ServiceModel自编教材（学生）ServiceModel建模方法

1 第一章 模方法 一、 模元素 1. 置 )： “位置（ 主要用来表示在系统中对实体进行加工处理、排队等待、存储等活动的固定地点或场所。例如：机械制造中加工、检测、分类、装配、缓冲区、清洗、仓储等工位，银行、商店、理发店中的等待区、服务区及收银台等。输送设备和队列是两类特殊的位置，它们允许实体在运动过程中完成相关处理活动。此外，位置也可用来表示系统中的决策场所。 执行 件“ 建模）菜单中的“ 令或按下“ L”快捷键，进入“位置编辑”模块。 2. 体） “实体（ 是仿真模型要加工、处理或服务的对象。例如：生产车间中的原材料、毛坯、半产品、子装配体、托盘或产品，银行或商店里的客户，医院中就诊的病人，交通运输系统中的车辆等。 实体具有自身的属性和操作，如图标、名称、外型尺寸（长度及宽度）、图形、优先级、速度、到达逻辑、处理逻辑、退出逻辑、状态信息等。 执行 件“ 单中的“ 令或按下“ E”快 捷键，进入实体编辑模块。 3. 源） “资源（ 是指用来运送实体、完成操作或对位置及其它资源进行维护的模型对象。资源可以是人（如操作工人、检验员、维护人员等）、设备（如叉车、堆垛机、卡车、护工具等）等。 资源的定义在资源模块中完成。执行 件“ 单中的“ 令或按下“ R”快捷键，进入“资源编辑”模块。 4. 动路径 ) “路径（ 用来定义实体和资源在位置之 间的行进路线。路径为可选项，只有当模型中有动态资源时才必须定义路径。一个模型可以有多条路径。多个实体和资源可 2 以共享相同的路径。当实体或资源沿着路径移动时，可以以时间或者速度与距离来定义路径。 作为选项，路径中可以是由节点连接起来的路径段组成。路径段也可以有分枝，也可以在某个节点处合并。当在节点之间存在多个分枝路径时，除非明确指定节点之间的路径外，系统默认的行程路径是两点之间的最短路径。 执行 件“ 单中的“ 令或按下“ N”快捷键，进入 “路径编辑”模块。 5. 达） “到达（ 用来定义实体进入系统的方式。实体进入系统存在多种方式，如以任意数量或类型到达一个位置，或者按计划时间（周期性时间间隔、以递增或递减的速率重复发生或者由模型中的事件所触发等）定义到达的发生。 执行 件“ 单中的“ 令或按下“ A”快捷键，进入“到达编辑”模块。 6. 件过程） “事件过程（ 用来定义每种实体类型在每个位置发生的操作及其时 间等。它定义了仿真模型的运行逻辑，是 真模型中最关键、最重要的组成部分。 执行 件“ 单中的“ 令或按下“ P”快捷键，进入“事件过程”模块。 7. 性） “属性（ 是与单个位置或实体相关联的变量，它可以是整数或实数。总体上，可以将属性分为实体属性（ 位置属性（ 种类型。只有当一个实体位于系统之中时，它才具 有属性。实体属性可以在与实体相关的操作中引用。 执行 件“ 单中的“ 令或按下“ T”快捷键，进入“属性”编辑模块。 8. 量） “变量（ 是实数或整数类型的占位符，在仿真过程中它们的数值可以改变。变量通常用于决策或收集系统的状态数据，它们可以是全局的（ 局部的（ 全局变量（ 指在模型的任何位置及任何时间都可以访问的变量。全局变量的数值可以在仿真过 程中动态地显示，甚至可以交互式地改变数值。 局部变量（ 临时变量，它们只用于特定的操作或子程序等之中。可以 3 位每个实体、停机时间等创建局部变量，以完成特定的逻辑。局部变量只需在要使用的逻辑块中加以说明，而无需在变量编辑表中定义。 二、 模步骤 件采用交互式方法完成仿真模型的构建，它的应用步骤为： 1确定仿真目标。明确仿真要求，定义系统边界。 2采集仿真数据。在分析待仿真的系统特性的基础上，通过对数据的收集、筛选和对比分析等环 节，确定仿真模型中主要数据的数据类型、取值范围及其分布参数等，如零件的到达规律、设备的加工性能和停机时间、系统的班次安排等。 