Лабораторная работа № 1
Базовое моделирование в пакете Arena
1. Общее описание работы
1.1. Цель работы – получение знаний и навыков для последующей работы с пакетом Arena 9.0
1.2 Содержание работы
Данная лабораторная работа является ознакомительной и состоит из выполнения практической работы в лаборатории. Самостоятельная домашняя часть работы заключается в выполнении лабораторного задания и формировании отчета о проделанной работе.
2. Теоретическая часть
Arena – система имитационного моделирования, которая позволяет создавать динамические модели разнородных процессов и систем, оптимизировать построенную модель. Программа Arena снабжена удобным объектно-ориентированным интерфейсом, обладает широкими функциональными возможностями по адаптации к различным предметным областям.
Основой технологии моделирования Arena являются язык моделирования SIMAN и анимационная система Cinema Animation. Отличается гибкими и выразительными средствами моделирования. Отображение результатов моделирования в Arena выполняется с использованием Cinema Animation. Процесс моделирования организован следующим образом. Сначала пользователь шаг за шагом строит в визуальном редакторе программы Arena модель. Затем система генерирует по ней соответствующий код на SIMAN, после чего автоматически запускается Cinema Animation.
Arena состоит из блоков моделирования (модули) и операций (сущности). Сущности двигаются между модулями по мере их обслуживания.
3. Ход работы
Запустите программу Arena, выбрав Программы\ Rockwell Software\Arena 9.0 из меню Пуск. Появится главное окно приложения (рис.1.1), которое содержит 3 области:
Окно рабочего модуля;
Окно свойств модулей;
Окно проекта.
Рис. 1.1. Главное окно программы Arena.
Окно проекта включает в себя несколько панелей:
Basic Process (панель основных роцессов);
Reports (панель отчетов);
Navigate (панель навигации).
В панели основных процессов Basic Process находятся основные графические модули и модули данных для создания простых имитационных моделей. Описание основных модулей приведено в табл. 1.1.
Таблица 1.1. Основные модули панели Basic Process
| Модуль | Описание | Применение |
Графический модуль Create
| Модуль создает поток входящих сущностей (заявки, люди, сообщения). Тут определяется тип создаваемых сущностей и время их создания. | 1)Прибытие документов в бизнес сфере (заказы, чеки); 2)Прибытие клиентов в сфере обслуживания (в магазин); 3)Начало изготовления продукции на производственной линии. |
Графический модуль Process
| Модуль процесса обработки в системе. В модуле можно задавать стоимостные и временные характеристики процесса обработки сущности. | 1) Проверка документов; 2) Выполнение заказов; 3) Обслуживание клиентов; 4) Обработка деталей. |
Графический модуль Decide
| Модуль позволяет учитывать принятие решений в модели. Включает опции принятия решений, основанных на условии или на вероятности. Если условие не выполняется, то сущности покидают систему через ветку False. | 1) Разделение дел на срочные и несрочные; 2) Перенаправление недоделанных или сделанных неправильно работ на доработку. |
Графический модуль Dispose
| Модуль является выходной точкой из имитационной модели. | 1) Окончание бизнес процесса; 2) Клиенты покидают отдел. |
Модуль данных Entity
| Модуль определяет тип сущности и ее анимационную картинку в имитационном процессе, также определяет стоимостную информацию. | 1) Документы: факсы, письма, отчеты; 2) Люди в моделях магазина, ресторана. |
Модуль данных Queue
| Модуль данных предназначен для изменения правила расстановки сущностей в очереди. По умолчанию: First in First out. | 1) Стопка документов, ожидающих освобождения ресурса; 2) Очередь покупателей у кассы в магазине. |
Модуль данных Resource
| Модуль предназначен для определения ресурсов и их свойств. Может включать в себя стоимостную информацию о ресурсах и их вместимость. | 1) Люди (клерки, продавцы, бухгалтеры, рабочие); 2) Оборудование (телефонная линия, станок, компьютер). |
Модули помещаются в окно рабочего модуля методом “drug & drop”, соединяются с помощью коннектора 
.
