系统仿真报告

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1、系统仿真实验报告姚磊 2013141084048一、实验概述本次实验是利用系统仿真软件Simio对现实的一些问题（诸如排队，车辆调度，医院就 诊等）进行模拟，从相对接近实际的角度去观察所关注的系统的特定数据，从而实现对当前 情况的优化。我们能够以非常低的成本对系统可能出现的状况进行观察，并对我们的优化方 案进行测试，尤其是面对一些随机性很强的情况，我们可以通过多次的模拟实验来找到系统 优化的最佳方案。本次实验即为对服务窗口的排队以及相关问题进行模拟以及优化的实验，面对随机的顾 客到来的数量，如何合理安排窗口的工作方式是这次实验主要着手解决的问题。通过对窗口 效率，队伍的长度等数据进行分析从而得

2、到最优结果。二、实验操作本次系统仿真实验主要用到的仿真软件为Simio。根据题目所描述的情景，我们建立一 个Source（命名为Sourcel）表示顾客的到来，建立三个Sever表示（分别命名为Severl, Sever2, Sever3）,最后建立一个sink （命名为Sinkl）表示顾客的离开。由于不考虑顾客行走的时间， 因此使用connector将Sourcel于三个sever连接，同时三个sever与Sinkl之间的连接也使 用connector。新建一个entity （命名为DefaultEntity）表示顾客。接下来开始按照题目的描 述对相关模块的参数进行调节。由于顾客到来按照2分

3、钟/人的速率到达，因此Source1的 表达式填写为 2，下面的单位改成分钟；三个柜台的服务时间按照均值1.5 指数分布，于是 表达式填写为Random.Exponential（1.5），三个柜台的表达式相同。这样就完成了多队列的方 案的建模。为了对系统的各项数据有直观的观察，我们在每个模块旁边建立status label来 显示通过各模块的顾客的数量。建成后的模型如下图1所示% Faciitv :j; ProcessestDefrrtnns 誓 Data * ResUts图1多队列方案模型LibrariesStandard LibrarySourceO SinkIH ServerSource

4、 1Navioation; ModelStandard LibraryTransferNode3 ConnectorStandard Librar% Flow LibraryProject LibraryA ModeEntltyModdEntityExpenmentsExperiment 1H1DefaultEntity-Crossing LogicInitial Traveler Ca. InfinityEntry Rankng Rite First In First Out-Routma LogicOutbound Link P. AnyOutbound Link R. Shortest

5、PathS Entity Desthat. Select From List Node List Name NodeListl Selection Goal Random Selection Con.Blocked Destn. Select Avaiatte Only -Transport LogicRids On Transpo. FalseS Tally Statistics Add-On Process Triggers 上 Advanced Options 出 General+ Arwnation图 2 更改顾客选择柜台的方式同时为了便于观察每个顾客所在的实时位置，在defaulte

6、ntity旁边新建了一个计数框来 表示每位顾客的ID。至此，按照题目要求建立好了所需的模型。为了验证模型各部分关系的正确,我对这个模型进行了一次运行,运行结束的时候结果 出现了一些和预计情况不符的问题，经过检查发现是没有更改每个柜台的进入选项，对应的 是应该修改SeverInput相对应的Inputbuffer对应的参数进行一些更改，更改后的结果如下 图 3 所示LibrariesQ RUeFirst In First OutDynamic Selectio.NoneS Transfer-In Time0.0S Processing TimeRandom.ExponentiaK1.5)Buff

7、er CapacitiesInput Buffer* InputBufferCapacityOutput BufferInfinityRehabihty LogicState AssignmentsSecondary ResourcesFinancialsAdd-On Process TriggersAdvanced OptionsGeneralShow Commonly Used Properties Only* Anmiation图 3 修改后的 inputbuffer 参数再次进行验证运行之后得到的如下的结果，得到和预期基本相符的结果，最终得到的运 行情况如下图 4 所示。图 4 初步验

8、证模型的结果下面要进行的就是对两个实验进行数据的模拟，具体的步骤为在 experiment 新建两个 具体项目对应题目出现的两种情况，两个情况的区别在于inputbuffer capacity的容量，单队 列对应的是Scenariol，容量为0；多队列情况对应的Scenario2，容量为infinity （无限）试 验次数均设置为 20 次，进行试验，如下图5 所示 0 o 舀 o oProject Home | Design _ o,空 eRir) Cancel ResetProject HomeSupportModel - Simio无牌评倍副本Enter your Hcbs 3Start

9、ing Time: 2016411 0:00:00Add Response RemoveResponseExpermernAdd Constraint RemoveConstraint日Ping Type: 2016-4-12 0:00:00E TSelected:detect Clear Add-In Run SetupSubsetSetecttonAnalysisAdd-Ins:Design 0 Response RestitsPivot Grid .Reports Input AnalysisScenarioRepbcationsControlsResponses NameStatusR

10、equiredCompletedInput BufferCapaatyHowTime (Mnutes)7 i Scenario 1GompL,2020 Of 200 20.58827 Scenario2Cornpl.2020 of 20Infnty35.2688 Browse: ModelExperiment 1 : Experiment!Navigation: ModelExperment 1 Mo曲 ModelEntity ModelExperime ntsL Experiment 1Properties: Experiment 1 (Experment)ScenarioObject Na

11、meCategoryData ItemAverage(%)Scenario1Scenario1Scenario1Scenario2Server1Server2CapacityCapacityScheduledUtilization 98.22565263ScheduledUtilization98.1321641:Server3“5gCapacity昨ScheduledUtiLization98.17361041：Experiment Experiment 1, Scenario Scenano2, replication 18 completed at simulation time 24.

