基于WITNESS的生產(chǎn)系統(tǒng)仿真實驗-

實驗項目名稱基于WITNESS的生產(chǎn)系統(tǒng)仿真實驗實驗學(xué)時24指導(dǎo)教師張帥實驗地點航空樓B101實驗對象工業(yè)工程本科生可選人數(shù)10“基于WITNESS的生產(chǎn)系統(tǒng)仿真實驗”實驗教學(xué)大綱實驗名稱：基于WITNESS的生產(chǎn)系統(tǒng)仿真實驗實驗學(xué)時：24適用專業(yè)：工業(yè)工程專業(yè)開課學(xué)院：機電學(xué)院開課學(xué)期：第6學(xué)期實驗課程簡介流水線生產(chǎn)是現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)很重要的一種生產(chǎn)方式，它是指生產(chǎn)對象按照一定的工藝路線順序的通過各個工作地，并按照統(tǒng)一的生產(chǎn)速度完成工藝作業(yè)的生產(chǎn)過程。流水生產(chǎn)線能夠滿足合理組織生產(chǎn)過程的要求，使企業(yè)生產(chǎn)的許多技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)得到改善。本實驗通過Witness仿真軟件建立一個流水生產(chǎn)線系統(tǒng)來模擬流水生產(chǎn)的過程，以找出影響流水生產(chǎn)效率的因素。實驗課前思考題簡述一下仿真技術(shù)的產(chǎn)生和發(fā)展。計算機仿真技術(shù)的優(yōu)點是什么？現(xiàn)有的仿真軟件都有哪些？都有哪些優(yōu)缺點？系統(tǒng)仿真的三要素是什么？系統(tǒng)的三要素是什么？系統(tǒng)模型是什么？什么是仿真？什么是離散事件系統(tǒng)仿真？什么是系統(tǒng)仿真中的事件？什么是仿真鈡？實驗?zāi)康?、學(xué)習(xí)、掌握Witness仿真軟件的使用與主要功能；2、熟悉流水生產(chǎn)線的特點；3、了解影響流水線生產(chǎn)效率的因素和基本的改善方法。基于WITNESS的生產(chǎn)系統(tǒng)仿真實驗一、實驗介紹下面描述如何通過WITNESS系統(tǒng)提供的DesignerElements模板，快速的建立WITNESS模型。這個過程僅僅展示了采用WITNESS建模的思想，它并不代表真正的工業(yè)系統(tǒng)。通過本節(jié)的學(xué)習(xí)，要能夠掌握：part、machine、conveyor、labor實體元素、variable邏輯元素的使用；掌握可視化輸入、輸出關(guān)系的建立；掌握report工具欄的使用和分析，并根據(jù)分析，進行系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計。WITNESS提供了如下14種標(biāo)準(zhǔn)隨機分布函數(shù)：（1）BETAβ分布；（2）NORMAL正態(tài)分布；（3）BINOMIAL二項分布；（4）POISSON泊松分布；（5）ERLANG愛爾朗分布；（6）RANDOM0-1均勻分布；（7）GAMMAγ分布；（8）TNORMAL截斷正態(tài)分布；（9）IUNIFORM整數(shù)均勻分布；（10）TRIANGLE三角分布；（11）LOGNORML對數(shù)正態(tài)分布；（12）UNIFORM均勻分布；（13）NEGEXP負指數(shù)分布；（14）WEIBULL威伯分布1）LOGNORML（對數(shù)正態(tài)分布）該函數(shù)提供服從對數(shù)正態(tài)分布的樣本值，返回值為實數(shù)。如果某一變量的樣本數(shù)據(jù)的對數(shù)服從正態(tài)分布，那么該變量就是服從對數(shù)正態(tài)分布。語法結(jié)構(gòu)：LOGNORMAL（Mean，SD，prns）參數(shù)：Mean:分布均值，實數(shù)；SD：標(biāo)準(zhǔn)差，實數(shù)；Prns：為隨機數(shù)流，整數(shù)。函數(shù)調(diào)用示例：當(dāng)mean=1.65,SD=2.16時，R=LOGNORML(1.65,2.16,1)適用情況：完成一項服務(wù)所需的時間，例如：完成一名顧客的服務(wù)時間或修理好一臺機器的時間。注：該函數(shù)不會產(chǎn)生負值，其均值也不可能等于零2）NEGEXP（負指數(shù)分布）該函數(shù)提供服從負指數(shù)分布的樣本值，返回值為實數(shù)。可以認為它是泊松分布的補集。語法結(jié)構(gòu)：NEGEXP（mean，prns）參數(shù)：mean:均值，實數(shù)；Prns：為隨機數(shù)流，整數(shù)。函數(shù)調(diào)用示例：R=NEGEXP(1.0,1)適用情況：相鄰事件發(fā)生的時間間隔，例如：顧客到達時間間隔，及其故障時間間隔。二、實驗?zāi)康?、學(xué)習(xí)、掌握Witness仿真軟件的使用與主要功能；2、熟悉流水生產(chǎn)線的特點；3、了解影響流水線生產(chǎn)效率的因素和基本的改善方法。三、實驗內(nèi)容流水線生產(chǎn)是現(xiàn)代工業(yè)企業(yè)很重要的一種生產(chǎn)方式，它是指生產(chǎn)對象按照一定的工藝路線順序的通過各個工作地，并按照統(tǒng)一的生產(chǎn)速度完成工藝作業(yè)的生產(chǎn)過程。流水生產(chǎn)線能夠滿足合理組織生產(chǎn)過程的要求，使企業(yè)生產(chǎn)的許多技術(shù)經(jīng)濟指標(biāo)得到改善。