3建立仿真模型。通过简化、抽象和提炼，以 件中的模型元素来表达实际系统，定义元素的属性和参数，设置规则和选项，利用 件中的关键词、语句、表达式、函数、属性、变量、运算符等描述元素之间的关系，定义系统的运行逻辑。 4检验模型。通过试算、与手算对比、与实际系统比照等方法，验证模型结构、参数和决策逻辑的正确性，修改和完善仿真模型。 5仿真试验。运行仿真模型，得到仿真结果。 6仿真结果的分析、评价与优化。通过对仿真结果的分析，判断系统在结构、参数或决策等方面存在的问题，调整系统设置，修改模型参数，反复进行仿真试验，直到得到满意的系统方案和仿真结果。 4 第二章 模过程 模型 一 ： 流通加工 系统 一、 模型描述 一个小型 流通加工 车间， 左侧上方两根柱子之间的距离为 40 英尺，具体的 布局图 如下 ： 车间内将到达的 工件放入存储区域 （最大存量为 32 个工件） ，以备 生产使用。 加工 环节 每 40 分钟 到储存区提货一次， 批量为 5 个单位，一天共计 10 个批量。 工件 从 储存区 中 提出，被 搬运到 工件 传送带上 ， 需要 2 分钟。 一 名 操作工将 工 件从 工件 传送带上卸下， 并 搬运到 工作区的第一个机器 切割机上 。 这个操作工使用切割机将零件切割成三个零件 ，平均切割 处理时间为 5 分钟 （处理好的 3 个零件用不同于先前的图形来显示） 。 之后， 这个操作工 将切割好的零件 搬运到车床 上进行加工 ， 而 当车床 运行忙碌 时， 操作工会将切割好的零 件 搬运到货架上 临时储放 。 其中， 车床处理时间为 2 分钟 ， 当车床空闲时， 临时储放在 货架 上 的零件 将被提出 ，进行车床加工处理。被切割好的零件 经 车床 加工后（再次改 用 不同的图形来表示） ， 将 由操作工 放入成品 传送带上， 输送到打包机， 进行包装和发货。从 成品 传送带卸下 货物到搬运到打包机， 需要 钟。在最后一道工序的包装 中 ，需要将 4 个零件一组 包装在一起， 共 需要 1 分钟。最 后 ，将包装好的 产品发送出车间。 注： 操作工的速度为每分钟 150 英尺，当他空闲下来时，就回到分割机边。 40 5 二、 建模 过程 1. 模型初始化 （ 1） 模型命名 点击“ 文件） “ 新建） ，进入模型初始化界面。 在 “ 题目 ） 中 ， 输入模型名称 。 点击 “ 浏览），选择文件名“ *导入对应的工具图库，点击“ （ 2） 设置背景 模） 景图） 层底层） ， 进入背景设计模式。 导入背景图 ： 点击 辑） 入图片）， 选择相应的“ *件 ，点击“打开”。 （ 3） 设置单位长度 点击 图） 示“格子”）。 根据模型描述，已知 左上方两根柱子 之间的距离为 40 英尺，可以数出显示的小格子 一共 为 25 格左右 。 因此，每个小格子的间距约为 尺（ 40/25）。 点击 图） 局设置） 格子”尺寸设置），设置格子的尺寸。点击“ (刻度 )，在第一行“ 输入每个单元格的距离）中输入 示一个单元格 尺。 6 再次点击 图） 示“格子”），将格子隐藏掉。 2. 建立 置） 点击 模） 置），进入建立 式。 建立第一个 个“存储区域”。在“ 表）”中点击 体位置 /场所）。 按 模型描述中的布局图， 在 局）的货架上点击，建立一个仓库场所。 7 在 置）窗口中，将 称）改为仓库，将容量改为 32。 同样的方法，建立其他的 名称 容量 工件传送带 示无限容量） 分割机 1 车 床 1 货架 品传送带 包机 4 如上图所示，将两个传送带的“ 则）”设置为“ N 入先出）。 8 建成的布局图如图所示： 3. 建立 体） 点击 模） 体），进入实体建立 式。 这个模型中，只有一种 体），即需要加工的工件。 在“ 表）”中 选择图形 ，建立这个工件。 