卞雪卡,劉玉坤

(北京郵電大學(xué) 自動(dòng)化學(xué)院,北京 100876)

在離散事件仿真、連續(xù)事件仿真、基于Agent 的仿真這3 大類仿真中,國(guó)內(nèi)關(guān)于離散事件仿真已有廣泛的應(yīng)用,但工程實(shí)施質(zhì)量參差不齊,與發(fā)達(dá)國(guó)家仍存在一定的差距.如何提高仿真實(shí)施質(zhì)量的問題亟待解決.本文將側(cè)重離散事件仿真,結(jié)合現(xiàn)有的研究成果來對(duì)建模與仿真(Modeling and Simulation,M＆S)實(shí)施質(zhì)量進(jìn)行綜述.

經(jīng)在知網(wǎng)數(shù)據(jù)庫中以標(biāo)題含有表1各檢索詞為條件進(jìn)行檢索,檢索結(jié)果如表1所示,由此可見,M＆S 技術(shù)已經(jīng)有比較多的應(yīng)用,但從很多文獻(xiàn)中可以發(fā)現(xiàn),關(guān)于M＆S 的質(zhì)量,并沒有在這些應(yīng)用中體現(xiàn)出來.Annino JS 等[1]指出仿真分析失敗的7 個(gè)原因分別為:沒有制定可實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)、基本技能不完整、用戶參與程度不足、不恰當(dāng)?shù)募?xì)節(jié)水平、不合適的編程語言、使用未經(jīng)驗(yàn)證或無效的模型、未能使用現(xiàn)代工具和技術(shù).這7 種失敗的原因都導(dǎo)致了沒有實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量仿真工作的目標(biāo).Robinson S 等[2]也探討了通過質(zhì)量方法降低仿真項(xiàng)目失敗的風(fēng)險(xiǎn),其中特別強(qiáng)調(diào)了服務(wù)質(zhì)量及其度量.Donn M[3]也提出在建筑設(shè)計(jì)上由于仿真方式存在的各種問題也降低了預(yù)測(cè)與現(xiàn)實(shí)之間關(guān)系的清晰度.由此可見,M＆S 實(shí)施質(zhì)量在仿真研究中至關(guān)重要,它保證了整個(gè)仿真工作的可靠性.在M＆S 中,關(guān)于M＆S 實(shí)施質(zhì)量并沒有清晰明確的定義,缺少系統(tǒng)性的研究框架和規(guī)范化體系.為了系統(tǒng)研究M＆S 過程中實(shí)施質(zhì)量的問題,筆者試著梳理包含在M＆S 實(shí)施質(zhì)量下的有可借鑒之處的各項(xiàng)研究成果,為筆者之后M＆S 實(shí)施質(zhì)量的規(guī)范化研究奠定基礎(chǔ),也期望為之后M＆S 實(shí)施質(zhì)量的研究提供重要參考.

表1 仿真在物流領(lǐng)域的應(yīng)用

1 M＆S 實(shí)施質(zhì)量的定義及相關(guān)概念

1.1 M＆S 實(shí)施質(zhì)量定義

IEEE 建模與仿真術(shù)語匯編標(biāo)準(zhǔn)[4]、軍事仿真術(shù)語[5]等中均沒有M＆S 實(shí)施質(zhì)量的定義的明確說明,甚至,在上述幾個(gè)官方組織給出的術(shù)語匯編中,沒有提到質(zhì)量這個(gè)詞,但是筆者發(fā)現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外學(xué)者的少數(shù)研究中,給出了M＆S 實(shí)施質(zhì)量的定義.

(1)由中國(guó)仿真學(xué)會(huì)編著的《建模與仿真技術(shù)詞典》[6]中,給出了仿真質(zhì)量保證的定義:保證仿真過程的各項(xiàng)活動(dòng)滿足計(jì)劃要求的措施與技術(shù),典型的是校核、驗(yàn)證與確認(rèn)技術(shù).這里給出的定義還是有一定的局限性,只強(qiáng)調(diào)了校核、驗(yàn)證和確認(rèn),沒有從仿真工作開展的整個(gè)過程考慮M＆S 實(shí)施質(zhì)量.

(2)Robinson S[7]針對(duì)離散事件仿真提出了仿真質(zhì)量的概念,他將仿真質(zhì)量分為3 個(gè)獨(dú)立但相關(guān)的方面:內(nèi)容質(zhì)量、過程質(zhì)量、結(jié)果質(zhì)量,并分別解釋了對(duì)應(yīng)的含義和評(píng)估方法.

(3)根據(jù)仿真模型的種類不同,Asbjornsen OA 等[8]分別定義了純經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?、基本原則模型、隨機(jī)模型、模糊模型等模型質(zhì)量的概念.

