毕业设计论文汽车生产线物流仿真研究.doc

毕业设计（论文）报告毕业设计（论文）报告 汽车生产线物流仿真研究汽车生产线物流仿真研究 交通学院 院（系）交通运输 专业 学 号 21202103 学生姓名 指导老师 起讫日期 2006 年 3 月2006 年 6 月 设计地点 东南大学交通学院 摘 要 I 摘摘 要要 随着汽车需求量和生产量的持续增长，汽车产业已成为我国的重要支柱产业。汽车生产物流的运作效率的提高可大大提高汽车生产线的效率，减少不必要的浪费，提高汽车生产企业的生产效率。仿真技术可提高决策者的工作效率，并能对系统不确定的因素进行有效分析。在汽车生产中运用仿真技术，有助于进行系统分析，解决生产过程中的随机因素的影响。因此，应用仿真技术研究汽车生产物流系统的优化具有重要的现实和理论意义。文章首先介绍了汽车生产物流理论以及仿真的基础知识，分析了使用仿真技术在汽车生产线中运用的重要意义，并提出利用 Arena 仿真软件建立相关模型，来进行汽车生产线的仿真。随后进行了汽车生产线流程分析，并重点对涂装环节的基本流程及设计原则进行了进一步阐述。在进行生产线物流仿真系统设计时，文章先设定了仿真的目标，对仿真案例进行假设，然后利用 Arena 仿真软件进行具体模型的设计与建立。在建好模型后，对不同的方案及不同的参数进行运行，根据运行结果进行分析，比较了不同方案以及同种方案不同参数情况下的关系。关键词关键词：汽车生产线；物流；仿真；涂装；Arena ABSTRACT II AbstractAbstract By the growth along with the demand quantity and the productivity of automobile,this industry has become the important pillar industry of our country.The enhancement of the operation efficiency of automobile product logistics may greatly enhance the efficiency of the automobile production line,reduces the nonessential waste,enhances the production efficiency of the automobile production enterprise.The simulation technology may enhance policy-makers working efficiency,and can carry on the effective analysis to the system indefinite factor.Using simulation technology in automobile production is helpful to carries on the system analysis,in the solution production process stochastic factor influence.Therefore,using simulation engineering to optimize the system of automobile product logistics has the important reality and the theory significance.This article first introduced the thing flows the logistics theory as well as the system simulation elementary knowledge,analyzed the utilization vital significance by using simulation technology in the automobile production line,and proposed using the Arena simulation software establishment correlation model,in order to carry on the automobile production line the