WITNESS 仿真系统

在离散事件系统仿真中,系统内部实体的活动是不确定的,事件的发生具有随机的性质,随机变量在离散事件系统仿真中起着重要的作用。例如在物流系统中,集装箱、船舶的到达、运输车辆的到达与运输事件,生产系统中加工机器的故障、维修事件等一般都是随机的。这些复杂的随机系统很难找到相应的解析式来描述和求解。对有随机因素影响的系统进行仿真时,首先要建立随机变量分布模型,即确定系统的随机变量并确定这些随机变量的分布类型和参数。对于分布类型是已知或者是可以根据经验确定的随机变量,只要确定他们的随机参数就可以了。

对于随机变量的引入,Witness不是储存了大量的预先定义的随机数,而是储备了 1000个不同的数列或者叫伪随机数流PRNS。为了方便用户构建随机仿真模型,Witness 提供了14种整型、实数型的标准随机分布函数,它们能返回一系列理论分布的随机样本值。Witness选择这些分布是因为这些理论分布已经在相当长时间内广泛使用的,而且也是在仿真中被认为是十分有效的。

1.1 上海港外高桥集装箱堆场


 STYLEREF 1 s 4. SEQ * ARABIC s 1 1 上海外高桥集装箱堆场

上海港外高桥码头利用Witness建立堆场仿真模型,进而分析堆场业务自动化流程、识别流程瓶颈、寻求可能的绩效改进方案。

1.2 深圳大铲湾码头

 STYLEREF 1 s 4. SEQ * ARABIC s 1 2 深圳大铲湾码头

深圳大铲湾码头采用Witness仿真软件进行方案论证分析,大铲湾码头实际拥有5个泊位,年最大吞吐量420TEU。大铲湾码头方面计划增加另外两个泊位以使年最大吞吐量增加到500TEU,对于此计划的考量,使用Witness建立相应的仿真模型来验证新增的两个泊位是否能增加80TEU的吞吐量。

1.3 天津北港池港口

1.3.1     一期工程

天津北港池一期工程年最大吞吐量为180TEU,利用Witness仿真软件建立仿真模型来重点考察货流高峰时期码头运营与堆场运营的相互影响:

1.        集中布局方案的选优;

2.        根据码头的装备计算其吞吐能力;

3.        评估码头在各种极端运营条件下的吞吐能力,如台风、航班临时延误等。

1.3.2     三期工程

 STYLEREF 1 s 4. SEQ * ARABIC s 1 4 天津北港池三期工程

天津北港池3期工程最大年吞吐量达520TEU,此工程的特殊性在于码头与堆场分离,之间通过9座桥进行连接。利用Witness仿真软件建立模型对道路交通状况与调度进行深入研究,此外也对大型货船的装卸过程进行了模拟。

1.3.3     四期工程

 STYLEREF 1 s 4. SEQ * ARABIC s 1 5 天津北港池四期工程

四期工程中利用Witness软件对几个可选布局进行了比较:

1.        码头与堆场是连接在一起还是保持分离而由桥梁进行连接?

2.        选择“垂直”或者“水平”的堆场布局?

1.4 集装箱码头吞吐量校验分析

 STYLEREF 1 s 4. SEQ * ARABIC s 1 6 集装箱码头吞吐量校验分析

达到的目标

1.        在已有的基础设施条件下寻求提高集装箱交通管理效率的途径;

2.        设计并评估道路/货运火车平衡运行的方式,包括:每天货运火车数量、每辆货运火车的运输量、货运火车利用率、运输计划可靠性等。

1.5 新集装箱码头设计

 

 

 STYLEREF 1 s 4. SEQ * ARABIC s 1 7新集装箱码头设计

达到的目标

1.        定义布局 (码头长度、存储区域面积等)

2.        确定设备能满足设计要求(吊车, 集装箱处理系统等)

1.6 技术优势与应用前景

1.6.1   技术优势

综上所述,以下总结了Witness的一些技术优势:

1)      Witness建模元素的能力与范围是无以伦比的,正确的模型结构和建模思想能快速组建有效的模型,基本建模元素的丰富功能给建模者提供了最大的灵活性。

2)      提供了迄今为止最为强大的逻辑规则比如PUSH, PULL, LEAST, MOST, PERCENT, SEQUENCE等等,此外IFMATCH规则的加入更深化了这一点。

3)      Witness是少数几个提供层次建模的软件之一,通过不限层级的模块建造,用户可以很方便的克隆并重新使用整个模型。

4)      Witness提供了全面的报表功能,任意可以复制和粘贴报表到用户的文字编辑软件里面,提供HTML的输出模式并可以自定义自己的报表和输出。

5)      Witness的强大交互性能使得它从很多软件中脱颖而出,很少有产品能提供这样的功能:停止一个模型的运行,改变任何的参数继续运行;可以把模型与模型状态保存以便之后导入继续运行;打断流程中的某一环节观察系统的反应;可以倒回和从新播放模型运行的状况(类似于DVD倒带)。

6)      WITNESS 提供了类似于微软系列产品的操作界面使得初学者很容易上手和操作,很多软件操作习惯得以继承下来。

7)      Witness提供了广泛的数据接口——可以与EXCEL、任何OLE数据库(ORACLE, SQL Server, Access等),CAD系统,XML保存格式等等进行直接的联接。

8)      Witness提供了Quick 3D功能,可实现一键式地从2D布局到3D布局的转变,3D直接建立系统模型常常引入不必要的第三维参数从而限制了建模的速度,此外,纯3D建模的方式在建立大模型的时候会变得异常复杂。我们认为,2D模型足以表达系统的特征和工作流程特性,3D只是视觉辅助。

9)      Witness拥有独一无二的优化技术,Witness优化器模块提供了先进且易用的优化算法,更重要的是同样支持自定义算法的导入。

1.7 系统仿真技术应用前景

一个理想的制造企业应该是一个数字化的企业,每一份资源都纳入系统,每一份资源都有其使用规划。如此,系统方显复杂,人为认定的“简单”才能消除,企业优化资源利用的行动才能持续下去。仿真最重大的任务就是建立具有足够问题承载力的现实问题的模型,并借助计算机的特异之处(高速运算能力),给出数学计算所无法给出的求解。仿真技术必定是未来数字化工厂必不可缺的技术方向;仿真是对 “精确量化”的追求,对于“精确的系统的量化”的追求,是对于理想的数字的工厂的追求。