12、Experiment Experiment 1, Scenario 06002, replication 19 conicietQd at amulatxn tme 24Experiment Experimentl, Scenario Scenariolj replication 19 corrpieted at simulation tme 24Expetjrnent Experimentl, Scenario Scenario2, replicaton 20 compieted at simulation 工_ * 匚；_Server1csria怕削1f =Actual run tme:

13、0.546875 seconds.Actual run tme: 0.515625 seconds.Actual run time: 1.8125 seconds.icaton 20 completed at simulation trne 24. Actual run time: 0.5625 seconcfc.Capacity ScheduledUtilization 96.16222548Mod*l - Sieio 无.* H: Stp0ic2 .Scenario2 Server2CapacityScheduledUtilization 97.38987423Lfiommonl Used

14、 PKaeiieiU-ilyM4nimum(%)B Warm-up Period 0Default Repkatxns 10Confidence Level 95%Upper Percentile 75%94.65547516Maximum(%) Advanced Options 9 GeneralNameExperiment 195.6011042495.1089846799.7197538299.6378069599.75665795Analysts87.97594614 99.94.396105576907166100Scenario2 Server3Capacity Scheduled

15、Utilization 97.48819285 92.04018079 99.97782983图 5 进行模拟实验将最终报告生成并保存成excel可识别的格式，借助Excel软件对数据进行进一步分析。三、数据分析及实验结果首先，我们关注两种不同的情况下窗口的使用率的高低，各柜台在不同情况下的使用率如下表 1 所示：表格 1两种情况下柜台使用率的比较从表中我们可以发现单队列的情况下柜台的平均使用率更高，通过安排叫号机使得柜台 的服务效率提高了一个百分点。提高了服务效率的同时对顾客逗留的时间又产生了怎样的影响呢，通过对数据报告的筛 选能够得到如下表 2 所示的数据表格 2顾客逗留时间比较Scena

16、rio Object Name Category Data ItemStatistic TypeAverage Minimum MaximumScenario1 DefaultEntity FlowTime TimeInSystem Average (Hours) 0.3431371110.135964989 0.6217331290.84639132 0.463727167 1.38922608Scenario1 DefaultEntity FlowTime TimeInSystem Maximum(Hours)ScenariolDefaultEntityFlowTimeTimelnSyst

17、emMinimum (Hours)0.0003231771.94E-050.001289382Scenario2DefaultEntityFlowTimeTimeInSystemAverage (Hours)0.5878131870.28049331.095407345Scenario2DefaultEntityFlowTimeTimeInSystemMaximum1.7653973340.8916586082.627339952(Hours)Scenario2DefaultEntityFlowTimeTimelnSystemMinimum (Hours)0.0003427281.57E-05

18、0.002085402通过观察比较可以发现，20 次重复试验得到的顾客逗留时间的平均时间的均值单队列 的方案比多队列方案降低了0.2 小时；同时顾客的最长逗留时间单队列方案相比降低了1.24 小时，大约是多队列的方案的一半。顾客逗留的时间的缩短是否意味着顾客排队的时间也得到了相应的增长呢？我们将顾 客排队时间筛选出来进行分析，相应的数据如下表3 所示表格3顾客排队平均时间ScenarioObjeet TypeObjeet NameData SoureeCategoryData ItemAverage(hour)Seen ario1SourceSource1OutputBufferHolding

19、TimeTimelnStation0.318223129Scenario2ServerServer1InputBufferHoldingTimeTimeInStation0.460562905Seen ario2ServerServer2InputBufferHoldingTimeTimelnStation0.664761433Scenario2ServerServer3InputBufferHoldingTimeTimeInStation0.566875251根据数据我们可以看到顾客排队的时间单队列的平均值均低于多队列情况下三个柜台 的平均排队时间，即单队列方案下有效的减少了顾客排队等待的时

20、间。前面的数据分析集中在两种方案的各方面效率的问题，在实际的应用中，效率仅仅是决 定一个方案是否优秀的一个重要方面，用户体验则是另一个决定方案是否优秀的重要因素 具体可以用顾客排队是队伍长度的相关数据进行比较从而判断方案的优劣。两种方案的排队 平均队长的数据如下表4 所示表格 4 平均排队长度Scenario Object Type Object Name Data Source Category Data Item Statistic Type AverageScenariolSourceSourcelOutputBufferContentNumberInStationAverage38.3

21、1576589Scenario2ServerServer1InputBufferContentNumberInStationAverage18.39658037Scenario2ServerServer2InputBufferContentNumberInStationAverage26.88820931Scenario2ServerServer3InputBufferContentNumberInStationAverage23.02928418在多队列方案下，三个柜台排队平均排队长度的总和为68.314，远高于单队列方案下的 平均排队长度，已经接近单队列方案下的两倍。这对于顾客的体验是不利

22、的。大量的人集中 在一起排队就需要公司雇佣更多地员工进行维持队伍秩序的工作，同时顾客也会因为大家都 聚集在一起产生烦躁焦虑的情绪；柜台值班的员工也会被面前长长的队伍降低工作效率。相 比之下单队列方案顾客排队的队伍长度较小，也不会产生大量顾客聚集在一起的现象。可以 看出单队列的方案有着更好地顾客体验。四、实验结论及总结通过实验我们可以发现单队列方案的各项指标均优于多队列的方案，即在引进叫号机之 后不仅提升了柜台的服务效率，同时提升了顾客的使用体。由于同时在等待的顾客减少，公 司不仅可以减少在维持秩序这类基础项目上减少投入，还可以利用排队顾客总数减少的优势 为当前正在等待的顾客提供更加完善的等待体验。因此引入叫号机将是一个较好的选择。通过此次系统仿真实验，我不仅学习了仿真软件的使用，更是了解了如何去对比评价不 同方案的优劣，掌握了一种以较低成本对现实复杂的情况进行讨论的技术。