系统建模与仿真实验指导书ⅠARENA二维仿真建模实验.pdf
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1、系统建模与仿真实验指导书I ARENA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一一装配线设计实验的成果一一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
2、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(D epart),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Micro
3、soft 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e1 1 F-t di E-w 6 rl-00 ioTo o ls0|伫庭Fo r Help,press Fl图3T 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
4、动元素将允许你使用现有的详尽的机器设备的 图形。当你改变了 Arena所使用的颜色,你可以把它们存储为Arena的颜料板,当然,你也可以打开最新存储的颜料板进行编辑。Arena的打印功能也在这一菜 单下。传送命令允许你将Arena里的或相关的活动模型邮寄出去。像其他在 Microsoft Windows系统下软件工具一样,Arena对最近用到的文件具有记忆功 能,你可以很快打开它们,最后,退出命令是退出Arena软件的方法之一。2 Edit菜单在该菜单下,你可以找到对Arena模型中各种对象的常用操作,你可以撤消前一 个操作或恢复撤消。你可以剪切或者复制选定的对象到剪切板并放置在任何地 方,包
5、括当前模型,其他模型,有时候甚至是另一个软件里的。粘贴命令允许你 将剪贴板里的内容输入到一个模型中;粘贴连接则能创造一个指向当前剪贴板中 源文件的连接。重复命令将对选中的对象进行复制,并放置在它旁边。删除命令 将对你所选中的对象进行暂时移除,通过全选和全部删除命令你可以将一个模型 中的全部内选中或删除。Arena中的寻找功能可以借助对全文搜索和条件灵敏度 来寻找所有的模块和动态对象;你也可以展示附加的对象属性,比如说它独特的 对象标签;如果你将一些文件连接到模型里,连接命令将告诉你它们的存在并允 许你对它们进行修改;插入新对象命令使你能够对来自其他工具里的东西,例如 图形和多媒体,进行安放,而
6、对象命令则能够让你对所引进的对象进行编辑。3 View菜单通过该菜单,你将能够完全控制如何将你的模型显示在屏幕上,也能将你所需要 的工具栏放置在屏幕上,zooming命令让你可以放大或缩小模型,如同是在不同 的海拔高度观看你的模型一样;zoom factor允许你设置每一次放大或缩小的 比例;views命令使你能对模型的视图进行设定;named views则能使你能够 定义,改变和使用你自己的视图;如果你想突出某一个部分,你可以用grid和 snap;layers使你能控制在编辑和运行期间要显示哪些类型的对象;toolbars 能让你设置一系列可以在屏幕上显示的操作按钮;使用status ba
7、r,你可以决 定是否在屏幕的底端显示水平工具条。4 Tools菜单Arena不仅具有仿真建模的功能,也有一套相关的软件工具。Model jump-start wizard能建立起一个基于输入的Arena简单模型,它能帮你快速地启动一项工 程,input analysis能对特殊化模型输入的观察数据的概率分布进行适配;output analysis将可以帮你对仿真结果进行合适的统计分析;scenario manager能够使你运行一批仿真模型,比如你想要对多个仿真模型进行比较,可 以在这里边进行设置并分析他们各自的运行结果;license summary 一项将向你 展示你安装的Arena产品的
8、商业信息;紧接着的一项是NO add-Ins它能列出所 有安装在add-ins文件里的可执行程序的清单,这些都是应用程序,如在Arena 里的自动演示任务;show visual basic editor将打开一个编辑窗口,在这个 编辑窗口里你可以编写与仿真模型相应的visual basic代码;这个功能将在第十 章里详细地谈到。最后,option这一项,你可以根据个人需要或爱好来改变或 个性化Arena中的任务。5 Arrange 菜单该菜单下的各条项是有关建模模块和图形的定位。只有最上面和最下面的两个命 令是用来构建模块的,B ring to front和Send to B ack是用来将
