管理建模與仿真實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書：witness簡介

1、管理建模與仿真仿真軟件Witness簡介Witness仿真軟件是由英國lanner公司推出的功能強(qiáng)大的仿真軟件系統(tǒng)。它可以用于離散事件系統(tǒng)的仿真，同時(shí)又可以用于連續(xù)流體（如液壓、化工、水力）系統(tǒng)的仿真。目前已成功運(yùn)用于國際數(shù)千家知名企業(yè)的解決方案項(xiàng)目，有機(jī)場設(shè)施布局優(yōu)化、機(jī)場物流規(guī)劃、電氣公司的流程改善、化學(xué)公司的供應(yīng)鏈物流系統(tǒng)規(guī)劃、工廠布局優(yōu)化和分銷物流系統(tǒng)規(guī)劃等。Witness的安裝與啟動(dòng)：安裝環(huán)境：推薦P4 1.5G以上、內(nèi)存512MB及以上、獨(dú)立顯卡64M以上顯存，Windows98、Windows2000、Windows NT以及Windows XP的操作系統(tǒng)支持。安裝步驟：將Wit

2、ness2003系統(tǒng)光盤放入CD-ROM中，啟動(dòng)安裝程序；選擇語言（English）；選擇Manufacturing或Service；選擇授權(quán)方式（如加密狗方式）。啟動(dòng)：按一般程序啟動(dòng)方式就可啟動(dòng)Witness2003，啟動(dòng)過程中需要輸入許可證號。Witness2003的用戶界面：系統(tǒng)主界面：正常啟動(dòng)Witness系統(tǒng)后，進(jìn)入的主界面如下圖所示：主界面中的標(biāo)題欄、菜單欄、工具欄狀態(tài)欄等的基本操作與一般可視化界面操作大體上一致。這里重點(diǎn)提示元素選擇窗口、用戶元素窗口以及系統(tǒng)布局區(qū)。元素列表窗口：共有五項(xiàng)內(nèi)容，分類顯示模型中已經(jīng)建立和可以定義的模型元素。Simulation中顯示當(dāng)前建立的模型中的

3、所有元素列表；Designer中顯示當(dāng)前Designer Elements中的所有元素列表；System中顯示系默認(rèn)的特殊地點(diǎn)；Type中顯示W(wǎng)itness系統(tǒng)中可定義的所有元素類型；System Function中顯示W(wǎng)itness系統(tǒng)中可以定義的所有函數(shù)類型。用戶元素窗口：系統(tǒng)提供的默認(rèn)用戶元素窗口中提供了各種元素的可視化效果的定義，不過在建模過程中，當(dāng)這些缺省的設(shè)置不能很好的表示實(shí)際系統(tǒng)時(shí)，用戶可以在該窗口定義自己的相關(guān)元素的名稱、可視效果等，保存以便日后使用。定義方法可以鼠標(biāo)右擊頁框標(biāo)題，將出現(xiàn)彈出式菜單，其中可以添加、重命名、刪除、加載原有設(shè)計(jì)元素組等項(xiàng)目。向頁框中添加自定義元素的步

4、驟一般分為Define、Display、Detail三步。自定義元素設(shè)定完畢后，需要保存成*.des文件，通過菜單File/save As，然后選定文件類型為Designer Element Files(*.des)，輸入文件名即可。系統(tǒng)布局區(qū)：也叫系統(tǒng)布局窗口，在布局窗口中，設(shè)置實(shí)際系統(tǒng)構(gòu)成元素的可視化效果以及它們的二維相對位置，可以清楚的顯示實(shí)際系統(tǒng)的平面布局圖。Witness一共提供了八個(gè)窗口，可以通過這些窗口，使提仿真項(xiàng)目以不同的角度顯示其可視化效果。對系統(tǒng)布局窗口的設(shè)置主要有三項(xiàng)內(nèi)容：添加元素、設(shè)置窗口名稱及窗口背景色。如何添加元素在實(shí)驗(yàn)步驟中介紹。設(shè)置窗口名稱及窗口背景色可以通過菜

