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witness培训资料
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&建模与仿真——witness系统及应用
作者：陆勇材
某家电维修部有一名普通修理工和两名高级工程师。普通修理工负责简单的维修项目，这占维修部所接维修项目的70%，剩下的30%疑难问题高工负责解决。根据以往的记录，其中不用高工维修的项目，普通修理工维修时间服从（8，18）min
的均匀分布；需要高工维修的项目，先由普通修理工进行简单的检测，需要时间服从（3，6）min
的均匀分布，然后由高工花费服从（60，68）min
均匀分布的时间；顾客到达的时间间隔服从（6，16）min的均匀分布。先要求对服务的100
位顾客进行仿真，了解普通修理工和高工的工作忙率，顾客等待时间等数据。
系统的WITNESS 模型界面
图表 1建模界面
分析系统的实体、事件、状态
实体：顾客的家电、普通修理工、高级工程师
事件：顾客拿家电去让普通修理工或者高级工程师修理
状态：如果普通修理工或高级工程师还没完成此时的家电维修，则顾客的家电维修需要维修等待。
系统绩效指标
主要是普通修理工和高级工程师的idle（%）、busy（%）、filling（%）、emptying（%）、blocked（%），还有就是模型运行的总时间….
系统终止运行条件
如果总家电数显示计数满一百个，则系统终止运行。如：
图表 2系统终止运行条件
系统流程图形化描述
顾客带坏家电来维修进入排队，如果此家电之前一家电在普通修理工那还没修理好或检测完毕，则该顾客排队等待，否则不排队直接到普通修理工。要是需要高级工程师的家电经检测完毕后进入排队2，如果此家电之前的家电在工程师那还没有修理完毕，则此家电在排队2等待，直到高级工程师有空闲为止，否则经普通修理工检测后直接到高级工程师修理，接着高级工程师修理完毕后就直接输出到总家电显示处计数；要是不需要高级工程师维修的家电，则直接输出到总家电数显示处计数。
建模元素说明
图表 3建模元素
P1 是携带家电来维修，属于part。
Paidui1是普通修理工忙不过来的时候顾客需要的排队，属于buffer。
是高级工程师忙不过来时需要高级工程师修理的家电的排队，属于buffer。
是总的家电数显示计数，属于buffer。
是普通修理工，属于machine。
是高级工程师，属于machine。
是30%和70%的一个标记，1 表示是70%，0表示是30%，属于variable。
是一个时间变量，用来表示普通修理工检测和修理的时间，属于variable。
Path1、path1、path3、path4、path5是家电去下一站得路径。
建模元素的定义
P1 定义part类型。
Paidui1、paidui2、jishu1定义的是buffer类型。
Putong、gaogong定义的是machine类型。
x、shijian
定义的是variable类型。
Path1、path1、path3、path4、path5 定义的是path类型。
建模元素可视化设置
1、P1可视化定义了其text、icon、style的内容。
图表 4p1style的设置
图表 5p1 icon的设置
图表 6p1text的设置
2、Paidui1、Paidui2、Jishu1可视化定义了其text、icon、计数型的part queue 内容。
图表 7paidui的text设置
图表 8paidui的icon设置
图表 9 paidui 的part queue 的设置
3、Putong、gaogong可视化定义了其text、icon以及queue类型的part queue 内容。
图表 10pugong的text设置
图表 11 pugong的icon 设置
图表 12pugong随机器变化的icon设置
图表 13 pugong的part queue设置
4、Path1、path1、path3、path4、path5可视化定义了其name、path 的内容。
图表 14 part的name设置
图表 15part的part可视化设置
建模元素细节Detail 设置
1、Guke的细节设置：
图表 16P1的细节设置
arrivals-type：active
maximum:100
input to model-inter
arrival：uniform（6,16,5）
to：PUSH to
IF RANDOM (1)
shijian = UNIFORM
shijian = UNIFORM
2、Jishu1的细节设置：
图表 17jishu1的细节设置
Input-action on
IF NPARTS (jishu1) =
3、Pugong的细节设置：
图表 18pugong的细节设置
Type：single
Input-from：
PULL from paidui1
using& part
output-To：
PUSH to paidui2 Using
PUSH to jishu1 Using
Duration-cycle
time：shijian
4、Gaogong的细节设置：
图表 19gaogong的细节设置
Type：single