simulation.Afterwards has carried on the automobile production line flow analysis,and further elaborated the basic flow and the principle of design about paint.When carries on the production line flows the simulation system design,this article has first established the simulation goal,carries on the supposition to the simulation case,then do the design and the establishment carries on the concrete model by using Arena simulation software.After constructs the model,carries on the movement to the different plan and the different parameter,according to moves the result to carry on the analysis,compared with different plan as well as in homogeneous plan different parameter situation relations.Key word:Automobile production line;Logistics,Simulation;Painting;Arena 目 录 i 目目 录录 摘摘 要要 .I I AbstractAbstract .IIII 目目 录录 .i i 第一章第一章 绪论绪论 .1 1 1.1 选题背景.1 1.2 研究意义和目的.1 1.3 国内外研究现状.2 1.3.1 国外研究现状.2 1.3.2 国内研究现状.2 1.3.3 文献分析.4 1.4 研究问题界定.4 1.5 技术路线.5 1.6 论文结构.5 第二章第二章 理论基础理论基础 .6 6 2.1 汽车生产物流理论.6 2.2 仿真理论.7 2.2.1 仿真的定义.7 2.2.2 仿真的作用.7 2.2.3 仿真的一般步骤.8 2.3 物流仿真语言.9 2.3.1 仿真语言简介.9 2.3.1 Arena 仿真软件介绍.9 2.4 仿真在汽车生产线中的应用.12 2.5 本章小结.13 第三章第三章 汽车生产线流程分析汽车生产线流程分析 .1414 3.1 流水线生产组织.14 3.1.1 流水生产的作用.14 3.1.2 流水生产的特征.14 3.1.3 流水生产的分类.14 3.2 汽车生产线流程介绍.15 3.3 涂装流程分析.17 3.3.1 基本流程.17 目 录 ii 3.3.2 设计原则.17 3.4 本章小结.18 第四章第四章 汽车生产线物流仿真设计汽车生产线物流仿真设计 .1919 4.1 汽车生产线物流仿真目标.19 4.1.1 仿真在生产物流中的应用.19 4.1.2 具体仿真目标.20 4.2 汽车生产线物流仿真案例与假设.20 4.2.1 生产线仿真案例.20 4.2.2 影响因素假设.21 4.3 汽车生产线物流仿真模型设计.22 4.3.1 仿真步骤.22 4.3.2 具体模型.23 4.4 汽车生产线物流仿真结果分析.28 4.4.1 不同方案的比较分析.28 4.4.2 相同方案的比较分析.31 4.5 本章小结.33 第五章第五章 结论与展望结论与展望 .3434 5.1 论文的主要研究成果.34 5.2 论文的不足和研究展望.34 参考文献参考文献 .3636 致致 谢谢 .3838 第一章 绪论 1 第一章第一章 绪论绪论 1.1 1.1 选题背景选题背景 汽车产业是国家工业化水平的代表性产业，也是最典型的成熟产业和垄断竞争型产业。其产业关联度很大，对钢铁、有色金属、橡胶、塑料、玻璃、涂料等原材料工业，铸、锻、热、焊、冲压、机加工、油漆、电镀、试验、检测等设备制造业，机械、电子、电器、化工、建材、轻工、纺织等配套产品和零部件，公路建设、能源工业、交通运输业和服务业等，都会产生巨大需求，从而推动这些产业的发展。