5、單Window/Control,如下圖所示。Witness建模元素：現(xiàn)實(shí)商務(wù)或事物系統(tǒng)總是有一系列相互關(guān)聯(lián)的部分組成的，如制造系統(tǒng)中的原材料、機(jī)器設(shè)備、倉庫、運(yùn)輸工具、人員、加工路線等，服務(wù)系統(tǒng)中的顧客、服務(wù)臺、服務(wù)路線等。Witness軟件使用與現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)相同的事物組成相應(yīng)的模型，通過運(yùn)行一定的時(shí)間來模擬系統(tǒng)的績效。模型中的每個(gè)部件被稱為“元素（Element）”。該仿真軟件共有五類元素來構(gòu)建現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的仿真模型：離散型元素：它是為了表示所要研究的現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中可以看得見的、可以計(jì)量個(gè)數(shù)的物體，一般用來構(gòu)建制造系統(tǒng)和服務(wù)系統(tǒng)等。主要包括：零部件（Part）：可以代表在其它離散型元素間移動(dòng)的任何事物。

6、零部件進(jìn)入模型有兩種方式：一是被動(dòng)式，即被動(dòng)地等其它元素來??；二是主動(dòng)式，即零部件主動(dòng)地以固定時(shí)間間隔、不規(guī)則的時(shí)間間隔、隨機(jī)的時(shí)間間隔等形式進(jìn)入模型。機(jī)器(Machine)：機(jī)器是獲取、處理零部件并將其送往目的地的離散型元素，如一臺車床、一個(gè)機(jī)場登記服務(wù)臺、一個(gè)機(jī)器人焊接工等。有7種機(jī)器來建立不同類型處理過程的模型：單處理機(jī)(single)，一次處理一個(gè)零部件；批處理機(jī)（batch），一次處理多個(gè)零部件；裝配機(jī)（assembly），將多個(gè)零部件組裝成一個(gè)組件輸出；生產(chǎn)機(jī)（production），一個(gè)零部件輸入后產(chǎn)生多個(gè)輸出；通用機(jī)（general），輸入一批零部件，輸出的是相同數(shù)目或不同數(shù)目

7、的一批零部件；多周期處理機(jī)（multiple cycle），模擬機(jī)器衽的是經(jīng)過許多獨(dú)立的處理周期來完成一次操作；多工作站機(jī)（multiple station），它有多個(gè)不同的部件加工位置，每個(gè)部件將依次通過每一個(gè)工作站，完成一系列的工序。輸送鏈(Conveyor)：是實(shí)現(xiàn)帶傳送和滾軸傳送的離散元素，在設(shè)計(jì)輸送鏈時(shí)，可以對它的長度、最大容量、部件移動(dòng)每單位長度所需的時(shí)間等項(xiàng)進(jìn)行設(shè)定。它有固定式和隊(duì)列式兩種。固定式（Fixed），保持其上面零部件間距不變的輸送鏈；隊(duì)列式（Queuing），這種輸送鏈允許部件累積，假如該輸送鏈上的部件被阻塞，部件仍不斷滑向一起，直到這個(gè)輸送鏈被塞滿。緩沖區(qū)（Buff

8、er）：用于存入零部件的被動(dòng)型元素，它既不能主動(dòng)獲取零部件，也不能主動(dòng)送出零部件。一般是將緩沖區(qū)與機(jī)器相結(jié)合，成為機(jī)器的輸入或輸出緩沖區(qū)。車輛（Vehicle），用來將一個(gè)或多個(gè)零部件從一個(gè)地點(diǎn)運(yùn)送到另一個(gè)地點(diǎn)，如卡車，起重機(jī)、鏟車等。車輛必須沿著軌道（Track）行動(dòng)。軌道（Track），一種代表車輛運(yùn)輸部件時(shí)所遵尋的路徑。軌道是單向的，車輛在“尾部（rear）”進(jìn)入并向“前部（front）”運(yùn)動(dòng)。勞動(dòng)者（Labor）：勞動(dòng)者是代表資源，負(fù)責(zé)對其它元素進(jìn)行處理、裝配、修理或清潔的離散型元素，如機(jī)器人，工具等?？梢詫δＰ椭械膭趧?dòng)者設(shè)置班次，用不同的工作方式，休息和加班時(shí)期來進(jìn)行試驗(yàn)。勞動(dòng)者具有

