（企业管理专业论文）面向敏捷制造的可视化柔性管理决策输出分析.pdf

研究生姓名：朱连善 导师姓名：批 蔓 年级9 7 级 答辩e l 期：1 9 9 9 年1 1 月 。 、( 信息革命和市场竞争全球化使得市场环境动态多变，消费者需求柔性和厂商竞争激烈，为迎接这 捌蛾。胡啸! b 龟作为“人类韶黠内毪躲次大转换”的典型代表，因柏舍我国国情而日益受到人们重 视。管理决策作为敏捷制造的三大支拄之一，决策水平的高低直接影响教睫制造的效率、效益和敏捷制 造在我国的推广应用。通过对敏捷制造建模和仿真。可有效提高决策的准确性，并合理规划生产系统。 但综观圈内外确关这方面的研究，在横拟及输出的可视化分析理论方法体系e 尚是一片空白，作者对此 进行了较为系鳓弹阿f 究。7 论文介绍了计算机仿真、霸捷制造、柔性管理决策及其软件实现环境；柔性管理决策模拟的分类； 模拟输出分析的基本理论，包拒带h 蝴出统计值的获得、模拟输出的鼍信区间和方差、仿真输出数据方 差的减小方法：最后给出了基于a r m a 3 0 司劫刚省鞠獭出分新实例。 论文对模拟及输出的可视化方法以及模拟输出基本理论作了些探索，对a r e n a 可视化输出分析 进行了深入的开发，具有定的理论和实践意义 眵艟l 如错睫f | ；啦盘柔性决策计算杌仿真司期惝出分析 c h 0 0 14 0 9 1 9 9 o n a g i l em a n u f a c t u r i n g - o r i e n t e d v b u a lf l e x i b l e m a n a g e m e n t d e c i s i o n o u t p u ta n a l y s i s m a s t e m h i p c a n d i d a t e ：z h u i a a n ) d g i a d e ：g r a d e 9 7 m 蚓蜘s u p e r v b 毗p r o w u z 蛔v e d 啦：n o v e l n b e r1 9 9 9 t h ei i l 如m 咖r e v o l u t i o na n d9 1 0 b a lm a r k e t m p c 斑；m a k em a r k e te n v i m n m e md y n a m i c t 1 1 e c u s t o m e r sf l e 蝴o l ed e n n e da n d1 h es h m p m 霹舒a m o n g 部向啊由i no r d e r 幻m e e tn c h a l l e n 辞, 嚣a 捌c a l i 印惜吣0 f 恤c 婶o f 瑚砌蛐瑚峨壮蛐l l i d 蛐i s 岫蝴p a j d a l i e 枷i o n 协 b e c a u s eo f 砥丘嘛幻t h e 。c n 蜘o f c h i r 且a s eo f 出r e ep o p s ，t h e 蛔do f d e c i s i o nm 桃w i l l d i r e c t y a f f e c tt h e 嘣c h 哪k 硫o f a g i k 瑚眦晒啦a n d 啦e x t e n s i o ni nc t l h m o c l e i m ga n d 如峨妇a g i k 瑚r n d h 咖她啪证郸m 恤钳啪嚼o f l e d e c i s i 讲l m 出吨a n d 妇d e s i 鲥嘴0 f 恤啪删h 蛐唔咖l b l 葺妇瞄鼬o f t 蛳a n d a 蛔蕾d 册n 趣e s p e c i a l b ，n l e 鹏吐i 甜o f 廿l e o u 肇哺黝晌s o f s h u 碰叽h i s a l n 删 e m p t y , a n d e _ l j , s t s m c h e d m n t p 印日掣啪h 融 t 堍呻胃劬僦j c e d 缸s i r i l 衄甑a g i i c 懈凼c 嘶嗡舾曲k 瑚嗵舯耐d 嘶s 蛔a n d l h e 哪i p 硎呜 t h e s i m u l a 蛔o f m 。d b i e m 鲫姆啪豫吐d e d ! 妇l t h e b j c m i y o f a 印幔柚a b 鸥h 习i i d i 噻c o l l e 嘶n s i m u l a t i o nd m a ，缸c o n f i d e n c e m 电r v a le n ds s m p l e 蛹嗽v a c er e d r a w nm e 岫a o d s t h ea f o r e m e n t i o n e d 咖啦p i 撕d k u s e d 妯溉c m m 咖删妇v j 刚o o 蛳m e y z eo f 恤s i m u l m o n a n d 恤嘁岫o f 唧鸣a n d 删 t h e a r e n a s v i s u a l 矾l 中幔蛐b f 嚣t h e 陀刚b l 忙t h e 涮嘴i n 廿七o r y 和r e m y 脚w o r m la 昏l e m 锄蠡c 趣廿 n 苷f k 棚) i e 出c i s i ：c 伽聊衄s 蛔u l 鲥0 f l ： v i s u a lo u t p u t i m a l 皿 c h 0 0 i 4 0 9 1 9 9 i i ，j 、 l 第一章绪论 第一节计算机仿真综述 一计算机仿真 t 仿真”一词译自英文s i m u l a t i o n ，有关它的定义有各种说法，一种目前比 较流行的定义是：仿真是通过对系统模型的实验去研究一个存在的或设计中的系 统。