逼真度视角下的仿真效用和仿真代价的均衡研究

第一章绪论

1.1研究背景和意义

目前,建模与仿真技术在国内物流行业得到了广泛应用。尤其是近一个时代,在大型物流系统规划设计阶段都有仿真的决策参与,仿真逐步成为行业要求的必备技术环节,几乎所有物流招投标项目都要求给出仿真验证与优化的结果说明。但同时,系统建模与仿真技术在我国物流行业应用中面临着仿真技术的推广应用和应用水平不高、应用效果有限,反过来影响了仿真应用的深化与推广的矛盾局面。在实际应用中,被动“自然”地接受仿真实施人员个人偶然和不确定性的影响而带来的无法事先控制的逼真度和仿真效用与仿真代价的问题非常突这导致在物流仿真实践中,往往依据个人经验和环境、条件、资源约束在建模过程中,不经分析和决策,甚至没有意识和考虑这个环节,而进行随意性的逼真度选择,导致无法控制仿真效用和仿真效果的被动局面;或者,经过不断的调整,完成无系统设计和计划的、动态的逼真度调整过程,导致仿真效果和仿真代价上的非优化均衡;这大大影响了仿真决策支持的效率和仿真本身优势作用的发挥。业界的应用现状表明,目前应用实践中普遍存在着不确定性、模糊性和被动性,仿真应用的普及并没有带来建模与仿真实施的规范与统一的衡量标准,反而形成了较多依赖于建模者本身的随意性局面,这大大限制和阻碍了系统仿真在物流领域应用的深化提高和发挥其应有的作用。从研究现状来看,目前,大多数的逼真度研究集中在国防军事、航空飞行、医疗救助和教育等领域,这些研究都带有应用行业的特点,和物流系统现实案例结合度很低。对于物流系统规划设计实践中,各参与方之间的参与合作模式没有一个可借鉴的标准,导致仿真模型验证对于仿真决策的支持往往没有发挥应有的作用。同时,对于仿真成本效用均衡研究不足,各应用领域内未形成比较完善的研究框架,对于如何把握建模与仿真的逼真度,如何进行建模过程中的逼真度管理,缺乏基础性研究与尝试,更没有系统性框架、流程和体系。

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1.2文献综述

目前,建模与仿真技术在各类应用需求的牵引及有关学科技术的推动下,己经迅速发展成为一项通用性、战略性技术,广泛应用于航空航天、信息、生物、材料、能源、先进制造等高新技术领域和教育、军事、交通、经济、医学、生活服务等众多领域的系统论证、试验、分析、维护、运行、辅助决策及人员训练和娱乐等[2]。但是,对于逼真度的研究目前主要集中在教育训练、国防军事、航空飞行和医疗救助这几个领域,这些研究都带有各自应用行业的鲜明特点。传统意义上,训练领域是第一个推广使用仿真技术到很大程度的领域,逼真度研究在训练仿真领域有很好的实践,特别是飞行员训练领域[3]。这个领域的研究认为在整体模拟器中逼真度是唯一的。这种包括人的模拟器,人机界面的逼真度是评断模拟器合适程度的最重要的因素,也是唯一的因素。1993年和1997年提出的FAA/JAA标准被认为是飞行模拟器认证的逼真度标准。在国防军事领域,一般是对作战过程抽象建立作战模型。1989年,在美国陆军、国防建模与仿真办公室DMSO和DARPA的共同倡导和支持下,正式提出了分布交互伤真的概念。针对分布式仿真提出了 FiMO逼真度管理过程,用一种.机构化方法来解决联邦开发与执行过程(FEDEP)中每一个开发阶段大量的逼真度描述和测量问题。在医疗保健领域,仿真可以辅助临床医学教育、开展临床技能培训与考核、实现远程医疗等。在最初的医学仿真系统中,将逼真度的研究重点放在人体的几何特性上,关注有限的用户交互。现代的医疗过程仿真中,包含了纷繁的组织器官的运动行为、病人的反应行为、医生的治疗行为以及之间的交互行为等,逼真度研究的关键问题在于人与物体的行为描述、行为控制以及人与物体的交互等[4]。

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第二章M&S参与方的仿真效用与仿真代价均衡研究

2.1 M&S活动各参与方参与模式分析

系统仿真在物流领域的应用可以用于对物流过程的仿真研究、物流管理的仿真研究和物流成本的仿真研究。物流过程是指运输、仓储、装卸、包装等物流的功能过程。对物流过程的仿真主要是为了研究诸如在事件的进程中这些过程是如何推进的、推进过程发生了哪些事件、这些事件引起系统状态发生了哪些变化等问题。例如,通过对自动化立体库的物流过程仿真可以分析自动化物流系统设备布局的合理性、设备运行的效率、系统的生产率、系统中设备的利用率等问题;物流管理的仿真研究的是为物流管理决策分析服务的,如交通运输网络的布局规划自动化系统的策略运用、供应链库存控制策略等;运用仿真方法对物流成本的计算主要是在物流系统运行过程中动态地记录其物流成本的消耗,最终准确统计各项物流作业的成本。这种方法利用了系统仿真以时间为基准的特点。当系统运行时,计算机仿真可以将各种动态过程的时间准确记录下来,将时间消耗转化为工时的计算,就可以计算出物流作业成本。通过对物流系统的仿真,可以预演或再现物流系统的运行规律,对系统规划、设计和运行中的科学管理与决策有重要的支持作用。在实际设计过程中仿真人员可以根据具体项目的需要选择相应的仿真方案建模,因为面对有限的资源和成本,过多的仿真建模会增加设计的成本。而在实际设计项目中,设计的具体情况也千差万别,有些设计步骤在设计过程中确定性很高,不需要仿真的辅助,仿真人员应根据具体项目的需要选择合适的仿真方案。

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2.2参与方逼真度供需均衡模式研

究 逼真度,从字面意思理解,它表明了一个事物对儿一个事物的忠诚度。在建模仿真中,逼真度用来表示一个模型表现其对应真实世界实体、属性或交互的忠诚度。所谓逼真度需求,就是仿真需求中基于逼真度描述的、仿真模型仿真对象相似程度的需求[35]。仿真逼真度的概念是相对于仿真方来说,用户和规划方对此并不熟悉,且不会提出具体的逼真度需求。在构建仿真模型时,各方都是紧紧围绕仿真目标展开,即希望获取哪些仿真效用,在仿真需求得到落实的基础上,由仿真人员分析确定相应的逼真度需求。以下从各方可能期望的仿真需求角度出发,影射可能的各方逼真度需求。对于物流配送中心这类离散事件系统,用户和规划设计方更看重流程、过程逻辑的仿真,且在用户和规划设计方看来,仿真模型的逼真度应该尽可能高,最好能达到与真实系统百分之百相似。对仿真人员来说,逼真度是直接影响仿真成本和仿真效用的首要因素,它还是仿真运行时重要的性能指标。从仿真人员专业的角度看,逼真度是一个多维度的概念,它表现在流程、逻辑和参数数据设置和三维可视化效果等多个方面。并且在某些特定的条件下,考虑到模型的应用价值等因素,逼真度最高的方案不一定是最优的方案,在满足仿真目标的前提下,应尽可能的简化模型。因为简化模型一是可以减少工作量,另一方面可以减少不必要干扰引起的误差。所以,仿真项目需要从各参与方的角度考虑,在仿真实施前期对逼真度需求达成一致共识。