Input-from：
PULL from paidui2 using
Duration-cycle
time：uniform（60,68,4）
output-To：
jishu1& using& part
、part的细节设置：
图表 20part4的细节设置
traverse:10.0
update:0.01
element:pugong
Destination:jishu1
其他的和part4类似，如下：
traverse:10.0
update:0.01
element:pugong
Destination: paidui2
traverse:10.0
update:0.01
Source element:
Destination:gaogong
traverse:10.0
update:0.01
Source element:
Destination:jishu1
traverse:10.0
update:0.01
Source element:
Destination:pugong
统计数据以及系统分析
、part statistics
report by on shift time
图表 21part statistics
report by on shift time
、Buffer statistics
report by on shift time
图表 22Buffer statistics
report by on shift time
3、Part statistics report
by on shift time
图表 23Part statistics
report by on shift time
4、Machine statistics
report by on shift time
图表 24Machine statistics report by on
shift time
这是pugong还有gaogong的忙闲率和总共操作过家电的个数。
5、模型运行的总时间
图表 25模型运行的总时间
4.2优化建议
1、改善家电运往下一站是效率。
从图表23可以看出，家电在运往下一阶段是用的时间都是比较大的，因此要提高效率就必须在这个环节减少时间的浪费，例如，如果中间的运行时间part
traverse的值减少到2个单位，则各个阶段都受到影响，忙率都提高了，也就是说缩短时间了，如图表所示：
图表 26模型运行总时间
图表 27改善后的个元素的忙闲率
2、增加一个普通工人。
如果增加一个普通工人所提高的效率得回得利润所雇用的公司，这样的效率还是相当好的，增加一个工人后，模型运行的各指标如图表27所示：
图表 28增加一个工人的运行数据
相对没有改善前，所用的总时间减少了，高工的忙率提高了，虽然pugong的忙率有所下降，但也许是值得的，当然也得看实际情况。
3、第1、2方案同时执行。
第1、2方案同时执行后，模型的运行数据如图表29所示：
图表 29第1、2方案同时执行的运行数据
从数据看，该方案同时执行时，比原模型还是提高了不少的效率，可就是多了一个普通工人。但是对于实际情况都可能是好的。
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系统中可以定义的所有函数类型。用户元素窗口:系统提供的默认用户元素窗口中提供了各种元素的可视化效果的定义,不过在建模过程中,当这些缺省的设置不能很好的表示实际系统时,用户可以在该窗口定义自己的相关元素的名称、可视效果等,保存以便日后使用。定义方法可以鼠标右击页框标题,将出现弹出式菜单,其中可以添加、重命名、删除、加载原有设计元素组等项目。向页框中添加自定义元素的步骤一般分为(来源：淘豆网[/p-9447034.html]) Define、Display、Detail 三步。自定义元素设定完毕后,需要保存成*.des 文件,通过菜单 File/save As,然后选定文件类型为 Designer ElementFiles(*.des),输入文件名即可。系统布局区:也叫系统布局窗口,在布局窗口中,设置实际系统构成元素的可视化效果以及它们的二维相对位置,可以清楚的显示实际系统的平面布局图。Witness 一共提供了八个窗口,可以通过这些窗口,使提仿真项目以不同的角度显示其可视化效果。对系统布局窗口的设置主要有三项内容:添加元素、设置窗口名称及窗口背景色。如何添加元素在实验步骤中介绍。设置窗口名称及窗口背景色可以通过菜单 Window/Control…,如下图所示。 Witness 建模元素:现实商务或事物系统总是有一系列相互关联的部分组成的,如制造系统中的原材料、机器设备、仓库、运输工具、人员、加工路线等,服务系统中的顾客、服务台、服务路线等。Witness 软件使用与现实系统相同的事物组成相应的模型,通过运行一定的(来源：淘豆网[/p-9447034.html])时间来模拟系统的绩效。模型中的每个部件被称为“元素(Element)”。该仿真软件共有五类元素来构建现实系统的仿真模型: 离散型元素:它是为了表示所要研究的现实系统中可以看得见的、可以计量个数的物体,一般用来构建制造系统和服务系统等。主要包括: 零部件(Part):可以代表在其它离散型元素间移动的任何事物。