汽车产业的振兴能带动诸多相关产业的发展，诸多相关产业的发展又支撑着汽车产业的振兴。中国是世界上现今为数不多的汽车潜在需求巨大的地区。正是基于汽车产业的特性和发展潜力，国家将汽车产业确定为国民经济发展的支柱产业。中国汽车工业经过40多年的发展，已经成为世界上公认的未来3个最大的待开发汽车市场之一。随着经济发展水平的不断提高和轿车开始进入家庭，中国已经成为世界上增长最为迅速的市场，对全球汽车产业产生的巨大影响力。我国汽车年产销达到100万辆历时近40年，从100万辆增至200万辆历时8年，增至300万辆仅用了2年，而突破400万辆则只用1年时间。预计未来的10多年里，中国的汽车需求量仍将保持1015的增幅向上攀升1。中国已初步形成相对齐全的汽车工业生产体系。这是中国汽车产业新发展的起点。此外，中国发展汽车产业还有如下优势：一是大国的市场优势；二是劳动力成本优势；三是具有较强的制造业配套能力。标准普尔发布最新报告说，北美、西欧和日本三大汽车生产地的产量占到了全世界的四分之三，而目前中国已取代韩国和法国成为世界第四大汽车生产地。预计在今后10到15年，中国有望成为世界重要的汽车制造基地之一2。汽车生产物流就是指从仓库入口到生产线消耗点，再到成品车库的入口前的物流。我国现阶段对于汽车物流的重点多在运输、仓储环节，很少设计生产物流。而面对复杂的汽车生产过程，如果能提高生产物流效率，就可以大大提高汽车生产线的效率，势必会提高汽车生产企业的生产效率，增强企业竞争力，也会相应拉动我国汽车产业，对国家经济发展起到促进作用。1.2 1.2 研究意义和目的研究意义和目的 汽车生产是一项复杂的生产活动，其工序多且繁琐，难免会有不合理或可以改善的地方。此时如果可以对生产线进行仿真，则可以使得生产线更优化。仿真技术的主要的优势在于与大多数技术相比，它更简单，运作起来不昂贵且更灵活。另外，仿真技术的发展及应用依赖于计算机软硬件的飞速发展。今天，随着计算机科学与技术的巨大发展，仿真技术的研究也不断完善。仿真技术近年来应用越来越广，其在物流研究中的应用主要表现为以下几个方面：第一章 绪论 2 有利于解决随机因素的影响；仿真帮助系统优化；仿真对各种复杂的系统具有良好的适应性；符合人们的思维习惯，有助于系统分析；在汽车生产中运用仿真技术，所建成的物流系统仿真可以大大提高生产效率，优化系统，有助于进行系统分析，解决生产过程中的随机因素的影响。这对于复杂的汽车生产过程来说，无疑是有重大意义的。本文就旨在运用物流仿真系统模拟汽车生产流程，具体分析涂装流程，通过不同方案、不同参数的比较，得出最优方案，以提高汽车生产线的效率。1.3 1.3 国内外研究现状国内外研究现状 1.3.1 国外研究现状 国外对于物流仿真的研究相对发展的比较早，此类研究也进行得比较深入。S.G.Lee,R.de souza,E.K.Ong（1996）3运用 Arena 软件对于自动库存补货系统进行了仿真，以使得在巷道狭窄的仓库可以尽量减少搬运工具，提高物流效率。Henk de Swaan Arons,Csaba Attila Boer（2001）4运用离散事件仿真模型，将模型存入特定数据库中，在 Arena 模拟软件中研究了库存补货战略。A.Anglani,A.Grieco,M.Pacella,T.Tolio（2002）5对于柔性制造系统进行分析与建模，也是在 Arena 软件的环境中进行仿真的。Dan X.Houston etc.（2001）6；Young Jun Son,Albert T.Jones,Richard A.Wysk（2003）7也进行了相关的仿真建模研究。1.3.2 国内研究现状 我国的物流研究起步晚、发展快，不少大学相继成立了物流研究中心。关于物流仿真有以下研究：1.基于 Petri 网的仿真研究 昆明理工大学的詹跃东、骆瑛基于 Petri 网理论对烟草行业的卷接包车间的 AGVS 进行了分析，并对该系统构造了一 Petri 网模型，并进行了仿真研究8。华中科技大学的刘巍、王明哲基于 Petri 网/JavaBean 的分层有色 Petri 网（HCPN）物流系统建模，通过建立递阶层次、对象，子网和整个 HCPN 等模型，将其接入主 Petri 网（PN），用颜色描述 Petri 网中流动的令牌。以汽车总装为例，将物流过程分解成若干子网和 HCPN 模型，并以 HCPN 仿真模型为核心，定义通用接口、建立与 PN 相应的模型组件9。