ExtendSim培訓

1、美國工業(yè)工程師協(xié)會（IIE）資深會員ExtendSim 入門培訓（離散事件仿真）聲明ExtendSim 培訓系列視頻旨在促進ExtendSim仿真工具的正確和有效使用。本視頻錄制只看重知識的交流,而由于能力有限,視頻錄制本身由非專業(yè)人士完成。諸多缺乏請學習者諒解。說明（1）本視頻針對 ExtendSim 版本8（2）版本 8 演示版可以從這里下載（3）ExtendSim 版本8和版本7差異不是特別大,用戶也可以使用清華大學教材附帶光盤中的版本7學生版初學ExtendSim仿真的訣竅：（1）弄清楚仿真作用（2）弄清楚ExtendSim根本操作（3）弄清楚ExtendSim最重要的模塊（4）弄清楚

2、一旦邏輯復雜,如何擴展（5）弄清楚數(shù)據(jù)如何交換 （Excel, ODBC）（1）弄清楚仿真作用請參考“ExtendSim 介紹視頻（2）弄清楚ExtendSim的根本操作ExtendSim 是 搭積木的益智類游戲 刻畫流程的運作規(guī)律 提升關鍵績效指標 找到資源分配、占用、釋放的最正確方式模塊組合模塊連線克隆分層貼圖圖形著色文字/字體ExtendSim 主要模塊庫模塊庫模塊數(shù)量說明Item31物件（實體）處理模塊Value30數(shù)值（信息）處理模塊Plotter14圖表繪制模塊Animation 2D 3D9二維和三維動畫Rate11基于流速（批量化處理）模塊Utilities16輔助支持模塊El

3、ectronics44電子電路設計對一般離散系統(tǒng)來說,最重要的模塊庫是 Item 和 ValueExtendSim 主要模塊庫ExtendSim 可以從任何一個模塊庫中拖拉模塊組成模型。ExtendSim 像磚廠,提供了優(yōu)質的磚頭,如何把它們建成心目中最完美的建筑,還需要優(yōu)秀的設計師和施工隊。用戶就是設計師和施工隊。ExtendSim 根本構成ExtendSim 模塊之間有兩種邏輯流。一種是物件（Item）,代表系統(tǒng)中的物體。物件可被賦予屬性（預制屬性和自定義屬性）和優(yōu)先級。物件的涵義很廣,既可以代表被處理的物體,包括生產(chǎn)零部件、病人和通訊傳輸中的信息包等,也可以代表處理的資源,包括人員、設備

4、和工具等。仿真模型中可以跟據(jù)需要在這兩個角色之間自由轉換。在二維模型中,默認的動畫形態(tài)是一個綠色的小球,用戶可以根據(jù)需要更改這個小球的圖片。物件的傳輸一般需要消耗時間。第二種邏輯流是數(shù)值或者說是信息（Value）,在模型運行期間不斷變化。所謂的數(shù)值是一個單純的數(shù),包括隊列長度、統(tǒng)計值和容器中液面高度等等。這些數(shù)值可以是輸入值,也可以是統(tǒng)計結果,或者是某種數(shù)據(jù)存儲的地址索引等等。這些信息往往在仿真運行中決策判斷時需要。數(shù)值或者信息的傳遞是不需要消耗時間。ExtendSim 根本構成ExtendSim 模塊的端口種類Activity 模塊ExtendSim 根本構成ExtendSim 模塊的端口種

5、類 所有輸入端口命名以“In”結尾，輸出端口命名以“Out”結尾（大小寫不區(qū)分）。可以通過修改名稱的結尾在輸入和輸出之間轉換 用戶可以在自己設定的模塊上添加任意端口，包括分層模塊 端口的添加按鈕在工具欄最右側 新加入的端口默認為輸入端口，用戶可以通過修改端口的結尾命名來改變成輸出端口 為了動畫需要，用戶可以選擇菜單中 Model- Hide Connectors 隱藏端口ExtendSim 根本構成ExtendSim 模塊之間的連線 物件端口之間的連線往往說明了物件流轉的路徑；二維模型中的連線可以在三維動畫窗口中自動生成三維物體移動路徑。 數(shù)值端口之間的連線說明了數(shù)值（信息）傳遞的通路。 連線