9、使用優(yōu)先權(quán)。路徑（Parth），是設(shè)定零部件和勞動(dòng)者（或其它資源）從一個(gè)元素到達(dá)另一個(gè)元素的移動(dòng)路線的離散型，在模型中用它來代表現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)中行程的長度和實(shí)際路線。模塊（Module），根據(jù)模型設(shè)計(jì)和分析的需要將模型中其它一些元素集合在一起，形成一個(gè)模塊。連續(xù)型元素：用來表示加工或服務(wù)對象是流體的系統(tǒng)，如化工、飲料等。主要包括：流體（Fluid）；管道（Pipe）；處理器（Processor）；容器（Tank）。運(yùn)輸邏輯型元素：主要用于建立物料運(yùn)輸系統(tǒng)，包括：運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)（Network）：由一系列的路線，工作站和單件運(yùn)輸小車組合在一起構(gòu)成。分為自動(dòng)提供能量和路線集提供能量兩種類型。使用運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)必須注

10、意兩點(diǎn)，一是在同一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中，只能使用路線集，工作站和單件運(yùn)輸小車；二是網(wǎng)絡(luò)所應(yīng)用的類型和班次也被應(yīng)用于所有配置在該網(wǎng)絡(luò)中的路線集，單件運(yùn)輸小車和工作站。單件運(yùn)輸小車（Carriers）：單件運(yùn)輸小車沿線集或工作站來運(yùn)輸部件，它的運(yùn)輸方式取決于網(wǎng)絡(luò)的類型。使用單件運(yùn)輸小車應(yīng)注意七點(diǎn)：一是每個(gè)小車的搬運(yùn)量只能是一個(gè)部件；二是小車可以從一個(gè)網(wǎng)絡(luò)移動(dòng)到另一個(gè)網(wǎng)絡(luò)；三是可以在每個(gè)網(wǎng)絡(luò)中使用多個(gè)類型的單件運(yùn)輸小車；四是小車只有在路線集提供能量的網(wǎng)絡(luò)中才能跨越式運(yùn)動(dòng)；五是一個(gè)單件運(yùn)輸小車的入口規(guī)則支持“PUSH，PERCENT和SEQUENCE”輸出規(guī)則；六是可以把一個(gè)小車從一個(gè)模塊推到另一個(gè)模塊；七是當(dāng)定

11、義一個(gè)小車的時(shí)候，必須把它配置到網(wǎng)絡(luò)中去（注：WITNESS只有在模型運(yùn)行時(shí)才去檢查這一點(diǎn)）。路線集（Section）：是一種代表單件運(yùn)輸上車所走路徑的提供動(dòng)力的單體要素。在模型中，路線集是網(wǎng)絡(luò)的組成部分。工作站（Station）：是代表一個(gè)點(diǎn)的提供動(dòng)力的單體要素，該點(diǎn)在路線集的起始或末尾，在這個(gè)點(diǎn)上，可以對單件運(yùn)輸小車或者其里面的部件實(shí)施操作。共有四種類型的工作站：基站（Basic）、裝載站（Loading）、卸載站（Unloading）、停泊站（Parking）。邏輯元素：邏輯元素用來處理數(shù)據(jù)、定制報(bào)表、建立復(fù)雜結(jié)構(gòu)的元素，通過這些可以提高模型的質(zhì)量和實(shí)現(xiàn)對具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)的建模。主要包

