Warteschlangensimulator: Schnelle und einfach zu bedienende ereignisorientierte Simulation

Der Warteschlangensimulator ist ein quelloffener, freier, plattformunabhängiger, ereignisorientierter, stochastischer, Simulator.

  • Grafische Modellierung von Warteschlangensystemen
  • Modelle können als Animationen oder als schnelle Simulationen ausgeführt werden
  • Umfassende automatische Erfassung von Statistikdaten zur Analyse der Simulationsergebnisse (z.B. hierarchiche Engpassanalyse)
  • Funktionen zur Durchführung von Parameterstudien und Optimierungen
  • Es stehen mehr als 100 Stationstypen zur Verfügung
  • Modellierungsumfang kann mit JavaScript- oder Java-Code erweitert werden
  • Daten können aus externen Dateien oder Datenbanken geladen oder in sie geschrieben werden

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Weitere Download-Optionen

Verfügbar für Windows, Linux und MacOS
Lizenz: Apache License 2.0 (private und kommerzielle Nutzung ohne Einschränkungen)
Systemvoraussetzungen: Java 11 oder höher
Programm und Dokumentation sind auf Deutsch und auf Englisch verfügbar
Zenodo DOI für das Warteschlangensimulator-Repository

Screenshot Warteschlangensimulator
Grafische Modellierung
Im Warteschlangensimulator können Modelle erstellt werden indem Elemente aus einer Vorlagenleiste auf die Zeichenfläche gezogen und durch Kanten verbunden werden (Rapid modelling). Es stehen mehr als 100 verschiedene Elementtypen zur Verfügung. Die Modellierung unterscheidet sich nur wenig von den Abläufen bei vielen kommerziellen Simulationstools. Für die meisten Fragestellungen ist kein benutzerdefinierter Code erforderlich. Allerdings können Modelle für die Abbildung komplexer Regeln mit JavaScript- und Java-Code erweitert werden.
Automatische Statistikerfassung
Bei der Ausführung von Animation und Simulationen werden automatisch Statistikdaten für alle Kundentypen und alle Stationen aufgezeichnet. Dies umfasst Wartezeiten, Bedienzeiten, Warteschlangenlängen, Anzahlen an Kunden an den Stationen usw. Für alle Kenngrößen werden Mittelwerte, Standardabweichungen, Minima, Maxima sowie Häufigkeitsverteilungen aufgezeichnet. Nach einer Simulation stehen diese Werte in Form von Texten, Tabellen und Diagrammen zur Verfügung und können exportiert werden. Auch ein konfigurierbarer Berichtsgenerator ist integriert.
Schnelle Simulation
Der Warteschlangensimulator verfügt über einen sehr schnellen, mehrkernfähigen Simulationskern. Auf Desktop-Systemen sind für viele Simulationsmodelle >100.000 Ankünfte/Sekunde/Kern möglich. Damit ist der Simulator schnell genug für eine interaktive, explorative Modellanalyse. Zur Generierung von hochpräzisen Forschungsergebnissen können Modelle mit mehr als einer Milliarde Ankünften innerhalb von Sekunden bis wenigen Minuten simuliert werden.
Anwendungsgebiete

In allen Produktions- und Logistikprozessen, in denen Unsicherheiten auftreten (unbekannte Ankunftszeiten der Kunden, variable Bedienzeiten, Ausfälle von Ressourcen ...) treten Wartezeiten auf. Je bessere diese Zusammenhänge verstanden sind, desto besser lassen sich unnötige Wartezeiten vermeiden. Wird nur mit Mittelwerten gerechnet, so lassen sich diese Probleme nicht erkennen. Bezogen auf die mittlere Bediendauer reicht die verfügbare Bedienleistung an den Supermarktkassen meist aus - und trotzdem entstehen häufig unerfreuliche Wartezeiten.

Besteht ein Bedienprozess nicht nur aus einer Station, sondern aus einem ganzen Netz inkl. Rückkopplungen und komplexen Verzweigungsregeln - was in vielen Produktionsprozessen den Normalfall darstellt - ist nur auf Basis von statischen Rechnungen überhaupt nicht mehr erkennbar, welche Stationen die eigentlichen Engpässe darstellen.

Mit Hilfe eines Simulationsmodells lassen sich die relevanten Eigenschaften eines realen Produktions- oder Logistikprozesses abbilden und am Computer simulieren. Dies beinhaltet sowohl stochastische Bedienzeiten als auch Verzweigungen und vernetzte Prozesse, komplexe Regeln zur Steuerung der Freigabe von Werkstücken, Ressourcen mit variabler Verfügbarkeit (Schichtpläne und auch unerwartete Ausfälle) und Abhängigkeiten zwischen verschiedenen Stationen.