Построим простую имитационную модель на примере работы рабочей станции. Время поступления запросов в систему экспоненциально распределено со средним значением 30 минут, число запросов не ограничено, в случае занятости обслуживающегося устройства запрос встает в очередь. Время обслуживания запросов экспоненциально распределено со средним значением 24 минуты.
Переместите модули Create, Process и Dispose в окно рабочего модуля, как это показано на рис. 1.2.
Рис. 1.2. Имитационная модель работы рабочей станции
Для задания свойств графическому модулю необходимо дважды щелкнуть по нему и в диалоге задать значения параметров.
Рис. 1.3. Диалоговое окно свойств модуля Create
Таблица 1.2.Параметры модуля Create
| Параметры | Описание |
| Name | Уникальное имя модуля |
| Entity Type | Название типа сущности |
| Type | Способ формирования потока прибытия. Type может иметь значение Random (экспоненциальное выражение со средним значением, заданное в поле Value), Schedule (определяется модулем Schedule), Constant (постоянное значение) или Expression (поток прибытия будет формироваться по заданному распределению в поле Expression) |
| Value | Определяет среднее значение экспоненциального распределения (Random) или постоянное значение времени между прибытиями сущностей (если Type = Constant) |
| Schedule Name | Имя расписания, которое определяет характер прибытия сущности в систему |
| Expression | Этот параметр задает тип распределения или выражение, опре-деляющее время между прибытиями сущностей в модель. Основные виды распределений: EXPO (Mean) – экспоненциальное распределение со средним значением Mean; NORM (Mean, StdDev) – нормальное распределение со средним значением Mean и стандартным отклонением StdDev; POIS(Mean) – пуассоновское распределение со средним значением Mean |
| Units | Единицы измерения времени между прибытиями (день, час, минута, секунда) |
| Entities per arrival | Количество сущностей входящих в систему за одно прибытие |
| Max arrivals | Максимальное число сущностей, которое может создать этот модуль; если бесконечное число, указывается Infinite |
| First creation | Время, через которое прибудет первая сущность в модель от начала симуляции |
Рис. 1.4. Диалоговое окно свойств модуля Process
Поле Resources определяет ресурсы или группы ресурсов, которые будут обрабатывать сущности в этом модуле. Добавление ресурса кнопкой Add, в появившемся окне (рис. 1.5) указать использование одного ресурса.
Рис. 1.5. – Диалоговое окно задания ресурсов в модуле Process
Таблица 1.3.Параметры модуля Process
| Параметры | Описание |
| Name | Уникальное имя модуля |
| Type | Определяет логическую схему модуля. Standard означает, что логическая схема находится внутри модуля и зависит от параметра Action. Submodel показывает, что логическая схема будет находиться ниже в иерархической модели. Подмодель может содержать любое количество логических модулей |
| Action | Тип обработки происходящей внутри модуля. Delay показывает, что процесс занимает какое-то время и не отражает использование ресурсов. Seize Delay указывает на то, что в этом модуле были размещены ресурсы и будет происходить задержка, ресурсы будут захватываться, и их освобождение будет происходить позднее. Seize Delay Release указывает на то, что ресурсы были захвачены, а затем через время освободились. Delay Release означает, что ресурсы до этого были захвачены сущностью, а в таком модуле сущность задержится и освободит ресурс. Все эти параметры доступны только, когда Type = Standard |
| Priority | Значение приоритета модулей, использующих один и тот же ресурс в модели |
| Resources | Определяет ресурсы или группы ресурсов, которые будут обрабатывать сущности в этом модуле |
| Delay Type | Тип распределения или процедура, определяющая параметры задержки |
| Units | Единицы измерения времени задержки (день, час, мин., сек.) |
| Allocation | Определяет стоимостные характеристики обработки. Value Added – означает учитывать стоимостные характеристики, а Non-Value Added не учитывать |
| Minimum | Поле, определяющее минимальное значение для равномерного и треугольного распределения |
| Maximum | Поле, определяющее максимальное значение для равномерного и треугольного распределения |
| Value | Поле, определяющее среднее значение для нормального и треугольного распределения или значения для постоянной временной задержки |
| Std Dev | Параметр, определяющий стандартное отклонение для нормального распределения |
| Expression | Поле, в котором задается выражение, определяющее значение временной задержки, если Delay Type = Expression |
Рис. 1.6. Диалоговое окно свойств модуля Dispose
Таблица 1.4. Параметры модуля Dispose
| Параметры | Описание |
| Name | Уникальное имя модуля |
| Record Entity Statistics | Определяет, будет ли вестись статистика о выходе сущности из системы |
После задания параметров каждого модуля модель примет вид:
Рис. 1.7. Имитационная модель работы рабочей станции
Для задания длительности моделирования перейдите в меню Run/Setup. В поле Replication Length установите длительность 5000, а в поле Time Units единицу измерения времени Min-utes. В Base Time Units также указывается Minutes для генерации отчета в минутах.