9、选中对象定 位在顶层或底层的,这是考虑到在有比较多对象的模型里,这些对象可能会叠合 在一起而使人混淆;Group和Ungroup两个命令则是在不影响对象的物理属性的 条件下,将各种对象按某种逻辑组合在一起或者将其拆散;如果你要对一个复杂 的,由各个单一对象组合起来的图形进行移动和复制的操作,那么你将用到 Grouping命令,Flip命令将会对选中的对象(或者对象的集合体)按所指定的 方向,排列在一条直线上;而Rotate则能将对象顺时针转过90度;6 Module 菜单该菜单主要介绍模型的逻辑模块以及它们所属的模板。Connect能够在模块间建 立起可视化的连接路线,并使实体按该路线运动;A
10、uto-connect则允许你在一 个新建的模块和另一个已选中的模块间进行自动连接;Smart-connect则可以在 三个水平/垂直方向上将新建连接画出来,而不仅仅是一条直线;模块面板能使 你把建摸的结构体粘贴到模板工具栏上,或者把不再需要的模型集拆散。命令可 以决定在屏幕上是否显示模块的名字或者只显示它的动态过程;我们可以对一个 模块进终态设定,也就是说当有实体到达它的时候,它能对整个仿真产生干扰,以便调试程序。7 Run菜单该菜单包括运行仿真的输入,检查,暂停,或则按演示和D EB UG的需要慢慢加速,这里提供了一些观看运行过程,观测运行结果,启动和控制如何运行以及在屏幕 上怎么显示的命
11、令,对于这一些功能我们将在后面更详细地谈到。8 Window 菜单如果你同时打开了几个模型窗口,你能将他们以层叠的形式Cascade组合起来,也可以选择不重叠的形式Tile,如果你将模型窗口都最小化,通过每个窗口左上 角的最小化按钮,你可以选择Arrange Icons来组织它们;Use System B ackground Color这一项能使模型的背景颜色变成你所指定的任何颜色而非 Arena默认的。如果你想恢复Arena默认的背景色,再选中该项一次就可以了。最后,你可以通过选中菜单栏底端的模型窗口清单激活某一个已经打开着的窗 口。9 Help菜单这是进入Arena在线帮助系统的一种方法。
12、如果你选中Topic,你将进入一个 文本框,里面有关于Arena的内容,索引,和为方便用户查找所要的话题的一 个查询系统。Using Help将描述在通常情况下如何使用Windows操作系统的帮 助.你粘贴到模板工具条上的建摸面板也将被罗列出,选中它们中的一个你就能 直接进入对该面板的帮助系统。Introduction,Tip of D ay和About Arena都将带你 回到的初始界面,在该界面里你能够得到各种各样的帮助和信息,比如说快速 预览启动,用与展示特定模型建模功能的SMARTS小模型库,全比例的模型例子,用户联系信息,你所用软件的系列号等。(二)、Common模板中的模块Arri
13、ve Depart Server Inspect I Arrive 1 Departi Serveri Inspect 1 Animate|目mulate Variables|Statistics Inspect 1_R图3-2 Common模板的主要模块-Arrive:实体到达。用于产生实体,设定实体到达的参数,例如到达时间间隔,批次,最大实体量,与下一个模块的连接等。Depart:实体离开。用于消除实体,并统计离开实体数目。Sever:工作机或服务台。用于对实体进行一定的操作,产生一定的时延,可 统计其忙闲状态,队列中的实体数目。Inspect:检验。对Sever出来的实体进行检验,以判定
14、实体是否达到预定要 求;通常拥有一个输入,两个输出一一合格品和不合格品输出,并可 根据需要设定合格率。Animate:对某一个设置的数据进行实时动态显示;显示的形式可以是直方图,散点图,或者数字变量形式,可以同时显示三种形式或者只显示一种或两 种.Simulate:仿真运行控制器.定义仿真开始时间,终止时间,仿真动画中用户自定 义的图形,一次仿真中副本仿真(replication)的数目;同时也设定了 仿真结果输出的表头结构,即执行仿真的日期,仿真的执行者,仿真模 型名称等.Variables:定义仿真系统中所需要的系统变量.Statistics:定义仿真结束后,系统根据用户需要而输出的数据.