6、的線型可以通過菜單 Model - Connection Lines 定義 連線可以通過菜單 Model - Hide Connections 隱藏 ExtendSim 支持命名連線,大大簡化連線的密集程度,便于組織。用戶在模型任何地方雙擊,激活文本輸入,就可以輸入連線名稱；連接到相同命名上的連線為實際連通在一些的連線,例如ExtendSim 根本構成ExtendSim 模塊根本結構 ExtendSim 模塊100%開源,選擇模塊后右鍵選擇Open Structure 每個模塊的源代碼由對話框設計和代碼設計兩局部組成。對話框設計包括用戶需要輸入的參數(shù)和觀察的結果,見右圖 添加對話框中的控件是通

7、過菜單Develop-New Dialog Item 實現(xiàn) 添加對話框中的分頁是通過Develop-New Tab 實現(xiàn)ExtendSim 根本構成ExtendSim 模塊根本結構 代碼設計分為五個局部,包括動畫設計、端口定義、變量定義、模塊幫助和模塊源代碼。見右圖 這個窗口也是ExtendSim集成開發(fā)環(huán)境的組成局部,用戶可以在這個環(huán)境中設定斷點,進行代碼調試。 關閉模塊時,會自動提示錯誤信息,如果沒有錯誤,則自動編譯成機器代碼。（3）ExtendSim 15 個最重要模塊（1）流程中資源要素和實體的產(chǎn)生：Create, Resource Item, Resource Pool, Resou

8、rce Pool Release （2）流程中各種延遲和處理： Activity （3）流程中資源屬性的界定：Get, Set （4）流程中路徑流轉：Select Item In, Select Item Out, Gate（5）流程中資源的合并和拆分：Batch, Unbatch （6）流程中的隊列等待：Queue, Queue Equation（7）流程中的決策： Equation （I） Activities: Activity, Convey Item, Transport Item, WorkstationBatching：Batch, UnbatchData Access: Rea

9、d(I), Write(I)Information: Cost by Item, Cost Stats,History, InformationProperties: Equation(I), Get, SetQueues：Queue, Queue Equation, Queue MatchingResources: Resource Item, Resource Pool, Resource Pool Release, Shift, ShutdownRouting: Catch Item, Create, Exit, Select Item In, Select Item Out, Thro

10、w Item,GateExecutive離散事件仿真：（1）描述了大局部現(xiàn)實系統(tǒng)隨時間變化的演變（2）仿真的運行是由在不確定時間點上發(fā)生的事件驅動（3）仿真時間是跳躍的,間隔不一定相等,有時是不確定的（4）因為是模擬隨時間變化的演變,因此需要包含延遲模塊,包括作業(yè)、運輸,或者廣義的活動（5）在ExtendSim中,主要由Item模塊庫中的模塊搭建而成,如果仿真中需要傳遞數(shù)據(jù)或信息,還可能包含Value模塊庫中的模塊。ExtendSim 模擬離散事件仿真,需要注意：（1）模塊可以來源于Item 和 Value 模塊庫中的模塊。（2）至少有一個可以延遲時間的模塊,例如Activity, Trans

11、port, Convey Item 或Workstation,否則時間無法向前推進。（3）必須有Executive 模塊,而且放置于模型的左上角,擔當離散事件時鐘的角色。（4）必須有物件生成模塊,模擬需要被處理的物體或有處理能力的資源。生成模塊包括 Create 和 Resource Item。 默認情況下,產(chǎn)生的物件以綠色小球作為二維動畫圖片。（5）模塊被激發(fā)的機制每個模塊詳細功能中文說明 參見 ExtendSim Item 模塊庫中模塊的類型Item 模塊庫中的模塊根據(jù)對“綠色小球處理和滯留的時間分為三類：Residence（駐留）,Passing （穿過）,Decision （決策）。

12、每個Item 模塊在對話框左下角都標注了屬于哪種類型（Block Type）。大局部類型都比較直觀,不必刻意去記住。種類特點Residence（駐留）駐留類型的模塊可以讓綠色小球在模塊內停留一段時間。Passing （穿過）穿過類型的模塊只是讓綠色小球一帶即過，不產(chǎn)生任何時間停留。這些模塊只是為了輔助模型的邏輯。Decision （決策）決策模塊在決定綠色小球走哪個分支的時候，根據(jù)用戶選項，既可能暫留綠色小球，也可能不予暫留。ExtendSim Item 模塊庫中模塊的類型每個模塊詳細功能中文說明 參見 ExtendSim 建模思路抓住（離散事件）仿真的本質：有限資源的分配、占用、釋放的方式的

