Simulation - AnyLogic / NetLogo

應用系統模擬來「解決問題」，需要其他的模組來進行整合。之前提到，光光系統模擬本身，只是單純找問題的工具。 首先我們要了解，企業應用任何工具或技術，一定要與策略發展有關，否則何必浪費時間與金錢。所以，設定「策略目標」這是最啟始的工作。 當設定好策略目標，且決定要採用系統模擬技術來實踐時，要兵分兩路。 「評量指標」是要找出有哪些指標可以來確認此策略目標有被實踐，或者是完成程度等。 「模擬情境」則是要界定出哪些範圍，或者預想可能發生的狀況，或者是想要去知道如何取得或收集評量指標的內容。 以上三者，建構出「 策略規劃循環 」。 有了「評量指標」接下來的問題要怎麼計算與評估，也就是找出方程式，此階段稱為「方案評估」。這會牽扯到作業研究的部分，有參數分析、敏感度分析或者最佳化的議題。 建模者取得「模擬情境」之規劃或要求後，開始建模。這塊就是最單純的系統模擬部分，稱之為「模擬模型」 執行後，當然會產生「模擬結果」，這些結果就是資料收集之結果，收集哪些，當然是要配合方案評估的公式中所有變數。 由「衡量指標」、「模擬情境」、「模擬模型」、「模擬結果」與「方案評估」等五大功能，建構出「 模擬建構循環 」。 模擬系統的建置真的沒有想像中的難，更沒有想像中的容易。因為要貼近真實世界，反應真實世界，得面臨「模型調教」的過程。例如，到達率、作業時間分配等。可能會不斷地收集真實世界的資料，讓模型更為逼近。 「模型調教」配合上「模擬模型」與「模擬結果」就形成了「 模型學習循環 」。 模型建構完成，就是真的要上戰場。真的將模擬運行後之建議方案，實際編寫策略執行計劃書，並且付諸行動。這是「策略執行」。執行過程中，真實世界不斷變化，得不斷收集實務資料，除用於調教模擬系統外，更是策略執行時，重要的參考數據。 所以，「模擬結果」、「方案評估」、「模型調教」、「實務資料」與「策略執行」形成了「 模型應用循環 」。 企業追求永續，策略目標因應大環境的變化，必然進行調整。所以，「策略目標」、「衡量指標」、「方案評估」與「策略執行」建構出「策略應用循環」。 所以，我提出應用系統模擬於策略目標上的五大循環。 策略規劃循環 模擬建構循環 模型學習循環 模型應用循環 策略應用循環

系統模擬的發展，特別是計算機模擬(Computer Simulation)，隨著電腦能力之演進，早已不可同日而語。切莫仍停留在「等候理論」這個範疇裡，雖然這仍是最主要的應用。 從AnyLogic舊版的官方網站中，可以看到下列這張圖。 Y軸描述的是我們對真實世界的抽象程度，總共分成三個層級，這三個層級也就相對應於目前比較重要的模擬技術(也就是AnyLogic所支援的部分)。 DE(Discrete event modeling)也稱之為流程導向模型。這也是大部分模擬軟體所強調的部分，主要也就是以等候理論為基礎之模擬系統。這個層級非常強調真實性，非常的貼近真實世界。系統開發起來，其實很困難。往往實務上的一個流程，可能要絞盡腦汁之後，才有辦法實作出來。 AB(Agent based modeling)，一般翻譯為代理人模型。這個技術非常、非常重要。他可以細到針對每一個在模擬系統中的物件，其屬性之設定與變化。所以，逼近真實的能力比DE還強。因為是物件化，所以，要怎麼抽象就是看功力了。這個模型技術另一個重要點是，其他兩種模型技術都還是要用到這AB模型技術。 SD(System Dynamics)就是建立系統動力學模型。這個模型非常高度抽象化，透過幾個圖示，就可以表達企業運作之變化。而他的基礎概念就是微分方程。關於系統動力學的書籍很多，自成一個領論架構，也不好一時說清楚。不過，透過建模過程，倒是可以理解SD到底在玩什麼玩意兒。 原則上，這一系列的文章應該都會涵蓋以上三種模型吧。只是會以DE為主，AB是跑不掉的(原因已述)。