计算机仿真则是借助计算机，用系统的模型对真实系统或假想的系统进行实 验的- - f 7 综合性技术。1 9 6 4 年，美国b e l l 实验室研制成功电子微分分析器，开 创了计算机仿真的新纪元，它的发展是与系统工程技术、自动控制技术、电子技 术、特别是计算机技术的发展密切相关的。近1 0 年以来，由于微处理器的出现， 使得研制具有商品性的高速、高精度、高可靠、低价的、能满足高速实时仿真处 理的外围数组处理机成为可能。总之，目前仿真技术已经广泛应用于航天航空系 统和国民经济的各个领域中。系统仿真是指用仿真技术来研究各种系统，它粗略 地可分成计算机仿真、半物理仿真和全物理仿真。计算机仿真也称为纯数学仿真， 它是一种通过建立和实际系统相符合的数学模型，再运用计算机进行仿真运行， 以达到研究系统的目的。由于计算机仿真这种技术不需要除计算机以外的任何物 理装置，因此，经济效益十分显著。例如，过去设计一架飞机型号，要在风洞中 作吹风实验多达千次以上，所需的制作各种飞机模型的费用、风洞实验费用非常 大。目前，已经能把大多数的吹风实验放在计算机进行数学仿真，从而把物理仿 真的次数降低到只需作几次就行，据估计其经济效益可提高百倍以上。不仅如此， 在非工程仿真领域中，计算机仿真往往还是唯一可行的手段，例如，当要研究世 界范围的人口发展问题时，是无法进行物理仿真的。然而，利用计算机仿真进行 研究却是可行的。 从数学角度看，全数字仿真的工作量大，难度高，其关键是在建立能反映系 统内在规律的数学模型以及实现的算法方面。当然，一牵涉到物理仿真，就有工 c h 0 0 i 4 0 9 i9 91 1 t 西南交通大学研究生学位论文 第2 页 _ _ l - _ l _ _ _ _ _ i _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 一 程实现方面的难点，但无论如何，数字仿真技术毕竟是仿真技术的重要基础。 二计算机仿真语言 在仿真语言的发展方面，与其他应用软件一样，经历了手编程序、高级语言、 面向用户语言的阶段，目前正在各个仿真应用领域中，和相应的c a d 、c a m 软 件综合成一种对某类具体产品有方案论证、初步设计、工程设计、测试检验、专 家咨询等功能的软件包。据美国计算机模拟学会权威杂志s i m u l a t i o n 和文献 介绍，目前在国际上流行的仿真语言主要有s i m a n c i m a n 、s l a m t e s s 、 s i m s c r i p t s i m g r a p h i c s 、g p s s p c 、w i t n e s s ( s e e 、v h y ) 、g e n e t i k ( o p t i k ) 和a r c n a 等。 一般地，一种好的仿真语言应具有以下五种功能： 1 数据结构及内存的管理 仿真程序语言应能提供一定的数据结构和程序以描述仿真模型，表述系统模 型的静态结构和动态结构。 2 仿真时间的管理 仿真时间一般是仿真模型的主要自变量。因此，仿真程序语言应具有仿真时 钟子程序，它自动地储存，排列以及按时间顺序选取仿真事件，从而将仿真时间 向前推移。 3 随机分布抽样 由于在系统仿真中，通常要涉及随机因素，因而要求仿真程序语言应具有随 机数生成函数和随机变量生成函数，以产生仿真所需的随机数和各种分布的随机 变量。 4 计算能力 仿真程序语言必须具有代数的运算能力，对某些可以进行连续仿真的仿真语 言，还需要具备积分运算的能力。 5 数据搜集、分析和显示 c h 0 0 1 4 0 9 19 9ll 西南交通大学研究生学位论文 第3 页 一个仿真系统是通过观察与分析统计数据，来评价系统仿真的综合成果。这 就要求仿真程序语言具有数据收集、数据分析和数据显示的功能。 6 调整程序和监测系统动态 为适应调整仿真程序的需要，仿真程序语言应有检错报错诊断能力。 此外，与其它程序语言一样，仿真语言也应当具有功能强大、适用范围广、 简单易用，工作效率高等。 一敏捷制造及其特征 当今，世界市场日趋多变，产品生命周期短、更新换代快、品种增加、批量 减小，顾客对产品的交货期、价格和质量的要求越来越高，企业往往依靠独占性 技术构成的新产品以赢得市场份额，获取高额利润。在这种情况下，如何敏捷地 提供可利用的知识和技术，快速开发新产品，重组资源，组织生产，满足用户“个 性化产品”的需要，就成为企业能否赢得竞争、不断发展的关键。敏捷制造就是 在这种背景下，由美国于1 9 9 1 年提出，并在实践中得到了一定的应用，取得了 初步的效果。 