本實驗通過Witness仿真軟件建立一個流水生產(chǎn)線系統(tǒng)來模擬流水生產(chǎn)的過程，以找出影響流水生產(chǎn)效率的因素。四、實驗步驟啟動Witness軟件系統(tǒng)定義模型元素，建立一個包含機器和傳送裝置的簡單模型：在模型中可設(shè)為某零件（Widget）要經(jīng)過稱重（Weigh）、沖洗（Wash）、加工（Produce）和檢測（Inspect）四個工序的操作?？梢暬Ｐ驮卦敿毝x模型元素運行模型與統(tǒng)計分析模型的建立采用一種循序漸進的方法，這種建模方法可以在確保本階段正確無誤的基礎(chǔ)上繼續(xù)進行下一階段的建模，而且能夠清楚地看到在做任何改變產(chǎn)生的效果。第一階段：建立Widgets的零部件、一臺稱重機器（Weigh）運行時間為5分鐘和一條輸送鏈（C1），輸送帶長度為10倍于零部件尺寸，鏈速為0.5，即每分鐘輸送帶移動0.5個零部件長度。第二階段：添加機器為清洗（Wash）、加工（Produce）、檢測（Inspect）添加的輸送帶為C2、C3，同時添加一個邏輯變量output，用于動態(tài)顯示模型中加工完成的小零件數(shù)量。其中清洗（Wash）的加工時間為4分鐘，C2的鏈速為0.5，加工（Produce）的加工時間為3分鐘，C3的鏈速為0.5，檢測（Inspect）的加工時間為3分鐘。變量output用來計算從Inspect中輸出的Widgets的量，將計數(shù)結(jié)果顯示在屏幕上。Output=output+1。模型運行時間為100分鐘。第一階段（stage1.mod）和第二階段(stage2.mod)，可以建立一個包含機器和傳送裝置的簡單模型，可以從這一模型計算出此模型系統(tǒng)的輸出和性能。第三階段：為了使上述模型更有現(xiàn)實意義需要對其賦予更多的特性和功能。在本階段中，將假設(shè)Produce機器每加工完五個零部件就需要進行一次刀具的調(diào)整，調(diào)整時需要人員來參與，調(diào)整時間為12分鐘。構(gòu)建本階段模型需要在stage2的基礎(chǔ)上，向模型中添加Labor元素，設(shè)置Produce機器的調(diào)整屬性。觀察在相同運行時間下完成加工的數(shù)量，機器的使用率及輸送鏈的使用情況。第四階段：在本階段中，考慮將隨機分布函數(shù)應(yīng)用到機器的故障發(fā)生時間間隔和勞動者維修機器的故障所需要的維修時間中。假設(shè)Produce機器在工作一定的時間后，可能會發(fā)生意外的拋錨，通過以往機器兩次拋錨時間間隔的統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，其時間間隔服從均值為60分鐘的負指數(shù)分布；每當(dāng)機器拋錨時，都需要人員對它進行維修，維修過程所持續(xù)的時間受到故障診斷時間、故障排除的難易程序、維修人員的生理和心理狀態(tài)的影響，呈現(xiàn)隨機波動性，統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明維修時間服從均值為10分鐘、標(biāo)準(zhǔn)差為2分鐘的對數(shù)正態(tài)分布。構(gòu)建本階段模型需要在stage3的基礎(chǔ)上，設(shè)置Produce機器的故障breakdown屬性。通過雙擊機器圖標(biāo)，得到機器的詳細設(shè)計對話框，選擇breakdown頁框。運行500mins，這樣才能夠很清楚地看出在模型運行的整個過程中操作者和建模元素之間的相互影響。第三階段（stage3.mod）和第四階段(stage4.mod)，可以加入更多的功能元素（例如機器故障、勞動者、設(shè)備調(diào)整等）使模型更符合實際。即使對模型增加一點點復(fù)雜性，人工計算生產(chǎn)量和設(shè)備利用率也將變的很困難，而使用WITNESS的仿真技術(shù)可以很輕松的解決這一問題。第五階段：通過比較分析可以看出機器produce是生產(chǎn)線的“瓶頸”，嚴重制約了系統(tǒng)的產(chǎn)出率，大大增加了widget的系統(tǒng)通過時間，為了改進這種狀態(tài)，考慮添加一臺produce機器和一條C2輸送帶，這樣生產(chǎn)線上將有兩臺Produce機器和兩條C2輸送鏈同時工作，應(yīng)該能夠提高系統(tǒng)的產(chǎn)量。在添加元素之前，建議重新布局屏幕中建模元素，目的是給將要添加的第二臺Produce和C2留出足夠的空間，以免顯得擁擠，為了節(jié)約空間以及符合實際情況，可以選擇將新元素拖到原來建模元素的下方。經(jīng)過以上設(shè)定，模型系統(tǒng)中將有兩條輸送鏈C2(1)和C2(2)，它們的名稱、類型等明細是相同的，只是下標(biāo)不同，分別為1和2；以及兩臺機器Produce(1)和Produce(2)。系統(tǒng)的輸入輸出關(guān)系設(shè)定為Produce(1)僅僅向C2(1)“拉”零件來加工，Produce(2)僅僅向C2(2)“拉”零件來加工。給每臺Produce機器與相對應(yīng)的輸送鏈C2設(shè)定輸入輸出規(guī)則，需要使用到系統(tǒng)變量N。系統(tǒng)變量N：保存當(dāng)前元素下標(biāo)的整型變量。例如，如果模型系統(tǒng)中有一個數(shù)量為3的機器MACH，當(dāng)MACH(1)恰好完成了一個加工周期（或即將開始一個加工周期時），則N被賦值為1；如果是MACH(2)，則N被賦值為2；如果是MACH(3)，則N被賦值為3。