第5章Arena建模基本操作5.1 Arena建模概述5.1.1Arena功能与特点Arena是一种支持用于离散事件仿真可视化交互式仿真软件(VIS)。
应用Arena，用户可以交互地建立模型，创建系统的动画，运行仿真器，收集仿真输出的数据，创建查看需要的统计报告。
Arena还包括输入分析器，它是一个输入数据分析的工具。
用流程图将系统表示成实体相关活动的逻辑网络。
Arena通过完整层次化结构(hierarchical)保持了建模的灵活性。
Arena支持分层建模，即一些模型元素可以代表一个下层模型；下层模型可以包含更深一层的模型。
分层建模可以将复杂的模型分解成更小更容易理解的模型单元。
5.1 Arena建模概述5.1.1Arena功能与特点提供了13个(Arena10.0)建模模板(Template)，每个模板中提供了许多用于图形仿真建模与分析的模块(Module)，将这些模块组合起来就能构建出各种不同的仿真模型(Model)。
为了便于组织和显示，各模块按类型组合在一个面板(Panel)中构成模板。
通过面板间的切换，可以很方便地找到所有的仿真建模构件集。
不同模板的面板中的模块可以在同一个模型中混合使用。
Arena是与微软Office兼容的产品，它的工具栏和菜单栏与Office是类似的。
同时Arena使用网络化多媒体动画技术（OLE 动画）和VBA视窗技术与桌面应用程序的整合。
嵌入在流程导航工具Visio里的接口使得用Visio画的流程图可以自动导入Arena中。
5.1 Arena建模概述5.1.1Arena功能与特点Arena应用领域✓物流领域，Arena的应用涉及从供应商到客户的整个供应链，包括供应商管理、库存管理、制造过程、分销物流、配送中心选址规划/商务过程以及客户服务等。
✓制造过程仿真：①生产过程中的工艺过程计划、设备布置等；②生产管理中的生产计划、库存管理；③制造过程的经济性、风险性分析，辅助企业投资决策；④各种先进制造模式如虚拟组织及敏捷供应链管理的可视化仿真等。
✓服务系统应用，Arena常用来进行医疗系统的医院临床设备、医生、护士的配备方案选择和医疗改善等；交通运输中的高速公路的交通控制，出租车的管理和路线控制，港口运输计划模型，车辆调度；公共服务的紧急救援系统等。
5.1.2 Arena仿真环境与基本建模要素Arena的窗口构成Model windowFlowchart viewProject BarModel windowspreadsheet viewArena的模块类型在Arena中，模块是流程图的组成部分以及数据的载体，仿真所需要的信息都储存在模块中。
5.1 Arena建模概述1.流程图模块(Flowchart module)表5-3 Arena基本操作面板的模块类型和功能模块名称与图示模块功能Create 流程的开始，产生主动实体，主动实体从该模块进入仿真过程。
Process 处理一项活动，通常需要一个或多个的资源，并且需要消耗一些时间来完成。
Decide 是程序的分支部分，实体只可以选择一个分支。
控制实体的逻辑流程。
Assign 改变参数和变量的值（在仿真过程中），例如实体的类型、属性或全局变量等。
Record统计功能模块，统计实体的数量和时间周期。
Batch 在继续运行流程之前，收集（匹配）一些实体。
Separate 在并行的程序中复制主动实体，或是将先前所建立的一组实体分散成其他组。
Dispose流程的结尾，消除主动实体，主动实体从该模块退出仿真过程。
5.1 Arena建模概述5.1.2 Arena仿真环境与建模基本要素2.数据模块(Data Module)✓数据模块用于定义各种操作元素的属性，如实体，资源和队长。
它们也可以创建整个模型所用的各种数值变量和数学表达式。
✓基本操作（Basic Process ）面板里的数据模块•实体(Entity)•资源(Resource)•队列(Queue)•变量(Variable)•调度(计划时间表，Schedule)•集合(Set)5.1.2 Arena仿真环境与基本建模要素5.1 Arena建模概述单服务台单队列系统的Arena模型单服务员单队列系统的顾客的到达时间间隔服从均值为5分钟的指数分布，服务时间服从均值为TRIA（1，3，6）三角分布。
仿真进行20分钟，估计系统的平均队长、顾客平均逗留时间、服务台利用率。
5.1.3 应用Arena建模Arriv e Serve Leave0 00图5.3 M/M/1系统流程图5.1 Arena建模概述A Simple Processing SystemModel 3-1Sy s tem Part Arriv es to D rilling C enter Sy s temPart Leav es Time (Minutes)050202000Drilling Center Queue: Num ber WaitingDrill Press: Num ber Busy5.1 Arena建模概述The Create Flowchart ModuleThe Entity Data ModuleThe Process Flowchart ModuleThe Resource and Queue Data ModulesResource AnimationThe Dispose Flowchart