12、括：屬性（Attribute）：屬性是反映單個(gè)部件、勞動(dòng)者或者單件運(yùn)輸小車特性的元素?？梢栽诜抡孢^程中改變屬性的值，屬性的值可以變量也可以常數(shù)。變量（Variable）：變量的的數(shù)據(jù)類型有整型、實(shí)數(shù)型、名型和字符型四種。WITNESS中系統(tǒng)變量、全局變量和局部變量三種類型。分布（Distribution）：用來代表從“現(xiàn)實(shí)世界”搜集的數(shù)據(jù)在模型中具有規(guī)律的變化。在建立模型時(shí)，既可以根據(jù)自己搜集的數(shù)據(jù)情況采用自定義分布，也可以采用WITNESS提供的最適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)分布。函數(shù)（Function）：函數(shù)元素是能返回有關(guān)模型狀態(tài)的信息或者使得模型顯得更具有真實(shí)性的一組命令集合。WITNESS提供了大量能

13、直接使用的函數(shù)，同時(shí)也能創(chuàng)建自己的函數(shù)。文件（File）：它是可以使我們從仿真模型外部將數(shù)值輸入模型（從一個(gè)“READ”型文件）或從模型中輸出值（到一個(gè)“WRITE”型文件）的一個(gè)元素。如，我們能從其它軟件生成的文件讀入如周期時(shí)間這樣的值，或者生成適當(dāng)?shù)膱?bào)告。零部件文件(Part file)：“READ ”型零部件文件是從外部數(shù)據(jù)文件讀入零部件清單到模型中去的一個(gè)邏輯元素?！癢RITE ”型零部件文件是將零部件清單寫入外部文件的邏輯元素。零部件文件可用于從一個(gè)模型中生成輸出，然后將其用于另一個(gè)模型中。零部件文件對于追溯零部件離開仿真的確切時(shí)間和零部件在那時(shí)的屬性值也是很有用的。使用零部件文件必

14、須注意兩點(diǎn)：一是不要在一個(gè)不要在一個(gè)仿真運(yùn)行時(shí)對同一個(gè)文件進(jìn)行讀和寫的操作。二是假如有兩個(gè)模型在仿真運(yùn)行，應(yīng)該保證它們不對同一個(gè)文件進(jìn)行寫入操作，但是從同一個(gè)文件中讀出是可行的。班次（Shift）：是一個(gè)能用來創(chuàng)建一個(gè)班次模式或一系列班次模式的邏輯元素，它作用于一連串的工作和非工作時(shí)期。其它元素仿真班次工作時(shí)可以引用班次模式。圖形元素：圖形元素可以將模型的運(yùn)行績效指標(biāo)在仿真窗口動(dòng)態(tài)的表現(xiàn)出來。主要包括：時(shí)間序列圖（Time series）：時(shí)間序列圖是以圖形方式來畫出仿真隨時(shí)間變化的值，從而表現(xiàn)仿真結(jié)果的圖形元素。垂直的Y 軸代表值，水平的X 軸代表時(shí)間。餅狀圖(Pie chart)：餅狀圖用

15、來在仿真窗口表示仿真結(jié)果，顯示如何使用一個(gè)或一組元素的圖形元素。例如，我們可以用一個(gè)餅狀圖來分塊表示一個(gè)給定時(shí)段的空閑時(shí)間，裝配時(shí)間和工作時(shí)間。直方圖（Histogram）：直方圖是一種在仿真窗口用豎條式的圖形來表示仿真結(jié)果的圖形元素。在模型中適當(dāng)?shù)牡胤轿覀兛梢杂谩皉ecord ”、“drawbar ”、“addbar ”行為在直方圖中記下值。Witness中的規(guī)則：我們一旦在模型中創(chuàng)建了元素，就必須說明零部件，流體，車輛和單件運(yùn)輸小車在它們之間是怎樣流動(dòng)以及勞動(dòng)者是怎樣分配的，這就要用到規(guī)則。WITNESS共有三類不同的規(guī)則：輸入規(guī)則（input rules）：指零部件進(jìn)入系統(tǒng)或進(jìn)入某個(gè)模型