為了實現(xiàn)Produce(1)僅僅向C2(1)“拉”零件來加工，Produce(2)僅僅向C2(2)“拉”零件來加工，需要進行下面的步驟：Produce機器圖標(biāo)顯示generaldetail對話框；輸入規(guī)則“PULLfromC2(N)atFront”；同時WASH機器上零件清洗完畢之后，將輸出到C2兩條鏈上隊列較短的輸送鏈上，規(guī)則設(shè)計操作如下：“LEASTPARTSC2(1)atRear,C2(2)atRear”。運行500時間單位（運行前要復(fù)位），觀察改進后的產(chǎn)量，比較為增加產(chǎn)量的所需的花費是否值得？生產(chǎn)零件的個數(shù)？工作人員的工作效率？第六階段：通過stage5，添加瓶頸設(shè)備，可以有效地提高系統(tǒng)的產(chǎn)量，但是widget的在制品庫存與平均通過時間仍然比stage2要高很多，我們試圖在stage6中加以改善。下面嘗試增加produce機器拋錨的維修時間Repairtime，觀察模型維修時間值的改變對產(chǎn)量的的敏感性。將Repairtime的均值由原來的10增加到20，即：LOGNORML(20,2,2)。運行500時間單位（運行前要復(fù)位），觀察改進后的產(chǎn)量，生產(chǎn)零件的個數(shù)？工作人員的工作效率？將Repairtime的均值由原來的20增加到30，即：LOGNORML(30,2,2)。運行500時間單位（運行前要復(fù)位），觀察改進后的產(chǎn)量，生產(chǎn)零件的個數(shù)？工作人員的工作效率？從結(jié)果中觀察Produce機器的repairtime在多少時間以內(nèi)變化時，產(chǎn)量相應(yīng)變化不敏感？當(dāng)超過多少時間時，repairtime的變化將引起產(chǎn)量的較大變動？所以repairtime范圍應(yīng)該盡量控制在多少分鐘以下？第五階段（stage5.mod）和第六階段(stage6.mod)為了增加產(chǎn)量和更有效的利用資源可以調(diào)整模型的運行方式和參數(shù)。五、實驗報告要求1、寫出實驗?zāi)康?、寫出簡要實驗步驟3、將模型的不同參數(shù)運行得出的結(jié)果進行對比，找出影響流水生產(chǎn)線效率的因素。4、比較分析原系統(tǒng)和改善后的系統(tǒng)運行結(jié)果。六、思考題1、流水生產(chǎn)線的主要特點是什么？2、流水線是否有缺點，為什么？綜合實驗基本知識介紹1．WITNESS用戶界面當(dāng)正常啟動WITNESS系統(tǒng)后，首先進入的是WITNESS系統(tǒng)的主屏幕界面。如圖1所示。圖1WITNESS系統(tǒng)主屏幕界面從圖上可以看出，WITNESS系統(tǒng)的界面，是由標(biāo)題欄、菜單欄、工具欄、元素選擇窗口、狀態(tài)欄、用戶元素窗口和系統(tǒng)布局區(qū)組成的。下面對每一部分的功能加以介紹。1.1、標(biāo)題欄標(biāo)題欄位于屏幕界面的第一行，它包括系統(tǒng)程序圖標(biāo)、主屏幕標(biāo)題、最小化按鈕、最大化按鈕和關(guān)閉按鈕5個對象。（1）系統(tǒng)程序圖標(biāo)單擊WITNESS系統(tǒng)程序圖標(biāo)，可以打開窗口控制菜單，在窗口控制菜單下，可以移動屏幕并改變屏幕的大小。雙擊系統(tǒng)程序圖標(biāo)，可以關(guān)閉WITNESS系統(tǒng)。（2）主屏幕標(biāo)題主屏幕標(biāo)題由兩部分組成，前一部分是系統(tǒng)的名稱，也既是“WITNESS”，后一部分是當(dāng)前打開的模型的標(biāo)題，可以根據(jù)不同的模型進行修改設(shè)置。設(shè)置方法是打開“Model”菜單，選擇“Title”選項，在彈出的標(biāo)題設(shè)置對話框中進行設(shè)置。標(biāo)題對話框如圖2所示。在模型標(biāo)題設(shè)置對話框的“General”頁框下，設(shè)置模型的名稱（name）、標(biāo)題（Title）、作者（Author）等信息。模型名稱和標(biāo)題將顯示在主屏幕標(biāo)題欄上。（3）最小化按鈕單擊“最小化”按鈕，可將系統(tǒng)的屏幕縮小成圖標(biāo)，并存放在Windows桌面的底部的任務(wù)欄中。（4）最大化按鈕單擊“最大化”按鈕，可將系統(tǒng)的屏幕定義為最大窗口。（5）關(guān)閉按鈕單擊“關(guān)閉”按鈕，可將關(guān)閉WITNESS系統(tǒng)。圖2模型標(biāo)題設(shè)置對話框1.2、菜單欄菜單欄位于屏幕的第二行，它包含：File（文件）、Edit（編輯）、View（顯示）、Model（模型）、Elements（元素）、Reports（報表）、Run（運行）、Window（窗口）、Help（幫助）九個菜單選項。當(dāng)單擊其中一個菜單選項時，就可以打開一個對應(yīng)的“下拉式”菜單，在該“下拉式”菜單下，通常還有若干個子菜單選項，當(dāng)選擇其中一個子菜單選項時，就可以執(zhí)行一個操作。1.3、工具欄Witness系統(tǒng)提供了不同環(huán)境下的八種常用的工具欄，它們是：Standard、Model、Element、Views、Run、Reporting、Assistant、DisplayEdit。激活其中一個工具欄，即在屏幕上顯示出一行相應(yīng)的工具欄，用鼠標(biāo)將它拖放到合適的位置，就可以使用這個工具欄提供的相應(yīng)的工具進行某些操作。激活工具欄使用菜單View/Toolbars，然后選中相應(yīng)的菜單即可。1.4、元素選擇窗口在元素選擇窗口中，有五項內(nèi)容：Simulation、Designer、System、Type、SystemFunction。