敏捷制造哲理认为，以信息技术为基础，在全球一体化或地区一体化的金融 环境和政治环境中，通过临时联合那些能适应环境变化的企业，组成动态联盟， 共同承担风险，分担义务，共享成果，迅速开发新产品，响应市场需求。敏捷制 造系统是敏捷制造哲理的工程应用系统， 主要包括个性化需求满足、快速反应性、 等。 以多种形式实现竞争环境下的敏捷性， 低成本、生产系统的重组与资源的重用 在当前激烈的市场竞争中，我国制造业企业暴露出传统生产模式的不适应 性，主要表现在：产品、管理、质量、工艺手段与装备落后以及历史包袱、改革 中的误导等问题。因而，我国制造业企业迫切需要发展，一方面要获得生存，另 一方面要求得在全球制造业分工体系中占有一席之地。 敏捷制造具有以下特征； 西南交通大学研究生学位论文 第4 页 i 敏捷制造系统是一个交结构的开放系统，以及时响应市场需求的变化和 企业要素的流动性及其相互间的非线性作用； 2 敏捷制造系统要素数目增多且流动性增大，即要素的；0 h a 和退出频繁发 生； 3 系统目标难以定量描述； 4 系统要素能呈现多种状态，要素间集成程度高，系统从一状态转换到另 一状态应在短时间内完成： 5 自组织现象的发生等。 如果以生产p t c q s e 顾客化产品( 产品品种多( p ) 、产品交货期短( t ) 、 价格合理( c ) 、顾客对质量满意( q ) 、售后服务好( s ) 、和无环境污染( e ) 作为敏捷制造企业的目标，那么员工( e ) 、技术( t ) 和管理( m ) 则是其三大 支柱。而作为三大支柱之一的管理，其核心就是决策。决策水平的高低直接影响 敏捷制造的效率、效益和敏捷制造在我国的推广应用。同时，敏捷制造的多变量、 半结构化和非结构化的特点，使解决欠结构化问题的传统决策方法难以为继。与 之相适应的则是面向敏捷制造的柔性决策，分析、研究和开拓形成面向我国企业 敏捷制造的决策方法体系，对于提高敏捷制造企业的效率和效益及敏捷制造在我 国的推广应用具有重要理论意义和广阔的实际应用前景。 二柔性管理决策及其特点 1 有限理性是柔性管理决策的基本前提假设 “有限理性原则”是西蒙提出的一种决策理论命题，是对古典经济学规范决 策理论关于“经济人”假说的批判。规范性决策的“经济人”假说就是决策者“完 全理性”的假设，理性决策将决策过程所有的给定条件都归为决策者体外的环境， 并且假定： ( 1 ) 决策者具备关于其所处环境各有关方面的知识，而且，这些知识即使 不是绝对完备的，至少也是相当丰富、相当透彻。 ( 2 ) 决策者具有全知全能的理性，即：决策者具备一个很有条理的、稳定 的偏好体系，在复杂不确定的外界环境下能够并且愿意提供精确的偏好信息。 西膏交通大学研究生学位论文 第5 页 ( 3 ) 决策者拥有很强的计算技能，他靠这类技能就能计算出，在他的备选 方案中，哪个方案可以达到其偏好尺度上的最高点。 传统全面理性决策理论对决策者的能力作了极其苛刻的假定，为的是“产生 那些非常动人的数学模型”，用来表示简化的世界。而现实决策问题的复杂性使 人们达到全面理性受到很大的限制，表现在以下6 个方面： ( 1 ) 人的知识有限， 不可能对复杂多变的现实情况和未来的发展有完全的 了解；既不可能掌握全部信息，也无法认识决策的详尽规律； ( 2 ) 人的计算能力有限，即使得到复杂问题的最优解的所有变量和方程组， 但也可能因其数量如此庞大而使得速度最快的计算机也无能为力： ( 3 ) 人的时间和注意力有限，不可能同时圆满对待和处理诸多复杂情况； ( 4 ) 人的想象力和设计能力有限，不可能把所有备选方案都一一列出，并 从中选优： ( 5 ) 人的价值取向和多元化目标并不总是始终一致的，往往互相矛盾和没 有统一的度量标准，在不确定的外界环境下，决策者的偏好本质上是含糊的、不 完全的和可变的。在这种情况下期望决策者以精确方式提供其真实的、精确的偏 好信息是不现实的： ( 6 ) 现实决策环境是不确定和极为复杂的。 鉴于上述事实，考虑人类进行决策的实际行为，“诺贝尔经济学奖”获得者、 美国经济学家赫伯特西蒙于5 0 年代提出了描述在不具备全知全能的全面理性的 情况下，或者在受限制的理性情况下，人类的决策行为，即有限理性假说。这种 有限理性在决策过程中的表现是： ( 1 ) 在情报活动阶段，人的决策行为受知觉选择性的支配，不同经验和背 景的决策者，对决策环境的认识有不同的解释； ( 2 ) 在设计活动阶段，人们并不试图找出所有的各选方案，而是试图通过 广度搜索、深度搜索、预先择优搜索等问题求解活动，寻求满意的决策方案： ( 3 ) 在决策活动阶段，决策者遇到满意方案时便会终结其搜索行为。 有限理性原则对人们的实际决策行为作了比较真实的解释，有限理性是柔性 管理决策的基本前提假设。 c h 0 0 】4 0 9 i9 9 1 1 西南交遥大学研究生学位论文 第6 页 2 柔性管理决策的特点 柔性管理决策研究有限理性基本前提假设下的决策如何进行，这也是国内外 学者长期探索的问题。较之传统的决策，柔性管理决策具有以下特点： ( 1 ) 决策者是有限理性的，因此决策者可以接受一定范围的值，并在此范 围选择尽可能满意的结果，决策目标是柔性的； ( 2 ) 决策者一般采用“尽可能大”、“尽可能接近”、“不低于”等定性的语 言来表达自己对各目标的偏好，并且随着决策过程的进行，决策者会根据与系统 环境的信息交互来不断调整自己的看法，即决策者的偏好是柔性的； ( 3 ) 一些约束条件是柔性的。