南京林业大学的张颖利、邵明习采用 Petri 网建立了某微型汽车厂总装车间的生产物流模型，并用 Visual Basic 语言对其生产线进行仿真10。安徽工业大学的李明河、鲁蔚锋提出了一种基于 Petri 网的生产车间物料运输系统第一章 绪论 3 Petri 网模型，可以将该系统的物理过程通过网系统形象地表示出来，并反映出系统的动态特性。同时用 ARENA 仿真软件对该系统进行了模型仿真研究11。还有学者运用其它算法对物流仿真进行了分析研究，如王英凯,安晓东（2005）12进行了基于遗传算法的物流建模与仿真分析。他们在对传统算法讨论的基础上提出了一种基于遗传算法的物流配送最佳路径选择建模方法，并应用实例进行了仿真分析。2.面向对象仿真方法 山东工业大学的张丹羽等基于面向对象方法学，采用窗口界面技术，提出了一种面向对象和基于图形的建模仿真环境的技术方案，面向对象技术解决了 FMS(柔性制造系统)中的模型复杂性高和可重用性差的问题，为进一步开发物流实时离线(或在线)调度仿真软件提供了一个很好的环境13。北方交通大学的唐孝飞基于面向对象的思想和系统理论概念，提出面向对象的第三方物流配送仿真系统，通过描述配送系统各组成对象之间的关系，仿真研究了各种配送控制功能及其参数14。3.其他物流仿真系统：清华大学的董建华,肖田元,樊树海,羌磊（2003）针对汽车大规模定制生产的实施策略提出汽车总装生产线满足大规模定制的三个关键问题：提高动态响应能力、缩短交货期、降低成本。针对这三个问题讨论了汽车总装生产线规划中的相应对策，根据汽车总装线规划的要求提出并建立了一个相应的规划仿真环境，并在该环境中进行了一个仿真实例15。郑顺水（2004）基于生产线仿真与优化技术，建立了应用对象、类库、仿真模型，进行了物流和生产调度仿真，对瓶颈设备与故障进行了分析及生产线能力评估，为生产线规划与生产调度计划的制定提供了可靠的科学依据16。湖南大学的刘靓,黄立葵（2004）针对物流仿真系统体系结构的难题,建立物流系统仿真研究的基本步骤,创建供应链运营参考模型，包括基本的供应链过程要素、过程性能评价指标和供应链对象模型17。王煜，蔡临宁，岳秀江（2004）比较了应用解析方法和仿真方法研究物流系统的特点及其优缺点，然后从点和面两个层次分析了应用仿真方法研究物流系统的研究现状，指出物流系统仿真研究的优势和趋势，通过仿真实验研究一定系统优化目标下一些系统参数和运作策略的优化设置，作为决策分析依据18。周立新,陶瑞岩,汪菲（2003）采用系统仿真的方法，针对物流项目不同的要素构成和物流需求，运用计算机工具，设计与开发了仿真程序，研究了第三方物流项目仿真程序设计与实现19。华中科技大学 CAD 中心的郭宇,陈立平,王书亭,钟毅芳（2003）构建了一个优化与仿真分离的仿真优化框架,该框架的核心是混合优化算法模块和物流仿真模块,根据物流仿真的特点提出了一种改进的区域收缩遗传算法和增强连续型禁忌搜索算法混合的优化算法，并基于该框架开发了一个仿真优化软件系统20。上海海运学院杨静蕾和丁以中（2003）以上海港外高桥集装箱码头为例，通过构建一个包括锚地、泊位堆场、桥吊、龙门吊和集卡的动态多级排队网络模型，较为全面地描述了第一章 绪论 4 集装箱码头装卸系统的运行指标和最优化设备配置。阐述了动态多级排队网络模型的构成和特点，说明了仿真程序中的事件、事件之间的逻辑关系以及程序的检验和模型输入输出参数，最后通过对系统输出指标的分析得出了外高桥集装箱码头的最优机械配比和最优的桥吊台数21。1.3.3 文献分析 从文献的综述看，国内由于受物流实践和研究水平的制约，对于物流仿真的研究只处于起步阶段，还不够完善，对于汽车生产线的物流仿真更是涉及甚少。关于汽车生产线流程分析、汽车物流分析、物流仿真应用的参考文献较少，关于仿真系统在汽车生产线中的实际运用也需要进一步的研究探讨。总的说来，关于汽车生产线物流分析存在以下不足：1.没有详尽的汽车生产线流程分析 汽车生产流程复杂，工序繁多。了解汽车生产线的流程，是研究汽车生产线物流仿真的基础。已有文献并没对此进行详尽的分析。2.物流仿真的研究欠缺 仿真是一种实验方法，也是一种优化方式，旨在优化系统、解决随机性因素、提高生产效率。关于物流仿真，在国内还是一个新兴课题，需要对此进行进一步研究。另外，仿真技术的发展及应用依赖于计算机软硬件的飞速发展。今天，随着计算机科学与技术的巨大发展，仿真技术的研究也不断完善。