仿真抽象方法

nickzhao

     很多时候，我们在建立仿真模型的时候会遇到现实中复杂的情形。对于这些情形，如果能按现实中一致的方式表达固然是最好的，但有时受仿真软件的功能限制或开发时间限制，难以在仿真中和现实一致的表达。此时，仿真抽象就是解决问题的一个很好方法。那么，什么叫仿真抽象呢？这名字是我起的，如果定义的话，就是提取复杂事物中最本质的内容，用简单的方法来表达。
     举个例子，在plant simulation中是没有立体库的，可有些人可能见过老外开发的立体库模块，其实就是用一些singleproc和method封装了一个frame,外层用对话框包装一下，填写长、宽、高、货叉速度等立体库参数，就可以用了。那么，这个立体库模块是怎么表达立体库的出、入库过程呢？通常在其他三维仿真软件里，大家会看到完美表达的立体库动画，堆垛机从入库口取了货物，经过纵向、横向的运行，再由货叉把货物放到指定空位，这个过程动画和现实中一样，很容易理解。但要仔细想想，这个过程到底要表达什么？什么才是最关键的？答案是时间，货叉从入库口取货到放货完成的时间是仿真最重要的内容，因为这个时间决定了生产量，决定了每个货物的出、入库周期。所以在plant simulation的立体库模块，只用一个singleproc来表达这一过程，只不过proctime属性是动态的，是通过一个数学模型计算出来的。这个数学模型逻辑也很简单，就是随机一个库位（有X/Y坐标），然后根据库位坐标和入库口位置，结合堆垛机的速度、加速度计算横向运行时间和纵向运行时间，把最大的那个时间赋值给proctime。所以这样一个方法，很简单的就可以描述立体库，虽然它没有绚丽的三维动画，但同样做仿真，它的输出数据比三维动画的输出还准确（很多人怕仿真数据不准，要看动画，其实动画很准，但数据可能差很远）。而且，更为重要的是，这种抽象方法建立的模型仿真速度非常快，可以在极短的时间内完成几万次仿真，产生较为全面的仿真数据（因为是随机货位，所以立体库的仿真需要很多次仿真才能归纳其内在的规律）。
( i" x( _; u) f      再如，曾经有个学生想做超市的仿真，建了个很复杂的模型，模拟人进超市、逛各个区、再到缴费的过程。但这个过程在现实中非常复杂，有各种各样的因素影响。所以我问他，你到底建这个模型想表达什么？他想了半天，说看到超市缴费排队太长，想建个模型分析下。因为缴费的人数受逛超市人数的影响，逛超市受进超市人数影响。我问，如果这么想的话，进超市人数是否还受这个城市人口基数的影响？是否还受这个城市20年前的出生率的影响？这其中的内在规律，没人能说的清，你仿真怎么能表达出来？所以如果要研究缴费排队问题，就老老实实建个多服务台的排队模型就好了，顾客到达按泊松分布，具体参数到超市调研去。
      通常我们讲仿真和数学建模方法是两种不同的方法，数学方法粗、仿真方法细，而且仿真方法是按时间进度一步一步推算出来的。但在仿真一步一步推算过程中，很多细节如果和现实中完全一致，其实是没有必要的，需要用数学模型表达现实中静态的过程，再用仿真的动态方法不断往复计算，获得计算结果，这个过程才是仿真建模的本质。但这个过程中的每一个细节，其内在规律和特性一定是人类能获知的，能用数学方法表达出来的，否则仿真就不是预测未来的工具，而是坑蒙拐骗的神棍了。