然后 ， 将“ 建）”的勾去掉， 点击“ 2” 为 这个工件添加其他的图形， 表示分割好 的工件形状 ，同样设置 车床加工好后的工件形状。 9 4. 建立 动路径 ) 点击“ 模） 动路径）进入建立移动路径模式。 在工件传送带旁边鼠标左键点击，放开后 移动鼠标引出一条线，在分割机旁边鼠标右键点击，建立 第一条路径，表示从传送带到分割机的道路。 同样的方法建立其他的路径，建立好的路径如下图所示： 10 建立连接关系： 将 道路的端口 和 置）联系起来。点击“ 窗口，点击“ ” （接口） 按钮，进入编辑联系模式。 鼠标左键点击靠近“工件传送带”的点，移动鼠标引出一 条线，在“工件传送带”的图标上鼠标左键点击，建立第一个连接关系，显示为虚线。 按照同样的方法，将 其他的节点与 置）联系起来。完成的视图如下： 11 左侧 “ 接口）窗口中的关系如下所示： 5. 建立 源） 点击“ 模） 入建立资源模式。 在 ，左键选择 一个工人的图标 ， 建立一个 在 口中，将名称改为“操作工”，点击“ ”（配置）按钮，设置 操作工的属性。 12 在弹出的窗口中，“ 走路径）”中选择 住所”）中选择 分割机勾选 “ f 选项 ，表示如果空闲下来 就返回“住所”，即等待在分割机旁边。在“ 空载速度和“ 满载速度中设为 150 英尺 /分钟。点击“ 成。 6. 建立 达） 事件模式 点击“ 进入建立到达事件模式。 左键点击“存储区域”的图标，设定工件首先到达的 置是“存储区域”。并将“ 的参数改为： (每次到达的数量 )为 5， 次数）为 10， 率）为 40； 双击“ 在弹出窗口中选择 “ 。参数设置结果如下所示： 7. 建立 件过程） 点击“ 进入建立事件过程模式。 左键点击“存储区域”图标，引出一条线 至 “工件传送带”图标，表示工件 首先 从“仓库”被搬运到 工件 传送带上。 同样的方法建立其他事件流程，流程图如下所示： 13 注意 ： （ 1） 应优先建立主路径。例如：在本例中， 工件到达分割机后会选择性的流向车床或者货架，故在建立路径时，先建立 主路径 分割机到车床的 然后 ，选择左侧“ 口中的“ ，加入从分割机到货架的路径， 从而使这两条路并行。 （ 2） 在打包机引出一条线，点击到旁边“ 具）”窗口中的 “ 开系统）”。表示完成的工件，打包完成后就离开系统了。 在流程中添加命令 ： 设置工件在加工流程中的 逻辑关系 。点击 时间流程， 编辑模型描述中 的流程事件。例如：点击从“仓库”到“工件传送带”的连线，在连线记录中，点击“ 动逻辑）” ，调出“ 逻辑编辑器）。 选择“ 移动时间）命令，在编辑条中输入 2，并 点击 “ 粘贴），也可以直接用键盘输入“ ”， 表示 “搬运时间 2 分钟”。 14 同样的方法，逐条建立每个流程的活动，结果列表如下：（命令不分大小写区别） 位置） （操作逻辑） 注解 目的地） 移动逻辑） 注解 仓库 工件传送带 工件传送带 分割机 分割机 车床 货架 货架 车床 车床 成品传送带 成品传送带 打包机 打包机 根据模型描述， 在分割机到车床（或者货架）的路径上需 要指明分割机将零件分割成三个。因此， 15 点击从分割机到车床的连线， 选择 “ 则）”，在 “ 程规则） ”窗口中 的 量）中输入 3。 8. 保存运行 最后保存模型为“学号 完成建模。 点击 下图中的 运行图标 ， 可以运行模型。 调整模型运行速度 选择 工具栏中的“ (仿真 )选项，选择“ 在“ at 勾选“ 这样 ，在运行中，点击运行按钮，模型会处于暂停状态，可以进行速度调整，再次点击运行按钮，便开始仿真模拟。 模型二： 成品仓库出库系统 一、 初始模型描述 某生产企业成品仓库，在接到顾客订单后，由“一对一”的仓库配货员进行配货任务，该配货员自由选择最短队列将配好的货物运送到出口发货人员，再由出口发货人员负责收银和发货业务。 