国FlexsimSoftwareProducts公司推出的一款主要应用于对生产制造、物料处理、物流、交通、管理等离散事件系统进行仿真的软件产品。该软件提供了输入数据拟合与建模、图形化的模型构建、虚拟现实显示、仿真结果优化、生成3D动画影像文件等多种功能，并提供了与其他工具软件的接口。•Flexsim软件采用面向对象编程和OpenGL技术，具有如下几个突出的特点：•①使用对象来构建真实世界的仿真模型。•②突出的3D图形显示功能。•③开放性好、扩展性强。8.1概述10（4）AutoMod•AutoMod是由美国BrooksAutomation公司推出的一款主要应用于离散事件系统3D仿真的比较成熟的软件之一，它由仿真包AutoMod、用于实验和分析的AutoStat模块、用于制作内置3D动画的AutoView模块以及一些辅助模块组成。AutoMod适用于大规模复杂系统的计划、决策及其控制实验，主要面向各类制造和物料储运系统的建模与仿真，并可借助于其Tanks和Pipes等模块，提供对液体和散装材料流等连续系统建模与仿真的支持。•AutoMod软件的主要特点包括：•①采用内置的模板技术；②具有强大的统计分析工具；③提供了灵活的动态场景显示方式。8.1概述11（5）其他仿真软件•①Extend•②ProModel•③eM-Plant•除上述产品之外，在生产系统中常用的其它仿真软件还有Simul8、Quest以及Matlab/Simulink等。在实际的应用中，需要结合建模与仿真分析的目的、仿真运行的环境要求、供应商支持和产品文档等具体情况，并考虑各类仿真软件的自身特点与功能，来进行合适的选择。8.1概述128.2Arena的工作环境8.2.1Arena的系统要求•运行Arena7.0版本所需要的最低系统要求如下：•①MicrosoftWindows95（OSR-2）、Windows98、WindowsME、WindowsNT4.0（ServicePack5或更新的版本）、Windows2000或WindowsXP操作系统；•②带有ServicePack2的MicrosoftInternetExplorer4.01或更高的版本；•③用于阅读文件的AdobeAcrobatReader5.0或者更新的版本；•④不少于75MB~250MB的可用磁盘空间；•⑤64MBRAM或者更高；•⑥300MHz或以上的微处理器；•⑦分辨率至少为1024×768的显示器屏幕配置。138.2.2Arena的用户界面•Arena是一种典型的Windows操作系统应用软件。其标准化的界面风格、一般特征和操作等都与Windows操作系统相一致，因此非常便于为使用者所熟悉。•在完成Arena7.0的安装后（这里我们使用Arena7.0教学版），单击“开始”菜单中的“RockwellSoftware”“Arena7.0”“Arena7.01”项目（图8-2）或双击桌面上的Arena7.01快捷方式，即可启动进入Arena软件的用户界面，如图8-3所示。8.2Arena的工作环境14工具栏模型窗口中的流程图视图模型窗口中的电子数据表格视图状态栏项目栏8.2Arena的工作环境158.2.3Arena中的模块•在Arena中，用来构建仿真模型的基本单元称之为模块（Module）。它们存放在项目栏的各种面板中，用于定义仿真的流程和数据。模块又可分为流程图模块（FlowchartModule）和数据模块（DataModule）两大类。•流程图模块用于描述仿真模型的动态过程。如在基本操作面板中，可用的流程图模块主要有创建（Create）、清除（Dispose）、操作（Process）、决策（Decide）、赋值（Assign）、批量（Batch）、分离（Separate）和记录（Record）等。•数据模块定义了各种操作元素（如实体、资源和队列等）的属性。如在基本操作面板里，包含的数据模块有实体（Entity）、队列（Queue）、资源（Resource）、变量（Variable）、调度（Schedule）和集合（Set）等。8.2Arena的工作环境168.3Arena基本建模分析178.3.1流程图模块（1）Create模块•Create模块是一个仿真模型的起始点，用于产生到达系统的实体（这里代表零件毛坯）。