其中Simulation中將顯示當(dāng)前建立的模型中的所有元素列表；Designer中顯示當(dāng)前DesignerElements中的所有元素列表；System中顯示系統(tǒng)默認的特殊地點；Type中顯示W(wǎng)itness系統(tǒng)中可以定義的所有元素類型；SystemFunction中顯示W(wǎng)itness系統(tǒng)中可以定義的所有函數(shù)類型。該窗口的顯示和隱藏可以使用菜單View/ElementSelector，或者使用element工具欄中的圖標(biāo)按鈕。1.5、狀態(tài)欄狀態(tài)欄位于屏幕的最底部，用于顯示某一時刻的工作狀態(tài)或者鼠標(biāo)光標(biāo)位置的工具欄按鈕的作用。1.6、用戶元素窗口（DesignerElements）系統(tǒng)提供的默認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)這些缺省設(shè)置并不能很好的表示實際系統(tǒng)，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，保存以便日后的使用。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，其中具有菜單項“AddNewDesignerGroup”、“RenameDesignerGroup”、“DeleteDesignerGroup”、“LoadDesignerGroup”，可以進行添加新頁框、重命名本頁框、刪除本頁框、加載原有設(shè)計元素組。向頁框中添加自定義元素的步驟一般也分為Define、Display、Detail三步。頁框的背景色設(shè)置同系統(tǒng)布局窗口背景色的設(shè)置。自定義元素設(shè)定完畢之后，需要保存成*.des文件，通過菜單File/SaveAs，然后選定文件類型為DesignerElementFiles(*.des)，輸入文件名即可。1.7、系統(tǒng)布局區(qū)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，可以清楚的顯示實際系統(tǒng)的平面布局圖。Witness一共提供了八個窗口，可以通過這些窗口，使得仿真項目以不同的角度顯示其可視化效果。圖3窗口控制對話框?qū)ο到y(tǒng)布局窗口的設(shè)置主要有三項內(nèi)容：添加元素、設(shè)置窗口名稱以及窗口背景色。如何添加元素將在后面本章最后一部分內(nèi)容；設(shè)置窗口名稱以及窗口背景色可以通過選擇菜單項Window/Control…，將彈出如圖3所示的窗口。在Name下的文本框中輸入窗口的名稱；點擊BackgroundColor下的顏色按鈕，在彈出的調(diào)色板中選定背景顏色；選擇Zoom中的比例可以放大或縮小布局窗口中元素的尺寸。2．WITNESS建模元素現(xiàn)實的商務(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，比如制造系統(tǒng)中的原材料、機器設(shè)備、倉庫、運輸工具、人員、加工路線或運輸路線等，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)實系統(tǒng)相同的事物組成相應(yīng)的模型，通過運行一定的時間來模擬系統(tǒng)的績效。模型中的每個部件被稱之為“元素（Element）”。該仿真軟件主要通過如下五類元素來構(gòu)建現(xiàn)實系統(tǒng)的仿真模型：離散型元素、連續(xù)型元素、運輸邏輯型元素、邏輯型元素、圖形元素。2.1離散型元素表示所要研究的現(xiàn)實系統(tǒng)中可以看得見的、可以計量個數(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：零部件或?qū)嶓w（PartorEntitie）；機器（Machine）；輸送鏈（Conveyor）；緩沖區(qū)或倉庫（Buffer）；車輛（Vehicle）；軌道（Track）；勞動者（Labor）；路徑（Path）；模塊（Module）2.2連續(xù)型元素同離散型元素相對應(yīng)，這種類型的元素用來表示加工或服務(wù)對象是流體的系統(tǒng)，比如化工、飲料等。主要包括：流體（Fluid）；管道（Pipe）；處理器（Processor）；容器（Tank）2.3運輸邏輯型元素用于構(gòu)建物料運輸系統(tǒng)。主要包括：運輸網(wǎng)絡(luò)（Network）；單件運輸小車（Carriers）；路線集（Section）；車輛站點（Station）2.4邏輯元素用來處理數(shù)據(jù)、定制報表、建立復(fù)雜邏輯結(jié)構(gòu)的元素，通過這些元素可以提高模型的質(zhì)量和實現(xiàn)對具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)的建模。主要包括：屬性（Attribute）；變量（Variable）；分布（Distribution）；函數(shù)（Function）；文件（File）；零部件文件（Partfile）；班次（Shift）；2.5圖形元素圖形元素可以將模型的運行績效指標(biāo)在仿真窗口形象的表現(xiàn)出來。主要包括：時間序列圖（Timeseries）；餅狀圖（Piechart）；直方圖（Histogram）。3離散型元素離散型元素是為了表示所要研究的現(xiàn)實系統(tǒng)中可以看得見的、可以計量個數(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）、機器（Machine）、輸送鏈（Conveyor）、緩沖區(qū)（Buffer）、車輛（Vehicle）、軌道（Track）、勞動者（Labor）、路徑（Path）、模塊（Module）。