柔性管理决策对环境是开放的，约束条件会 随着环境的变化而随之发生相应的变化； ( 4 ) 柔性决策与全面理性决策的出发点和侧重点是不同的。全面理性的出 发点在于对真实世界的情景作大刀阔斧的简化，用一个小得多的问题空间来代替 真实问题空间，以使决策者有能力处理计算出的最优解；柔性决策的出发点则是 保留了较多的真实情景，使之能够以不过分的计算量，得到满意的决策，而不一 定是最优的决策。全面理性决策研究的侧重点是评价函数的性质和形式，最优解 的存在性及优化方法的有效性上；柔性决策研究的侧重点则是在规模庞大的可能 空间中，能以比较有限的搜索量，找到少数满意答案的启发式搜索的效率上。 3 面向敏捷制造的柔性管理决策模型 下面将敏捷制造系统的管理理论方法、现代仿真理论、可视化技术、系统优 化方法、软件工程方法、系统决策方法、专家系统、神经网络理论等揉和集成起 来进行研究，追踪和拓展国内外最新理论方法成果，形成面向我国敏捷制造企业 的可视化柔性管理决策模型及其面向应用的配套软件环境的体系框架( 如图2 1 所示) 。 西南交通大学研究生学位论文 第，页 圈2 - 1 面向t 搪制造的柔性管理决策模型体系框架示意圈 这个模型将面向敏捷制造的可视化柔性决策方法体系分解为敏捷制造柔性决 策目标辨析、敏捷制造的柔性裁剪式仿真模型构筑、可视化仿真的人机交互输出 分析、柔性决策方法和敏捷制造系统的可视化柔性决策向导研究五个部分，它们 既在方法和软件实现上相对独立，又彼此通过方法软件和各种数据信息文件严格 集成在柔性决策目标之下，最终可集成在敏捷制造的柔性可视化柔性决策向导的 软件集成环境之中，研究解决以下几个主要问题： ( 1 ) 决策目标识别与描述。面向市场的虚拟生产单元的动态描述及资源配 置目标的定性分析、设定和数学描述。 ( 2 ) 柔性裁剪式可视化仿真与输出分析。虚拟生产系统计算机辅助柔性裁 剪建模方法，生产系统规划与运作的可视化表现方法( 如：动画肖像符号、图表、 c h 0 0 14 0 9 19 9 i f 西南交通大学研究生学位论文 第s 页 文字、数据显示、音响、摄影等多媒体合成) ，人机交互式可视化仿真与分析方 法。 ( 3 ) 柔性决策方案的评价、优化与决策。虚拟生产系统柔性决策方案评价 指标的设定，包括经济性、风险性与适应性等要求；仿真技术与优化技术的结合 机理。 ( 4 ) 柔性可视化决策向导研究。对虚拟生产系统的柔性决策目标、柔性裁 剪可视化仿真、输出信息的智能化处理与可视化表现、柔性决策与优化方法进行 有机集成，形成在可视化仿真、柔性决策与优化的一体化环境中，实现以用户需 求为目标的人机交互式的模板向导，以增强生产系统柔性决策的通用性、适用性 和对市场变化的快速反应能力。 上述各项研究活动以敏捷制造企业的决策目标集合为导向，既在目标和细节 上相对独立，又彼此有机关联，最后集成在敏捷制造系统的可视化柔性决策向导 集成环境的研究上，实现敏捷制造企业的可视化仿真与柔性管理决策的一体化。 便于方法和软件在高档多媒体微机上实现，并有利于项目的实施、管理和控制。 4 面向敏捷制造的柔性管理决策步骤 敏捷制造企业要获得最大利益，必须有一个正确的决策程序，我们认为可按 如下步骤进行： s t e p l 获取市场信号，并分析动态联盟对企业资源配置要求，确定欲望水 平和搜索次数阀值； s t e p 2 柔性裁剪企业模型，在实验条件中添加新的资源配置要求； s t e p 3 进行可视化仿真，得出设备能力、人力、时间、成本等数据； s t e p 4 对仿真结果进行可视化分析和评价，与设定的欲望水平进行比较， 若满足，结束；若不满足，判断搜索次数是否大于搜索次数阀值，调整欲望水平， 回到s t e p l ；否则，用专家系统辅助找出瓶颈资源、关键环节，提出改进建议， 甚至测出动态联盟的进入阀值； s t e p 5 启用搜索算法，修正仿真条件，优化企业运作过程，回到s t e p 2 。 三敏捷制造系统的模拟和输出分析 西南交通大学研究生学位论文 第9 页 1 敏捷制造系统的模拟 作为下一代制造系统，模拟敏捷制造系统就是利用计算机技术对必须的生产 和运作活动进行全面建模和仿真。即在计算机上模拟产品制造的全过程，在产品 设计时，把产品的制造过程、工艺过程、生产和作业计划、生产调度、库存管理、 物料供应等生产活动用计算机加以模拟，以便在正式实施之前，管理者能预先确 定生产和运作活动的合理性，并作出正确的决策。 在构造未来生产系统时，由于采用柔性生产技术，投资巨大，通过建模仿真 并对仿真结果进行分析来优化系统的工厂布置、物流系统、车间设备布置，可以 一次实现生产系统的最佳规划。 2 敏捷制造系统的模拟输出分析 对敏捷制造系统进行仿真并分析其输出数据，可用来回答“w h a ti f ”的问题， 在决策或设计尚未实施时了解它们可能造成的影响。根据仿真输出分析的结论 尽可能准确地预测可能出现的后果对敏捷企业十分重要。 