物流系统仿真案例赵宁 第4章电梯仿真案例课件

1第4章电梯仿真案例第4章电梯仿真案例电梯仿真1仿真建模2电梯运行方案仿真分析3小结4

4.1电梯仿真电梯已经成为高层建筑中不可缺少的服务设施，满足

人们对楼内垂直运输的服务需要。然而随着人们社会活动的频繁，很多高层建筑的电梯已难以满足服务需要，为了提高运营效率和服务满意度，一些建筑采用了对电梯进行单双层或高低层分层运营的管理方法。但不同建筑物用途不同，其交通特征也不同，而且同一建筑物内的交通模式在一天的不同时间也是变化的，因此不同建筑对电梯的服务需求规律呈动态变化且非常复杂，仿真为描述这种规律提供了新的方法。整体来说，电梯的仿真不同于普通的物流仿真，它们具有以下不同点。(1)指令的产生。其包括进入电梯乘客发出指令的地点随机和电梯外部请求电梯服务的地点随机。（2）电梯运行相关规则。为了确保运行效率，电梯在运行中执行如下规则：电梯上行状态下不会接送下行需求的乘客，同理，下行状态下不会接送上行需求乘客；当电梯处于等待状态时，按先来先服务规则响应外部楼层服务需求；当电梯的负重达到最大载荷时，不再允许乘客进入电梯。

如果可以在以上不同点基础上建立仿真模型，则可在一定程度上对电梯运行规律予以描述。为此，首先尝试先建立单台电梯运行的基本模型，以描述以上不同点，然后在此基础上研究建立多台电梯仿真模型。

4.1电梯仿真

4.2电梯建模4.2.1基本模型4.2.2多台电梯模型4.2.1基本模型图4-1单台电梯的基本模型仿真流程图4-2单台电梯乘客乘梯流程4.2.1基本模型图4-3单台电梯运行流程4.2.1基本模型1、控件选择凡是需要运动轨道的都可以选择Track来作为运行轨道，而电梯可以选择具有装载功能的Transporter，并可以自定义其特定属性乘客可以利用Source来产生Entity来代替，而当乘坐电梯的人数很多时乘客将进行排队，所以利用Buffer来使在乘客进入电梯前进行排队。同样，乘客从电梯出去后可以利用Buffer和Drain来处理。值得注意的是，电梯与工件加工模型最大的区别在于工件加工模型的工件产生只在一个地方，而电梯的乘客却在每层都有可能产生，所以需要每次都设置一个乘客进入装置和出去装置。外部任务队列的任务需要利用TimeSquence表处理。由于电梯主要由代码进行控制，所以还需要Method和全局变量variable来进行电梯的运行控制。4.2.1基本模型2、整体布局

图4-4电梯仿真模型整体布局4.2.1基本模型3、基本控件设计1）电梯轨道设计Track表示电梯的运行轨道，可以利用Sensors来进行每一层的划分。根据上面的整体布局可以知道一共设置9个Sensors来表示每层间距离为5米，共9层。Track中Sensors的设置在本书的柔性生产线仿真小节已经详细介绍，本处不再重述。其中Sensors中的控制方法为图4-4中的Mesensor。

4.2.1基本模型

2）电梯设计电梯可以利用Transporter来表示。在属性设置中确定Transporter的长度为1.5m，速度为1m/s，x-dimension为3，y-dimension为2，表示电梯的容量为6。在电梯的自定义属性中分别设计curpos、des、statusup、taskclass和target5个属性。

图4-5target表4.2.1基本模型

3）楼层设计图4-6为电梯的第6层控件，可以看出由Source61和Source62分别产生在6楼需要上到更高层的乘客和需要下降到更低层的乘客，具体控件属性设置参考教材P85。

图4-6电梯楼层控件4.2.1基本模型

4）表的设计在此案例中主要有两个TimeSquence表，分别命名为ElvUpTask和ElvDownTask，分别针对乘客在外部对电梯发出的要求上楼和下楼的乘梯请求。

4.2.1基本模型4、控制方法设计根据图4-3的单台电梯运行流程来讲述Method的控制。其主要的控制方法包括：1）初始化（程序参见教材P86）；2）外部任务产生（上下行任务请求列表如图4-6和图4-7，程序参见教材P86）；3）无任务电梯接受外部任务（程序参见教材P88）；4）电梯内部任务的获取（程序参见教材P92）；5）内外部任务处理（程序参见教材P93）；6）电梯运行中触发sensors的控制（程序参见教材P95）；

4.2.1基本模型图4-7上行任务请求列表图4-8下行任务请求列表4.2.1基本模型4.2.2多台电梯模型

在现实生活中，大部分的电梯都是双梯，也就是两部电梯同时运行的。此外还可以发现，在有些建筑中两部电梯是每个楼层都可以服务的，而有些两部电梯是分单双层运行的，甚至还有一些是分高低层运行的。电梯的运行规则是多种多样的，此时需注意在一定的环境中一定的指标判别下选择什么样的运行规则最为合适。所以，任意层电梯模型的仿真可以在一定的环境下研究各种运行规则的优劣，为建筑设计者提供依据，从而帮助设计者选择较好的电梯运行策略来缓解人们乘坐电梯的压力。上一节主要介绍了单台电梯的运行过程及主要设置，在多台电梯的模型中其实与单台电梯差别不大，主要的差别在于多台电梯的不同电梯的任务层是不同的，可到达的楼层可以自由设计。在这一节主要将提出与单台电梯不同的设置。