3.1零部件（Part）零部件是一種最基本的離散型元素，它可以代表在其他離散型元素間移動的任何事物。如產(chǎn)品、大公司全程處理的項目、電話交流中一個的請求、微型電子元件、超市中川流不息的人、醫(yī)院中的病人、機場上的行李等等。在模型中，零部件的使用方法有很多種。我們可以單獨使用零部件，可以將多個零部件組裝成一個零部件，也可以將一個零部件分成許多零部件。零部件可以被同批處理，可在同一時間被批量或單個創(chuàng)建，在模型的處理過程中還可以轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪恍┝悴考Ａ悴考M入模型主要有兩種方式。第一種方式是被動式的，只要有需要，零部件可以無限量進入模型。如在生產(chǎn)性企業(yè)中，一些零部件堆放在倉庫中，當(dāng)生產(chǎn)需要時，可以隨時把它取出來供應(yīng)生產(chǎn)。第二種方式是主動式的，零部件可以間隔固定的一段時間（例如，每隔10分鐘）進入模型；可以按照一定的隨機分布進入模型，如顧客到達商店的時間間隔服從均勻分布；也可以以不規(guī)則的獨特的時間間隔（例如，10分鐘，20分鐘，30分鐘）到達模型中；還可以以重復(fù)的不規(guī)則的方式進入模型，例如，一個餐館，有50位“顧客”（零部件）在上午8點到達那里，10位顧客在上午8：01至11：59到達那里，50位在中午12點到達，50位在12點半到達等等，每星期都如此。在該方式中，我們可以對零部件達到模型的時間、時間間隔、到達最大數(shù)量等選項進行設(shè)置。3.2機器（Machine）機器是獲取、處理零部件并將其送往目的地的離散元素。不同的機器代表不同類型的處理過程。一臺機器可建立不同的模型，它可以代表有裝載、旋轉(zhuǎn)、卸載、空閑和保養(yǎng)這五個狀態(tài)的一臺車床，也可以代表有空閑、工作、關(guān)閉三個狀態(tài)的一個機場登記服務(wù)臺（將旅客與他們的行李分開，并發(fā)放登機卡），還可以代表有焊接，空閑和保養(yǎng)三個狀態(tài)的一個機器人焊接工等等。Witness提供了七類機器來建立不同類型處理過程的模型：（1）單處理機（single）。單處理機只能一次處理一個部件，單輸入單輸出。（2）批處理機(batch)。批處理機一次能處理多個部件，n個部件輸入n個部件輸出。（3）裝配機(assembly)。裝配機可將輸入的多個零部件組裝成一個組件輸出，n個部件輸入1個部件輸出。（4）生產(chǎn)機(production)。一個原部件輸入到生產(chǎn)機中能輸出許多部件。1個部件輸入n個部件輸出。如單片鋼板的切割，會得到一些成品和邊角料。我們要注意的是，生產(chǎn)機不僅輸出原部件，而且輸出帶有規(guī)定生產(chǎn)數(shù)目的部件，就如相片的加洗，在復(fù)制的最后，我們得到了需要數(shù)目的復(fù)制品再加上原件。（5）通用機（general）。在通用機器中輸入一批部件，輸出的是相同數(shù)目或不同數(shù)目的一批部件，這個處理過程可能存在單個循環(huán)或多重循環(huán)。（6）多周期處理機（multiplecycle）。多周期處理機是一臺特殊的通用機器，它模擬機器實行的是經(jīng)過許多獨立的處理周期來完成一次操作?？梢詾槊總€周期指定不同的輸入、加工時間、輸出數(shù)量。（7）多工作站機（multiplestation）。一臺多工作站機工作起來就像許多臺聯(lián)結(jié)在一起的機器。它有多個不同的部件加工位置，每個部件將依次通過每一個工作站，完成一系列的工序。3.3輸送鏈（Conveyor）輸送鏈?zhǔn)且环N可以實現(xiàn)帶傳送和滾軸傳送的離散性元素。如機場里運送行李的傳送帶，將卡車車體沿生產(chǎn)線移動的傳送裝置，將空紙盒送往包裝操作的滾軸傳送裝置等等都可以稱為輸送鏈。Witness提供了兩種輸送鏈：（1）固定式（Fixed）。這是一種保持部件間距不變的輸送鏈。假如該輸送鏈停了，它上面的部件間的距離仍保持不變。（2）隊列式（Queuing）。這種輸送鏈允許部件的累積。假如該輸送鏈上的部件被阻塞，部件仍不斷的滑向一起，直到這個輸送鏈被塞滿。輸送鏈通常把部件從一個固定點移到另一個固定點。部件從輸送鏈后段進入，并向前移動。我們能確定部件在輸送鏈上的特定位置，并可以將部件裝載或卸載到特定的位置。不管是固定式輸送鏈還是隊列式輸送鏈都可能發(fā)生故障，需要工人來修理。在設(shè)計輸送鏈時，我們可以對它的長度、最大容量、部件移動每單位長度所需的時間等項進行設(shè)定。3.4緩沖區(qū)（Buffer）緩沖區(qū)是存放部件的離散元素。例如存放即將循環(huán)焊接的電路板，即將用于旅行的真空包裝食品的儲藏區(qū)，位于加工區(qū)的盛放產(chǎn)品部件的漏斗形容器等等物體都稱為緩沖區(qū)。緩沖區(qū)是一種被動型元素，既不能像機器元素一樣主動獲取部件，也不能主動將自身存放的部件運送給其他元素；它的部件存取依靠系統(tǒng)中其他元素主動的推或拉。我們可利用緩沖區(qū)規(guī)則，使用另一個元素把部件送進緩沖區(qū)或者從緩沖區(qū)中取出來。部件在緩沖區(qū)內(nèi)還按一定的順序整齊排列（例如，先進先出，后進先出）。我們可以將緩沖直接與機器相結(jié)合，在一臺機器中，設(shè)置一個輸入緩沖和一個輸出緩沖，這種緩沖區(qū)我們把它稱之為專用緩沖區(qū)。專用緩沖區(qū)不是一種獨立的元素，我們可以在設(shè)置機器元素的輸入和輸出規(guī)則時，設(shè)置它的輸入緩沖和輸出緩沖。