目前，国外( 美、日等国) 在敏捷制造领域的研究处于领先地位，国内在这 方面的研究刚刚起步，国内外有关研究主要存在以下问题： ( 1 ) 忽视了新型计算机仿真软件的应用研究； ( 2 ) 忽视对计算机模拟输出基本理论的研究； ( 3 ) 模拟输出结果的可视性差，使得根据仿真结果进行决策不易进行。 第三节计算机仿真与可视化输出分析的软件实现环境 对仿真输出进行可视化，就是按照决策目标，用可视化元素( 文字、图形等) 定制仿真输出结果。我们知道，敏捷制造的企业应针对外界环境的变化，及时作 出正确的反应，以抓住瞬间即逝的市场机遇。这就要求在对敏捷制造企业仿真e i 、j 应对仿真结果进行定制，从评价企业的设备利用率、人员利用率、车间设备布置 等方面着手，分析如何实现企业的敏捷化，适应未来激烈的市场竞争。可视化仿 真输出分析，即综合运用直方图、曲线图、图表、文字等各种可视化表现方法表 示仿真结果，通过在仿真输出结果中运用可视化方法，可较好地实现在仿真与柔 c h 0 0 14 0 9 l9 9 l l 西南交通大学研究生学位论文 第1 0 页 性决策一体化的环境中，增强企业生产系统的柔性决策以及对市场变化的快速反 应能力。 一a r e n a 仿真软件 a r e n a 是由s y s t e mm o d e l i n gc o r p o r a t i o n 于1 9 9 3 研制开发的新一代动画仿真 集成环境，1 9 9 8 年推出了更为成熟的a r e n a 3 0 版。作为一个功能强大的仿真工 具，它面向对象设计并具有实际系统定制的独特功能，较之其它仿真工具，a r e n a 更为灵活和易于应用，具有动画仿真的功能，尤其是嵌套在a r e n a 3 0 中的o u t p u t a n a l y z e r ，其仿真输出功能非常强大，不仅可对输出结果进行柔性裁剪，更能将 仿真结果十分方便地用可视化表达方法表示出来。a r e n a 既可独立运用，又可混 合集成，并能够与c 和f o r t r a n 等进行交互运用，a r e n a 2 0 版本能够完全与 m i c r o s o f tw i n d o w s 9 5 ，9 8 n t 兼容。a r e n a 的核心技术是s i m a n 模拟语言和 c i n e m a 动画系统，具有s i m a n c i n e m a 动画模拟环境的一切优点。a r e n a 能 够与极为广泛的现有工具进行交互交换，例如s p r e a d s h e e t 、数据库等，它能够 通过a r e n a 提供的o d b c 和o l e 与s h o pf l o o rc o n t r o ls y s t e m 进行交互，并能够 和c a d 软件包产生的任何t x t 文件交换。还可用v b a ( v i s u a lb a s i cf o r a p p l i c a t i o n ) 对其操作，提高a r e n a 应用的柔性和效率。通过v b a 可把a r e n a 与 m i c r o s o f to f f i c e 9 7 联结起来，实质上就为动画仿真模型和与优化分析与评价模型 的一体化提供了可能。因而可充分利用o f f i c e 9 7 中的w o r d 、e x c e l 、p o w e r p o i n t 、 a c e s s 等软件提供的资源与功能。 a r e n a 作为可视化的集成仿真环境，它具有以下特点： 1 a r e n a 兼备仿真器的易用性和仿真语言的柔性，甚至你需要的通用过程 语言( 如：v b ，c c + + ，f o r t r a n ) 的各种方法。它通过提供可供选择和可供替换的 由动画仿真建模分析的模块组成的模板来实现这功能。利用这些模块，你能够 建立范围十分广泛的仿真模型。为显示和组织的方便，模块被典型分组成嵌板来 构成模板。通过转换摸板，你能够获得完全不同的仿真建模结构和能力的集合。 在很多情况下，不同嵌块和模板的模块能够混合在同一模型里。 2 a r e n a 通过完整的体系保持其建模的柔性。你能够随时从s i m a n 模板中 西南交通大学研究生学位论文 第11 页 拖出模块以获得你所需要的仿真语言的柔性。并将s i m a n 模块与另一模板里的 高级模块混合在一起，因而它具有s i m a n 的一切优点。对于特别的需求，例如 复杂的决策规则或外部数据的选取，你可用过程语言( 如：v b ，f o r t r a n 或c c + + ) 来建造你的模型。并且，在同工作环境里，a r e n a 还包括有动画功能。所有这 些，不管该体系中你想运用的部分多高或多低，都采用同一的可视化用户界面。 3 应用a r e n a 的专业模板，你能生成你自己的模块并且把它们收集在你自 己的适合各种系统的模板。例如，s y s t e mm o d e l i n g 公司已经建立了一般建模模 板( a r e n a 模板) 、流程再造模板、程控中心模板和其他专业模板。一些用户也 已经建立了一些它们自己公司的用户模板，如矿业、自动制造业、快餐业和森林 资源管理。这样，你就不必在建模的柔性和易用性之间妥协。 