系統(tǒng)仿真及ServiceModel簡介

系統(tǒng)仿真及ServiceModel簡介系統(tǒng)仿真的研究對彖是具冇獨3/.1亍為規(guī)律的系統(tǒng)”系統(tǒng)就是指和互聯(lián)系丈Ml互作用的對象的有機組合。機場就是一個系統(tǒng)，機場系統(tǒng)是一個復雜的系統(tǒng)，由許多子系統(tǒng)組成：跑道系統(tǒng)、滑行道系統(tǒng)、停機坪系統(tǒng)、候機樓、停車場、道路交通系統(tǒng)等。對于一個系統(tǒng)來說，不論是人是小，都必然存在三個要素，即實體、屬性和活動叫<1>系統(tǒng)實休是組咸系統(tǒng)的具體對象。例如，機場系統(tǒng)中的航空器、旅客、貨物、地面服務(wù)車輛等。系統(tǒng)中的各個實體既有一定的相對獨立性，又相互聯(lián)系構(gòu)成一個整體。屬性是指實體所具有的特性。例如機場系統(tǒng)中航空器的滑行速度、機型類別等.活動是指隨著時間的推移，在系統(tǒng)內(nèi)部由于各種原因而發(fā)生的變化過程。例如，航空器滑行速度和方向的變化等。系統(tǒng)是在不斷運動、發(fā)展、變化的，不是孤立存在的。機場系統(tǒng)是不斷運動、發(fā)展、變化的系統(tǒng)，它每年旅客吞吐量在不斷増長，服務(wù)的航班架次不斷増加，航空器的機型不斷改變。機場系統(tǒng)和其它系統(tǒng)相互聯(lián)系.相互影響，機場系統(tǒng)影響附近的城市地面交通系統(tǒng)，機場系統(tǒng)的噪音也對周邊的壞境產(chǎn)生負面影響。e）模般模型是現(xiàn)實系統(tǒng)的一個抽象，用以簡化地描述現(xiàn)實系統(tǒng)的本質(zhì)屬性，它必須反映實際，又必須高于實際，是一切客觀事物及其運動形態(tài)的特征和變化規(guī)律的一種定量抽象，是在研究范圍內(nèi)更普遍更集中更深刻地描述實體特征的工具。模型是相對應(yīng)的真實對象和真實關(guān)系的特性的抽象，是對系統(tǒng)某些本質(zhì)方面的描述。一般來說，系統(tǒng)模型具有一些性質(zhì)：相似性，模型與所研究系統(tǒng)在屬性上具仃和似的特性利變化規(guī)律;簡單性,在模型的建.V.過榨屮忽略一些次咚因素和某些非可測的因素：多面性，研究的目的不同，所要收集的與有關(guān)的信息也不相同，所以用來表示系統(tǒng)的模型并不是唯一的?在模型建立中一般要遵循以卜?一些基本原則：清晰性。一個復雜的系統(tǒng)是由許多子系統(tǒng)組成的，因此對應(yīng)的系統(tǒng)模型也是由許多子模型構(gòu)成的。在子模型Z間除了研究所必需的信息外，相互耦合要盡可能少，結(jié)構(gòu)盡可能清晰。相關(guān)性。模型I應(yīng)該只包括系統(tǒng)屮與研究目的有關(guān)的信息。與研究目的無關(guān)的信息包含在系統(tǒng)模型屮雖然沒有很人的害處，但是會增加模型的復雜性，所以應(yīng)該剔除與研究目的無關(guān)的信息。準確性。建立系統(tǒng)模型時，應(yīng)該考慮所收集的、用以建立模型的信息的準確性，包拈確認所應(yīng)用的原理、理論的正確性和應(yīng)用范|書|,以及檢驗建模過根屮對系統(tǒng)所做假設(shè)的合理性。（3） 仿真從一般意義上講?，系統(tǒng)仿真可以理解為對一個已經(jīng)存在或詢不存在但正在開發(fā)的系統(tǒng)進行系統(tǒng)特性研究的綜合科學。對丁?實際系統(tǒng)不存在或已經(jīng)存在但無法在現(xiàn)有系統(tǒng)上直接進行研究的情況，只能設(shè)法構(gòu)造出既能反映系統(tǒng)特征又能符合系統(tǒng)研究要求的系統(tǒng)模型，并在該系統(tǒng)模型上進行所關(guān)心的問題研究，揭示已有系統(tǒng)和未來系統(tǒng)的內(nèi)在特性、運行規(guī)律、分系統(tǒng)Z間的關(guān)系并預測未來。系統(tǒng)仿真跟據(jù)研究對彖分成連續(xù)系統(tǒng)仿真和離散事件系統(tǒng)仿真［】刃。