8.3Arena基本建模分析18（2）Process模块•Process模块代表机器，包括资源、队列和实体延时（本例中指零件的加工处理）。8.3Arena基本建模分析19（3）Dispose模块•Dispose模块代表着实体从仿真模型中离开。8.3Arena基本建模分析20（4）Connecting模块•为了使零件从一个流程图模块流向另一个流程图模块，必须采用连接线将它们按特定的逻辑顺序连接起来，以建立起所有零件流经的序列。单击工具栏上的连接（Connect）按钮（）或选择菜单ObjectConnect，鼠标指针将变为十字线，单击源模块的出口点（ExitPoint）（）和目标模块的入口点（EntryPoint）（），即可进行连接。•但需要说明的是，在默认设置下，这些动画传输并不占用任何时间，即传输的时间默认为0（瞬时传输）。8.3Arena基本建模分析218.3.2数据模块（1）Entity模块•在上述Create模块中已经定义了一个实体类型为Part。此时，在项目栏单击数据模块Entity，就可以在电子数据表格视图中看到“Entity”列表中已经有了“Part”实体类型，如图8-12所示。8.3Arena基本建模分析22（2）Resource模块•在上述Process模块中定义了资源（本例中为钻床设备）后，单击项目栏中的Resource模块就可以查看“资源”数据表格，如图8-13所示。•在该数据表格中可对资源进行相应的设置，如对资源容量（Capacity）和资源故障（Failures）等进行定义。8.3Arena基本建模分析23（3）Queue模块•如果实体Part进入Process模块而钻床设备（DrillPress）处于忙碌状态，则该实体就必须进入队列等待。设置好Process模块后，在项目栏中点击Queue数据模块，“队列”数据表格就会出现在电子数据表格视图中，如图8-14所示。•在该数据表格中可以定义队列的各种属性，如本例中我们定义规则的类型（Type）为先进先出规则。8.3Arena基本建模分析248.3.3动画效果与图形绘制（1）制作资源与队列动画•在流程图视图中，位于Process模块上方的符号即是显示队列动画的地方。当在Process模块中指定某类实体需要“占用”（Seize）资源时，在该模块的上方就会出现这个图形。•在Process模块的右上方有一个符号，就是资源动画。在仿真运行的过程中，该动画图像将根据钻床设备处于“空闲”还是“忙碌”的状态的不同而改变。8.3Arena基本建模分析25•资源动画是通过动画（Animate）工具栏中的资源（Resource）按钮（）添加到仿真模型中来的。单击“Resource”按钮，就会弹出资源图形设置（ResourcePicturePlacement）对话框，我们可以从图形库（扩展名为.plb的文件，通常位于Arena7.0文件夹内）中根据资源的状态选出合适的图形来表示资源的不同动画，如图8-15所示。8.3Arena基本建模分析26（2）动态散点图•本例中的两个散点图是通过动画（Animate）工具栏中的散点图（Plot）按钮（）创建的。它们将在仿真运行的过程中被自动绘制出来，并且在仿真结束图像会消失。•单击散点图（Plot）按钮（），打开散点图的对话框，如图8-16所示。8.3Arena基本建模分析278.3.4设置仿真运行条件•通过菜单RunSetup，可打开“RunSetup”对话框，设置仿真运行的周期和重复仿真运行次数。8.3Arena基本建模分析28•在该选项卡中，用户可以定义项目标题、分析员姓名、项目描述和选择通过仿真运行要求输出的各种性能参数。•该对话框的“ReplicationParameters”选项卡，用于控制仿真的运行。8.3Arena基本建模分析298.3.5仿真运行与仿真报告输出•通过菜单RunGo，或单击标准（Standard）工具栏中的运行（Go）按钮（）可以开始仿真模型的运行。在第一次运行仿真模型时，Arena会自动对仿真模型进行错误检查（也可以通过菜单RunCheckModel或单击RunInteraction工具栏中的()按钮或按F4键来检查仿真模型错误）。如果存在错误，系统会发出警告，并给出一些查找和纠正错误的帮助信息。检查无误后，再次开始运行，即可观察到仿真模型运行的动态