系统工程仿真作业

基于Anylogic的系统工程模型仿真
系统仿真（systemsimulation），就是根据系统分析的目的，在分析系统各要素性质及其相互关系的基础上，建立能描述系统结构或行为过程的、且具有一定逻辑关系或数量关系的仿真模型，据此进行试验或定量分析，以获得正确决策所需的各种信息。

仿真是一种对系统问题求数值解的计算技术。

尤其当系统无法通过建立数学模型求解时，仿真技术能有效地来处理。

也是一种人为的试验手段。

它和现实系统实验的差别在于，仿真实验不是依据实际环境，而是作为实际系统映象的系统模型以及相应的“人造”环境下进行的。

这是仿真的主要功能。

仿真可以比较真实地描述系统的运行、演变及其发展过程。

仿真的过程也是实验的过程，而且还是系统地收集和积累信息的过程。

尤其是对一些复杂的随机问题，应用仿真技术是提供所需信息的唯一令人满意的方法。

对一些难以建立物理模型和数学模型的对象系统，可通过仿真模型来顺利地解决预测、分析和评价等系统问题。

通过系统仿真，可以把一个复杂系统降阶成若干子系统以便于分析。

通过系统仿真，能启发新的思想或产生新的策略，还能暴露出原系统中隐藏着的一些问题，以便及时解决
系统仿真的基本方法是建立系统的结构模型和量化分析模型，并将其转换为适合在计算机上编程的仿真模型，然后对模型进行仿真实验。

由于连续系统和离散(事件)系统的数学模型有很大差别，所以系统仿真方法基本上分为两大类，即连续系统仿真方法和离散系统仿真方法。

在以上两类基本方法的基础上，还有一些用于系统(特别是社会经济和管理系统)仿真的特殊而有效的方法，如系统动力学方法、蒙特卡洛法等。

系统动力学方法通过建立系统动力学模型(流图等)、利用DYNAMO仿真语言在计算机上实现对真实系统的仿真实验，从而研究系统结构、功能和行为之间的动态关系。

AnyLogic，是一款应用广泛的，对离散，连续和混合系统建模和仿真的工具。

它的应用领域包括：控制系统，交通，动态系统，制造业，供给线，后勤部门，电信，网络，计算机系统，机械，化工，污水处理，军事，教育等等。

AnyLogic 是一款独创的仿真软件，它以最新的复杂系统设计方法论为基础，是第一个将UML语言引入模型仿真领域的工具，也是唯一支持混合状态机这种能有效描述离散和连续行为的语言的商业化软件。

据仿真程序框架图，可知系统动力学的仿真实验过程如下：
①确定系统目标主要包括预测系统的期望状态、观测系统的特征、找出系统中的问题所在、描述与问题有关的系统状态、划定问题的范围和边界、选择适当的变量等。

②分析系统中的因果关系描述问题的有关因素、解释各因素间的内在关系、画出因果关图、隔离和分析反馈环路及它们的作用。

③建立系统动力学模型建立流图、构造语言方程式。

④计算机模拟将语言方程式和原始数据及相关数据变量在计算机上多方案模拟实验，得出结果，绘制结果曲线图，修改程序方程式，调整数据变量，进行反复模拟实验。

⑤分析结果通过对结果的分析，不仅可发现系统的构造错误和缺陷，而且还
可找出错误和缺陷的原因。

根据结果分析情况，确定是否对模型进行修正，然后再做仿真实验，直至得到满意的结果为止。

实例如下：工厂对某种原料消耗速率为R3吨/日，订货速率为R1吨/日，到货速率为R2吨/日，日平均到货时间T1为3日。

若未付订货为Y吨，实际库存量为X吨，其初值分别为12吨和20吨。

期望库存量I为20吨，为使库存量趋于稳定，订货速率R1由决策函数决定D=R3+P(I-X)确定，那么当消耗速率由每日20吨产生每日4吨阶跃时，研究系统的状态。

本例的系统动力学流图如下：
系统动力学流图
用DYNAMO语言描述原料消耗及订货模型。

则全部DYNAMO源程序如下：
L Y.K=Y.J+DT*(R1.JK-R2.JK)
N Y=12
R R1.KL=D.K
A D.K=R3.JK+P*(I-X.K)
C P=0.5
C I=20
R R2.KL=Y.K/T1
C T1=3
L X.K=X.J+DT*(R2.JK-R3.JK)
N X=20
R R3.KL=20+STEP(4.0，0)
SPEC DT=0.5/LENGTH=50/PRTPER=1/PLTPER=1
PRINT X
PLOT X= *
PRINT Y，R1，R2，R3
RUN
进行如下三种方案的系统仿真：
方案一：决策函数系数P=0.5；平均到货时间T1=3；仿真时间为30天
方案二：决策函数系数P=0.5；平均到货时间T1=1。

仿真时间为30天
方案三：决策函数系数P=2；平均到货时间T1=3。

仿真时间为30天
利用Anylogic仿真结果图如下所示：
方案一
库存量与时间关系图
Y、R1、R2、R3与时间关系图
方案二
库存量与时间关系图
Y、R1、R2、R3与时间关系图
方案三
库存量与时间关系图
Y、R1、R2、R3与时间关系图
仿真结果分析如下：
方案一的库存量与时间关系图中从第二天开始有负值产生。

即第三天库存量不够当日原料消耗量，故该方案是错误的。

比较方案一和方案二，把到货时间T1从三天减少为一天，方案二中库存量经历前七天大幅波动之后库存量稳定在12吨。

此时，由于到货时间为一天，故订货速率、到货速率、消耗速率大致相等。

相比方案一，方案二满足生产消耗要求，但到货时间要求比较苛刻。

比较方案一和方案三，到货时间不变，决策函数系数由P=0.5改为P=2，观察两者库存量与时间关系图，发现方案三中当增大P，库存量反应更迅速，能够迅速满足原料日消耗速率改变的要求，与此同时，其波动所需时间大约为25，但其波动幅度随时间变化逐渐变小，最后趋近于一个稳定值15吨左右。

比较方案三与方案一Y、R1、R2、R3与时间关系图，发现除了方案三在前几天有相对较大波动，之后两者R1、R2、R3与时间关系图大致相似。

库存控制系统动力学模型为我们提供了一种新的物流库存管理的方法，充分发挥了系统动力学容易结合领导决策者和实际工作者的经验及加深对系统机制理解的优点。

采用这种方法更加直观，易于理解。

通过某仓储基地库存控制的实例模拟研究，证明模型具有较好的决策和环境协调能力，能较好的反映实际系统。