(4)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織制定的軟件工程標(biāo)準(zhǔn)文件ISO9126[9]給出了仿真中的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),其中包括6 個(gè)特性:功能性、可靠性、可用性、效率、可維護(hù)性、可移植性.

(5)從模型、數(shù)據(jù)、軟件3 個(gè)方面,Sherman GR 等[10]對(duì)這3 個(gè)方面的質(zhì)量進(jìn)行了研究,并對(duì)高質(zhì)量的科學(xué)仿真做了要求.

(6)Balci O[11-15]通過對(duì)一般仿真的生命周期的研究,提出了適合一般仿真研究的可接受性評(píng)估的框架,給出了仿真生命周期每個(gè)環(huán)節(jié)應(yīng)該考慮的質(zhì)量因素,但是并沒有給出對(duì)M＆S 實(shí)施質(zhì)量的明確的定義.

從上述不同學(xué)者的研究可以看出,M＆S 實(shí)施質(zhì)量在國(guó)內(nèi)外尤其是國(guó)內(nèi)的研究非常少,而且沒有明確的定義.雖然M＆S 實(shí)施質(zhì)量沒有很多研究,但是包含在M＆S 實(shí)施質(zhì)量中的一些比較重要的概念還是有跡可循的.

1.2 M＆S 實(shí)施質(zhì)量相關(guān)概念及辨析

M＆S 實(shí)施質(zhì)量涉及了仿真生命周期的方方面面,系統(tǒng)性研究不多,但筆者發(fā)現(xiàn),對(duì)仿真生命周期中某一部分的質(zhì)量的研究卻有不少.

(1)仿真生命周期

《建模與仿真技術(shù)詞典》[6]中對(duì)仿真生命周期的定義如下:仿真系統(tǒng)從概念實(shí)現(xiàn)到交付、使用和維護(hù)的整個(gè)過程,包括仿真的需求分析、概念設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)、編碼實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)集成、系統(tǒng)測(cè)試、系統(tǒng)交付、系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)等過程.

(2)逼真度

逼真度實(shí)施研究小組術(shù)語匯編[16]對(duì)逼真度的定義如下:逼真度,從字面意思理解,它表明了一個(gè)事物對(duì)另一個(gè)事物的忠誠(chéng)度.在建模中,逼真度用來表示一個(gè)模型代表其對(duì)應(yīng)真實(shí)世界實(shí)體、屬性或交互的忠誠(chéng)度.

(3)驗(yàn)證(validation)、校核(verification)和確認(rèn)(acceleration)

以上術(shù)語匯編中均有其定義,下面做出總結(jié).

驗(yàn)證(validation):檢查“是否做了正確的事情”,以保證一個(gè)產(chǎn)品、服務(wù)或系統(tǒng)滿足客戶與利益相關(guān)者的要求,遵循規(guī)定、規(guī)范說明或強(qiáng)制的條件,往往包括可接受性與適合性.其實(shí)就是仿真研究人員所建立的概念模型是否能夠代表真實(shí)對(duì)象系統(tǒng)或者其正確性程度.

校核(verification):將對(duì)象模型轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)可執(zhí)行的仿真模型時(shí),需要保證仿真模型是對(duì)象模型的正確實(shí)現(xiàn),典型的是進(jìn)行程序調(diào)試,這一過程成為校核.

確認(rèn)(acceleration):官方對(duì)一個(gè)模型或仿真系統(tǒng)可用于特定目的的認(rèn)可.

另外,以上相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、術(shù)語中,還對(duì)仿真可靠性、可信性、粒度、可視化、結(jié)果驗(yàn)證等概念做了詳細(xì)的解釋,在本文中將不再贅述.以上概念雖沒有直接提到M＆S 實(shí)施質(zhì)量,但也是研究M＆S 實(shí)施質(zhì)量必不可少的環(huán)節(jié),對(duì)之后M＆S 實(shí)施質(zhì)量的研究也有很重要的意義.