Änderungen oder Erweiterungen an einem realen Produktionssystem vorzunehmen, ist meist mit hohen Risiken und Kosten verbunden. Mit Hilfe eines Simulationsmodells lassen sich die Auswirkungen von Änderungen an einem System gefahrlos und untersuchen und es lässt sich so eine optimale Steuerungsstrategie ermitteln.

Download

Neuste Version: Neuste Warteschlangensimulator-Version Veröffentlichugsdatum der neusten Warteschlangensimulator-Version (Versionshinweise & Pläne)
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100% frei und Open-Source:
Windows-Installer
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  • Für Windows 7 bis 11
  • 32- und 64-Bit Unterstützung
  • Download-Größe: 135 MB
  • Installation mit oder ohne Adminrechten möglich (Installation für alle Benutzer / für den aktuellen Benutzer)
  • Installer verfügt über eine digitale Signatur
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  • Für Windows, Linux und MacOS
  • Entpacken & starten
  • Portabel nutzbar
  • Download-Größe: 135 MB
  • Keine Adminrechte notwendig
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  • Für Linux
  • Herunterladen & ausführen
  • Portabel nutzbar
  • Download-Größe: 135 MB
  • Keine Adminrechte notwendig
Quellcode
Quellcode von GitHub laden
  • Der Warteschlangensimulator ist Open-Source. Der gesamte Quellcode kann frei heruntergeladen werden.
  • Der Quellcode wird für die Verwendung des Warteschlangensimulators nicht benötigt.
  • Hinweise zum Build-Prozess
Entwicklungsversionen
Liste aller Veröffentlichungen
  • Hier gibt es es neusten Entwicklungsversionen.
  • Diese enthalten die aller neusten Features, die noch nicht unbedingt in der aktuellen offiziellen Version enthalten sind.
  • Allerdings sind die Entwicklungsversionen evtl. auch weniger stabil, als die offiziellen Versionen.
  • Der Installer, das Zip-Archiv und auch das AppImage enthalten jeweils die vollständige Dokumentation und beinhalten stets eine deutsche und eine englische Programmoberfläche.
  • Benötigter freier Speicherplatz für die Installation: 150 MB
  • Minimale Arbeitsspeicheranforderung: 4 GB
  • Plattformvoraussetzungen: Java 11 oder höher
  • Minimal getestete CPU: Raspberry Pi 4 (4 ARM-Kerne mit 1,5 GHz, 8 GB RAM)
  • Maximal getestete CPU: Dualsockel AMD Epyc 9334 System (64 physische x86-Kerne mit 2,7-3,9 GHz, 1,1 TB RAM)
Wenn Ihnen der Warteschlangensimulator gefällt und er für Sie nützlich ist, können Sie ihm einen auf GitHub einen Stern geben.

Funktionen

Der Warteschlangensimulator ermöglicht die Modellierung, Simulation und Optimierung von Modellen aus dem Bereich der Produktionsplanung. Insbesondere Fragestellungen zu Produktions- und Logistiksystemen können mit Hilfe des Warteschlangensimulators sehr gut analysiert werden.
Warteschlangensimulator - Modellierung

Modellierung von Warteschlangennetzen in Form von Fließbildern

Komplexe Produktions- und Logistikprozesse lassen sich für die Simulation im Warteschlangensimulator in Form von Fließbildern darstellen.
Warteschlangensimulator - Animation

Animation

Alle als Fließbilder erstellten Warteschlangenmodelle können als Animation visualisiert werden. Während der Animation können die Änderungen bestimmter Werte live verfolgt werden (sowohl in Form von Textwerten als auch in Form von laufend aktualisierten Diagrammen). Es existieren Stationstypen mit denen während einer laufenden Animation in den Kontrollfluss eingegriffen werden kann.

Debugging-Funktionen zur Unterbrechung einer laufenden Animationen und zur Anzeige und Änderung von Werten stehen ebenfalls zur Verfügung.

Siehe auch Video einer laufenden Animation.
Warteschlangensimulator - Statistik

Statistikaufzeichnung

Während der Simulation eines Modells werden alle relevanten statistischen Kenngrößen (wie z.B. Warte- und Verweilzeiten, Bestände, Auslastungen usw.) automatisch erfasst und stehen nach Abschluss der Simulation direkt im Programm zur Auswertung zur Verfügung. Zur einfachen Weiterverarbeitung der Daten verwendet der Warteschlangensimulator offene Dateiformate, kann aber z.B. Tabellen auch in Dateiformaten für gängige Tabellenkalkulationsprogramme exportieren.
Warteschlangensimulator - Parameterstudien

Automatisierung von Studien

Um die Auswirkungen von Änderungen einzelner Parameter zu untersuchen, können diese innerhalb eines bestimmten Bereichs automatisch variiert und die Simulationsergebnisse für diese Parameterreihen tabellarisch oder grafisch dargestellt werden.