3.5車輛（Vehicle）車輛是一種離散元素，我們用它來建立的裝置模型可以將一個或多個部件從一個地點運載到另一個地點。（例如，卡車，起重機，鏟車）。車輛沿著軌道（track）運動。雖然車輛實際上自身在移動，但卻是軌道定義了物理布置圖，并包含了使系統(tǒng)運行所需的邏輯理論。在Witness里建立運輸系統(tǒng)應(yīng)按照如下兩個步驟：(1)設(shè)計軌道布置圖和運載路線。這需要創(chuàng)建所需的軌道和車輛，并且詳細說明車輛在軌道之間移動所需的細節(jié)。在這一步不要考慮部件怎樣裝上車輛或怎樣從上面卸載下來。只有將第一步設(shè)計好了，我們才可以進入下一步的工作。(2)詳細說明我們所定義的車輛怎樣來滿足運輸?shù)男枰?。它有兩種方式，可能是被動式的，也可能是主動式的。3.6軌道（Track）軌道是一種代表車輛運輸部件時所遵循的路徑的離散元素。它們也定義了車輛裝載，卸載或?？康牡攸c。車輛所走的路徑是由一系列軌道組成的。每條軌道都是單向的；假如你需要一條雙向的軌道，只需定義兩條沿相同線路但方向相反的軌道就可以了。車輛在“尾部”（rear）進入軌道并向“前部”（front）運動。一旦到達前部，該車輛可以進行裝載，卸載或其它的操作。然后它將移動到下一條路線的尾部并開始向那條路線的前面運動。根據(jù)一個車輛的類型來規(guī)定它的路徑是可行的，所用方法與根據(jù)部件類型來規(guī)定它們在元素間的路徑一樣。在仿真運行的開始，所有的車輛沿一條特定軌道進入；這與部件的初次進入類似。3.7勞動者（Labor）勞動者是代表資源（例如，工具或操作工人）的離散元素，它一般負責(zé)對其它元素進行處理、裝配、修理或清潔。如從事精密工作的機器人、一臺選礦機或一個固定裝置都是勞動者。我們通過對特定的勞動者的屬性設(shè)置來建立同一勞動單位在不同技術(shù)水平下的模型。我們可以對各種類型的勞動者設(shè)置不同的班次，可以在模型中加入班次的構(gòu)成，并且用不同的工作方式，休息和加班時期來進行試驗。假如另外一個元素要完成更重要的任務(wù)，我們可以從元素中撤離勞動者到該元素中去。這就是勞動者使用的優(yōu)先權(quán)。3.8路徑（Path）路徑是設(shè)定部件和勞動者（或者其它資源）從一個元素到達另一個元素的移動路程的離散元素。我們在模型中可以用它來代表現(xiàn)實系統(tǒng)中行程的長度和實際路線。不論何時，當(dāng)運動時間對于兩項操作非常重要時，路徑對于提高模型的精確性是特別有用的。在一個制造單元的模型里，一個操作者要控制數(shù)臺機器的操作，在各臺機器之間的走動時間是完成整個任務(wù)總時間的重要組成部分。此時，路徑就起到了作用。路徑還有許多其它的用途，例如，選定倉庫貯存的應(yīng)用模型，詳細的零售規(guī)劃的模型，機場或醫(yī)院的規(guī)劃等等。只有在必要時我們才使用路徑。假如模型中的元素有很長的周期時間而且它們間的行程很短，那就不必去增加模型的復(fù)雜性了。路徑的使用應(yīng)基于建模對象（例如，在某些情況下用軌道或車輛代替可能會更合適）。3.9模塊（Module）模塊是表示其他一些元素集合的離散元素。有了模塊，在模型內(nèi)部，我們就可以建立具有自處理功能的模型。例如，一家工廠的油漆店可能由許多Witness的元素構(gòu)成。我們可以定義一個包括所有這些元素的“PSHOP”模塊。然后對這家油漆店以外的其它元素定義一些規(guī)則，比如說推入“PSHOP”。使用模塊有幾種方式：（1）詳述模塊里的一個處理過程并且重點檢查在這個特殊處理過程中的各個元素；（2）詳述模塊里的一個處理過程但隨后將這個模塊拆毀以便于能著重于頂層模型的設(shè)計。元素從模型到達模塊的一個輸入點（或元素），經(jīng)過模塊內(nèi)適當(dāng)?shù)脑兀缓蠼?jīng)由這個模塊的一個輸出點（或元素）返回模型。（3）為模塊輸入一個近似的周期時間以便能運行整個模型，并在隨后填充模塊里的元素。假如模塊使用一個周期時間，我們也能生成這個模塊的報告（4）詳述模塊中的一個處理過程，將它保存到一個模塊文件中（*.mdl），這個文件包含所有關(guān)于這個模塊的信息，元素和圖標(biāo)等等。然后把這個文件載入另一個Witness模型中。(5)在一個模塊中可以創(chuàng)建另一個模塊。這就是階層模型。（6）可以利用一個特殊的模塊結(jié)構(gòu)存儲對話框所需元素的數(shù)據(jù)來建立自己的對話框。（7）我們還可以用密碼來保護模塊。4連續(xù)型元素同離散型元素相對應(yīng)，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)，比如化工、飲料等。主要包括：流體（Fluid）；管道（Pipe）；處理器（Processor）；容器（Tank）。5運輸邏輯型元素運輸邏輯型元素用于建立物料運輸系統(tǒng)。主要包括:運輸網(wǎng)絡(luò)（Network）；單件運輸小車（Carriers）；路線集（Section）；車輛站點（Station）6邏輯元素邏輯元素是用來處理數(shù)據(jù)、定制報表、建立復(fù)雜邏輯結(jié)構(gòu)的元素，通過這些元素可以提高模型的質(zhì)量和實現(xiàn)對具有復(fù)雜結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)的建模。主要包括：屬性（Attribute）；變量（Variable）；分布（Distribution）；函數(shù)（Function）；文件（File）；零部件文件（Partfile）；班次（Shift）；6.1屬性（Attribute）屬性是反映單個部件，勞動者，機器或單件運輸小車特性的元素。