因此，对于物流仿真的研究也是一个与时俱进的过程，不能只依赖前人的研究成果。3.缺乏利用专业仿真软件进行的具体设计方案 本文将运用 Arena 仿真软件进行设计。国内很少有运用此软件进行仿真的文献，因此对于 Arena 仿真软件需要在熟练操作的基础上进行建模和仿真。仿真系统是要运用到具体问题当中的。当仿真完成后，要选取具体案例，运用仿真系统进行比较和评价。1.4 1.4 研究问题界定研究问题界定 本文旨在运用仿真技术对汽车生产线进行仿真，以构成完善的汽车生产线物流仿真系统，便于改善实际生产现状，减少不合理的因素，提高总体生产效率。具体研究问题为：1.汽车生产线流程现状 2.如何运用仿真软件对汽车生产线（以涂装流程为例）进行物流系统仿真 3.根据仿真结果进行比较分析 第一章 绪论 5 1.5 1.5 技术路线技术路线 本文技术路线图如下：图 1-1 技术路线图 1.6 1.6 论文结构论文结构 本文由五章正文、参考文献和致谢组成。第一章是绪论，主要介绍了本文的选题背景、研究意义和目的、国内外研究现状、研究问题界定及技术路线等。第二章是理论基础的介绍，主要就物流理论、仿真理论以及物流仿真语言作了介绍和说明，并详细介绍了本文采用的软件：Arena 仿真软件，就软件的性能以及优势作了阐述，解释了使用此软件的原因。第三章着重进行了汽车生产线流程的分析，特别对于涂装环节的基本流程、设计原则进行了详细的介绍。第四章将进行生产线物流仿真系统的设计，在设定目标、选取实例与假设后进行模型设计，并对结果进行比较分析。第五章是结论与展望，主要对本文所取得的成果和不足之处进行总结。相关文献综述 研究问题界定 汽车生产线流程分析 生产线物流仿真系统设计 结论与展望 选取具体问题建模 涂装流程分析 运用 Arena 软件 结果分析 第二章 理论基础 6 第二章第二章 理论基础理论基础 2.1 2.1 汽车生产汽车生产物流理论物流理论 2003 年，美国物流管理协会对物流管理的最新定义为22：“物流是供应链活动的一部分，是为满足顾客需要，对商品、服务、及相关信息在产地和消费地之间高效、低成本地前向/逆向流动和储存而进行的规划、实施、控制过程。”“物流”这一概念在中国被普遍采用是近十多年的事，2001 年 4 月国家正式颁布的 物流术语中把物流概念表述为：“物品从供应地向接受地的实体流动过程。根据实际需要，将运输、储存、装卸、搬运、包装、流通加工、配送、信息处理等基本功能实施有机结合”。将物流管理表述为“为了以最低的物流成本达到用户所满意的服务水平，对物流活动进行的计划、组织、协调与控制”22。汽车物流是指以最小的总费用，按用户的需求，将汽车零部件、备件、整车从供给地向需求地转移的过程，主要包括运输、储存、包装、装卸、配送、流通加工、信息处理等相关活动23。汽车物流按业务流程可分为 4 大部分：供应过程中的零部件配送、运输物流；生产过程中的储存、搬运物流；整车与备件销售储存及运输物流和工业废弃物回收处理物流。供应物流是指上游供应商向整车厂提供汽车零部件、生产材料、辅料到整车厂的仓库入口的流程。生产物流主要发生在企业的内部，即指从仓库入口到生产线消耗点，再到成品车库的入口前的物流。整车与备件销售物流指从成品车库、备件库入口到经销商入口之间的物流。如图所示。图 2 汽车物流的分类 汽车物流 零部件物流 整车物流 销售物流 回收物流 供应物流 生产物流 轿车 中轻型汽车 重型汽车 第二章 理论基础 7 我国现阶段对于汽车物流的主要重点是在运输与仓储等环节上，而对于汽车生产物流涉及较少。其实汽车生产零配件种类繁多，生产工序复杂，生产物流的作用不容忽视。若能较好的提高汽车生产物流效率，则能在生产过程中避免不必要的浪费，提高生产线的效率，减少生产成本，从而提高企业生产率。本文将主要讨论汽车生产物流仿真，目的就是通过计算机仿真语言，将汽车生产线的流程进行仿真，在仿真情况下找出其存在的问题，辅以适当的改进建议，以提高其生产线效率，即提高生产物流效率。2.2 2.2 仿真理论仿真理论 2.2.1 仿真的定义 在生产活动中，运用仿真技术可以提高工作效率，并且可以对不确定的因素进行分析。仿真是一种实验方法，它是运筹学和系统工程中一种重要的优化方法，基本想法是试图重现某一系统或活动的作业情况，而不必实地去建造并运转一个系统，那样会造成巨大的花费，这种方法不是去求解模型，而是在各种不同的作业条件的组合下，去运行这一模型，由模拟运行所得的结果，对所提出的方案的优缺点进行评价24。