# 系統模擬

> 筆記整理
> [name=Chien-Hsun, Chang 張健勳]
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* 學院：國立臺中科技大學智慧產業學院
* 授課教授：廖祿文
* 上課教室：3306
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## 目錄
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## 為什麼要進行系統模擬

+ 加速規劃時程並提高規劃品質，並快速建置系統
+ 1. 了解建置系統時可能發生的問題，如瓶頸機台...
+ 2. 利用視覺化模擬系統，方便溝通與驗證
+ 利用模擬可以降低硬體投資的成本(失敗時)，節省時間與金錢

## 概念
+ 「系統」-「仿真」
+ 模仿真實的系統待徵(參數)來建立出一個測試用系統，以了解真實系統的實際反應
+ 「模擬方法」是一個有效的系統設計與分析的工具，可做為企業分派企業內外各種資源與活動等決策的輔助工具
+ 驗證系統模型是否正確
+ 評估不同的方案可能的結果
+ 進行系統與流程優化的作業

### 「系統」的概念
+ 「系統」(system)：同類事物按照一定的秩序或關係，而組成的整體；兩個或兩個以上相互有關聯的單元，為達成共同任務時所構成的完整體
+ 子系統(subsystem)是由一群有關聯的個體所組成的系統，多半會是更大系統中的一部分

> 例子：在大自然 中，所有生物共同組成一個「生態系統」；管理電腦硬體與 軟體資源的系統軟體為「作業系統」；相互作用的元素組合，以實 現一個、或多個指定用途為「工程系統」

## 生產系統
+ 從原物料採購入庫，經現場製造、組裝、檢測，到成品出 貨等一連串 活動或作業所構成，目標為提高效率與生產力，並降低企業成本等。
+ 從生產因素的投入，經轉換過程，到產品或服務的產出之整個過程。
+ 生產系統是在保證人員、設備和設施安全 的基礎上，按照預定的品質、價格和數量的要求，在預定的日期最經濟地將輸入資源轉換為期望產出，對管理系統與作業系統加以整頓和 運用，使人、材料和設備得到有效利用的體系。

### 生產「系統」的意義
+ 生產系統是一個「投入」、「轉換」與「產出」的加值轉換過程。
> 例子：飲料生產供應鏈
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+ 「模擬方法」是一個有效的系統設計與分析的工具，可做為企業分派企業內外各種資源與活動等決策的輔助工具

### 「系統」的特性
+ 「集合性」：子系統、元件、元素
+ 「相關性」：元件與元件(子系統與子系統)相關及交互作用
+ 「層次性」：除平行化的關係之外，也具有垂直化的關係
+ 「整體性」：一個整體的系統，才能發 揮作用，如「機構」與「機械」
+ 「目的性」：系統一定有其存在的意義(目標)
+ 「環境適應性」：系統不是一成不變的，需與時俱進，各子系統與元件一定會有「控制與回饋」

### 模型的概念
+ 「模型」：用來表達一個系統，透過對此模型的操作和經驗的取得，能達成研究此系統的目標。
+ 三個特性：
+ 相似性
+ 物理特性與數學描述，需與真實系統相近。
+ 簡單性
+ 只要找到重要的特徵描述就好，一般來說「可控制」與「不可控制」的因子。
+ 多面性
+ 目標值(產出)不同，模型當然也會不同，故針對一個系統的描述，可以有不同的模型。

## 模擬流程


### 模擬之分類
+ 以「時間因素」分類：
+ 靜態(static)：因子不隨時間而改變狀態者，如建築物的結構
+ 動態(dynamic)：因子會隨時間而改變者，如移動中的工件，交通系統等
+ 連續性(continuous)系統：如水於水庫中，會受濕度、溫度與壓力等，而變成蒸氣：如天氣預測系統。
+ 離散性(discrete)系統：如生產線中之「工件」在等待區內等待加工，加工速度、...機台故障率等會限制了工件移動的速度。
+ 以「系統變數」是否會隨時間變化的特性來分類
+ 蒙地卡羅系統(Monte Carlo system)：大數法則
+ 連續性系統(Continuous system)：微分方程式
+ 離散式系統(Discrete system)：數學模型(作業研究)、事件與程序
+ 代理人系統(Agent based modeling)
+ 所謂的分類專指所描述的模式(Model)，而非真實系統。

### 確定性vs隨機性
+ Deterministic Model(確定性模式)
+ 不包含任何隨機事件的模擬模式，輸入資料為一組已知數據，所以具唯一的模擬結果
+ Stochastic Model(隨機性模式)
+ 至少包含一個或以上隨機變數或事件的輸入，所以模擬結果具隨機性，不能以一次模擬決定結果

### 靜態vs動態
+ Static Simulation Model(靜態模擬模式)
+ 僅利用隨機亂數(Random Number)的模擬，不含時間的觀念，一般稱蒙地卡羅模擬或統計 式模擬
+ Dynamic Simulation Model(動態模擬模式)
+ 指系統狀態隨時間改變的行為

### 連續性模擬
模式中的相依變數(Dependent Variable)是隨時間連續式變化。

### 離散式模擬
模式中的相依變數(Dependent Variable)是隨時間間斷式的變化，而這些間斷或離散的時間 點則稱為事件點(Event Time)。
+ 本課程以此為主


#### 離散系統所要考慮的重要因子
+ 個體(entities)
+ 屬性(attribute)
+ 動作、活動(activities)
+ 操作規則(control rules)
+ 事件(events)
+ 資源(resources)
+ 等候區(queue)
+ 狀態(states)

一般來說，可簡單分為「個體」、「動作、活動」、「資源」與「控制」

### 系統模擬的優點
1. 無風險的環境
2. 處理不正確性以提高準確性
3. 可洞察分析複雜系統
4. 節省金錢與時間
5. 可行性檢驗
6. 可視化以利溝通


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*筆記更新日期：西元2023年11月4日*

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