Рис. 1.8. Окно параметров моделирования
При сохранении модели в Arena создается файл с расширением .doe (например, model1.doe). При проверке модели при моделировании Arena автоматически создает следующие файлы:
model1.p (программный файл);
model1.mdb (файл базы данных Access);
model1.err (файл ошибок);
model1.opw (файл компонентов модели);
model1.out (выходной файл SIMAN)
Проигрывание модели можно начать командой Run/Go или щелчком на значок 
на верхней панели программы.
После проигрывания автоматически генерируются отчеты в формате Crystal Reports (рис. 1.10.). Посмотреть их можно, нажав «Да» в появившемся диалоговом окне.
Рис. 1.9. Окно, появляющееся по завершению моделирования
Рис. 1.10. Отчет по результатам проигрывания модели
Для просмотра подробного отчета, слева раскрыть директорию Unnamed Project.
Рис. 1.11. Дерево основных параметров моделирования
В табл. 1.5 указаны значения основных характеристик СМО из отчета, ниже приведен анализ результатов моделирования.
Таблица 1.5.Результаты моделирования модели
| Характеристика | Где найти | Значение |
| Средняя продолжительность пребывания запросов в системе | Панель слева – Preview
Entity – Time – Total Time (Average)
| 127,30 минут |
| Среднее число запросов в очереди | Queue –Other – Number Waiting (Average)
| 3,07 запросов |
| Средняя продолжительность пребывания запросов в очереди | Queue – Time – Waiting Time (Average)
| 100,41 минут |
| Среднее число запросов на обработке | Resource – Usage – Number Busy (Average)
| 0,80 запросов |
| Среднее число запросов в системе (вычисляется самостоятельно) | Среднее число запросов в очереди (Number Waiting)+ среднее число запросов на обработке (Number Busy) | 3,07 + 0,80 = 3,87 |
По результатам моделирования видно, что СМО работает стационарно, т.е. не образуется бесконечной очереди; среднее число запросов системе, равное 3,87, можно считать удовлетворительным. Для повторного проигрывания модели необходимо остановить предыдущую симуляцию командой Run/End или щелчком на значок на 
верхней панели окна программы.
4. Задание для выполнения работы и указания по оформлению отчета
4.1 Создать работающую модель процесса согласно варианту.
Варианты заданий для лабораторной работы:
1. Таможенный пункт в аэропорту
2. Кассовый ряд в супермаркете
3. Цех производства мягких игрушек
4. Паровоз
5. Ресторан
6. Конвейерная линия завода блоков питания
7. Отдел программистов крупной компании разработки ПО
8. Ремонтное трамвайное депо
9. Яблочная ферма
10. Ателье пошива одежды
11. Библиотека
12. Предприятие по организации праздников
13. Дом отдыха домашних животных
14. Завод по производству красок
15. Отдел по работе с клиентами в банке
4.2 Отчет по лабораторной работе должен содержать:
- наименование;
- цель работы;
- теоретическую часть;
- описание выбранного процесса и поэтапное построение соответствующей модели;
- скриншоты проделанной работы;
- результаты имитации модели;
- выводы по проделанной работе.