今天要來探討的是模擬時間的觀念。 圖中總共有四種類型時間，這個時間對應關係，才使得系統模擬具備了「預測」的功能。 模擬系統就是一個電腦程式（有點廢話），所謂執行快慢，當然取決於電腦的CPU的效能。只是，用於模擬系統時，還是有點不太一樣。 模擬系統會有自己的模擬週期時間。也就是說，CPU的單位時間內，可以執行幾次模擬系統的週期時間。當然，電腦等級高，其代表的意思是可以執行的模擬系統週期時間可以更多。但他不並代表模擬會跑得比較快。這很弔詭吧。原因是，我們可以將模擬週期時間對應成真實世界的時間單位。其時間單位可以為年、月、週、日、時、分、秒、毫秒。 假設我有兩個檔案，其模型內容相同。但我將其中一個模擬單位時間對應成「秒」，另一個對應成「年」。使用相同的電腦情況下。經過100次的模擬週期時間後，第一個模型只跑了100秒；第二個模型已經跑100年了。 以上，都只是時間單位，而非日曆單位。就好像專案管理中，有個Druation time，然後會有工作天與日曆天的差異。 是的，在模擬系統中，也可以對應模擬時間的起始對應日曆天。這個日曆天當然可以決定週休幾日，甚至設定上下班時間。 所以，前面兩個模型，假設起始模擬時間都對應到2017年1月1日08:00時（假設要上班）。那在相同的執行時間下。讓電腦跑n秒，產生100個模擬週期時間。抱歉，這邊說讓電腦跑n秒，是因為我不知道你的電腦等級如何。 經過100次的模擬週期時間後，第一個模型，仍在2017年1月1日09:40。而第二個模型已經到了2117年08:00了。

這張圖是《 The Big Book of Simulation Modeling. Multimethod Modeling with AnyLogic 6 》這本書的封面。 Amazon 。不過要提醒，目前AnyLogic版本已經來到8.2.3（或許在您看到這篇時，版本又更新了）。這本書是v6，已經很舊，但不影響這張圖的重要性。而且所有建模者，都應該時時刻刻把這張圖拿出來看。他已涵蓋系統模擬所需注意的事項。 圖中下方，代表真實世界(Real World)，其複雜性不言自明。在真實世界中遇到問題時，在沒有很好的解決方案下，最容易處理的方式就是「試試看」。只可惜，這個「試試看」卻隱含著非常複雜的成本問題。所謂「牽一髮動全身」、「世界沒有你想像中簡單」，這個「試試看」的動念，往往只能停留在想想階段。 圖中上方是模擬世界，就是他給你「開大門、走大路」的勇氣。 圖中左下角是現況描述，也是上一篇所提到找問題的情境。其實，這是最困難的地方。很悲哀的是，往往系統模擬的課程，不會涵蓋這一部份。可以透過系統工程、或者系統分析與設計的課程，來瞭解這一塊的分析技術。 抓對問題，接者就是要複製問題結構到模擬系統中。這是抽象過程，也是第二重要的步驟。是的，很多系統模擬的課程，也不強調這一塊。說實在，這一塊也很難教，需要大量經驗累積。 圖中左上角代表建模過程。端看你使用哪一套系統模擬軟體，依據其所提供的功能機制，完成模型建立。這邊補充說明一下，所謂的模型，必不代表非得要3D才行。用EXCEL也是可以建構系統模擬模型。系統模擬的課程大多著墨於此，可惜，這是第四重要的部分。 那什麼是第三重要呢？又是圖中上方，從左邊到右邊的過程。這個重點在於「問對問題」，也就是回應第一重要步驟中所有的質疑，也就是「What-If」循環。這階段會有反饋現象，也就是說，在試圖建立What-If問題群組時，會造成原本問題假設不正確，進而引發系統模型修正的問題。 圖中右上角是代表最佳化結果，他是實驗設計的過程。這是第五重要的部分。當然，有些人會特別重視這塊(學術的部分)。What-If只是把問題聚焦化，或者說是找到關鍵核心問題。這階段就是把核心問題的What-If，用數量方法找到最佳的參數解。 其他的部分對系統模擬來說已經不是重點，但是，對實務來說，反

