本书第1版是第一本有关Arena软件的教材，由Arena软件开发者所编写，从而使其成为Arena软件的权威著作。
　　本书在保持第1版和第2版成功的引导式写作风格的基础上，通过精心挑选的一系列示例，全面地阐述了仿真的一般理论，并介绍了仿真建模软件Arena的使用，旨在帮助学生使用Arena仿真系统进行实际的仿真建模、分析以及建立项目。本书从开发简单、动画效果好的高层模型开始，然后逐步过渡到高等建模和分析。统计分析不作为单独主题进行讨论，而是融入到许多建模章节中，这反映了在仿真研究中统计分析与各项活动的关联性。
　　第3版的更新包括：全面覆盖Arena软件的新版本(Arena 7.01)，增强了对Excel和Access的支持，修改了示例以反映新版本的软件。

无

本书第3版与前两版的目标一致：利用Arena介绍仿真的一般原理和过程。本书是一本仿真入门教材，非常适于在本科生及低年级研究生的第一门仿真课程中使用。不过，后面几章的材料可以插入到第二门课程（即研究生水平的课程）中。本书也可作为正式课程以外的仿真学习参考书（尤其适于Arena用户阅读）。本书的目标是借助Arena这一工具来介绍仿真的概念和方法，帮助读者达到能够应用Arena仿真系统进行实际的仿真建模、分析及完成各种项目的水平。尽管本书涵盖了Arena的大部分功能，但它并不是这一软件的完备参考书，软件参考资料可从内容广泛的在线参考和帮助系统中获得。
　　随书附赠的光盘中包含了Arena 701教学版软件及书中所有的例子。本书的网站是http:// wwwarenasimulationcom/programs/sim_w_arena_3.asp，欢迎广大读者登录网站查阅关于本书（包括各种建模实例）的更新及勘误情况，以及可能增设的练习和其他感兴趣的内容。网站也为使用本书的教师提供了支持课堂教学的教辅材料，包括可下载的幻灯片演示文稿和练习答案。使用本书的大学教师在下载以上资料前，应与当地的McGrawHill代表处取得联系，以获得授权。
　　我们采用了一种非正式的、引导性的写作风格并辅以一些精心设计的例子来帮助初学者理解文中的主题和思路。理想情况下，读者在阅读完一些章节后应能够建立相应的仿真模型。我们让读者从建立简单、动画效果好、高层的模型开始，逐渐过渡到高级的建模与分析。统计分析在此没有作为单独的主题，而是被整合到了很多建模的章节中，这反映了在好的仿真学习过程中建模与统计分析的相互关联性。我们还专门编写了几章较深入的内容，来讨论一些在建模章节中没有涉及的统计及项目计划等问题。我们相信，这种从实际角度出发、以一种不乏味的方式来组织本书内容的形式，将会大大强化学习进程。
　　我们不要求读者预先有仿真知识或是计算机编程经验，只需读者对计算机的一般常识（文件、文件夹、基本编辑操作等）有一个基本的了解。虽然我们在附录C和附录D中提供了概率与统计的复习材料，但还是要求读者对这些知识有个初步的了解。
　　现在我们快速浏览一下本书的主要内容和章节组织。第1章是一般性介绍，包括仿真发展简史及建模概念。第2章讲述用手工方式完成一个简单的仿真过程。在第3章中，考察第2章中手工完成的Arena仿真模型，并通过重新构建该模型，使读者了解Arena的用户界面及主要功能。
　　第4、5两章分别通过研究一个“核心”模型的例子来提高读者的建模技能，随着例子难度逐渐增大，来介绍更多的建模及动画特征。在第4章中还介绍了如何使用Arena输入分析器（Input Analyzer）来选择输入的概率分布。
　　在第6章中，利用第5章的模型介绍了Arena输出统计分析的基本功能，包括单系统分析、多情景比较以及最优情景搜索。这部分内容用到了Arena的输出与过程分析器（Output and Process Analyzer）以及优化工具OptQuest。
　　第7章中引入了另一个“核心”模型，难度也再次加大，用它来介绍长时间运行（稳态）仿真的统计分析。在此模型基础上，第8章主要介绍了实体运动的其他方式，包括物料运送能力。第9章进一步介绍了Arena更为广泛的建模构件，运用了一系列更有针对性的小模型来展示众多不同的特殊功能，这些功能是供高级仿真用户使用的，可能不会在入门课程中涉及。
　　第10章中讨论了如何定制Arena，以及将Arena与其他应用软件（如电子表格和数据库等）结合使用的问题，包括Arena与VBA（Visual Basic for Applications）的集成问题。第11章叙述了Arena如何处理连续模型及离散/连续混合模型，如液体流。第12章探讨了作为仿真分析基础的更高级的统计概念，包括随机数发生器、变量与过程的生成、方差衰减技术、序贯抽样以及仿真实验设计。第13章给出了仿真过程的一个广泛的归纳和评述，讨论了有关管理和实施仿真项目的一些更为具体的问题。