例如，我們可以用屬性來形容顏色，大小，技能，成本，密度，電壓或數(shù)列等。我們可以在仿真的過程中改變屬性的值。例如，一個部件的“顏色”屬性的值開始是“灰”，在部件通過了一臺“著色”機器之后變成了紅色?？梢杂没顒印癮ction”來設(shè)置、檢查或改變?nèi)魏螌傩缘闹?。Witness提供了許多能用于部件，勞動者，車輛，機器或者單件運輸小車的系統(tǒng)屬性，另外我們也可以自己定義用于部件，勞動者，車輛，機器或單件運輸小車的屬性。Witness本身已經(jīng)包含了一些能使用的屬性，這些屬性就叫做系統(tǒng)屬性。每個部件，單件運輸小車，車輛，機器和勞動者都帶有“PEN，ICON，DESCandTYPE”屬性；“CONTENTSandFLUID”屬性用于盛放液體的部件；“STAGE，NSTAGE，R_SETUPandR_CYCLE”屬性則是用于部件走的路線。當(dāng)創(chuàng)建部件屬性時，可以將它分配給十一個組（0組--10組）中的任何一組，然后在部件詳細的屬性設(shè)置頁上，將該組分配給該部件。部件的屬性值可以是變量或者是常數(shù)。當(dāng)創(chuàng)建勞動者，單件運輸小車，機器或車輛的屬性時，必須把這些屬性分配給0組。勞動者，單件運輸小車，機器和車輛的屬性永遠是變量。6.2變量（Variable）變量包含了一個值（或一系列的值，假如這個變量的數(shù)量大于1）。當(dāng)定義一個變量時，我們必須還要選定它的數(shù)據(jù)類型，這個數(shù)據(jù)類型說明了變量所含有的數(shù)據(jù)類型（整型，實數(shù)型，名型和字符型）。Witness共有三種類型的變量：（1）系統(tǒng)變量。這些變量是系統(tǒng)已經(jīng)創(chuàng)建好了（I,M,N,TIME,VTYPE和ELEMENT）的，并且具有特殊意義的變量，它們存儲仿真中常用的數(shù)據(jù)，例如，TIME表示現(xiàn)在的仿真時鐘。（2）全局變量。全局變量是我們自己利用“Define，Display和Detail”過程創(chuàng)建的作為Witness元素的變量。與局部變量比較起來，用全局變量的好處在于：柔性。我們可以從模型的任何地方檢查或更新一個全局變量的值。例如，變量“TOTAL_SHIPPED”能被模型中用于將部件送出模型的所有的元素更新。同樣，任何函數(shù)，行為規(guī)則等等都可以讀取“TOTAL_SHIPPED”變量中包含的值。我們能生成全局變量的報告，但不能生成局部變量的。我們能在模型中顯示全局變量和它們的值。全局變量可以被設(shè)定為數(shù)組。我們能通過給一個全局變量1以上的下標(biāo)來創(chuàng)建數(shù)組（行，列和數(shù)據(jù)表格），我們最多能創(chuàng)建15維的數(shù)組。我們能創(chuàng)建一個整型或?qū)崝?shù)型的變量作為動態(tài)變量，這意味著它能容納多個值。例如，一個動態(tài)變量能包含每個部件離開模型的仿真時間。在仿真的開始這個變量里沒有值，然后當(dāng)?shù)谝粋€部件離開時有了1個值，當(dāng)?shù)诙€部件離開時有2個值，以此類推。（3）局部變量。局部變量是一個我們能自己在使用它的活動或函數(shù)中創(chuàng)建的變量。局部變量只能是一個數(shù)，而不能是帶有下標(biāo)的數(shù)組。局部變量的定義方式如下：DIM變量名{AS數(shù)據(jù)類型}{!注釋}如果省略了數(shù)據(jù)類型的定義，系統(tǒng)賦予變量默認的數(shù)據(jù)類型為整型integer。用局部變量而不用全局變量的好處在于：a.安全。局部變量只有在一個行為（action）或函數(shù)執(zhí)行的時候才存在，所以不可能在另一個行為(action)或函數(shù)中使用或修改它。例如，變量“TOTAL_SHIPPED”已在一個機器的“action”中被定義了，直到結(jié)束它都只能被那一系列行為更新或讀取，而不能被這臺機器的其它行為或模型中的其它元素更新或讀取。b.快速。當(dāng)行為和函數(shù)使用局部變量而不是全局變量時，它們能被更快地執(zhí)行。c.方便。局部變量在使用它們的行為中被定義，不必像全局變量那樣先定義它們。6.3分布（Distribution）分布是一個邏輯性元素，我們從“現(xiàn)實世界”搜集數(shù)據(jù)，并用分布代表模型中具有規(guī)律性的變化。例如，假設(shè)觀察證明某一種特定部件的打磨操作需要5至10分鐘，但大部分部件通常是8.2分鐘完成，我們就可以用分布把這些信息引入模型中。Witness提供了一些標(biāo)準(zhǔn)分布。其中有一些是將一系列理論分布返回到隨機樣本的分布。Witness包含的理論分布曾在很長一段時間內(nèi)被廣泛研究并且被認為在仿真中是最有用的。還有一些是一系列整數(shù)和實數(shù)的分布。當(dāng)使用一個標(biāo)準(zhǔn)分布時，必須為其輸入一個偽隨機數(shù)流和參數(shù)。假如沒有標(biāo)準(zhǔn)分布適用的情況，或者我們收集的現(xiàn)實生活中的數(shù)據(jù)是在未研究領(lǐng)域中的，我們可能需要在Witness中建立自己的分布并從中采樣。我們能創(chuàng)建整型，實數(shù)型和名稱型的分布，并且它們可以是離散（從分布中選擇實際值）的或是連續(xù)的（從一串連續(xù)值中選擇一個值）?？偟膩碚f，假如我們有詳盡的現(xiàn)實生活的數(shù)據(jù)，那就創(chuàng)建自己的分布。如果沒有，那么就選擇Witness提供的最適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)分布。