图4-9两台电梯模型布置图4.2.2多台电梯模型

uu1：对象是单层电梯1，其值为大于电梯的目前

位置且离当前位置最近的有上升需求的合适层(合适层即为电梯能够服务的层)。例如，服务电梯在3楼，而高于3楼的4、5、6、7都有乘客需要上升，则uu1=5，因为电梯1只能服务单层，所以不理会4楼和6楼的需求，同时相对7楼来说5楼离3楼更近，所以uu1=5。ud1：对象是单层电梯1，其值为大于电梯的目前

位置且离当前位置最近的有下降需求的合适层。du1：对象是单层电梯1，其值为小于电梯的目前

位置且离当前位置最近的有上升需求的合适层。4.2.2多台电梯模型

dd1：对象是单层电梯1，其值为小于电梯的目前

位置且离当前位置最近的有上升需求的合适层。uu2：对象是单层电梯2，其值为大于电梯的目前

位置且离当前位置最近的有上升需求的合适层。ud2：对象是单层电梯2，其值为大于电梯的目前

位置且离当前位置最近的有下降需求的合适层。du2：对象是单层电梯2，其值为小于电梯的目前

位置且离当前位置最近的有上升需求的合适层。dd2：对象是单层电梯2，其值为小于电梯的目前

位置且离当前位置最近的有下降需求的合适层。4.2.2多台电梯模型图4-10Transporter的target属性设置图4-8Transporter1的target属性设置

4.2.2多台电梯模型1、初始化在基本模型中的init方法中，主要是产生了一台电梯并且利用waitGetTask方法使其等待外部任务，而对两台电梯来说，其初始化的目的是一样的（参考教材P101）。

2、外部任务的产生在此处多台电梯模型与基本电梯模型并无差别，可以参考基本模型的外部任务产生的具体代码。3、全局变量的设计

对单双层电梯的模型来说，8个全局变量的设计很重要，其各自所代表的意义在前面说明，具体的代码设计参考教材P101。

4.2.2多台电梯模型4、无任务电梯接受外部任务在基本模型中，用waitGetTask来控制电梯，而在此处，用waitGetTask来控制第一台电梯Transporter，用waitGetTask1来控制第二台电梯Transportter1。下面以控制Transporter的waitGetTask来说明其与基本模型的差别。在基本模型中，由于只有一台电梯，所以所有ElvUpTask表或者ElvDownTask表中的楼层都是电梯服务的对象，而在本模型中，电梯的服务楼层有差别，所以在目的地的选择方面需要考虑表中的楼层是否是可服务的。因此当电梯处于空闲状态下，目的地的选择代码上有差别（具体代码P104）。

4.2.2多台电梯模型5、电梯内部任务的获取电梯内部任务列表以电梯中的target属性来表示，在单台电梯中要获取内部任务也是通过读取target属性。同时设置target属性可以确定电梯的可到达层，比如：在其中设置为1、3、5、7、9则表明此电梯服务单层，而如果设置为1、2、4、6、8则表明电梯为双层，甚至对于高低层电梯也只需在此改变服务楼层就可以了。target表中的第3列为某一时刻将要在那些楼层下的乘客数，这与基本模型的思路是一样的（具体代码参考教材P107）。

4.2.2多台电梯模型6、内外部任务的处理在单台电梯中是通过不断比较内外部任务离电梯的当前位置的来获得电梯所要获得的任务的。而在多台电梯中，由于电梯的可到达楼层的不同导致的代码的变化（具体代码参考教材P108）；7、电梯运行中触发的sensors的控制

相对单台电梯模型来说，由于多了8个全局变量导致了sensors的控制代码发生了变化（具体参考教材P109）。

4.2.2多台电梯模型

4.3电梯运行方案的仿真分析4.3.1方案设计4.3.2评价指标分析4.3.1方案设计有了前面多层电梯模型的成功设计为基础，因为在相同的条件下，其只需改变电梯的target属性就可以变换电梯的运行方案下面为3种不同电梯方案的设计(1)两台电梯自由运行。两台电梯自由运行是指在一定的楼层高度下，两台电梯之间没有任何关系

地各自单独运行方案。两台电梯的target属性设置如图4-12所示。(2)两台电梯分单双层运行。在前面一小节中，就是以电梯单双层运行的例子来说明模型建立的，所以对于分单双层电梯运行的方案只需将两台电梯的target属性按照上一节的介绍设置。(3)两台电梯分高低层运行。这种运行方案是指一台电梯负责低楼层部分的运输，而另外一台电梯则负责高楼层部分的运输两台电梯的target属性设置分别如图4-13和图4-14所示。

图4-12自由运行电梯的target属性设置图4-13电梯Transport的Target属性设置图4-13电梯Transport1的Target属性设置4.3.1方案设计4.3.2评价指标分析1、电梯运输总时间电梯运输总时间是指在相同的乘客分布情况下，讨论哪种方案的运输总时间最短，这也是电梯的运行效率的体现。在本案例中，假设所有楼层的乘客做同样的分布。乘客分布设置如图4-15所示。

图4-15乘客分布设置

图4-16两台电梯自由运行的仿真结果