　　附录A以《华盛顿邮报》项目为背景，描述了一个完整的建模规格说明。在附录B中，收集了工业工程师协会（IIE）及Rockwell软件公司每年举办的Arena建模竞赛中的问题。附录C针对仿真建模和分析的要求，给出了所需概率与统计知识的一个简明而完整的介绍。附录D详述了Arena软件支持的各种概率分布。附录E给出了Arena教学版软件的安装指导。所有参考文献在本书的最后集中给出。本书还提供了一个详细的索引，帮助读者快速找到有关专题并了解其相互联系，索引中还包括了书中所提及的作者。
　　如前所述，本书是以“引导”的风格、用一系列精心设计的示例来阐述概念及应用的，而不是传统的先罗列概念之后再举例说明，因此按编写顺序来阅读（或教学）可能更有效。一个学期或是半学期的第一门仿真课程可涵盖第1~8章的所有内容，包括统计部分。若时间允许，教师可根据喜好选择第9~11章的建模及计算内容，或在第12章中选择部分高级统计内容，或是选择第13章的项目管理内容。第二门仿真课程可包括第1~8章的大部分内容，第9~11章的高级建模思路，以及第12章和第13章的专题。对于自学者，建议先通读第1~6章以掌握基础，对第7章、第8章至少要熟悉，对本书其他部分则可作为更高级的专题以供查阅和参考。无论本书是用于课程学习还是单独使用，也无论学习哪部分内容，在阅读本书的同时结合Arena的上机实际操作都是很有帮助的。
　　随书光盘中包含了Arena的教学版（附录E中有其安装说明），它包含完整商业版中所有的建模和分析功能，只不过限制了模型的规模。Arena的这个教学版软件可运行书中所有的例子，以及每章的习题。光盘中还包括书中所有示例模型的文件及其他支持材料。本软件可在任何大学及学生的电脑上安装，只供配合本书学习仿真及Arena之用，不得用做商业用途。
　　如果你对第2版熟悉的话，下面是主要的改动之处：
　所有例子均已更新以适应当前的Arena版本（701）。软件在很大程度上与第2版中讨论的内容保持一致，但添加了一些新的特征及功能，包括模型文档、增强的散点图、文件读写、打印以及动画符号。
　第4章中增加了原书中的模型61的内容。
　第5章中用一个汽车维修车间的模型代替了以前的呼叫中心模型， 还增加了一个新的库存系统模型，而第2版中的统计分析内容则被移至第6章。
　第6章是新设的，主要包括前一版第5章的统计分析部分，并使用了新版第5章中新增的汽车维修车间模型。
　新版第7~13章分别包含了前一版第6~12章的内容，但进行了更新。
　附录B中增加了两个新的IIE/RS建模竞赛问题。
　网上的支持材料（演示文稿及习题解答）均已更新。
　　本书的出版是许多人辛勤工作的结果，得到了很多同仁及机构的不同方式的支持。首先要感谢的是Rockwell软件公司的Lynn Barrett女士，她坚持阅读我们还不太通畅的初稿（一遍又一遍地阅读，并加以改正），指导制作，提醒我们时间进度，并容忍我们的拖延、争辩和古怪的个人习惯。在此还要感谢她的丈夫Doug容忍她如此地容忍我们。Rockwell软件公司给予我们时间、软件、硬件、技术上的帮助以及精神鼓励，还要特别感谢Arena的开发团队——Norene Collins、Cory Crooks、Glenn Drake、Tim Haston、Cynthia Kasales、Judy Kirby、Frank Palmieri、Chris Snyder、Dave Takus和Vytas Urbonavicius，以及Nicky Bleiel、Steve Frank、Judy Jordan、Gavan Hood、Scott Miller、Dennis Pegden、Jon Phillips、Darryl Starks和Nancy Swets 。我们还要特别感谢Deb Sadowski，她是本书前两版的作者之一，对本书有着重要影响。此外，辛辛那提大学的定量分析与运筹管理系也给我们以大力支持。
