挑战
作者：Oroselfia Sánchez 和 Idalia Flores（墨西哥国立自治大学）
在 2017 年冬季模拟大会上发表
组织在不同时期收集数据，以便用于管理和业务目的。然而，数据并不总是以最适合分析的形式出现，往往需要进行准备，为此有多种方法，包括模拟。本文介绍了一个以历史数据为基础，将模拟作为洞察需求的工具的案例。通过模拟，我们提取了两类工作最频繁的需求事件以及最糟糕的事件。仿真模型基于墨西哥一家私营石油公司的历史数据。此外，我们还展示了模拟结果如何改进一年工作中记录的记分卡数据信息。
1 引言
企业通常会记录需求数据，用于预测未来可能的需求，以避免或预防罚款、延误、产能不足等风险。然而，这些数据通常需要经过预处理，以满足分析要求。
为了方便操作，许多组织都有强大的记录系统，员工可以及时记录数据；但操作的每一步并不总是都有记录。这是一些组织长期存在的问题，这意味着在分析之前必须对历史数据进行准备。但是，如果需要使用记录的信息，但其形式不适合分析，该怎么办呢？如今，很多公司倾向于不使用这些信息，而其他公司则使用各种方法来获得尽可能多的见解，以规划未来的活动；这些方法包括网络（Zou 等人，2011 年）、指数平滑（Mohammed 等人，2017 年）、时间序列模型（Qiu 等人，2016 年）、因果和随机模型（Ma 等人，2015 年）以及模拟（Chen 等人，2010 年）。
信息的真实性为更准确地规划资源、预算和可能的新地点、新工作岗位或活动安排提供了可能。本文使用模拟方法对记分卡中的历史数据进行分析和准备，因为这种方法可以为模型实体生成大量不同的可能情景。分析的目的是通过获取全年每月逐日呈现的需求事件来识别风险。
2 现有的需求历史数据
我们分析的需求数据是一家在墨西哥各州开采油井的公司提供的历史数据。基本上，它提供两类服务：第一类是固井作业 (i)，包括设计水泥浆和在油井内建造环形井壁；第二类是抽水作业 (j)，包括租赁资源。为了满足这两种服务的需求，该组织在 i 和 j 两种服务中使用相同的资源。一年中每月每种工作的总数都记录在记分卡上，其数据见表 1。
在实践中，组织使用记分卡来预测未来的工作行为。经常出现的错误是，某些地点的资源不足或过剩。出现这种情况的原因是，记录的工作总数并不能显示每天可能发生的事件，也不能显示每个事件发生的频率。例如，我们无法从表 1 中看出公司在 7 月 3 日申请了多少份工作，也无法看出一个月中有多少天资源被用到了最大限度。这类记录中省略了这些细节。
本文从记分卡数据入手，建立了一个获取事件信息的模型，该模型可以让企业更深入地了解其需求行为。特别是那些发生频率较高的事件，以及那些偶尔发生但可能给企业带来运营风险的事件，如延误、处罚和违规行为。
解决方案
3 需求模拟模型
模拟模型的目的是生成最频繁的事件，并找出可能对公司至关重要的事件。需求仿真模型是根据表 1 中的数据对一年中每个月的需求进行仿真。
3.1 仿真模型的相关方面
我们选择 SIMIO 作为执行模型的仿真平台，是因为它的特点适合开发模型，并在以后与其他模 型一起使用。仿真模型由服务器生成实体，分别代表工作 i 和工作 j。每个服务器响应符合记分卡数据（表 1）的分配。两台服务器都连接到计算每天各类工作数量的 Sink。根据该模型，每月可获得 i 个固井作业和 j 个泵送作业的天数。
该模型从第 1200 天开始记录结果，用于报告结果。模拟结果是在模拟 1000 天后确定的。
表 2 和表 1 比较了模型的验证结果，表 1 给出了每月每个作业的模型运行平均值。
除仿真模型外，我们还建立了一个数学模型，以便对结果进行比较。
2 模拟设计
该系统由一个逼真的三维美国国立卫生研究院贝塞斯达校区 "虚拟世界 "组成，可用于各种应用，以更好地理解和加强规划，并改善服务的提供。从视觉角度来看，该模型可通过计算机屏幕或虚拟现实硬件进行查看和互动。此外，还可通过实验/情景提供定量输出。