根据观察和统计顾客到达该仓库时间的间隔分布符合表 1，配货员在仓库中配货的时间服从正态分布 N（ 20,10），即均值为 20 分钟，标 准 差为 10 分钟，出口发货人员的 服务时间符合 2 5 的均匀分布。顾客成群订货的概率 P（ X 1） P（ X 2） P（ X 3） P（ X 4） 群顾客发出订单后，由各仓库配货员进行配货。 要求对该成品仓库一周的运营情况进行仿真。 16 表 1： 顾客 到达间隔时间（时间间隔为指数分布的均值） 时段 顾客到达间隔（分钟） 8： 309： 30 5 9： 3011： 00 1： 0014： 00 3 14： 0017： 00 4 17： 0021： 00 1 21： 0022： 30 10 二 . 建模过程 （一） 模 型初始化 （ 1）点击“ 菜单进入到“ 进行导入图片库操作 （ 2）点击“ ,选择文件名为“仓库出库 仿真 这个文件 点击“ 。 （二）建立 称 容量 入口 货区 列 1 列 2 列 3 列 4 列 5 银 1 银 2 银 3 银 4 银 5 口 17 建成后的布局图如图所示： （三）建立 这个模型中，只有一种 体），即配货员。在“ 中点击一个人物图像，来建立配货员这个实体。 在 口中，将它的 改成“配货员” （四）建立 开 单，点击 入到 18 出现如下图所示对话框： 在 里填入“配货员成群工作的概率”点击 择 散型 ) 点击 现如下图所示对话框对“配货员成群工作的 概率”进行设置。 表示四个人一起工作的概率是 10，一个人工作的概率是 20，三个人一起工作的概率是 30，两个人一起工作的概率是 40。 （五）建立 这个模型中的 不是实际意义上的到达多少顾客，而是用于触发一个语句的。在这里，我们设置在每天仓库开门的时候到达一个触发，由于这个模型共运行 7 天，所以这个触发来 7 次。 打开 单，点击 入 辑模式。 19 如下图所示编辑 (六 )建立 开 单，点击 入建立 式。流程图如下所示： 注意 ：在出口需要引出一条线，点击到旁边“ 窗口中的“ 上，表示收到订货，收银完成后就可以离开系统了。 在添加从配货区到队列的流程的时候应注意一点，就是在添加了从配货区到队列 1 的流程之后，其余从配货区到队列的流程在添加前均应点击“ 窗口中的“ ，再右单击队列。 完成了流程事件后，需要在流程中添加命令，设置配货员在这个出库 系统中 发生的事情。点击从“配货区”到“ 队列 1” 的连线 ,编辑从“配货区”到“队列 1”发生的事情。我们从模型描述中知道，配货员 在仓库中配货的时间服从正态分布 N(20,10)。 在“配货区”到“队列 1”的连线记录中，点击“ 20 点击 “ 行修改 注意在从“购物区”到“队列”的路径上需要修改它们的规则。点击“ 钮，在弹出的“ 口中选择“ 修改后结果： 同样的发放，逐条建立每个流程的活动，结果列表如下： 21 口 间 时间 = * 100 + 30=时间 间 =930 货员成群工作的概率 () 配货员 货区 (5)间 = * 100 + 30=时间 间 =1100 货员成群工作的概率 () 配货员 货区 (间 = * 100 + 100=时间 间 =1400 货员成群工作的概率 () 配货员 货区 (3)间 = * 100 + 400=时间 间 =1700 货员成群工作的概率 () 配货员 货区 (4)间 = * 100 + 700=时间 间 =2100 货员成群工作的概率 () 配货员 货区 (1)间 = * 100 + 100=时间 间 =2230 货员成群工作的概率 () 配货员 货区 (10)间 = * 100 + 配货区 22 配货区 (20, 10) 队列 1 队列 2 队列 3 队列 4 队列 5 队列 1 收银机 1 队列 2 收银机 2 队列 3 收银机 3 队列 4 收银机 4 队列 5 收银机 5 收银机 1 (口 收银机 2 (口 收银机 3 (口 收银机 4 (口 收银机 5 (口 出口 （ 7） 设定仿真运行时间 打开 单，点击 入仿真设置 ， 点击后出现如下图所示对话框： 先选中 后设置仿真开始时间，和结束时间 点击 置仿真开始时间，我们将仿真开始时间设置为 2007 年 1 月 1 日的早上 8： 30，结束时间为 2007 年 1 月 7 日晚上 22： 30。 