　　同时感谢《华盛顿邮报》的Gary Lucke和Olivier Girod允许我们把为他们开发的仿真规格说明写入本书，这个规格说明是Rockwell软件公司为他们开发的一个大型项目中的一部分。特别感谢Pete Kauffman的封面设计及制作帮助，还有Jim McClure的卡通及插图设计。还要感谢McGrawHill的编辑Suzanne Jeans及早期的Eric Munson对我们的激励。本书的审阅者包括Mansooreh Mollaghasemi、Barry Nelson、Ed Watson和King Preston WhiteJr，他们从多方面提供了极为宝贵的意见和帮助，大到本书的整体结构和取材，小到写作中的细枝末节。同时还要感谢在课堂上使用本书早期全部或部分内容的教师和学生，以及众多为我们提供各种投入、反馈及帮助的人士，他们是：Christos Alexopoulos、Ken Bauer、Diane Bischak、Sherri Blaszkiewicz、Eberhard Blümel、Mike Branson、Jeff Camm、Colin Campbell、John Charnes、ChunHung Chen、Hong Chen、Jack Chen、Russell Cheng、Christopher Chung、Frank Ciarallo、John JClifford、Mary Court、Tom Crowe、Halim Damerdji、Pat Delaney、Mike Dellinger、Darrell Donahue、Ken Ebeling、Neil Eisner、Gerald Evans、Steve Fisk、Michael Fu、Shannon Funk、Fred Glover、Dave Goldsman、Byron Gottfried、Frank Grange、Don Gross、John Gum、Tom Gurgiolo、Jorge Haddock、Bill Harper、Joe Heim、Michael Howard、Arthur Hsu、Eric Johnson、Elena Joshi、Keebom Kang、Elena Katok、Jim Kelly、Teri King、Gary Kochenberger、Patrick Koelling、David Kohler、Wendy Krah、Bradley Kramer、Michael Kwinn，Jr、Averill Law、Larry Leemis、Marty Levy、Bob Lipset、Gerald Mackulak、Nancy Markovitch、Deb Mederios、Brian Melloy、Mansooreh Mollaghasemi、Ed Mooney、Jack Morris、Jim Morris、Charles Mosier、Marvin Nakayama、Dick Nance、Barry Nelson、James Patell、Cecil Peterson、Dave Pratt、Mike Proctor、Madhu Rao、James Reeve、Steve Roberts、Paul Rogers、Ralph Rogers、Tom Rohleder、Jerzy Rozenblit、Salim Salloum、G Sathyanarayanan、Bruce Schmeiser、Carl Schultz、Thomas Schulze、Marv Seppanen、Michael Setzer、David Sieger、Robert Signorile、Julie Ann Stuart、Jim Swain、Mike Taaffe、Laurie Travis、Reha Tutuncu、Wayne Wakeland、Ed Watson、Michael Weng、King Preston White，Jr、Jim Wilson、Irv Winters、ChihHang(John)Wu、James Wynne、Susan Xu和 Stefanos Zenios。

W David Kelton
辛辛那提大学
davidkelton＠uceduRandall　P Sadowski
Rockwell软件公司
rpsadowski＠softwarerockwellcomDavid T Sturrock
Rockwell软件公司
dtsturrock＠softwarerockwellcom

第1章概述1
11建模1
111对什么建模1
112能直接对实际系统做实验吗2
113不能（或不应）直接对实际系统做实验的场合3
114物理模型3
115逻辑（或数学）模型4
116如何处理逻辑模型4
12计算机仿真4
121流行与优势5
122不好的消息5
123仿真分类6