連續(xù)系統(tǒng)是指系統(tǒng)的狀態(tài)隨時間連續(xù)變化的系統(tǒng)；離散事件系統(tǒng)的特點是系統(tǒng)的狀態(tài)變化只是在離散的I甘I'l>J點上發(fā)生，且發(fā)生時刻往往是隨機的，系統(tǒng)的狀態(tài)變化是由隨機事件驅(qū)動的。系統(tǒng)、模型、仿真三者Z間有著十分密切的關(guān)系。系統(tǒng)是研究刈象，模型是系統(tǒng)特性的描述，仿真則包括建立模型及對模型進行試驗兩個過程。（4） 計算機仿真所謂計算機仿真⑹，其實質(zhì)就是建立仿真模型和在計算機上對所研究系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能和行為以及參與系統(tǒng)控制的主動者一人的思維過程、行為，結(jié)合實際的或模擬的環(huán)境條件進行研究、分析和實驗的技術(shù)。計算機仿真包括3個要素岡,即系統(tǒng)、模型、計算機。聯(lián)系這三個要素的基本活動：系統(tǒng)模型建立、仿真模型建立和仿真實驗。圖2.1描述了計算機仿真三要素即三個基本活動的關(guān)系。圖2.1計算機仿真三要索關(guān)系2.1.2離散事件系統(tǒng)仿真離散事件系統(tǒng)的仿真岡就是按照實際的匸作流程，在規(guī)定的時1>>J內(nèi)順序改變實體或設(shè)備的狀態(tài)。工作流程是指實體在整個仿真過程屮活動的順序。每發(fā)生一個事件，系統(tǒng)的狀態(tài)就發(fā)生一次變化。在實際活動屮，事件的發(fā)生不是連續(xù)的，發(fā)生時間的flU隔也不相等，而是具有隨機性。機場生產(chǎn)流程系統(tǒng)是離散事件系統(tǒng)，I天I為旅客到達機場的時間是隨機的，值機的服務(wù)時間是隨機的，旅客等待服務(wù)的時間也是隨機的,生產(chǎn)流程系統(tǒng)中的變最人多數(shù)是隨機的。離散事件系統(tǒng)仿真方法分為兩類：面向過程的離散事件系統(tǒng)仿真和面向?qū)﹀璧碾x散事件系統(tǒng)仿真。機場生產(chǎn)流程仿真采用面向過程的仿真方法,研究仿真過程中發(fā)生的事件以及實體的活動，事件或活動的發(fā)生是順序的。值機服務(wù)就是離散事件系統(tǒng)，假設(shè)有一個值機柜臺，在工作時間內(nèi)，如果沒有旅客辦理值機手續(xù)，則值機柜臺“閑”；如果有旅客辦理手續(xù)，則工作人員為旅客服務(wù)，值機柜臺為“忙”狀態(tài)。如果旅客到達值機柜臺時，已經(jīng)有旅客在接受服務(wù)，則新到的旅客排隊等候。圖2.2是值機服務(wù)的實體流程圖。這個簡單值機服務(wù)的所有對彖組成了一個離散事件系統(tǒng)。旅客到達值機柜臺時間、值機服務(wù)時間都是隨機的。在這個離散事件系統(tǒng)中，實體是需要辦理值機手續(xù)的旅客。事件狀態(tài)有值機柜臺“忙”或“閑”，服務(wù)隊列的旅客人數(shù)。系統(tǒng)的活動有旅客接受服務(wù)和旅客等待。圖2.2值機柜臺服務(wù)的實體流程圖2.2SeiviceModel軟件2.2.1應(yīng)用簡介系統(tǒng)仿真軟件使設(shè)計者或管理者能夠通過試驗對不同的設(shè)計方案和運作戰(zhàn)略進行比較，從整個系統(tǒng)的角度出發(fā)來評價各個方案和運作戰(zhàn)略的性能指標以及対系統(tǒng)整體的影響。ServiceModel就是具有這種應(yīng)用功能的一款系統(tǒng)仿真軟件。ServiceModel是由美國PROMODEL公司開發(fā)出來用卩構(gòu)造多種生產(chǎn)、服務(wù)和系統(tǒng)模型的計算機模擬工具,也是美國和歐洲使用最廣的系統(tǒng)模擬軟件Z—。它能夠精確地建立一個具有資源配置隨機性、不確定性和相互依賴性的經(jīng)營過程的模型，具有為設(shè)計者提供連續(xù)或離散事件的、動態(tài)的和隨機的分析功能。該工具可應(yīng)用丁?