15、具有一定的统计分 析功能,例如能从中得出均值,标准差等概率特征.第二节应用Arena仿真建模主要解决的四个问题:4)模型的建立5)参数设置:包括模块内参数设置和系统参数设置6)流程时间、成品率、废品率以及其方差设置和实现7)界面优化我们现在已经对Arena仿真软件有一定了解,下面我就演示一下用它来完成 一个简单生产制造过程的仿真建模过程。考虑一条简单的自动化流水线,零件以一定时间间隔到达2,经过一道加 工工序,加工时间服从负指数分布t二expo(1),后经过一道检验t二expo(0.5)概 率:合格品0.95,不合格品0.05,合格品进入成品库,不合格品进入废品库,中 间传输流程均为t=2,如
16、何完成仿真建模和参数设置?生产制造过程粗加工 检验0.25 返修 返修检验03负指1.5废品检验0.75负指次修检验0.7负指1.5终检口.05 t=l平均时间精加工0.6终检0.95成品t=l精加工0.4 t=14已知零件到达时间间隔为4s,到达粗加工车间需要4s,研究的问题:1、零件从源点B到达节点1(废品)和节点2(成品)的概率;这相当于生产 过程的废品率和成品率;2、零件从源点B到达节点1(废品)和节点2(成品)的时间是随机变量,其 平均时间相当于生产过程的平均废品工时和平均生产周期,其方差表明该生 产阶段的稳定程度;经过解析算法得到:合格品的平均加工工时为E(t)=2 0.383 s
17、,方差为1.432,概率为0.87废品的平均加工工时为E(t)=14.637 s,方差为4.857)概率为0.13一、建模:1、从图上可知,该系统需要1个输入(Aive),两个输出(D epart),中间 有4道加工操作(Sever),4道检验操作(Inspect),据此,我们建立系统 模型2、从图上各模块之间的相互关系建立他们之间的联系3、画出加工路线以便观察二、参数设置:包括模块内参数设置和系统参数设置1、模块内参数:依据所给时间参数设置模块内参数2、系统参数设置:关系到仿真运行的参数设置,仿真量、数目、时间、速度三、我们所需要计算分析的成品、废品流程时间,方差,概率等的设置四、美化:工具
18、画图作业Ex.半导体材料加工的随机网络(GERT)模型Materia7(0.1,0.12)Tes)0.75N(0.5,0.12Slice 0.12Test 0.20t=0.1Slice 0.85 N(0.25,0.22)t三0.2 Superior 5 nferiorOuestio nSlice 0.03 t=0.25Wastage1、合格品(Superior)的平均时间及概率特征?2、次品(Inferior)的平均时间及概率特征?3、材料损耗(Wastage)率?耗费工时?已知材料达到时间间隔t=2经过解析算法得到:合格品的平均加工工时为E(t)=2.255 hour,方差为0.632,概率
19、为0.895次品的平均加工工时为E(t)=2.11 hour,方差为0.632,概率为0.063废品的平均加工工时为E(t)=2.06 hour,方差为0.6(A概率为0.042要求:1)模块连接正确,仿真运行符合预定指标2)参数设置无误,结果分析中应该有题干要求的数据3)可视化效果好存在的几个问题:1、Process time:由于操作所带来的时间延迟,例如加工、检验所需要的操作时间Route time:路程时间,由于传输距离的存在,在制品需要在节点之间耗费的时间两者的含义是不一样的,只有Process time,而没有Route time,产生的 结果就是我们看不见材料的移动过程;但是,如
20、果只有Route time,没有Process time,我们却还可以看见材料的移动路径,所以,更多的时候,在系统没有给出 Route time的情况下,我们更倾向于将Process time看作Route time,而将Process time设为0,这样的好处就是可以清晰看见材 料的移动路径,又不改变系统的时间属性(考虑流程时间,标准差,概率不会因 此而改变)2、系统中所有函数默认的是标准差(St.d),而没有方差(D),所以输入函数的时 候要注意。3、我们做的只是生产系统的一部分,我们可以把这一部分打包起来,有一个框 架把它围起来,形成一个车间或分厂,再把多个车间或分厂首尾相接连起来(后
21、 车间的Arrive与前车间的D epart相连接)可以了,通过这样一个一个模块、车间的堆叠,最终形成完整的企业生产模型II TARA三维系统仿真实验TARA建模仿真实验指导书本次实验是运用taraVRbuilder软件来进行一次物流规划仿真模拟设计,taraVRbuilder是 一款运用虚拟现实技术进行三维建模和模拟基于时间的传输、物流和保管、仓储物资的软件 工具。它的应用领域包括销售支持、计划、工程规划以及档案整理等。它的特色在于用户可 以再不具备特别的编程和三维设计技能的情况下,简便快捷的创造虚拟、三维的动画场景。学会运用此软件,将方便我们对物流系统的规划和设计。1实验名称:出入库系统设
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