系统仿真介绍及应用

系统仿真介绍及应用SystemSimulation&Application刘春泽系统仿真介绍及应用系统仿真整体介绍定义如何实施应用场景和领域重要性在水运行业的应用港口航道系统船闸码头生产港区及园区交通在其他相关领域的应用宏观、微观道路交通仿真行人流仿真铁路系统运营调度仿真01020301.系统仿真整体介绍1.1定义1.2如何实施1.3应用场景和领域1.4重要性系统仿真介绍及应用“系统仿真”定义系统仿真（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01.系统仿真整体介绍如何实施●对系统进行分析，建立系统的结构模型和量化分析模型，确定系统作业流程●将其转换为适合在计算机上编程的仿真模型●对计算机仿真模型进行仿真试验，对比不同输入或工况的结果，获取信息、深入理解系统01.系统仿真整体介绍仿真保真度（SimulationFidelity）:用于描述仿真精度，模拟真实对应物有多近似，反映仿真建模时做出的简化或近似的程度●低保真：对系统的最小模拟，接受输入产生输出●中等保真：对刺激能自动响应，有限精度●高保真：接近不可辨识或者尽可能地接近真实系统应用场景和领域：用于对自然系统或人造系统的科学建模，以对系统获取深入理解，或者展示可选条件或动作过程的最终结果，进而启发新的思想或产生新的策略，或者暴露出原系统中隐藏着的一些问题。用在真实系统不能做到的情景，如不可访问（accessible）、太过于危险、不可接受的后果、或者设计了但还未实现、或者压根没有被实现等。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。把一个复杂系统降阶成若干子系统以便于分析。广泛应用于：供应链、行人疏散模拟、公共政策研究、多方博弈、物流运输、生产作业系统模拟、军事国防仿真推演、宏观经济分析、生态环境演变、疾病传播问题、轨道交通运行调度、机场运行、港口航道等。01.系统仿真整体介绍WorldTechnologyEvaluationCenter：INTERNATIONALASSESSMENTOFRESEARCHANDDEVELOPMENTINSIMULATION-BASEDENGINEERINGANDSCIENCE•报告旨在研究美国在全球仿真技术发展中的定位•SBE&S是使用计算机建立工程系统或自然系统的虚拟物理模型并求解为此而建立的数学方程的一门跨学科的工程科学•SBE&S是传统的理论和实验/观察支柱的坚实补充•今天计算机仿真在人类历史上比其他任何时候都更普遍、更有影响。•在许多关键技术的研发过程中甚至达到了如果脱离了仿真则几乎无法被理解、开发和应用的地步。01.系统仿真整体介绍重要性美国国家科学基金能源部航空航天局国立卫生研究院国家标准与技术局国防部中国系统仿真学会：《仿真科学与技术：学科发展报告（2009-2010）》随着科学研究和社会发展所面临的问题复杂性程度的加深，仿真具有其他学科难以替代的求解高度复杂问题的能力。仿真科学已成为自然科学、社会科学、国民经济、国防建设等各个领域的不可或缺的重要科学技术。该蓝皮书对仿真的看法与WTEC的报告基本是相同的。01.系统仿真整体介绍重要性02.在水运行业的应用港口航道系统2.1船闸2.2码头生产2.3港区及园区交通2.4系统仿真介绍及应用将船舶、锚地、航道、泊位及装卸系统等有关因素构成的港航系统作为一个整体，建立航道通过能力仿真模型，基于港口服务水平的评价方法体系，对船舶交通、锚地、航道、泊位以及装卸系统的相关规划设计问题进行研究与评价分析。02.在水运行业的应用港口航道系统复杂航道仿真截图解决的问题包括但不限于：将航道建设前后的港航系统合理通过能力与港口发展吞吐量需求进行匹配，解决航道建设的必要性及建设时机问题；计算各种航道尺度下的港航系统合理通过能力，解决基于港口服务水平的航道规划设计方案比选问题；计算不同锚地平面布置方案、港口吞吐量下的锚地锚位数需求，解决锚地平面布置和建设规模问题；在模型中考虑港池内调头船舶与航行船舶的相互影响，解决港池调头水域的设计方案问题；计算不同通航规则下的港航系统合理通过能力，解决航道调度运营策略问题。