仿真技术的主要的优势在于与大多数技术相比，它更简单，运作起来不昂贵且更灵活。另外，仿真技术的发展及应用依赖于计算机软硬件的飞速发展。今天，随着计算机科学与技术的巨大发展，仿真技术的研究也不断完善。2.2.2 仿真的作用 仿真技术近年来应用越来越广，其在物流研究中的应用主要表现为以下几个方面：1.有利于解决随机因素的影响 仿真模型的一个特点是它是一个随机模型，系统的参数受随机因素影响所发生的变化在模型中得到充分体现。这一点是其他方法所无法比拟的。其他方法一般是针对一种固定的约束条件或环境求解。而实际系统，特别是复杂的离散事件系统往往受很多随机因素的影响（物流系统就是这样的系统）。忽略随机因素的影响，用确定性模型代替随机模型研究系统，将会使分析结果有很大的误差。2.仿真帮助系统优化 表面上看，仿真模型的一次运行，只是对系统一次抽样的模拟。从这点来说，系统仿真方法不是一种系统优化方法，即它不能求系统的最优解。但是，仿真可以让人们依据对系统模型动态运行的效果，多次修改参数，反复仿真。或者说，仿真是一种间接的系统优化方法。现在，人们越来越认识到，对于多目标、多因素、多层次的系统（物流系统正是这样的系统）来说，并不存在绝对意义上的最优解。优化只是相对而言的。即使是最优化方法，其本身由于若干的假设、抽象和简化所造成的误差，已经使“最”字打了折扣。因此，不单纯追求最优解，而寻求改善系统行为的途径和方法，应该说是更加有效的。仿真方法正是提供了这种第二章 理论基础 8 环境。3.仿真对各种复杂的系统具有良好的适应性 仿真所建立的模型，完全是实际系统的映像。即它反映系统的物理特征、几何特征，又可以反映系统的逻辑特性。因此，对于各种复杂的物流系统，无论是线性的还是非线性的，无论是静态的还是动态的，都可以用仿真方法来研究。4.符合人们的思维习惯，有助于系统分析 研究分析物流系统的方法，大体上可分为两种类型。一类是解析法，另一类是非解析法。解析法是把物流系统抽象成一种数学表达式，通过求解数学表达式找到最优解。这是一种完全通过逻辑推理来获得启发和借鉴的方法。如运筹学中的线性规划和动态规划等。解析法有比较悠久的发展历史。在实际中应用广泛，是比较成功的方法。但是，解析法过于拘泥于数学抽象。人们面对抽象的假想的逻辑模型，很难获得系统的真实感受。虽然解析法可以求最优解，但却不便于人们进行实际的系统分析。非解析法不依据抽象的假想，而是以现实为依据。仿真方法是一种非解析法。仿真所依据的，是对系统的实际观测所获得的数据建立起来的动态模型。这种方法所建立的模型，即表达了系统的物理特征，又有其逻辑特征，即反映了系统的静态性质，也反映了其动态的性质，更贴近实际，更真实，更便于对系统进行分析。2.2.3 仿真的一般步骤 1.调研系统，建立目标 通过调研仿真者应对研究的系统有全面的、深入的了解，能够对系统进行尽可能详细的描述，明确仿真的目标和系统涉及的范围。一般来说，仿真目标不同，所建立的模型也不同，为建立模型所需要采集的数据也不同。2.收集仿真数据，建立模型 根据仿真的目标，对系统进行选择和整理，这是一件费时费力的工作。在收集数据时，应注意考虑系统运行的循环周期。正确的收集方法是对完整的循环周期收集数据。建立模型的过程，是一个抽象和简化的过程。为了保证所建模型符合真实系统，在建立模型后，应对模型进行检查，反复修改，直至模型正确为止。所需检查的项目包括：系统流程、逻辑关系、循环周期、随机变量等。3.编制程序 程序可以用通用语言编写，如 FORTRAN，C，PASCAL 等，也可以用专门的仿真语言编写，如离散事件系统的仿真语言有 GPSS，SIMULA，SIMAN，SLUM，WITNESS 等，还可以用专门的仿真软件编写，如 ARENA，AUTOMODE 等。4.运行仿真模型 在计算机上进行仿真运行，获取模型的输出数据，许多仿真语言和仿真软件如 ARENA，WITNESS 可以做到边建模边试运行。5.输出结果分析 输出结果分析在仿真活动中占有十分重要的地位，特别是对离散事件系统来说，其输出第二章 理论基础 9 结果分析甚至决定着仿真的有效性。输出分析即是对模型数据的处理，同时也是对模型的可信性进行检验。本文亦按照仿真的一般步骤，在界定研究内容、建立目标后，选取适当模型进行建模，运用专门的仿真软件 Arena 编制程序，在具体案例中根据运行得到的结果进行分析，提出改进建议和措施。2.3 2.3 物流仿真语言物流仿真语言 2.3.1 仿真语言简介 仿真软件包括仿真程序和仿真语言，其中仿真程序是仿真软件的初级形式，是仿真软件的基本组成部分。