13、研究（1）什么是有限的資源？ （2）誰在消耗有限的資源？ （3）資源在各個環(huán)節(jié)是如何分配、占用和釋放的？ （4）時間是怎樣向前推進的？在哪些環(huán)節(jié)上有時間延遲？（5）系統(tǒng)中有多少種類物件？（6）它們是怎樣走完整個流程的？有哪些流程是重合的,哪些是別離的？（7）什么是模型的量化指標（觀察指標、目標指標）？（8）什么是模型可控變量（可以改變量化指標的變量）？ （4）ExtendSim 如何擴展Equation（I）ExtendSim 編程（1）ExtendSim 提供了集成開發(fā)環(huán)境、編譯環(huán)境和調試環(huán)境,用戶無須安裝其他編譯器。（2）起步最容易的編程方式是將程序嵌入到Equation 或者Equati

14、on(I)模塊中,如果是決定隊列排列方式的算法,可以嵌入到Queue, Equation模塊。這是最容易的操作,也無須對ExtendSim運作機制有太深了解。而且這些模塊關閉時就即刻編譯成機器代碼（如果有錯誤,提示出錯信息）,模塊運行效率高。（3）如果自己開發(fā)模塊,可以在已有的功能相近模塊根底上開發(fā),不必閉門造車,從零開始；（4）如果希望從零開始開發(fā),需要了解ExtendSim 消息傳遞機制,事件觸發(fā)機制 （見開發(fā)手冊）。最好的學習方法就是翻開模塊的結構（右鍵點擊模塊,選擇Open Structure）。ExtendSim 編程ExtendSim 采用 ModL 語言,和 C 非常類似,保持C

15、語言作為相對底層語言運行的速度、效率以及低內存,但ModL 和 C 之間的主要差異 *ModL 不區(qū)分大小寫；ModL 比C語言有更多種字符串類型；ModL 是受事件驅動的過程語言;ModL中的事件驅動機制可以方便擴展,允許編程人員編寫更復雜消息處理邏輯。* 具體區(qū)別可以參考開發(fā)手冊案例 1問題 模擬一個簡單的生產(chǎn)線關鍵模塊（Item）Create, Queue，Activity，Exit，Select Item Out 產(chǎn)品每隔4分鐘到達一個,間隔時間服從指數(shù)分布； 有兩臺設備,設備1不具備冷卻功能,設備2具備冷卻功能； 設備1的處理時間為6分鐘；設備2為8分鐘 只有25%的產(chǎn)品需要冷卻處理

16、。案例 2問題車輛最佳配載關鍵模塊（Item）Create, Queue，Activity，Batch，Unbatch, Exit輔助模塊Information (Item), Plotter, Discrete Event (Plotter), Constant (Value), Plotter, Scatter (Plotter)產(chǎn)品按照指數(shù)分布到達,間隔為1分鐘。產(chǎn)品按照一定數(shù)量進行成批處理后放入運輸車,每一車運輸時間為20分鐘。確定最正確的批量數(shù)量,使得產(chǎn)品從到達開始到離開運輸車的平均周期時間最短。案例 3問題制造周期縮短關鍵模塊（Item）Create, Queue，Activity

17、，Batch，Unbatch, Exit, Set, Get輔助模塊Information (Item), Random Number (Value), Math (Value)產(chǎn)品的平均到達間隔為每20分鐘投入5個產(chǎn)品。產(chǎn)品需要經(jīng)過二個工作站,并且在第一個和第二個工作站之間需要搬運。在第一個工作站上,制造時間為均值為1的指數(shù)分布,在第二工作站上,處理時間為均值為2的指數(shù)分布。搬運采用了較大的叉車,每次湊足10個產(chǎn)品后搬運一次,一次搬運時間為15分鐘。在建立這個模型后,我們可以思考如何改善這個流程,使得產(chǎn)品的平均周期時間最短。案例 4問題 最佳人員配比關鍵模塊(Item)Create, Que

18、ue，Activity，Batch，Unbatch, Exit, Resource Pool, Resource Item, Resource Pool Release, Select Item Out, Equation(I), Set, Get, Batch, Unbatch輔助模塊Random Number (Value)一條產(chǎn)線生產(chǎn)產(chǎn)品A（40%比例）和產(chǎn)品B（60%比例）,平均到達時間間隔為1分鐘。每個產(chǎn)品需要一個工人處理。如果產(chǎn)品到達時,沒有空閑工人,那么產(chǎn)品需要等待。 產(chǎn)品A的處理時間為5分鐘到15分鐘的均值分布U(5,15),產(chǎn)品B為U(15,25)。產(chǎn)品加工完,需要經(jīng)過測試過