02.在水运行业的应用锚地规模项目仿真截图将上下游锚地、待闸段、闸首（闸门）、输水系统、闸室作为船闸系统，构建仿真模型模拟船闸作业过程（即船舶过闸过程），分析在一定过闸船型组合条件、船闸作业流程条件下的船闸能力。在此基础上，考虑多线船闸的过闸船舶分配调度规则，可以分析多线船闸的系统通过能力；模拟中间航道的通航，考虑上下游通航建筑物联合调度、运营规则，可以分析梯级枢纽通航建筑物的系统通过能力。02.在水运行业的应用船闸多级多线船闸运行模拟船闸解决的问题包括但不限于：•根据预测的过闸船型组合，计算不同平面布置形式、闸室尺度下的船闸通过能力；•将计算的通过能力与未来过闸需求进行匹配，确定船闸平面布置形式、建设规模；•计算不同作业流程或调度规则下的多线船闸系统的通过能力、梯级枢纽系统的通过能力，确定合理的船闸作业流程或运行调度规则。02.在水运行业的应用船闸仿真排档将泊位、船舶、装卸设备、港区内道路、堆场等作为系统，根据码头平面布置情况和生产作业流程，构建仿真模型模拟码头生产情况，并对系统进行分析和深入理解。不同码头有各自的平面布置方式特点、专门的作业设备和作业流程。如干散货码头的皮带机系统、堆取料机，液体散货码头的管道系统，集装箱码头的岸桥、场桥、水平运输车辆，自动化集装箱码头完全不同于传统集装箱码头的布置方式、运营方式、自动化设备，滚装码头的车辆roll-on-roll-off、港内的机非混行等。02.在水运行业的应用码头生产集装箱码头仿真截图散货码头筒仓仿真截图SIMULATION通过对不同码头平面布置方案、码头工艺设备和流程进行仿真建模，重点对系统通过能力、设施和设备的利用率、港内道路交通情况进行统计和分析，进而解决以下问题：•深入对系统的理解，分析影响系统通过能力的瓶颈；•确定最优的码头平面布置方案；•确定最优的工艺设备和流程；•确定最优的设备配置数量，或设备购置的时机。可以推演码头从当前开始运行数小时（或数分钟）后的状态，实现对同码头生产作业决策的评价，最终为码头生产提供决策的依据。此外，码头的仿真推演可以与人工智能技术相结合，实时分析某一决策下的仿真推演的结果与码头生产实际情况，进而不断改善和提升仿真结果的准确性和可靠性。EMULATION用于设计阶段用于运营阶段02.在水运行业的应用码头生产02.在水运行业的应用码头生产滚装码头作业仿真截图集装箱码头仿真截图散货码头皮带机系统仿真截图散货码头作业、堆场管理仿真截图建立港区和物流园区集疏运车流仿真模型，重点对各种规划道路的交通流进行仿真，得出各种车流评价指标，辅助优化道路设计以及立交桥设置的必要性等问题。02.在水运行业的应用港区及园区交通03.在其他相关领域的应用3.1宏观、微观道路交通仿真3.2行人流仿真3.3铁路系统运营调度仿真系统仿真介绍及应用宏观道路交通仿真03.在其他相关领域的应用案例：对港内道路系统进行仿真建模，分析道路通行能力。微观道路交通仿真03.在其他相关领域的应用案例1：建立了交通立交系统的仿真模型。对道路车流量进行统计和分析，进而对立交的设计进行评价。微观道路交通仿真03.在其他相关领域的应用案例2：建立了考虑红绿灯的交叉口交通仿真模型。以车辆在系统内的滞留时间作为评价指标，对不同的红绿灯灯时设置方案进行比选。行人流仿真03.在其他相关领域的应用案例：建立了铁路站台的行人流仿真模型，模拟地铁进出站以及站台上行人进出闸口、上下楼梯、上下车的过程，并以密度图的形式动态显示站台上的行人密度。铁路系统运营调度仿真03.在其他相关领域的应用案例1：建立了铁路系统列车分类的仿真模型。进入车场的列车具有多种类型，在车场内完成列车的分类。当列车节数到达一定数量时，离开车场。模型对列车在车场的停留时间进行统计分析。铁路系统运营调度仿真03.在其他相关领域的应用案例2：建立了铁路系统卸车作业的仿真模型。卸车设备选择特定类型的集装箱进行卸车作业，并将其放到集卡上。模型能对卸车作业效率进行统计分析。Thanks!