16、元素的規(guī)則。如是主動(dòng)進(jìn)入還是被動(dòng)拉入。設(shè)置輸入規(guī)則有兩種方式：一是通過元素細(xì)節(jié)（detail ）對話框中的“FROM ”按鈕；二是通過Element 工具欄上的“Visual Input Rules ” 圖標(biāo)，彈出如下所示的輸入規(guī)則對話框，然后進(jìn)行輸入規(guī)則的設(shè)定：輸出規(guī)則（output rules）：輸出規(guī)則用于設(shè)定當(dāng)前元素中的零部件、流體、車輛和單件運(yùn)輸小車輸出的目的地和數(shù)量以及輸出方式。輸出規(guī)則的設(shè)定方式與輸入規(guī)則在致相同。勞動(dòng)者規(guī)則（labor rules）：用于詳細(xì)說明實(shí)體元素為完成任務(wù)所需要的勞動(dòng)者類型和數(shù)量。有三種勞動(dòng)者規(guī)則：一是NONE規(guī)則，表示該元素不需要?jiǎng)趧?dòng)者；二是MATCH

17、規(guī)則，用來為某個(gè)元素完成的任務(wù)按給定規(guī)則匹配所需的勞動(dòng)者。三是WAIT規(guī)則，定義一個(gè)元素如何等待。WITNESS的建模與仿真過程： （1）定義系統(tǒng)元素：可以通過在布置窗口中點(diǎn)鼠標(biāo)右鍵，選定快捷菜單中的“define ”菜單項(xiàng)，來定義模型基本元素的名稱、類型、數(shù)量； （2）顯示系統(tǒng)元素：在定義了元素的基礎(chǔ)上，要定義元素在各種狀態(tài)下的現(xiàn)實(shí)圖形。本步驟可以通過右擊要定義顯示特征的元素，通過選定彈出式菜單中的“display ”菜單項(xiàng)，來進(jìn)行設(shè)定。各種元素的平面布置可以在witness 的布置窗口中設(shè)定，也可以通過導(dǎo)入被仿真系統(tǒng)設(shè)施布置圖的.dwg 文件來設(shè)定。（3）詳細(xì)定義：本步驟詳細(xì)定義模型基本元

18、素工作參數(shù)以及各元素之間的邏輯關(guān)系，如系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、被加工對象在各臺機(jī)器上的加工時(shí)間分布、加工對象的工藝路線、以及其他規(guī)則等?？梢噪p擊鼠標(biāo)左鍵，通過彈出的“detail ”對話框來設(shè)定。（4）運(yùn)行：通過試運(yùn)行和修改模型，重復(fù)前三步得到正確的計(jì)算機(jī)仿真模型之后，對系統(tǒng)進(jìn)行一定時(shí)間范圍的運(yùn)行，并在屏幕上動(dòng)畫顯示系統(tǒng)運(yùn)行的過程，運(yùn)行方式可以是單步的、連續(xù)的和設(shè)定時(shí)間的。本步驟通過witness 提供的“run ”工具欄來進(jìn)行操作。（5）報(bào)告：系統(tǒng)運(yùn)行一段時(shí)間后，顯示系統(tǒng)中各元素的運(yùn)行狀態(tài)統(tǒng)計(jì)報(bào)告。通過該報(bào)告，可以分析系統(tǒng)中可能存在的各種問題；或通過某項(xiàng)指標(biāo)，來比較可選方案的優(yōu)缺點(diǎn)。如機(jī)器的利用率、產(chǎn)品的通過時(shí)間、在制品庫存等。該操作通過使用“reporting ”工具欄來實(shí)現(xiàn)。（6）歸檔：witness 還提供了歸檔“documentor ”模塊