零部件进入模型有两种方式:一是被动式,即被动地等其它元素来取;二是主动式,即零部件主动地以固定时间间隔、不规则的时间间隔、随机的时间间隔等形式进入模型。机器(Machine):机器是获取、处理零部件并将其送往目的地的离散型元素,如一台车床、一个机场登记服务台、一个机器人焊接工等。有 7 种机器来建立不同类型处理过程的模型:⑴单处理机(single),一次处理一个零部件;⑵批处理机(batch),一次处理多个零部件;⑶装配机(assembly),将多个零部件组装成一个组件输出;⑷生产机(production),一个零部件输入后产生多个输出;⑸通用机(general),输入一批零部件,输出的是相(来源：淘豆网[/p-9447034.html])同数目或不同数目的一批零部件;⑹多周期处理机(multiple cycle),模拟机器衽的是经过许多独立的处理周期来完成一次操作;⑺多工作站机(multiple station),它有多个不同的部件加工位置,每个部件将依次通过每一个工作站,完成一系列的工序。输送链(Conveyor):是实现带传送和滚轴传送的离散元素,在设计输送链时,可以对它的长度、最大容量、部件移动每单位长度所需的时间等项进行设定。它有固定式和队列式两种。固定式(Fixed),保持其上面零部件间距不变的输送链;队列式(Queuing),这种输送链允许部件累积,假如该输送链上的部件被阻塞,部件仍不断滑向一起,直到这个输送链被塞满。缓冲区(Buffer):用于存入零部件的被动型元素,它既不能主动获取零部件,也不能主动送出零部件。一般是将缓冲区与机器相结合,成为机器的输入或输出缓冲区。车辆(Vehicle),用来将一个或多个零部件从一个地点运送到另一个地点,如卡车,起重机、铲车等。车辆必须沿着轨道(Track)行动。轨道(Trac(来源：淘豆网[/p-9447034.html])k),一种代表车辆运输部件时所遵寻的路径。轨道是单向的,车辆在“尾部(rear)”进入并向“前部(front)”运动。劳动者(Labor):劳动者是代表资源,负责对其它元素进行处理、装配、修理或清洁的离散型元素,如机器人,工具等。可以对模型中的劳动者设置班次,用不同的工作方式,休息和加班时期来进行试验。劳动者具有使用优先权。路径(Parth),是设定零部件和劳动者(或其它资源)从一个元素到达另一个元素的移动路线的离散型,在模型中用它来代表现实系统中行程的长度和实际路线。模块(Module),根据模型设计和分析的需要将模型中其它一些元素集合在一起,形成一个模块。连续型元素:用来表示加工或服务对象是流体的系统,如化工、饮料等。主要包括:流体(Fluid);管道(Pipe);处理器(Processor);容器(Tank)。运输逻辑型元素:主要用于建立物料运输系统,包括: work):由一系列的路线,工作站和单件运输小车组合在一起构成。分为自动提供能量和路线集提供能量两种类型。使用运输网络必须注意两点(来源：淘豆网[/p-9447034.html]),一是在同一个网络中,只能使用路线集,工作站和单件运输小车;二是网络所应用的类型和班次也被应用于所有配置在该网络中的路线集,单件运输小车和工作站。单件运输小车(Carriers):单件运输小车沿线集或工作站来运输部件,它的运输方式取决于网络的类型。使用单件运输小车应注意七点:一是每个小车的搬运量只能是一个部件;二是小车可以从一个网络移动到另一个网络;三是可以在每个网络中使用多个类型的单件运输小车;四是小车只有在路线集提供能量的网络中才能跨越式运动;五是一个单件运输小车的入口规则支持“PUSH,PERCENT 和 SEQUENCE”输出规则;六是可以把一个小车从一个模块推到另一个模块;七是当定义一个小车的时候,必须把它配置到网络中去(注:WITNESS只有在模型运行时才去检查这一点)。路线集(Section):是一种代表单件运输上车所走路径的提供动力的单体要素。在模型中,路线集是网络的组成部分。工作站(Station):是代表一个点的提供动力的单体要素,该点在路线集的起始或末尾,在这个点上,可以(来源：淘豆网[/p-9447034.html])对单件运输小车或者其里面的部件实施操作。共有四种类型的工作站:基站(Basic)、装载站(Loading)、卸载站(Unloading)、停泊站(Parking)。逻辑元素:逻辑元素用来处理数据、定制报表、建立复杂结构的元素,通过这些可以提高模型的质量和实现对具有复杂结构的系统的建模。主要包括: 属性(Attribute):属性是反映单个部件、劳动者或者单件运输小车特性的元素。可以在仿真过程中改变属性的值,属性的值可以变量也可以常数。变量(Variable):变量的的数据类型有整型、实数型、名型和字符型四种。WITNESS 中系统变量、全局变量和局部变量三种类型。分布(Distribution):用来代表从“现实世界”搜集的数据在模型中具有规律的变化。在建立模型时,既可以根据自己搜集的数据情况采用自定义分布,也可以采用 WITNESS 提供的最适当的标准分布。函数(Function):函数元素是能返回有关模型状态的信息或者使得模型显得更具有真实性的一组命令集合。WITNESS 提供了大量能直接(来源：淘豆网[/p-9447034.html])使用的函数,同时也能创建自己的函数。