Viele Simulationspakete bieten vorgefertigte Objekte, die eine Vielzahl von Situationen abdecken. Die Verwendung dieser vorgefertigten Konstrukte kann jedoch zu mehr Code, langsamer laufenden Modellen und schwieriger zu wartenden Modellen führen als die Erstellung von benutzerdefinierten, zielgerichteten Objekten von Grund auf. In dieser Präsentation wird der technische Ansatz für ein Shuttle-Bus-Modell für die National Institutes of Health (NIH) im Detail erläutert. Die in diesem Modell verwendeten Techniken, insbesondere die Generierung intelligenter Datenstrukturen bei der Initialisierung und die Verwendung benutzerdefinierter Objekte, lassen sich auf die Modellierung in jeder Branche mit den meisten Simulationspaketen anwenden.
Viele Simulationspakete bieten einfach zu bedienende Komponenten, die es auch Anfängern ermöglichen, ihre Systeme zu modellieren, ohne dass eine umfangreiche Programmierung erforderlich ist. Dies wird oft dadurch erreicht, dass der Modellierer verschiedene Eingabeparameter in "schweren" Modellierungskonstrukten einstellt. Der Modellierer spielt die Rolle eines Konfigurierers und nicht die eines Programmierers.
Auch wenn der Modellbauer in erster Linie die Einstellungen der vorgefertigten Konstrukte konfiguriert, muss er oft etwas Programmierung in sein Modell einbauen. Dabei kann es sich um die Programmierung in einer visuellen Programmierumgebung oder um sehr leichtes Scripting handeln, um das Verhalten der vorgefertigten Konstrukte anzupassen.
Obwohl die meisten Modelle einen gewissen Programmieraufwand erfordern, scheuen sich viele Modellierer davor, Modelle auf einer niedrigeren Ebene zu erstellen. Die Autoren haben festgestellt, dass Modelle in vielen Fällen in kürzerer Zeit erstellt werden können, wenn die einem Softwarepaket zugrunde liegenden Bausteine anstelle größerer, umfassenderer Konstrukte verwendet werden.
Der Hauptsitz der NIH, der so genannte NIH-Hauptcampus, befindet sich in Bethesda, MD. Der NIH-Hauptcampus beherbergt mehr als 75 Gebäude auf einer Fläche von über 300 Hektar. Der Shuttle-Service hilft Mitarbeitern, Patienten, Vertragspartnern und Besuchern, sich auf dem Campus zurechtzufinden. Der Shuttleservice bietet auch zusätzliche Verbindungen zwischen dem Hauptcampus und den Außenstellen in Montgomery County, MD, an. Wie viele andere Organisationen auch, ging der NIH-Campus im Frühjahr 2020, als die COVID-19-Pandemie in den Vereinigten Staaten ausbrach, schnell zu einem Fernarbeitsmodell über. Dies führte zu einem geringeren Bedarf an Shuttle-Bussen. Als die NIH begannen, Pläne für die sichere Rückkehr der Mitarbeiter auf den Campus zu formulieren, erkannte das Office of Research Services (ORS), das Unterstützungsdienste für den Forschungsauftrag der NIH anbietet, dass die Nachfrage nach Shuttle-Diensten in einer Post-COVID- oder Post-COVID-Umgebung ganz anders aussehen könnte. Die ORS und MOSIMTEC erstellten ein diskretes Ereignissimulationsmodell in SIMIO, um die Auswirkungen verschiedener Strategien zur Gestaltung des Shuttlebussystems für eine Vielzahl von Nachfragemustern zu verstehen. Diese Präsentation konzentriert sich auf zwei technische Schlüsselkomponenten dieses Modells: Greer, Legard und Wolski 1. Eine Array-Struktur, die bei der Initialisierung des Modells eingefügt wurde und den restlichen Modellcode vereinfacht hat. 2. Der Wert des Aufbaus eines Modells aus Konstrukten auf niedrigerer Ebene im Vergleich zu vorgefertigten Modulen, die eine Vielzahl von Standardfunktionen enthalten.