在學校時代，我們總是被給問題，然後教我們去解問題。 長大一點了，才學會如何去想問題。 出了社會，就得要學會找問題。 這四個階段中，最困難的就是要如何找問題，而且是找到核心問題。 也就是說，我們最大的問題就是「問題在哪裡？」 在學校階段，我們學會了好多好多技術與工具，每一種工具技術都說是用來解問題的。 但是，系統模擬卻不是用來解問題，他是用來找問題。 說簡單一點，系統模擬就是為「What-If」而存在。 如果這樣會怎樣，如果那樣又會怎樣。 許多情境，你想要試試，可沒這麼容易。因為，有可能是破壞性實驗，或者成本很高無法實驗。或者是，變數太多根本無法實驗。 使用系統模擬，也許是一個好選擇。

AnyLogic是基於Eclipse Java 開發環境所建置的。基本介面操作，在此不贅述，請至Eclipse官方網站請參考相關文件，網址為 http://www.eclipse.org/ 。 視窗面板 Projects View 專案視窗列出目前開啟編輯中的專案項目，可同時開啟多個專案。並列出此專案中所使用之Agent Type清單與其內容結構。 所謂Agent Type，從Java程式語言的角度來說，就是一個類別。在此類別下，可以包含許多的屬性，這些屬性會有自己的資料型態，也就是不同圖示代表不同內容結構。 在專案視窗中，僅能看出這個Agent Type包含有哪些屬性，並無法清楚知道各屬性間的關係。此時，就需透過繪圖編輯器來得知相互關係。甚至，進而取得影藏在元件或關係中的程式碼。 Palette View 面板視窗提供所有模擬方法所需要用到的元件清單。目前支援的群組類別有： Properties View 屬性視窗是提供模型中各元件的進一步參數設定之用。不同元件有不同功能，其屬性視窗的內容也會隨之異動。

AnyLogic可提供下載版本很多，期望透過本章的說明能夠正確的選擇。目前最新版本為8.2.3 (2017年11月30日)，改版的頻率很高。有時候，不同版次間還是會有些不相容的問題，請多加注意。 目前AnyLogic共分成三種層次的版本。每一層次皆有Windows、Mac與Linux三種作業系統可以選擇。如圖 3所示，為全部可以下載的版本。作業系統的選擇比較容易，只要注意，當初安裝Windows或Linux時，是32位元還是64位元的差異。 圖3：安裝版本選擇 下載網址為： https://www.anylogic.com/downloads/ 本系列教學文章，將會使用Personal Learning Edition， 下載後，執行安裝程式，並依指示完成安裝步驟。

https://sites.google.com/view/simulation-anylogic-tw

AnyLogic是目前模擬軟體中，唯一同時支援系統動力學、流程導向模擬與代理人模擬之產品。也因為如此，他可以涵蓋的應用範圍就相當廣泛。工業工程、供應鏈管理、人力資源、市場調查、策略規劃等，都可以利用AnyLogic達到預期之目標。從AnyLogic官網的圖中(圖 1)，可以理解其應用範圍。 圖1：AnyLogic應用範圍(來源：AnyLogic官網) 另外，本產品還有一個特色是採用Java 程式語言開發，並利用Eclipse Java開發平台為基礎所建置。這也使得AnyLogic可以在Windows, Mac與Linux等不同平台中使用。也可以產生Java applets，然後在不同平台上的瀏覽器中執行。（註： Chrome不再支援NPAPI，使得無法執行applets） 在系統整合的部分，AnyLogic也有很好的表現。可銜接GIS地圖資料，也能夠匯入CAD圖檔當作底稿，作為布置圖用。也可匯入其他3D模型，變成模擬3D物件，可以美化或更貼近模擬需求的情境。也可與最佳化組件或與分配最適性工具整合。也可與大部分的資料庫系統整合，可處理文字檔或XML檔。其整合能力請參考圖 2。 圖2：系統整合能力 官網：https://www.anylogic.com/