圈3 - 1 a r e n a 体系结构 4 a r e n a 具有强大的相关功能支持 c h 0 0 l4 0 9 1 9 9 】l 西南交通大学研究生学位论文 第1 2 页 1 ) 输入分析器。你能够分析未加工的数据以拟合统计分布。即可对用户给 出的置信区间拟合分布。又可对用户给出的拟合分布分析其置信度，并且生成的 分布可直接结合进用户模型。 2 ) 输出分析器。提供了丰富的输出功能和表现形式对仿真结果进行分析。 如：置信区间、均值、方差、观测的实体数目、直方图、饼状图、曲线图、点线 图、直接与o f f i c e 9 7 连接输出等。 3 ) 方案管理器。可保存多次仿真运行结果数据，以便需要时分析。 二输出分析器 a r e n a 3 0 仿真输出分析主要在输出分析器( o u t p u ta n a l y z e r ) q b 进行。输出分 析器作为a r e n a 的输出分析工具，它提供了易于使用的用户界面，以及简单快捷 地观察和分析仿真输出数据。输出分析器的用户界面如图( 3 - 2 ) 所示。 c h 0 0 14 0 9 】9 9l i 西南交通大学研究生学位论文 第1 3 页 圈3 - 2 输出分析器用户界面 1 输出分析器菜单栏 e i l e 菜单包含以下菜单项 f i l e n e w c t r l + n o p e n c t r l + o c l o s e s a v ec t r l + s s a v ea s d a t ae i l e 卜i m p o r t p r i n tp r e v i e wl o a da s c i if i l e 肺n t p r i n ts e t u p s e n d c t r l + p e x p o r t g e n e r a ld i ff i l e a p p e n d e x i t 各菜单项的含义如下表所示 菜单命令含义 n e w创建一个新文件。 o p e n 打开一个存在的文件。 e l o s e关闭一个活动窗口，若未保存窗口中的内容，则关闭前给予提示。 s a v e 将活动窗口中的内容保存到一个文件中。 s a v ea s 在提示一个文件名后保存活动窗口中的内容到一个文件中。 i m p o r t 从源文件中读入一个a s c i i 格式的文件，并创建个无格式的a r e n a 数据文件。 l o a da s c i if i l e 读取自由格式的a s c i i 数据文件、a s c i i 文件，并产生一个无格式 的a r e n a 数据文件。 e x p o n 从数据文件中读取无格式的数据，并输出a s c i i 格式的数据文件。 g e n e r a t ed i ff i l e 将输出数据转换为标准的d i f 文件的格式。 a p p e n d在复制文件时，将“a p p e n df r o mf i l e ”框中文件的数据复制到目的 文件中。 p r i mp r e v i e w 预览将要打印的内容。 p r i n t 打印。 c h 0 0 14 0 9 i 9 9l 】 西南交通大学研究生学位论文 第】页 p r i n ts e t u p 打印设置。 s e n d 将当前文件中的内容作为邮件发送。 e x i l退出应用程序并提示保存修改过的文件。 v i e w 菜单 v i e w 菜单包含以下菜单项： v i e w i o o l b a r s t a t u sb a r 各菜单项的含义如下表所示： 菜簟项含义 t o o lb a r 提供如何显示工具栏的选项。 s t a t u sb a r 显示或隐藏窗口状态栏。 t o o l s 菜单 t o o l s 菜单包含以下菜单项： t o o l s i n p u ta n a l y z e r s c e n a r i om a n a g e r l i c e n s es u m m a r y 各菜单项的含义如下表所示 菜单项 含义 i n p u ta n a l y z e r运行a r e n a 输入分析器。 a r e n a运行a r e n a 仿真软件。 s c e n a r i om a n a g e r 运行a r e n a 中的仿真模型文件管理器。 l i c e n s es u m m a r y显示a r e n a 软件保护和许可协议。 g r a p h 菜单 g r a p h 菜单包含以下菜单项： g r a p h b a r c h a n h i s t o g r a m c h 0 0 14 0 9 l9 9 1 1 西南交通大学研究生学位论文 第1 5 页 m o v i n ga v e r a g e e l o t 工a b l e 各菜单项的含义如下表所示 菜单项含义 l l a r c h a r t o对于一给定的数据文件，用条线图表示数据 j ? 的变化。 h i s t o g r a m 对于一给定的数据文件，用直方图表示数据 的变化。 