19、程,大概有10%的產(chǎn)品沒有通過測試,需要再經(jīng)過2分鐘的后處理才能完成。所有產(chǎn)品離開產(chǎn)線后釋放工人。在這個問題中,我們需要知道最正確的工人數(shù)量。案例 5問題汽車產(chǎn)線節(jié)拍平衡關鍵模塊（Item) Create, Queue，Activity，Exit, Select Item Out, Select Item In汽車從主裝配線按照1分鐘間隔下線后,需要經(jīng)過檢測線進行檢測,檢測線有三條,檢測通過的汽車可以到調整線,做出廠前的最后調整；而沒有通過檢測的汽車需要駛回第三條檢測線上進行進一步檢測。汽車沒有通過檢測線需要進一步檢測的概率為5%。每條檢測線的處理時間為2 分鐘。調整線有兩條,每條處理時間為1

20、 分鐘。我們希望汽車從裝配線到檢測線再到調整線的過程流暢,不發(fā)生設備閑置的現(xiàn)象,也不發(fā)生汽車在產(chǎn)線之間擁堵而停線的現(xiàn)象。這就需要各個環(huán)節(jié)節(jié)拍設置合理。同時,也可以在產(chǎn)線之間設定一定數(shù)量的緩沖區(qū),可以容納一定數(shù)量的汽車。這個模型可以用來研究產(chǎn)線節(jié)拍的平衡,以及如何設置合理數(shù)量的緩沖區(qū)。案例 6問題 以客戶訂單為驅動的拉式系統(tǒng) 關鍵模塊(Item) Create, Queue，Activity，Exit, Gate輔助模塊Decision (Value) 這是一個通過模型來研究客戶訂單如何驅動生產(chǎn)的案例。假設每個客戶訂單只需要一個產(chǎn)品,按照每隔5分鐘的指數(shù)分布到達,產(chǎn)線的終端維持一定數(shù)量的成品,用

21、于滿足客戶訂單的即時需要。當成品庫存下降到一定水平后,產(chǎn)線2開始生產(chǎn),一旦開始生產(chǎn),就連續(xù)不斷地生產(chǎn)到成品庫存到達上限為止,然后停止生產(chǎn)。產(chǎn)線2生產(chǎn)的產(chǎn)品來源于產(chǎn)線1后面的庫存。一旦產(chǎn)線1的庫存降低到一定數(shù)量,和產(chǎn)線2一樣,產(chǎn)品1也開始連續(xù)生產(chǎn),直到到達產(chǎn)線1的庫存上限為止。我們假設產(chǎn)線1上游的原材料庫數(shù)量無限。利用這個模型,我們可以研究產(chǎn)線1和產(chǎn)線2的庫存上下限如何設定,可以既及時滿足客戶需求,又不導致庫存積壓。案例 7問題 復雜排序規(guī)則關鍵模塊(Item) Queue Equation有二個產(chǎn)品A,B進入到處理隊列中,下游只有二臺設備,設備1只能處理A, 設備2可以處理A和B,后面是A,B

22、 兩個各自的庫存。當A,B庫存降低到一定水平時,加工相應產(chǎn)品；否則無需加工。rank=0;if (Type=1 & L1=5 & (F1 =0 | F2=0) rank=1;if (F1=0) whichmachine=0;if (F2=0) whichmachine=1; if (Type=2 & L2=5 & F2=0) rank=1;whichmachine=1; 案例 8問題 簡單供應鏈配送仿真（優(yōu)化）一個配送中心需要為三個區(qū)域的客戶配送貨品。客戶的需求是按照一定分布函數(shù)波動。該配送中心到三個客戶的運輸時間分別為10,15,20個小時,返程時間也如此。一旦客戶發(fā)出配送指令,配送中心就需要盡快派車配送。該配送中心需要根據(jù)客戶需求的情況,決定最正確的車輛配備數(shù)量。我們假設客戶的需求都是按照整車計量的。案例 9問題 入庫模型（全局數(shù)組應用）一個配送中心接收三種貨物。貨物每隔5小時到達一個。貨架為10層高,4列寬,按照隨機分配的原則為每一個進貨找到一個貨