仿真程序用于某些特定的问题的仿真，可提供许多算法；仿真语言则为用户提供更强的仿真功能，适用于不同领域的多种系统的仿真。国外从 20 世纪 60 年代开始开发适用于不同领域、不同对象的仿真语言，我国也在 70年代的后期开始了这方面的研究。仿真语言大多属于面向专门问题的高级语言，它是在通用的高级语言的基础上，针对专门问题研制的，分为面向方程和面向框图两种类型的仿真语言。它不需要用户掌握复杂的高级语言，而是由机器自动翻译成高级语言或汇编语言，所以速度比较慢，而且研制周期较长，但它面向用户，具有较强的仿真功能。目前，仿真语言的开发已经取得了可喜的成果，开发出了许多的应用仿真程序。如：可以处理一般的数学、物理问题的通用仿真语言 ACSL，CSSL，TUTSIM，CSMP 等，这类语言可以被应用于各个领域（技术的、非技术的、经济的、社会的），但是用户必须对建模与仿真的方法有一个基本了解，另外一点需要强调的是通用仿真语言之所以通用是因为它们只能解决一般的问题，而不能解决所有的问题，只适合于解决一些不太复杂的问题；如果要解决特殊的问题就需要专用的仿真语言 MATLAB，SPICE，PSPICE 等，这些语言要求用户能深入了解建模与仿真问题，但用它们去解决一般性的问题却极不方便25。2.3.1 Arena 仿真软件介绍 Arena 是美国 System Modeling 公司于 1993 年开始研制开发的新一代可视化通用交互集成仿真环境。基于 SIMAN/CINEMA 发展起来的 Arena，很好地解决了计算机仿真环境与可视化技术的有机集成，兼备高级仿真器（simulators）易用性和专用仿真语言柔性（flexibility）的优点,并且还可以与通用过程语言,如 Visual Basic,FORTRAN 和 C/C+等编写的程序连接运行26。目前，System Modeling 公司推出 Arena 9.0 版,代表了现代计算机仿真软件的最新水平。1.Arena 的结构体系 可视化集成仿真环境 Arena，将通用过程语言、专用仿真语言和仿真器的有点有机的整合集成起来，采用面向对象技术、层次画的系统结构，兼备易用性和建模灵活性两方面的优点。第二章 理论基础 10 一方面，Arena 提供了可供选择和可供交替的模板，这些模板由动画仿真建模和分析模块组成，可以采用这些模块建造范围十分广泛的仿真模型，为了显示、使用和组织的简便，模块被分类组成不同类的模板。这样，通过转换模板，就可以获得完全不同的建模结构和能力，并且这些由来自不同面板和模板模块可以混用来建立一个模型。另一方面，Arena 通过完整的体系保持其建模的柔性。Arena 的层次结构从下向上建模水平依次提高。26 Arena 软件能在商业上提供卓越的解决方案。它是一件使用简单但是强有力的工具，允许在系统模型上创建和运行仿真。通过在这台计算机“实验室”里对概念和理论进行测试，能够准确预见未来，并且不会打乱的当今的事务。任何事务环境，从服务业到制造业均能受益于仿真的方法。无论是分析现有供应链还是新急救室布局，都能通过 5 个简单步骤来实现：1)建立基本模型 Arena 软件提供直观的，流程图样式的环境来建立模型。简单的通过拖拽模型组件进入窗口，将其连接即可定义流程图。2)细化模型 往模型中添加真实数据（例如信息处理时间，资源要求，人员水平等）。建立更贴近实际的图画，用自己定义的图片替换 Arena 软件自动提供的动画图标（例如，从 C1ipArt 或者另外的绘图包中获取）。3)模型仿真 运行仿真来验证模型反映现实的正确性。找出瓶颈和问题所在。4)分析仿真结果 Arena 软件能够自动生成关于一般决策准则的报告，例如资源利用率和等待时间等。同样也可以根据使用者的特殊需要，在仿真前定义需要统计的指标，仿真后即能得到满意的结果。5)做出最优选择 对模型参数进行一系列的变化来获得所有实际可能情况下模型的状态，然后将仿真结果相互比较来得出最优解。2.Arena 的功能特点 Arena 软件采用的是在发展过程中最新的仿真技术，调整了软件独特的基于模板的体系结构，这为使用者提供了操作简易和灵活性。软件的过程分析器以管理多情况为特色，并有一个新表达式编辑器，简化安装和许可程序。软件面向的是基本的制造和商业过程，对仿真不熟悉的人来说是一件很好的工具。