13如何实施仿真7
131手工进行仿真7
132用通用语言编程进行仿真8
133仿真语言8
134高层仿真器9
135Arena的优势9
14何时使用仿真10
141早期阶段10
142成长阶段10
143近期阶段11
144当前阶段11
145未来阶段11
第2章仿真基本概念13
21一个示例13
211示例系统13
212研究目标14
22分析方法16
221根据经验猜测16
222排队论方法16
223机械仿真17
23仿真模型的组成元素17
231实体17
232属性18
233（全局）变量18
234资源19
235队列19
236统计累加器19
237事件20
238仿真时钟20
239仿真开始与停止21
24事件驱动的手工仿真21
241事件处理要点21
242过程跟踪22
243仿真执行过程24
244仿真结果28
25面向事件与面向过程的仿真28
26仿真中的随机性29
261随机输入与随机输出29
262对示例的重复仿真运行30
263备选方案的比较31
27仿真研究的基本过程33
28习题34
第3章Arena概貌36
31启动系统36
32Arena窗口的组成37
321打开模型文件38
322Arena窗口的构成和关联38
323流程图视图一览40
324模块41
325内部模型文档42
33浏览现有模型：模型3142
331Create流程图模块42
332Entity数据模块43
333Process流程图模块44
334Resource数据模块46
335Queue数据模块46
336制作资源与队列动画47
337Dispose流程图模块47
338Connecting流程图模块48
339动态散点图48
3310修饰模型50
3311设置仿真运行条件50
3312仿真运行51
3313查看报告52
34自己动手创建模型3155
341新建模型窗口和基本操作面板56
342放置和连接流程图模块56
343Create流程图模块57
344输入界面57
345Entity数据模块58
346Process流程图模块58
347Resource与Queue数据模块58
348资源动画59
349Dispose流程图模块60
3410动态散点图60
3411装饰窗口62
3412运行参数的设置62
3413为视图命名63
35关于菜单、工具栏、绘图和打印的更多知识63
351菜单63
352工具栏66
353绘图68
354打印69
36帮助系统70
37关于运行模型的更多信息70
38小结72
39习题72
第4章建立基本操作及输入模型74
41模型41：电子装配与检测系统74
411建模方法的扩展75
412建立模型75
413运行模型84
414观察结果85
42模型42:改进的电子装配与检测系统87
421资源表示的扩展：调度与状态88
422资源调度88
423资源故障92
424频率统计93
425模型42的仿真结果95
43模型43：增强动画效果98
431调整队列动画99
432改变实体图形101
433添加资源图形102
434添加变量和散点图104
44模型44：含传输过程的电子产品装配与检测系统105
441一些新的Arena概念：站和传送106
442添加路径逻辑107
443修改动画109
45输入分析：确定模型参数及分布111
451确定型输入和随机输入112
452收集数据112
453使用数据114
454使用输入分析器拟合输入分布114
455没有数据的情况120
456非平稳到达过程122
457多变量与相关输入数据122
46小结123
47习题123
第5章详细作业建模128
51模型51：汽车维修车间128
52新的建模特性129
521多路径决策130
522集合130
523变量与表达式130
524子模型131
525实体副本131
526保持实体132
527统计量和动画132
528终态仿真和稳态仿真132
53建模方法133
54建模135
541定义数据135
542创建子模型139
543生成预约呼叫140
544进行预约144
545服务活动146
546更新性能指标变量149
547控制逻辑151
55找出并纠正模型中的错误153
56为汽车维修车间模型添加动画效果160
57模型52：进一步完善汽车维修车间模型163
58模型52建模中的新问题164
581集合与资源逻辑164
582非平稳到达过程165
59构建模型52166
591构建维修间模型166
592对顾客到达过程建模168