2 從不同的角度看M＆S 實(shí)施質(zhì)量

M＆S 實(shí)施質(zhì)量沒有明確的定義,國(guó)內(nèi)外的相關(guān)研究也很少.已有的與M＆S 實(shí)施質(zhì)量的研究大都集中在逼真度和仿真驗(yàn)證方面.逼真度和仿真驗(yàn)證的研究現(xiàn)狀在文獻(xiàn)[17-19]中已做出詳細(xì)的總結(jié),下面筆者將對(duì)M＆S 實(shí)施質(zhì)量的研究進(jìn)行總結(jié).目前,國(guó)內(nèi)外M＆S 實(shí)施質(zhì)量的研究成果很少,相關(guān)研究也不持續(xù),只能在眾多文獻(xiàn)找到幾篇相關(guān)文獻(xiàn).在現(xiàn)有的M＆S 實(shí)施質(zhì)量的研究成果中,筆者以標(biāo)題含有“仿真”和“質(zhì)量”為條件在各數(shù)據(jù)庫進(jìn)行了檢索,并篩選和總結(jié)相關(guān)的文獻(xiàn)情況,如表2所示.經(jīng)過對(duì)文獻(xiàn)檢索結(jié)果進(jìn)行分類,對(duì)應(yīng)研究角度的文獻(xiàn)情況如表3所示.

表2 文獻(xiàn)檢索結(jié)果

表3 文獻(xiàn)檢索結(jié)果分類

由此可以看出,國(guó)內(nèi)外對(duì)于M＆S 實(shí)施質(zhì)量的研究是非常欠缺的,但它作為M＆S 工作的重中之重,其研究又是很有必要的,因此,加強(qiáng)M＆S 實(shí)施質(zhì)量的研究來保證M＆S 工作的質(zhì)量很有意義.

2.1 從仿真工作的整體研究M＆S 實(shí)施質(zhì)量

國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)于M＆S 實(shí)施質(zhì)量的研究方向各不相同,有從仿真模型、數(shù)據(jù)、軟件的角度,如1984年,Sherman GR[10]提到從模型、數(shù)據(jù)、軟件3 個(gè)方面來保證仿真的質(zhì)量,文中Sherman 提出了在質(zhì)量保證程序和提高質(zhì)量中的兩個(gè)關(guān)鍵要素,就是比較和嚴(yán)格審查.他主張用仿真的數(shù)據(jù)和結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)觀察的結(jié)果、備選方案、專家判斷進(jìn)行比較.另外在這個(gè)過程中,還要利用一定的標(biāo)準(zhǔn)和工具.但是標(biāo)準(zhǔn)和工具是什么,Sherman并沒有提及,還需要之后進(jìn)一步研究.還有從仿真設(shè)計(jì)的角度,如1986年,?ren TI[20]提出了認(rèn)知仿真設(shè)計(jì)的質(zhì)量保證,并提出了一系列相關(guān)概念,如實(shí)驗(yàn)條件的適用性、模型行為的比較、模型庫的完整性、數(shù)據(jù)相關(guān)性等.有從“什么構(gòu)成了良好的M＆S 研究”角度,如2008年Smith JS 等[21]在總結(jié)各位學(xué)者關(guān)于“什么構(gòu)成了良好的M＆S 研究”這一問題時(shí),提到其與其他學(xué)科的良好研究時(shí)相通的.因此,在進(jìn)行M＆S 研究時(shí)可以借鑒其他領(lǐng)域的研究方法.也有其他領(lǐng)域的M＆S 質(zhì)量的研究,如Gousseau P 等[22]提供了一個(gè)關(guān)于隔離建筑物周圍風(fēng)流的LES 計(jì)算的V＆V 研究;Wang Z[23]對(duì)機(jī)械系統(tǒng)仿真的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性、實(shí)時(shí)性和交互性進(jìn)行了驗(yàn)證;還有其他學(xué)者也進(jìn)行了機(jī)械加工、醫(yī)療、地形等領(lǐng)域的仿真質(zhì)量的研究.

除了上述研究方向各不同的文獻(xiàn),值得一提的是李小奇關(guān)于仿真性和游景玉關(guān)于質(zhì)量管理體系的研究.李小奇[24]總結(jié)了目前仿真技術(shù)應(yīng)用存在的問題,針對(duì)這些問題首先提出航空產(chǎn)品仿真性的概念.仿真性是為了滿足用戶的需求而達(dá)到的產(chǎn)品具有的質(zhì)量屬性.游景玉等[25]從軟件開發(fā)的角度結(jié)合ISO9000 標(biāo)準(zhǔn),提出了管理者和軟件開發(fā)過程中應(yīng)該注意的問題,并建立的相應(yīng)的質(zhì)量管理體系.兩位學(xué)者關(guān)于仿真性和質(zhì)量管理體系的研究對(duì)之后的M＆S 實(shí)施質(zhì)量的概念和管理體系規(guī)范化有很大的參考價(jià)值.