当用户的模型复杂性要求提高时，用户能在高级的面板中增加更多的细节（高级过程和传送）和更多关注在特殊需要的工业规范面板中（接触数据，脚本，和包装）26。3.Arena 的应用 作为通用的可视化交互集成仿真环境，Arena 的应用范围十分广泛，几乎覆盖可视化的所有领域。下面按照制造系统（生产系统）的应用、公共系统的应用和服务系统的应用三个方面来讨论。1)制造系统（生产系统）的应用 第二章 理论基础 11 制造系统按其物质流、信息流及其相互作用可分为三个部分：生产过程系统、生产管理系统和生产价值系统。Arena 在生产系统中的应用，主要有以下几个方面。生产过程系统中的工艺过程计划，设备布置，工件加工轨迹的可视化仿真寻优等。生产管理系统中的生产计划，库存管理，生产控制和产品市场的预测和分析等；生产价值系统中的生产系统的经济性、风险性进行分析，改进生产，降低成本或辅助企业投资决策等。可视化仿真是先进制造模式（如：计算机继承制造、精益生产、敏捷制造、并行工程等）研究的关键技术之一，对各种先进制造模式的可视化仿真成为目前 Arena 应用研究的“热门”，如：企业流程再造（Business Re-engineering）可视化仿真优化，虚拟组织（Virtual Organization）的建立与管理可视化仿真决策，敏捷供应链（agile supply chain）管理的可视化仿真决策等。2)公共系统的应用 Arena 在公共系统的应用常见的有：医疗系统的医院临床设备、医生、护士的配备方案和医疗改善等：军事系统的兵力部署、军事后勤系统等；自然资源的环境污染防治，水土资源管理等；公共服务的紧急救援系统等，公民诉讼流向等.3)服务系统应用 Arena 在服务系统的应用也非常广泛，如：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，车辆调度等；计算机系统实现中的数据传输，内存队列分析评估等；化学工业中的加工设备设计，专用化工产品工厂决策支持等；航空运输中的航线分析，空难疏散中的旅客行为等；通讯系统中的无线电中继站网络分布，电话服务过程，远程通讯网的虚拟现实等 4.Arena 仿真软件的优点 1)Arena 具有计算机语言特点 Arena 仿真软件是基于计算机语言建立起来的仿真软件，保留了大部分计算机语言的特点，Arena 中每一个模块都是由计算机语言编制的程序块，所以在使用 Arena 进行系统仿真时，最关键的环节还是一个合理、高效算法的形成。2)Arena 是基于流程的仿真 Arena 的每一个仿真的过程都是从一个实体的产生开始，从一个实体的消除结束，也就是说，Arena 的仿真都是基于一个流程的，这是 Arena 仿真的主要特色之一。所以 Arena 可以很方便的对生产制造流程、交通流、排队队列以及与流程相关动态的作业过程进行仿真。但由于 Arena 是基于流程的仿真，对于类似工厂厂房布置、仓库布局等静态问题的仿真存在着较大的困难。3)Arena 善于解决随机问题 Arena 内置了丰富的数学函数和随机概率分布函数（如泊松分布、正态分布），可以很方便的描述系统的输入，产生随机数据，对随机问题只需设置其分布函数的参数值，便可形成一组随机的数据，并以实体的到达、作业时间等形式表达出来。4)Arena 具有强大的分析与记录功能 使用 Arena 进行系统仿真时，不仅可以自动记录描述实体在系统中的排队时间、排队长第二章 理论基础 12 度、服务时间等基本特征，能够提供系统中所有资源的利用率，并且能利用 Arena 内置的Optquest 软件，通过给定系统目标和限制条件，自行寻找最优系统。5)Arena 具有柔性化、简单化的特点 在利用 Arena 进行仿真，形成初始方案后，通过对仿真参数的改变，很容易得到多个具有不同特点的系统，不需要经过复杂的编程过程。6)Arena 具有可视性的特点 在 Arena 的仿真过程中可以编制与仿真同步的动画，具有很强的可视性，通过对模型的动画描述，会对系统的流程有一个更为直观的印象。正因为 Arena 软件所具有的这些特点，使得其比其它仿真软件在某些方面更具有一些优势。对于本文要研究的内容来说，Arena 无疑是最适合的仿真软件。这也就是本文选取 Arena仿真软件的原因。2.4 2.4 仿真在汽车生产仿真在汽车生产线线中的应用中的应用 在已有的相关文献中，有一些学者已经对仿真在生产线中的应用进行了一定的研究，具体包括：郑顺水（2004）基于生产线仿真与优化技术，建立了应用对象