510模型53：（s，S）库存系统仿真172
5101系统描述172
5102仿真模型174
511小结181
512习题181
第6章终态仿真输出的统计分析186
61仿真类型186
62数据收集及分析策略187
63终态仿真系统的置信区间188
64比较两个备选方案192
65用过程分析器评价多种备选方案195
66用OptQuest寻找最佳备选方案200
67小结203
68习题204
第7章中级建模与稳态统计分析206
71模型71：一个小型制造系统206
711Arena中的新概念207
712建模方法208
713数据模块209
714逻辑模块211
715动画216
716模型验证218
72稳态仿真输出的统计分析221
721预热期和运行时间长度221
722重复删除法224
723批平均法225
724如何选择分析策略227
725稳态统计分析的其他方法和目标228
73小结228
74习题228
第8章实体运送231
81实体运送的类型231
82模型81：运送资源约束下的小型制造系统232
83使用运输设备的小型制造系统236
831模型82：在模型81中引入运输设备236
832模型83：运输设备动画的改进243
84输送设备247
841模型84：带有不可聚集式输送设备的小型制造系统250
842模型85：带有可聚集式输送设备的小型制造系统254
85小结254
86习题255
第9章建模问题与技术的进一步探讨257
91使用“高等运送”面板模拟输送设备257
911模型91:站点的有限容量缓冲区257
912模型92:零件在加工过程中停留在输送设备上261
92关于运输设备的更多知识261
93实体中途退出263
931实体受阻离开与中途退出263
932模型93：含有受阻离开和中途退出的服务模型263
94实体的滞留和按批组合269
941建模选项270
942模型94：按批组合示例270
95重叠资源274
951系统描述275
952模型95：紧密耦合的生产系统276
953模型96：添加零件状态统计量281
96建模中的其他问题284
961导引运输设备284
962并行队列284
963决策逻辑285
97习题286
第10章Arena的集成和定制290
101模型101：读写数据文件290
1011模型102：从文本文件中读取实体的到达数据291
1012模型103和模型104：读写Access文件和Excel文件295
1013高级读写操作301
102Arena中的VBA303
1021ActiveX自动化技术和VBA概述303
1022内置的Arena VBA事件304
1023Arena对象模型307
1024Arena宏记录309
103模型105：为用户提供到达选择312
1031修改Creation逻辑312
1032设计VBA用户窗体314
1033显示窗体并设置模型数据315
104模型106：在Microsoft Excel中记录并用图表显示模型结果320
1041运行开始时建立Excel321
1042使用VBA模块存储呼叫数据324
1043将结果图形化并在仿真结束时完成清理工作325
105使用Arena专业版创建模块：Template 101326
1051Create from File模块327
1052模板源文件：Template
1001tpl328
1053面板图标和用户视图328
1054模块逻辑和操作数328
1055使用模板331
106小结331
107习题332
第11章连续模型与离散/连续组合模型333
111建立简单的离散/连续系统模型334
1111模型111：一个简单的连续系统334
1112模型112：连续逻辑和离散逻辑的结合336
112模型113：运煤作业340
1121系统描述340
1122建模方法341
1123建模342
113连续的状态变化系统349
1131模型114：均热炉349
1132对连续变化速度的建模350
1133Arena中求解微分方程的方法351
1134建立模型351
1135利用VBA定义微分方程355
114小结356
115习题357
第12章统计问题的进一步探讨359
121随机数的产生359
122随机变量的生成363
1221离散变量364
1222连续变量365
123非平稳泊松过程367
124方差衰减368
1241公共随机数368
1242其他方法374
125序贯抽样375
1251终态仿真模型375