商業(yè)、工業(yè)、服務(wù)業(yè)、計算機科學等領(lǐng)域，在服務(wù)業(yè)，則適用于銀行、咨詢、政府、交通運輸、保險、零仔等各種行業(yè)［列。SeiviceModel為工程師、管理者和設(shè)計者提供了一種不需花費人量時間、金錢在現(xiàn)實的系統(tǒng)上做實驗，就可以直接評估系統(tǒng)設(shè)計和改造方案的新方法。SeiviceModel以資源利用率、生產(chǎn)能力、生產(chǎn)效率等作為指標，并以曲線圖、狀態(tài)圖和柱狀圖的形式，為使用者分析建立的虛擬工作壞境的工作效率和改進空間。對丁?服務(wù)性系統(tǒng)，SeiviceModel關(guān)注的是系統(tǒng)服務(wù)能力、等待區(qū)容最、顧客服務(wù)時間、員工工作效率、交通工具班次等等,為管理者提供當前系統(tǒng)運行的信息。對于一個新系統(tǒng),SeiviceModel也能夠針對服務(wù)柜臺數(shù)量、通道數(shù)量、最佳顧客服務(wù)能力，為使用者提供建議方案。SeiviceModel功能強人、使用簡便。系統(tǒng)提供了人性化的操作接II環(huán)境，只要利用鍵盤或鼠標根據(jù)功能項目選擇所需的建模工具、工作組件及操作設(shè)定，就可以不需撰寫任何程序，完成系統(tǒng)仿真的設(shè)計。定義整個系統(tǒng)的輸入輸出、包裝、加工等作業(yè)流程，以及流程的邏輯和運作優(yōu)先規(guī)則，都能借助丁?設(shè)定參數(shù)或利用條件變乗而彈性調(diào)整，也可以利用外在的程序語言控制，來改變系統(tǒng)的狀態(tài)。例如：在仿真整個系統(tǒng)的運作流程屮，人員、機器、物資等都能利用系統(tǒng)提供的傳輸模塊設(shè)定速度、容駅、啟動速度、運作順序、方向等。此外ServiceModel也提供簡單且易讀的統(tǒng)計圖、統(tǒng)計報表文件，因而町方便、直觀的了解現(xiàn)實系統(tǒng)的運行情況。一些常見的SeiviceModel應(yīng)用包括：產(chǎn)能規(guī)劃、瓶頸分析、場地布置規(guī)劃、設(shè)定運作流程等。2.2.2SeiviceModel基本仿真元素SeiviceModel所提供的用來描述系統(tǒng)(構(gòu)成模塊)的基本仿真元素分為兩類：結(jié)構(gòu)部件和運算元素。2.2.2.1結(jié)構(gòu)元素在很人程度上，系統(tǒng)屮的模型對象，如設(shè)備、人員、被加工產(chǎn)品和工作場地，都是結(jié)構(gòu)元素。具體包括以卜?四個元素⑺：實體(Entity)：系統(tǒng)中處理的對彖或生產(chǎn)單尤。在模塊中，需定義所何在系統(tǒng)中移動的個體，如原料、半成品、成品等，以及系統(tǒng)在運作過程屮所輸入或產(chǎn)生的個體。它們具有特定的到達率、到達方式(批次)、到達時間等。場所(Location)：場所是對象被送往或進行作業(yè)之處，如服務(wù)臺、倉儲區(qū)、裝卸站、工作站等。它有一定的容最，可被共享或進行維修。除此Z外還包括：傳輸設(shè)備(Transporters)：用來傳輸各工作站的組件，并可定義其路徑、控制的機器。如機械人、升降機、自動搬運車等。輸送帶(Conveyors)：輸送帶很像一般傳輸設(shè)備，但其路徑是實體的，通常不只作傳輸對象，而且可排序、分類、累積等，如皮帶式、流動式、臺車式等。資源(Resource)：系統(tǒng)中在對彖處理過程中執(zhí)行某項功能的機器、人、設(shè)備、搬運，系統(tǒng)用r作業(yè)和對象運送，如作業(yè)員、夾具等，具有無作業(yè)特性。行程路徑(Path)：行程路徑定義了實體和資源的行進路線，可以是獨立的，也可以與其他行程路徑相連接形成路徑網(wǎng)絡(luò)。在ServiceModel中,一旦流程確定后,系統(tǒng)默認行程路徑是兩個場所的最短連線。2.2.2.2運算元素運算元素定義了系統(tǒng)中不同物理元素的行為和元素間的交互方式。