文件(File):它是可以使我们从仿真模型外部将数值输入模型(从一个“READ”型文件)或从模型中输出值(到一个“WRITE”型文件)的一个元素。如,我们能从其它软件生成的文件读入如周期时间这样的值,或者生成适当的报告。零部件文件(Part file):“READ ”型零部件文件是从外部数据文件读入零部件清单到模型中去的一个逻辑元素。“WRITE ”型零部件文件是将零部件清单写入外部文件的逻辑元素。零部件文件可用于从一个模型中生成输出,然后将其用于另一个模型中。零部件文件对于追溯零部件离开仿真的确切时间和零部件在那时的属性值也是很有用的。使用零部件文件必须注意两点:一是不要在一个不要在一个仿真运行时对同一个文件进行读和写的操作。二是假如有两个模型在仿真运行,应该保证它们不对同一个文件进行写入操作,但是从同一个文件中读出是可行的。班次(Shift):是一个能用来创建一个班次模式或一系列班次模式的逻辑元素,它作用于一连串的工作和非工作时期。其它元素仿真班次工作时(来源：淘豆网[/p-9447034.html])可以引用班次模式。图形元素:图形元素可以将模型的运行绩效指标在仿真窗口动态的表现出来。主要包括: 时间序列图(Time series):时间序列图是以图形方式来画出仿真随时间变化的值,从而表现仿真结果的图形元素。垂直的 Y 轴代表值,水平的 X 轴代表时间。饼状图(Pie chart):饼状图用来在仿真窗口表示仿真结果,显示如何使用一个或一组元素的图形元素。例如,我们可以用一个饼状图来分块表示一个给定时段的空闲时间,装配时间和工作时间。直方图(Histogram):直方图是一种在仿真窗口用竖条式的图形来表示仿真结果的图形元素。在模型中适当的地方我们可以用“record ”、“drawbar ”、“addbar ”行为在直方图中记下值。 Witness中的规则:我们一旦在模型中创建了元素,就必须说明零部件,流体,车辆和单件运输小车在它们之间是怎样流动以及劳动者是怎样分配的,这就要用到规则。WITNESS共有三类不同的规则: 输入规则(input rules):指零部件进入系统或进入某个模型元素的(来源：淘豆网[/p-9447034.html])规则。如是主动进入还是被动拉入。设置输入规则有两种方式:一是通过元素细节(detail )对话框中的“FROM ”按钮;二是通过 Element 工具栏上的“Visual Input Rules ”图标,弹出如下所示的输入规则对话框,然后进行输入规则的设定: 输出规则(output rules):输出规则用于设定当前元素中的零部件、流体、车辆和单件运输小车输出的目的地和数量以及输出方式。输出规则的设定方式与输入规则在致相同。劳动者规则(labor rules):用于详细说明实体元素为完成任务所需要的劳动者类型和数量。有三种劳动者规则:一是 NONE 规则,表示该元素不需要劳动者;二是 MATCH规则,用来为某个元素完成的任务按给定规则匹配所需的劳动者。三是 WAIT 规则,定义一个元素如何等待。 WITNESS的建模与仿真过程:(1)定义系统元素:可以通过在布置窗口中点鼠标右键,选定快捷菜单中的“define ”菜单项,来定义模型基本元素的名称、类型、数量;(2)显示系统元素:在定义了元素的基础上,要定义元素在各种状态下的现实图形。本步骤可以通过右击要定义显示特征的元素,通过选定弹出式菜单中的“display ”菜单项,来进行设定。各种元素的平面布置可以在witness 的布置窗口中设定,也可以通过导入被仿真系统设施布置图的.dwg文件来设定。(3)详细定义:本步骤详细定义模型基本元素工作参数以及各元素之间的逻辑关系,如系统结构、被加工对象在各台机器上的加工时间分布、加工对象的工艺路线、以及其他规则等。可以双击鼠标左键,通过弹出的“detail ”对话框来设定。(4)运行:通过试运行和修改模型,重复前三步得到正确的计算机仿真模型之后,对系统进行一定时间范围的运行,并在屏幕上动画显示系统运行的过程,运行方式可以是单步的、连续的和设定时间的。本步骤通过witness 提供的“run ”工具栏来进行操作。(5)报告:系统运行一段时间后,显示系统中各元素的运行状态统计报告。通过该报告,可以分析系统中可能存在的各种问题;或通过某项指标,来比较可选方案的优缺点。如机器的利用率、产品的通过时间、在制品库存等。该操作通过使用“reporting ”工具栏来实现。(6)归档:witness 还提供了归档“documentor ”模块,可以让我们提取计算机模型的各种信息,生成 word 文档或直接打印出来。主要是生产报告模块没有包含的有关元素的说明型文字、规则、活动、中断和基本信息。(7 )优化: witness 还提供了系统优化“optimizer ”模块。如果一个系统的绩效将因为其构成元素的配置不同,而得到不同的结果,并不需要建立多种配置的计算机模型。我们可以直接使用同一个计算机模型,然后通过“optimizer ”模块来设定每一元素的可变属性值的取值范围,得到一个取值范围集合,并设定表示绩效的目标函数是取最大值还是最小值,进行优化仿真运行,就可以得到前 n 个最优绩效的系统配置(n 可自行设定)。播放器加载中，请稍候...
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