该模型还提供了更详细的应急场景或特定校园运营流程的演练。最初考虑的应急场景是楼宇/校园疏散和主动射击场景。该系统的设计方式是让用户了解这种情景如何在特定的校园建筑中发生，以及这种情景对整个校园运作的影响和互动方式。
最初的校园运行系统包括员工和访客通道以及班车系统。该系统的设计方式能够准确反映这些流程的输入和输出以及与整个校园的互动，并能够在整个系统中跟踪一个人（例如，访客驾车进入校园、通过安全检查、停车、前往大楼、参加疏散演习、返回大楼、返回车辆并离开校园）。
该模型可用于尝试改变服务，使容量与需求更加匹配，从而有助于经济高效地利用有限的预算资源，并对突发情况进行规划，如校园道路关闭、楼宇疏散、部分或整个校园疏散、或发生主动枪击事件等。
3 建模方法
基础模型是在较高的层次上开发的，这样就可以在细粒度上表示特定的流程或操作，并 在必要时从可视化和分析的角度增加更多的细节。更详细的模型有助于开发和提供用于主模型的处理时间参数。这样，就可以在必要时开发和建立详细的模型。
该基础模型包括一个逼真的校园道路和人行道网络三维模型，以及校园建筑的出入口。该基础模型包括之前作为独立模型开发的几个校园子系统，这些子系统现已整合到一个模型中。这些系统包括校园通道、穿梭巴士系统、校园交通（包括典型交通流和疏散期间的交通流）以及主动射击场景。
例如，在基础模型中，建筑物被表示为一个 "黑盒子"，具有确定的输入和输出。这样，一栋建筑就有了一定数量的住户可以进出的位置，建筑内更详细的流程可以在单独的子模型中开发，该子模型可以独立运行，也可以与更大的模型对接（例如，建筑疏散或主动射击场景）。三维建模使用 Trimble Sketchup 以及 ORF 和开放街道地图中的数据完成。这些子系统的建模方法之前是在 Arena 中开发的。
业务影响
3.2 仿真模型结果
仿真模型生成了工作 i 和工作 j 的组合，以及一年中每个月每个事件的相应频率。通过这种工作数量组合，我们可以对最频繁的事件进行分组，并了解每月的需求量。同时，事件信息也为我们提供了有用的资源管理信息。
有了详细的信息，我们就有可能了解到那些并不频繁但可能在一年中的某一天发生的事件或情景。图 1 还显示了与事件概率区域邻近的事件，但获得的频率相差一个时间段。可以对这些事件进行分析，以了解如果发生这些事件，组织将如何应对，从而制定行动计划。
图 1一月模拟中产生的工作 i 和 j 的数量。使用本文介绍的方法准备数据的重要性在于，对信息细节的了解可以降低系统的意外因素，从而避免运行风险。
4 结论与讨论
由于环境不断变化，系统需要对其自身的现实情况具有应变能力，因此更稳健的方法和工 具可以提供更好的结果。从这个意义上说，使用能提供更多系统详细信息的工具进行风险识别，能让我们更深入地了解组织可能面临的各种风险情况。模拟是一种能让我们更好、更快地分析系统及其信息的工具，可以模拟系统可能发生的意外变化。
这种模拟工具为整个美国国立卫生研究院节省了大量成本，并加强了应急规划工作，对美国国立卫生研究院的生命和福祉产生了影响。所实施的项目使研究工作得以不间断地进行，并为影响北卡罗来纳国立卫生研究院及周边社区的安保和安全做出了明智的决策。
开发和分析模拟提供的输出指标，使决策者能够更好地了解系统变化对服务提供的影响，以及更好地识别、了解和减轻通过实验模拟提供的各种情景而发现的风险。
通过使用这种可扩展的模块化方法，将其他校园和研究系统整合到该模型中的潜力巨大，并使决策者能够更好地了解各系统如何相互影响并对更广泛的目标产生影响。虽然这些模型是专门为美国国立卫生研究院开发的，但其他机构和组织也可以利用这些方法来解决相关挑战。4480 罗德里格斯和
致谢
OQM 团队对支持本项目的 NIH 和 ORS/ORF 领导层及众多员工表示感谢。