m o v i n ga v e r a g e 通过平均数据文件中的观测数据，用移动平 均线表示出来。 l o t 将重复仿真的结果绘制成图形。 t a b l e 将数据文件中的数据以表格的形式表示出 来。 a n a l y z e 菜单 a n a l y z e 菜单包含以下菜单项： a n a l y z e b a t c h t r u n c a t e0 b s n s c o r r e l o g r a m c o n f i n t e r v a lo i lm e a n 卜 c o n f i n t e r v a lo i ls t d d e v c o m p a r em e a n s c o m p a r ev a r i a n c e s o n e w a ya n o v a 各菜单项的含义如下表所示 c l a s s i c a l & a n d a r d i z e dt i m es e r i e s 菜单项 含义 b a l c h t r u n c a t eo b s n s 从输入的数据文件中读取变量的值，将数据进行裁剪 或分批后输出到一个数据文件中。 , o r r e l o g r a m对于保存在数据文件中的变量值，绘制一个相关幽。 c l a s s i c a l 对于保存在数据文件中独立同分布的变魁值的均值， 计算并绘制其置信区间。 s t a n d a r d i z e dt i m es e r i e s 对于保存在数据文件中以时间先后次序记录的变劳值 的均值，计算并绘制其置信区间。 c o n f i n t e r v a lo ns t d d e v 对于某一变量观测值的标准方差，给出其置信区间。 c h 0 0 14 0 9 19 9 i l 西南交通大学研究生学位论文 第1 6 页 接上表 c o m p a r em e a n s 对于两个数据文件中的变量值，给出其均值差的置信 区间。 c o m p a r ey a r i a n c e s 对于两个数据文件中的变量值，给出其方差比的置信 区间。 o n e - w a ya n o v a 对于给定的置信度，说明某一数据文件中变量的相关 或不相关，从而研究统计数据之间的内在关系。 w i n d o w 菜单 w i n d o w 菜单包含以下菜单项： w i n d o w c a s c a d e i i l e a r r a n g ei c o n s 各菜单项的含义如下表所示 菜单项 含义 c a s e a d e 将打开的窗口用重叠方式排列，以显示每一 窗口的标题栏。 t i l e 将打开的窗口以非重叠的方式排列，以显示 所有的窗口。 a r r a n g ei c o n s 将桌面上的图标排列成行。 h e l p 菜单 h e l p 菜单包含以下菜单项： h e l p o u t p u ta n a l y z e rh e l pt o p i c s u s i n gh e l p a b o u to u t p u ta n a l y z e r 各菜单项的含义如下表所示： 菜单项 含义 o u t p u ta n a l y z e rh e l pt o p i c s 显示输出分析器帮助系统的内容。 d s i n gh e l p 显示使用帮助系统的方法。 a b o u to u t p u ta n a l y z e r 显示有关输出分析器的版权和版本信息， 2 输出分析器的工具栏 工具栏及其对应的菜单项命令如图( 1 4 ) 所示： c h 0 0 1 4 0 9 19 9l l 鱼i 剜舅f d 州e w ； 国胁l t ， 比h i 。t 。g ，。； 醴q l 。t ； 谚吨d e n ：口- s a v e ；，_ 也p e n ；_ - s 陋_ p 献p r e v i e w ；山_ b 砌a r t心p r i n tu l i l - - b a r c h 矾 瞧m 。v i n ga v e r a g e 瞳_ b a t c h t m n c a t eo b s ，n s 卜r 。r r e l 。g r a m ；+ 1 a s s i c a l 图1 - 4 输出分析器工具栏 咿一c 。n t e x th e l p b u t t 。n c h 0 0 l4 0 9 i9 9 1 l 第二章管理模拟的分类 第一节概述 管理模拟的分类方法很多，按照不同分类方法可以得到各种类型的模拟。通 常按照系统状态的变化是否连续分为以下类型。 一连续型模拟 在连续型模拟中变量随着时间成连续变化，仿真时间既可以是连续的，也可 以是离散的，图1 1 、图1 2 分别表示具有连续性仿真时间及离散型仿真时间的 连续性模拟的变量与仿真时间的关系。 参 变 量叭 。 v 丽 圈1 - 1 连续型模拟( 具有连续仿真时间) 参 变 量 iliiii ， 、 i i l ii i 时诗 i 图1 - 2 连续型模拟( 具有离教仿真时问) 二离散型模拟 仿真时间可以是离散的，也可以是连续的，但发生变量是离散的，且与事件 时间有关的具体仿真时间是离散的。 