23 设置结果如下图所示： 最后保存模型，完成建模。 点击运行图标就可以运行模型了。 模型三： 运输物流 系统 一、 模型描述 这个模型模拟我们 流通加工 模型 中加工车间 的 供应链关系。一个供应商提供 件） ，另一个供应商提供 子），给其他客户 。当 生产出来后，通过 卡车 被运载到仓库中，由 仓库存储这些物料，并向我们的 加工 车间提供物料。 供应商 1 使用 金属原料 来制造 供应商2 使用 纸质原料 来制造 为供应商 1 运输产品的车辆一共为 4 辆，为供应商 2 运输产品的车辆一共 5 辆。供应商 1 的加工需求为： 金属原料 间隔 30 分钟到达一次 ，每次 2 个， 加工 是连续不断的。 第一个要求加工 始 时间为 30 分钟。供应商 2 的加工需求有两种 ： 纸质原料的到达间隔为均 值 15 分钟 的指数分布，每次 1 个 ，共 8 个批次； 纸质原料的到达间隔为均值 30 分钟的指数分布， 每次 1 个， 连续不断的要求加工，首次要求加工的时间为 150 分钟。 卡车从供应商 1 的仓库中装载货物到远方仓库，每次可以装 20 个零件，卸下货物后卡车回到供应商 1 的仓库。供应商 1 加工一个零件的时间为最快 12 分钟，最慢 3 分钟，大多数情况 8 分钟，加工好后运送到仓库的时间为 钟。卡车从供应商 1 仓库搬运货物到远方仓库的时间为平均 75 分钟，偏差 12 分钟。零件在远方 仓库中处理时间为 40 分钟，偏差 3 分钟。卡车回供应商 1 的时间为平均 55 分钟，偏差 8 分钟。 24 卡车从供应商 2 的仓库中装载货物到远方仓库，每次只能装 1 个盒子，卸下货物后卡车回到供应商 2 的仓库。供应商 2 加工一个盒子的时间为最快 50 分钟，最慢 90 分钟，大多数情况 64 分钟，加工好后运送到仓库的时间为 钟。卡车从供应商 2 仓库搬运货物到远方仓库的时间为平均 275 分钟，偏差 4 分钟。盒子在远方仓库的处理时间为平均 25 分钟，偏差 5 分钟。卡车回供应商 2 的时间为平均 75 分钟，偏差 4 分钟。 布局图如下所示： 二、 建模过程 1、 建立 置） 2、 建立 体） 3、 建立 性） 这里用属性 区分某辆卡车是属于供应商 1 还是供应商 2。 点击“ 模） 入建立属性模式： 在“ 性）”窗口中， 性名称）下面输入“卡车属性”， 型）默认为 数）， 类）默认为 体的缩写） 。 25 4、 建立 达） 在卡车到达的记录中，到达供应商 1 的“ 辑）”中输入“卡车属性 1”，到达供应商 2的“ 输入“卡车属性 2”。以标记到达供应商 1 的卡车为属性 1，到达供应商 2 的卡车为属性 2。 5、 建立 件过程） 实体） 位置） （操作逻辑） 输入） 目的地） 移动逻辑） 金属原料 供应商 1 工件 供应商 1 仓库 卡车 供应商 1 仓库 卡车 远方仓库 纸质原料 供应商 2 盒子 供应商 2 仓库 卡车 供应商 2 仓库 卡车 远方仓库 卡车 远方仓库 卡车 供应商 1 仓库 卡车 供应商 2 仓库 工件 远方仓库 工件 盒子 远方仓库 盒子 26 完成后的布局图如下所示： 完成这个过程后，需要在卡车回供应商 1（或者供应商 2）的路径中为卡车建立路线编号。 选择从远方仓库回供应商 2 的路线，在按“ 则）”按钮，构上“ 设置一条新路径。） 并在零件 到供应商 1 仓库和盒子到供应商 2 仓库的路径的 ，选择“ 表示是否需要