五五

说到点上了。。。

nickzhao

五五 发表于 2015-7-3 16:40
说到点上了。。。

3 C/ ]4 l# R/ b( r  D小柯改名了？

五五

没改啊 我论坛一直叫这个。。。

说到立体库，赵老师用FEM么

nickzhao

五五 发表于 2015-7-3 16:43
没改啊 我论坛一直叫这个。。。

$ K1 h' V/ f  E  r( R. A8 |) {: s说到立体库，赵老师用FEM么

那可能把你QQ名字混了。不知FEM是什么，我说的是一个名字叫HBW的二次开发模块。

dongshui8558

五五 发表于 2015-7-3 16:43
; w% a+ n  J# A$ ?& r) P; l没改啊 我论坛一直叫这个。。。

. P& Z/ m2 ?# z* l, D说到立体库，赵老师用FEM么

! @- r& e0 ]) p  n* ^  P% _珂，讲讲什么叫FEM吧，这词儿还真没有听说吧，应该是老外的叫法吧？

nickzhao

dongshui8558 发表于 2015-7-5 14:54
珂，讲讲什么叫FEM吧，这词儿还真没有听说吧，应该是老外的叫法吧？

FEM应该是一个欧洲的标准，其中一部分有关于立体库堆垛机运行时间计算的。柯说的应该是这个，柯做仿真相当深入。

五五

FEM 9.851 堆垛机时间计算 就是赵老师说的这个
9 ^. h8 X+ G# F7 y# d$ R! \+ b9 n
简单来说就是如果负载为一的堆垛机的关键入库点是 1/5L 2/3H 处，关键出库点是 2/3L 1/5H处。。。以这两个点做一次入库 出库循环就是堆垛机的平均 cycle time。。。
& v" D6 S6 t8 a* [2 C
仿真模型做好后 一般让模型里的堆垛机脱离整个系统 然后连续不间断进行数天负载为一的入库 出库循环。。。得出的堆垛机效能必须符合以FEM 9.851算出来的结果。。。

五五

FEM是一个法语词 翻译过来应该是欧洲仓储和物料流技术学会之类的。。。

nickzhao

五五 发表于 2015-7-6 20:13
; M7 Z# V, w: C; y% i! xFEM是一个法语词 翻译过来应该是欧洲仓储和物料流技术学会之类的。。。

3 J) ^' }( Z: P! O6 _" B这，相当于验证模型吧，但我有点不明白都按FEM算就是了，为何还要仿真？有什么输出是FEM没有标准的?

五五

是用来验证模型的啊 因为实际中 堆垛机并不会按平均来运行 也是单一负载 独立系统 所以才需要仿真。。。但是反过来 仿真模型是否正确 是要靠FEM来验证的。。。

nickzhao

五五 发表于 2015-7-8 17:48
是用来验证模型的啊 因为实际中 堆垛机并不会按平均来运行 也是单一负载 独立系统 所以才需要仿真。。。但 ...

6 `1 J/ h2 Q$ g& T" G那要是多负载的，或者多个I/O口的立体库，有什么标准的验证方法吗？

nickzhao

五五 发表于 2015-7-8 17:48
是用来验证模型的啊 因为实际中 堆垛机并不会按平均来运行 也是单一负载 独立系统 所以才需要仿真。。。但 ...

% T: y+ B' ~/ _4 Y7 d) m* d你说的这种按平均验证的情况，仿真建模的目的是需要计算什么？我意思是要计算平均cycletime,那有FEM就够了，用FEM的cycletime验证过的仿真模型，还需要计算什么？

五五

因为仿真模拟过程是不平均的 所以才需要用到仿真 因为FEM只能算平均时间。。。
但是模型在运行之前要利用FEM验证 以防模型里面有各种乱七八糟的错误。。。为了验证必须人工创造一个平均的环境给模型。。。验证完以后就可以保证按照实际中的 不平均的情况运行出来的结果是对的了。。。就这样

五五

nickzhao 发表于 2015-7-9 14:51
& p% L3 V- `0 @2 g那要是多负载的，或者多个I/O口的立体库，有什么标准的验证方法吗？

, z7 ?6 S1 v0 n- M* g9 @/ p: E" B多负载没有，多个IO有，也在FEM里面。。。
/ l6 _7 U+ p* _  W& {0 K。。。不过可以通过让堆垛机每次只运一个来模拟单负载，以便进行验证。。。