Wenn bereits bekannt ist, welche Kenngröße optimiert werden soll und durch die Variation welcher Parameter in welchem Bereich dies geschehen soll, kann der im Warteschlangensimulator eingebaute Optimierer verwendet werden. Neben den klassischen Methoden zur Variation der Parameter stehen hier auch genetische Algorithmen zur Verfügung.

Siehe auch Video zur Durchführung einer Parameterstudie.
Warteschlangensimulator - Warteschlangennetzwerke

Warteschlangennetzwerke und komplexe Steuerungsstrategien

Verzweigungen und Schranken können mit komplexen Regeln modelliert werden, die weit über die Möglichkeiten analytischer Modelle hinausgehen. Es können auch benutzerdefinierte Skripte verwendet werden, um Kunden zu verzögern oder zu verzweigen.

Push/Pull-Produktion, Batch-Ankünfte und -Bedienungen, die Wahl einer Teil-Warteschlangen gemäß verschiedener Kriterien, Ungeduld von Kunden, Bedienprioritäten, Schichtpläne und viele weitere Eigenschaften können mit wenigen Klicks konfiguriert werden. Die Definition von Prozesslogik durch benutzerdefinierten Programmcode ist für die meisten Forschungsfragen nicht erforderlich, aber bei Bedarf möglich.
Warteschlangensimulator - Stationstypen

Modellierungsumfang

Der Warteschlangensimulator bietet mehr als 100 verschiedene Elementenvorlagen zur Erstellung von Warteschlangenmodellen. Damit können selbst komplexe Steuerungsstrategien meist mit wenig Aufwand abgebildet werden.

Siehe auch Beschreibung der Stationstypen.

Mathematik

  • Unterstützte Wahrscheinlichkeitsverteilungen zur Modellierung von Zeitdauern: 53
  • Pseudo-Zufallszahlengeneratoren zur Erzeugung von Eingangswerten für die Wahrscheinlichkeitsverteilungen: 4
  • Verfügbare Symbole im Formelparser zur Aufstellung eigener Rechenausdrücke: 175
  • Erfasste Werte für jede statistische Kenngröße: Mittelwert, Standardabweichung, Schiefe, Wölbung, Minimum, Maximum, Quantile, Histogramm. Optional kann dabei der Welford-Online-Algorithmus verwendet werden.

Kommandozeilen- und Client-Server-Betrieb

  • Der Warteschlangensimulator kann auf einem performanten System im Servermodus gestartet werden. Wenn eine Client-Installation mit diesem Server verbunden ist, werden alle Simulationen völlig transparent auf dem Server durchgeführt.
  • Alternativ können Parameterreihenkonfigurationen gespeichert und dann per Befehlszeile auf einem Berechnungsserver ohne grafische Oberfläche ausgeführt werden.
  • Die Stapelverarbeitung aller Modelle in einem Ordner kann mit nur einem einzigen Befehl gestartet werden. Python-Skripte zum Ändern von Modellparametern eines Basismodells, um viele Modelle für die Simulation zu erzeugen, sind im Installationspaket enthalten.

Videos

Tutorial: Erstellung eines einfachen Modells (Englisch mit deutschen Untertiteln)

Tutorial: Erstellung eines einfachen Modells

Animation eines komplexeren Modells (Englisch mit deutschen Untertiteln)

Animation eines komplexeren Modells

Durchführung einer Parameterstudie (Englisch mit deutschen Untertiteln)

Durchführung einer Parameterstudie

Unterstützung

Der Warteschlangensimulator verfügt über eine vollständige deutsche und englische Online-Hilfe und Programmoberfläche. Die Beispielmodelle, ein interaktives Tutorials und alle pdf-basierenden Nachschlagewerke stehen direkt im Programm zur Verfügung.

Zusätzlich werden folgende Online-Ressourcen angeboten:

Diskussionforum

Überblick

Tutorials

(Alle Tutorial-PDFs sind auch in den Warteschlangensimulator-Downloadpaketen enthalten.)

Nachschlagewerke

(Alle Nachschlagewerke-PDFs sind auch in den Warteschlangensimulator-Downloadpaketen enthalten.)

Informationen für Dozenten

(Die PDFs mit den Informationen für Dozenten sind auch in den Warteschlangensimulator-Downloadpaketen enthalten.)

Weitere Informationen

BibTex-Datensatz, um das Lehrbuch "Simulation mit dem Warteschlangensimulator" zu zitieren:

@book{herzog2021simulation,
  title={Simulation mit dem Warteschlangensimulator},
  author={Herzog, Alexander},
  year={2021},
  publisher={Springer},
  location={Wiesbaden},
  doi={10.1007/978-3-658-34668-3}
}

Veröffentlichungen

Eine Liste mit allen Veröffentlichungen zum Warteschlangensimulator finden Sie auf der Veröffentlichungen-GitHub-Wiki-Seite.