In diesem Modell sollten die Pendelbusse in einer bestimmten Schleife gleichmäßig versetzt sein. Wenn eine Schleife beispielsweise etwa 60 Minuten dauert und es 2 Busse gibt, würde der Benutzer etwa alle 30 Minuten einen Bus sehen wollen. Das modellierte System verfügt über Zeitkontrollen, so dass die Busse bis zur geplanten Abfahrtszeit an einer Haltestelle verweilen können. Das NIH musste verstehen, wann eine bestimmte Route von einem Bus auf zwei Busse umgestellt werden kann, um die Nachfrage in Spitzenzeiten zu befriedigen. Wenn der Simulationsanalytiker jedoch für jede Änderung der Busanzahl oder jeden Schichtwechsel einen eigenen Fahrplan erstellen müsste, wäre der Zeitaufwand für die Durchführung der Analyse unpraktisch.
Der Modellinitialisierungscode nimmt eine Bausteinliste von Haltestellen auf. Unter Verwendung der Start-/Haltezeiten der Busse im System wurde bei der Modellinitialisierung dynamisch ein Busfahrplan erstellt. Dies ermöglicht es dem Analysten, verschiedene Busstrategien zu testen, ohne manuell einen vollständigen Busfahrplan zu erstellen.
Der vollständige Busfahrplan des Tages wurde in einem einfachen Array gespeichert. Mit dieser Datenstruktur wurde die Logik für die Busse zur Ausführung ihrer Routen sehr einfach. Eric Raymond (2001) sagte: "Intelligente Datenstrukturen und dummer Code funktionieren viel besser als umgekehrt." Das Projektteam verbrachte viel Zeit mit der Planung des Busfahrplan-Arrays. Sobald das Array jedoch stand, ging die Entwicklung des restlichen Modells sehr schnell vonstatten, und während der Entwicklung und des Testens traten nur wenige Probleme auf.
Das in dieser Zusammenfassung vorgestellte Beispielmodell wurde in SIMIO entwickelt. Während eine Einführung in SIMIO auf hohem Niveau dazu führen kann, dass ein Modellierer denkt, er solle einfach das vorgefertigte Fahrzeug verwenden und die Einstellungen nach Bedarf konfigurieren, wird der Teilnehmer sehen, dass ein von Grund auf neu entwickeltes Modell mit Prozesslogik sehr einfach zu verstehen ist. Der Aufbau von Modellen mit Komponenten auf niedrigerer Ebene bietet mehrere Vorteile:
In der Präsentation werden diese Vorteile anhand konkreter Beispiele aus dem Modell näher erläutert. Die zusätzlichen Kosten für die Modellierung von Grund auf im Vergleich zur Verwendung vorgefertigter Konstrukte sind im Allgemeinen die Zeit, die mit dem Erlernen der Modellierung auf diese Weise verbunden ist. Sobald das grundlegende Paradigma eines Werkzeugs zusammen mit den wichtigsten Anforderungen bekannt ist, ist der Zeitaufwand für die Erstellung von Objekten von Grund auf selten höher. Der Vortrag wird sich mit der Zeit befassen, die für die Entwicklung dieser grundlegenden Modellierungsfähigkeiten erforderlich ist, und mit der Frage, wann die Autoren dennoch die Verwendung vorgefertigter Konstrukte empfehlen.
Viele Simulationssoftwarepakete verfügen über vorgefertigte Modellkonstrukte, die über die Konfiguration verwendet werden können, um die Entwicklung eigener Logik zu vermeiden. Die Verwendung intelligenter Datenstrukturen und der Aufbau von Modellen mit Konstrukten auf niedrigerer Ebene kann jedoch oft zu einer schnelleren Entwicklung von Modellen führen und weitere langfristige Vorteile mit sich bringen.
Proceedings of the 2020 Winter Simulation Conference K.-H. Bae, B. Feng, S. Kim, S. Lazarova-Molnar, Z. Zheng, T. Roeder, und R. Thiesing, eds.
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Raymond, E.S.. 2001 The Cathedral & the Bazzaar: Betrachtungen eines zufälligen Revolutionärs über Linux und Open Source. 1 st ed. Newton, Massachusetts: O'Reilly Media.