1252稳态仿真模型379
126仿真实验的设计380
127习题381
第13章仿真研究的实施过程382
131什么是成功的仿真研究382
132问题的描述384
133解决问题的方法385
134系统和仿真规格说明386
135模型的定义和构建389
136模型验证和确认391
137仿真实验和分析393
138结果的展示与保存394
139模型的移交395
附录A《华盛顿邮报》项目的功能
说明书396
附录BIIE/RS竞赛试题407
附录C概率和统计复习432
附录DArena中的概率分布446
附录E光盘安装指南456
参考文献458
索引461

系统仿真是一门融系统科学、运筹学、概率统计及计算机应用于一体的综合性理论和方法，它借助计算机和仿真软件对现实世界中的各种情景以及仍然处在概念阶段的各种设想加以模拟，并以此达到对系统进行分析、设计与评价的目的。它体现了一种实验思考的方法论，对探索复杂系统深层次的运动机理并揭示其规律性具有十分重要的意义。
　　系统仿真基本思想的萌现可追溯到18世纪的随机实验，但直到20世纪40年代蒙特卡罗方法的提出才奠定了其理论基础，而随着20世纪60年代GPSS仿真软件的问世，这一方法得到了飞速发展，已广泛应用于制造业、服务业、交通运输、通信系统、计算机网络系统、航空航天、医疗保健、军事作战以及经济金融等一系列领域，取得了十分可观的经济效益和社会效益。系统仿真（尤其是离散系统仿真）的发展，与作为其重要支撑的仿真软件是密不可分的。从GPSS、 GASP、 SLAM、 SIMSCRIPT等早期仿真语言，到SIMAN/CINEMA等具有动画仿真功能的编程语言，直到现在完全不需程序编码的可视化仿真系统（如Arena、ProModel等），仿真软件可谓历经了几次飞跃，使得仿真从高深莫测的神秘武器变成了一个大众化的工具。
　　在现有的各种仿真软件中，Arena是颇具代表性的一个，它是在早期的SIMAN/CINEMA仿真系统基础上发展起来的，不仅保留了SIMAN/CINEMA的强大功能和灵活性，而且对其功能和解决问题的范围进行了重大扩充。Arena软件具有十分友好的用户界面和方便的动画元素，易于学习和使用，此外，还可以与Visual Basic或C通用程序语言相集成，大大增强了建模能力。Arena提供了多种建模模板和刻画模型的层次结构，既可以在较高层次上快速建立模型，也可以在较低层次上描述模型的各种细节，从而为用户带来了最大的灵活性。我们曾在为工业工程专业高年级本科生以及管理科学与工程、系统工程专业一年级研究生所开设的“离散系统仿真”课程中使用该系统，并取得了很好的效果。我们甚至还利用该仿真系统为MBA学生开设了“计算机模拟分析”课程，也受到了学生的欢迎。通过学习，学生有效地加深了对整个过程实施管理的理解，建立了实验思考的方法。
　　本书是介绍Arena仿真系统的非常优秀的著作，它不仅较为全面地介绍了这一仿真系统的各种功能和使用方法，更为重要的是，它绝不是一个软件说明书或用户手册，而是一本借助Arena深入浅出地论述系统仿真的有关理论、方法和技术的教科书，对系统仿真原理、仿真建模和数据分析都有十分精彩的阐述。本书的结构和内容组织也很有特点，它采用了一种引导式的写作风格，把仿真建模、分析与Arena的功能和使用的介绍有机地结合为一个整体，并设计了大量具有不同难度的例子，章节安排循序渐进，非常适合初学者理解。此外，几位作者在仿真理论研究和实际应用领域都有十分深厚的造诣，所以本书在理论和实践两方面都进行了深刻论述，会让各个层次的读者受益匪浅。
　　本书的主要内容包括：系统仿真的基本概念、Arena基本建模、仿真输入分析与输出分析、Arena高等建模及运送工具、Arena与其他应用软件的集成、仿真中的高等统计问题、连续系统仿真等。另外，在附录中提供了一个仿真项目规格说明的实例和历年来高校学生的仿真竞赛题。本书无论对于课程学习、基础研究还是实际应用都具有宝贵价值，非常值得一读。
　　本书由周泓组织翻译并完成最后的修订和统稿。参与翻译工作的还有欧建新、潘燕春、师瑞峰、谭小卫、上官春霞、王建、邢伟、雷蕾、薛贵森、邱月、梁春华、孙江苏、李政道等。本书的翻译工作还得到来自中国系统仿真学会离散系统仿真专业委员会的支持，在此表示感谢。最后，感谢机械工业出版社华章分社和McGrawHill出版公司促成了本书中文版的出版，使更多的人能够从系统仿真这一强大工具中受益。
　　由于译者水平有限，难免会出现一些错误之处，敬请广大读者批评指正。

周泓
北京航空航天大学