6.4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性的一組命令集合。Witness提供了大量能直接使用的函數(shù)，同時我們也能創(chuàng)建自己的函數(shù)。如下兩種情況創(chuàng)建自己的函數(shù)是特別有用的：（1）對許多元素使用相同的操作。（2）這些行為模塊包含了很多說明。例如，假設(shè)在計算一臺機器的周期時間時要考慮多種因素，而我們在周期時間表達式中的輸入又不能超過一行，在這種情況下，我們就可以自己創(chuàng)建一個函數(shù)，想寫多少行就寫多少行，然后只要把這個函數(shù)的名稱輸入這臺機器的周期時間表達式區(qū)域就行了。6.5文件（File）文件是可以使我們從仿真模型外部將數(shù)值輸入模型（從一個“READ”型文件）或從模型中輸出值（到一個“WRITE”型文件）的一個元素。例如，我們能從其他軟件生成的文件讀入如周期時間這樣的值，或者生成適當(dāng)?shù)膱蟾?。使用文件時我們應(yīng)注意以下幾點：可以用文字處理工具或文本編輯工具（或其它能生成簡單ASCII文本文件的程序）來創(chuàng)建“READ”文件。在這樣的文件中以“！”符號開頭的行被略去不讀。不要在仿真運行時對同一個文件進行讀和寫的操作。假如有兩個模型在仿真運行，應(yīng)該保證它們不對同一個文件進行寫入操作，但從同一個文件中讀出是可行的。假如要在運行中檢查“WRITE”文件，應(yīng)該在檢查前先把它關(guān)掉，這樣才能檢查到一個完全更新了的文件。6.6零部件文件（Partfile）“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模型中生成輸出，然后將其用于另一個模型中。零部件文件對于追溯零部件離開仿真的確切時間和零部件在那時的屬性值也是很有用的。使用零部件文件應(yīng)注意以下兩點：不要在一個仿真運行時對同一個文件進行讀和寫的操作。假如有兩個模型在仿真運行，應(yīng)該保證它們不對同一個文件進行寫入操作，但是從同一個文件中讀出是可行的。6.7班次（Shift）班次是一個能用來創(chuàng)建一個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期。其它元素仿真班次工作時可以引用班次模式。我們可以將班次應(yīng)用于下列元素：緩沖運輸網(wǎng)絡(luò)傳送裝置餅狀圖流體管道勞動者槽機器時間序列零部件車輛零部件文件我們可以以詳細的方式輸入包含有班次數(shù)據(jù)的“.sft”文本文件。注意，班次數(shù)據(jù)不能涉及到不存在的次級班次（subshift）。7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，車輛和單件運輸小車在它們之間是怎樣流動以及勞動者是怎樣分配的，這就要用到規(guī)則。Witness有幾類不同的規(guī)則：輸入規(guī)則(這類規(guī)則包括裝載和填入規(guī)則)。輸入規(guī)則控制輸入元素的零部件或者流體的流量。輸出規(guī)則(這類規(guī)則包括連接，卸載，空閑，單件運輸小車進入，車輛進入和緩沖區(qū)退場管理)。輸出規(guī)則控制從元素中輸出的零部件，流體，車輛或者單件運輸小車的流量。勞動者規(guī)則。勞動者規(guī)則可用來詳細說明勞動者的類型和機器，輸送鏈，管道，處理器，容器，路線集或者工作站為了完成一項任務(wù)而需要的勞動者的數(shù)量。我們可以利用可視化規(guī)則對話框輸入簡單的規(guī)則，并且在模型窗口中顯示流動方向；或者可以通過使用規(guī)則編輯器輸入更復(fù)雜的規(guī)則。7.1輸入規(guī)則（InputRule）輸入規(guī)則控制零部件或者流體進入在系統(tǒng)中的流動過程。例如：一臺空閑機器要啟動的話，會按照輸入規(guī)則輸入零部件直到有足夠的零部件啟動它；一臺尾部有空間的輸送鏈在每向前移動一個位置時，按照輸入規(guī)則輸入零部件。可以通過以下幾種方法輸入零部件或者流體：具有相同名稱的一組元素。一組元素中的一種特殊的元素(需要指定那種元素的下標(biāo))。在模型外的一個特定的位置（WORLD）中得到零部件或流體元素。設(shè)定輸入規(guī)則的方法主要有兩種：通過元素細節(jié)（detail）對話框中的“FROM”按鈕首先選中對象，然后雙擊鼠標(biāo)左鍵，在彈出式detail對話框中的general頁中，點擊該按鈕就顯示出輸入規(guī)則編輯器。使用可視化輸入規(guī)則按鈕圖7.1輸入規(guī)則對話框首先選中對象，然后點擊Element工具欄上的“VisualInputRules”圖標(biāo)，將會顯示如圖7.1的輸入規(guī)則對話框，然后進行輸入設(shè)定。通過這兩種方法設(shè)定了元素的輸入規(guī)則后，都會使得元素detail對話框general頁框中的“FROM”按鈕下方，顯示出元素當(dāng)前的輸入規(guī)則的名稱。當(dāng)創(chuàng)建一個元素的時候，Witness會自動的給它一個默認的規(guī)則——WAIT，表示它不能接收零部件或者流體。為了規(guī)定零部件和流體通過模型時的路線，我們必須用一個其他的規(guī)則來代替WAIT規(guī)則。要注意的是，在設(shè)定輸入規(guī)則之前要先弄清楚零部件，流體，車輛和單件運輸小車的在模型中的路徑。我們不能把它們弄反了，舉例來說，我們不能在元素A向元素B輸入零部件的同時，元素B向元素A也輸入零部件。另外，還可以考慮使用零部件路線（ROUTE）來控制它們通過模型的路線。Witness提供的可以