西南交通大学研究生学位论文 第1 9 页 图1 3 表示离散型模拟变量与仿真时间的关系。 圈1 3 膏敌型模拟 三连续离散复合型模拟 在复合型模拟中，变量可以作连续性及离散性变化，或在连续变化中作离散 性突变，仿真时间可以是连续的。也可以是离散的。 应当说明，离散型模拟并非常常用来构造离散系统；同样，连续型模拟也并 非常常用来构造连续系统。对于一个具体的系统，决定用离散型模拟还是连续型 模拟，取决于特定的研究目的。例如，高速公路上交通流模型，假设单个车辆的 特性和运动是重要的话，交通流的模型应该是离散的；如果公路上的汽车作为一 “集合体”对待，交通流就可以通过连续型模型来描述。 如果根据仿真运行实验的基本方法及统计分析的模型可将管理模拟分为终止 型模拟与稳态型模拟，现祥述如下： 第二节终止型模拟 根据l a w a m ( 1 9 8 0 ) 的定义，模拟称为终止型是指要估计的量定义在特定 的开始和结束条件内。例如，一个零售企业，如银行，每晚关闭，如果营业时间 从早上9 点到下午5 点，仿真的目的是对顾客服务情况进行测试，仿真时间从9 点到关门前最后一个顾客进来时刻，仿真的初始条件是零时刻无顾客。又如，一 个生产系统可用终止型仿真，初始条件可以是零时刻机器数、开始的产品数等， c h 0 0 l4 0 9 i9 9 l i 西南交通大学研究生学位论文 第2 0 页 结束条件可以是固定的总仿真时间( 如一天、一个月) 或完成要求的产品数量。 开始和结束条件的选择是制模处理的一个部分，它对仿真输出值有重要影 响。因此，对终止型仿真所估计的量的完整描述必须包括开始和结束条件的语句。 由于开始和结束时间包括在模型的描述之中，因而对怎样运行仿真不存在问 题。从单次运行或重复运行中，可以得到一个或几个输出量值。例如，前5 0 0 个 顾客在队列中的平均延迟或服务员的利用率，由于目的是估计这些参量的分布特 性以及它们的期望值，需要对模型作几次独立的重复运行。简单的重复运行法为 终止型仿真输出统计分析提供了基本手段。 设x 代表第j 次独立重复运行( 即取不同的伪随机数发生器) 得到的输出量 数值，例如，x ，可以是在第j 次运行中前5 0 0 个顾客平均延迟时间，或者可以是 第j 次运行中服务员处于忙状态的时间百分比。x ，也可以是一个指示器随机变 量，指出某些条件是否在输出中出现。它们的概率是我们要进行估计的。从几次 独立的重复运行中，我们得到x 。，x ：，x 。由于x 是同一模型在独立运行中对同 一变量的观察结果，因而它们是独立的同一分布的随机变量( 以下简称i i d 变 量) ，这些x 可以作为统计分析的基本单位。 注意在每次仿真运行中只产生一个数据点x 提供分析，而不是把队列模型 中某个顾客的延迟作为数据分析的基本单位。因而，根据最终的统计分析，终止 仿真的一次重复模拟运行构成大小为1 的一个样本。 对所给的i i d 变量，可以用标准方差进行统计推导，即可用以下两式 又= x 。n s 2 ：窆( x ? n ) 一叉2 ( 1 一1 ) f 】2 ) 计算样本均值和方差。 由于可认为所得的x 服从正态分布，就可利用上节的结果计算出又及s 二的 置信区间。 例如，在m 1 队列系统中，令置信度卜b 为0 ，9 5 ，再设0 时刻无顾客，1 0 遍仿真求得的最先到达的2 5 个顾客平均延迟时间x 分别为： c h o o l ，4 0 9 i9 9 】 西南交通大学研究生学位论文 第2 1 页 1 0 5l 6 4 3 82 6 4 6 o 8 0 5 1 5 0 5 o 5 4 6 2 2 8 12 8 2 2 o 4 1 41 3 0 7 根据上述两式分别求得 又( 1 0 ) = 1 9 8 1 和s 2 ( 1 0 ) = 3 1 7 2 于是，样本均值又的置信区间是 1 9 8 1 - 1 3 8 ，1 9 8 1 + 1 3 8 】 其中艺可按自由度为9 的t 分布数值表查得。同样，可求出样本方差s 2 的置 器菊 厕，器焉 咄 信区间是 即f 1 2 3 ，3 2 5 1 以上结论是在假设x 的分布为正态时得出的，但严格地说，x 的分布值是 近似于正态分布的。但当重复数n 较大时，即使x 的分布偏离正态分布较大， 也可由第三节中的( 3 - 1 ) 式和( 3 - 2 ) 式算出正确的置信区间。 第三节稳态型模拟 它和终止型模拟相反，即在稳态型模拟中，使仿真时间趋于“无限”长，以 得到一个有限定义的输出分布。稳态模拟不依赖于初始条件，也没有一个时i n j 标 志模拟的结束。这类模拟所测试的性能希望能独立于初始条件。实际上，初始条 件的选择对稳态模拟在什么时刻终止是分析者厩临的另一个问题。总之，稳态模 拟的分析要困难一些。 通常一个系统只适合采用一种模拟类型。然而对于某些系统，终止模拟和稳 态模拟两种类型均适合，其选用取决于分析系统哪方面性能。例如，一个生产线 的仿真模型，这个生产线包括提供工人初始的职业、培训时间。采用稳态模拟可 估计出生产线投入运行足够长时间后，工人们在接受培训后的生产率；采用终止 模拟，则可以得到生产线投入运行前6 个月( 这期间工人们一边参加生产，边 进行职业培训) 的