包括流程、作業(yè)、到達規(guī)律、實體利對象的運動方式、資源使用時間表和(工廠等由丁檢修，待料等的)停工期。運算元素還支持結(jié)構(gòu)化編程，當邏輯或運算的復雜程度超過了ServiceModel內(nèi)置模型單尤的能力時，可以在任何作業(yè)或流程步驟中調(diào)用子程序⑷。流程(Routing)：流程定義實體的活動邏輯，是整個系統(tǒng)的核心，它直接定義了系統(tǒng)的物流邏輯及移動時所花的時間。如：哪個物料經(jīng)由哪些工作站以什么運送方式運到卜，一站、輸出區(qū)或緩存區(qū)。實體活動(EntityOperation)：對彖抵達某場所進行的活動，需設(shè)定作業(yè)的形態(tài)及時l>IJ。實體到達(EntityArrival):實體到達定義將被產(chǎn)生并導入系統(tǒng)中的對彖的導入次序、數(shù)最、頻率及場所。例如，郵局的顧客到達情況和汽車到達十字路II的情況。制造系統(tǒng)和服務(wù)系統(tǒng)的實體一般按照以卜?四種方式到達：周期性、預定時間、按一定時間序列分布、事件驅(qū)動。實體和資源的移動方式(EntityandResourceMovement):很少有實體和資源在系統(tǒng)屮固定不動。實體往往在加工流程中從一個位置移動到另一個位置。資源也因為需要移動到不同的位置，搬運和護送實體需要資源與實體同步移動。仿真屮的移動有三種基本方式：忽略移動。按照定義的速度和距離在兩個位置Zf>>J移動。借助移動的實體和資源，在路徑網(wǎng)絡(luò)上移動。資源停頓時間(ResourceDowntime):SeiviceModel具有可用來仿真各種形式的停頓的內(nèi)置程序。有以卜?五種形式的停頓：以時鐘時間(Clock)為基準、以使用時間(Usage)為基準、以工作周期(Cycle)為基準、以準備(Setup)為基準、以工作班次(Shift)為基準。工作時間表SeiviceModel可以對系統(tǒng)中的資源和位置設(shè)定其可獲得和不可獲得時Pij,包括工作班次、時間、休息時間、維修保養(yǎng)時間等，即可設(shè)置固定值，又可按一定分布規(guī)律或隨機生成。流程驅(qū)動對彖流程驅(qū)動對彖如同系統(tǒng)的動力，驅(qū)動系統(tǒng)不斷運行。一般來說，流程驅(qū)動對彖是系統(tǒng)的服務(wù)對■彖，例如物流系統(tǒng)中的定單，服務(wù)系統(tǒng)中旅客的到達等。2.3.3SeiviceModel模塊介紹SMO系統(tǒng)主要用丁?現(xiàn)代物流系統(tǒng)的設(shè)計和管理，如民航系統(tǒng)設(shè)計和口常項目管理、機場航站樓方案、民航機場安保系統(tǒng)優(yōu)化，人型配送系統(tǒng)、外部物流和內(nèi)部物流系統(tǒng)等等。SMO的模塊包含了元素模塊、圖形模塊、眾告模塊三人類。元素模塊元素模塊主要有四個子模塊：流程子模塊描述了系統(tǒng)內(nèi)部的流程，對彖流程子模塊決定了對彖輸入系統(tǒng)的方式，容最子模塊決定了在流程上各種可以同時處理實體的數(shù)目，而仿真參數(shù)子模塊則設(shè)定了仿真時間長度等。由此看來，這四個子模塊可謂仿真的基本模塊(當然也是ServiceModel的基本模塊)，但除了這些子模塊外，尤素模塊還有其它的子模塊，如停頓時間模塊以定義資源因準備、故障、換班或休息等因素而無法利用的時間；簡而言之，即定義資源無法正常使用的形態(tài).流程子模塊：定義系統(tǒng)中各場所的流程邏輯及輸入、輸出關(guān)系和各對象在各位置上的作業(yè)和時間。如國內(nèi)旅客在航站樓的主要流程是值機?安檢一候機一登機。對象流程子模塊：定義對象在何時、何處、以何種方式導入系統(tǒng)。如某航班的旅客到達航站樓的時間，到達的入II。容最子模塊：定義各設(shè)備的處理能力，如某種機器可以同時加工零件的數(shù)量。仿真參數(shù)子模塊：定義仿真開始的時間、仿真時間長度、報告的形態(tài)等。圖形模塊圖形nJ'以給我們提供仿真過程中的整體概念，并憑視覺直接印證所建構(gòu)的仿真系