ModuleDynamic Plots资源动画：✓双击资源动画图标，打开资源动画绘图窗口✓双击Idle 或Busy 按钮✓在识别选项栏选择正确的资源名字✓勾选Seize Area box5.1 Arena建模概述5.1 Arena建模概述 动态图绘图操作步骤：点击动态图绘图按钮打开对话框5.1 Arena建模概述 动态图绘图操作步骤：••5.1 Arena建模概述仿真结果界面5.1 Arena建模概述仿真结果中的几个测度指标✓顾客逗留时间(包括服务和等待时间)✓顾客增值成本✓顾客等待资源的时间✓进程中实体个数（WIP，Work in Process）Arena模型中的成本计算✓进程中的增值时间和非增值时间:实体(顾客)花费在接受服务上的时间是要支付费用的，是增值时间；花费在等待服务的时间为非增值时间。
仿真建模步骤（1）绘制Arena流程图（2）输入模型参数（3）修改模型参数（4）定义仿真参数（5）仿真模型交互运行（6）查看输出报告5.1 Arena建模概述建模元素✓实体是沿着流程图运行的临时主体，像顾客、文件、制造业中的零部件。
实体可以有不同的属性和不同的动画演示图标。
✓资源是系统的资产，用于服务或者加工实体。
例如设施、设备、职员、操作员和机械工。
在Arena中，实体顺着流程图完成自己的进程，在队列中等待着资源可用。
资源的能力是指可供实体使用的资源数量。
一个资源可以用固定的能力或者随着计划表变化的能力图表示。
许多成本都可以与实体和资源关联，像资源等待成本或者每小时的资源忙碌或空闲成本。
✓资源集合是同一类型多个资源聚集在一起，例如接待员或者机械师这类执行不同操作的群体。
资源集合可以让一个实体使用集合中任意一个资源而不是特定的资源。
✓队列是实体的等待队长，当资源被占用时Arena会自动在相应位置创建队列。
队列可以设置不同的等待规则——先进先出、最高优先级准则等等。
✓变量可以用资源、队列、实体的属性、仿真统计量等来定义。
变量的值可以被初始化，仿真过程中可以被改变和引用。
5.1.3 应用Arena建模 5.1 Arena建模概述5.2 案例：专业化的串行处理和一般化的并行处理一个经典的运营管理问题：当加工（服务）过程包括多项任务时，是用专业化的工人分工完成整个加工过程？还是用一般化的工人并行完成整个加工过程？过程时间的可变性如何影响决策？案例问题描述：考虑一个贷款机构，申请以间隔时间均值为1.25小时的指数分布到达系统，第一个实体0时刻到达；每个申请处理过程必须按顺序完成如下4个步骤：信用核查、准备贷款合同、贷款定价、资金支付，每项工作时间都是相互独立的均值为1小时的指数分布；开始时刻系统空闲，运行系统160小时(20个工作日)；输出性能测度指标包括实体在系统中平均和最大数、平均和最大周期时间，平均和最大等待时间；贷款机构有4个雇员(Alfie, Betty,Chuck,and Doris)均能胜任每个环节的工作？决策问题是怎样安排他们的工作任务？串行还是并行？5.2 案例：专业化的串行处理和一般化的并行处理5.2.1专业化分工的串行处理模型(Serial Processing—Specialized Separated Work)5.2 案例：专业化的串行处理和一般化的并行处理5.2.1专业化分工的串行处理模型Applic ation Arriv es C reditAlfie Chec k s Applic ation D epartsSpecialized Serial Loan Application Model 3-2C ov enantBetty PreparesLoanC huc k Pric esFunds D oris D is burs es 0160025Time (Hours)0 00 0Applications in Process5.2 案例：专业化的串行处理和一般化的并行处理5.2.1专业化分工的串行处理模型 仿真结果5.2 案例：专业化的串行处理和一般化的并行处理5.2.2一般化完整工作的并行处理模型(Parallel Processing—Generalized Integrated Work)5.2 案例：专业化的串行处理和一般化的并行处理5.2.2一般化完整工作的并行处理模型Application Arrives Four Steps Processes All People One of theDepartsApplicationGeneraliz ed Parallel Loan ApplicationModel 3-30160025Time (Hours)0 0Applications in Process若干个指数分布相加是爱尔朗分布5.2 案例：专业化的串行处理和一般化的并行处理5.2.2一般化完整工作的并行处理模型仿真结果5.2 案例：专业化的串行处理和一般化的并行处理5.2.3任务时间变动的效果(The Effect of Task-Time Variability) 串行处理等待时间和周期时间大于并行处理的主要原因是任务时间有很大变动性。
例如本例中，一项申请处理时间低于10分钟（1/6小时）的概率为F(1/6)=1–e–1/6≅0.15，申请处理时间大于2小时的概率是1–F(2)=e–2≅0.14,两部分顾客的人数几乎相等，较长处理时间的实体使得系统拥挤排队，较短时间使得资源空闲。