以上關(guān)于M＆S 實(shí)施質(zhì)量的研究雖然已有些成果,但由于每位學(xué)者所抓取的角度不同,使得在總體的研究看起來比較混亂,因此尋找一個(gè)比較好的角度來研究M＆S 實(shí)施質(zhì)量是很有必要的.將生命周期和M＆S實(shí)施質(zhì)量的研究結(jié)合起來進(jìn)行系統(tǒng)有序的研究是目前筆者所能看到的比較好的研究方法.Balci O 在文獻(xiàn)[14]中從產(chǎn)品、過程、項(xiàng)目3 個(gè)方面來評(píng)估仿真項(xiàng)目的質(zhì)量,之后在仿真生命周期、validation 和verification等做出很多研究后.2015年總結(jié)出了仿真建模生命周期中的質(zhì)量指標(biāo)[11],在這篇文章中,他針對(duì)建模和仿真生命周期的各個(gè)環(huán)節(jié),提出了相應(yīng)的評(píng)價(jià)指標(biāo),并給出了詳細(xì)的解釋.圖1是Balci 提出的建模仿真的生命周期模型,在此生命周期模型中,Balci 從問題的提出到最后模型的保存和重復(fù)使用,完整地呈現(xiàn)了仿真工作的整個(gè)流程.

圖1 Osman 建模與仿真生命周期

隨后,Balci 針對(duì)生命周期的每個(gè)環(huán)節(jié)均提出了相應(yīng)的質(zhì)量指標(biāo).

(1)制定問題的質(zhì)量指標(biāo)

哪些問題沒有完全考慮到、利益相關(guān)者和決策者、約束、目標(biāo)、數(shù)據(jù)和信息、假設(shè).

(2)需求質(zhì)量指標(biāo)

M＆S 需求準(zhǔn)確性、清晰度、完整性、一致性、可行性、可修正性、穩(wěn)定性、可測(cè)試性、可追溯性.

(3)概念模型質(zhì)量指標(biāo)

在特定一類問題而不是一個(gè)仿真模型中概念模型的作用,在任意類型的仿真模型中概念模型的作用,仿真模型設(shè)計(jì)的可重用性、可組合性中概念模型的作用等.

(4)結(jié)構(gòu)質(zhì)量指標(biāo)

適應(yīng)性、符合標(biāo)準(zhǔn)、可靠性、可部署性、可擴(kuò)展性、互操作性、可維護(hù)性、可修改性、開放性、性能、可伸縮性、生存能力、可測(cè)試性、可用性.

(5)仿真模型設(shè)計(jì)質(zhì)量指標(biāo)

適應(yīng)性、復(fù)雜性、可組合性、正確性、詳細(xì)程度、效率、靈活性、完整性、互操作性、可維護(hù)性、模塊化、內(nèi)聚、耦合、可移植性、可重用性、可測(cè)試性.

(6)M＆S 應(yīng)用質(zhì)量指標(biāo)

M＆S 應(yīng)用的可靠性、功能、性能、可支持性、可用性.

(7)仿真結(jié)果質(zhì)量指標(biāo)

隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的可靠性、隨機(jī)變數(shù)產(chǎn)生算法的正確性、隨機(jī)變數(shù)產(chǎn)生算法轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓤?zhí)行代碼的正確性、統(tǒng)計(jì)技術(shù)是否合適等.

(8)提交結(jié)果質(zhì)量指標(biāo)

仿真結(jié)果解釋是否正確、仿真結(jié)果記錄是否恰當(dāng)、仿真結(jié)果是否正確地傳達(dá)給決策者、仿真結(jié)果是否正確地轉(zhuǎn)換成了決策者理解的術(shù)語、仿真結(jié)果是否正確地轉(zhuǎn)換成可視化的圖表.

針對(duì)上述8 個(gè)環(huán)節(jié)的質(zhì)量指標(biāo),Balci 對(duì)各個(gè)指標(biāo)做出了詳細(xì)的解釋,在本文中不再進(jìn)行贅述.質(zhì)量指標(biāo)有了,那如何去衡量這些指標(biāo)? 然而筆者并未發(fā)現(xiàn)Balci 有后續(xù)的研究,這也是筆者想要繼續(xù)探索的.

2.2 從仿真數(shù)據(jù)研究M＆S 實(shí)施質(zhì)量

從表2可見,M＆S 實(shí)施質(zhì)量的研究除了從整體研究外,另外大部分研究都集中在數(shù)據(jù)方面.Byrne J 等[26]提到數(shù)據(jù)收集占整個(gè)周期的40%的時(shí)間.我們不僅要收集有效正確的數(shù)據(jù),還要將收集到的數(shù)據(jù)正確地用到仿真模型中.由此可見,數(shù)據(jù)在仿真實(shí)施過程中的重要性.

M＆S 過程中數(shù)據(jù)質(zhì)量的評(píng)估,不少學(xué)者結(jié)合數(shù)據(jù)生命周期建立了相應(yīng)的質(zhì)量管理框架.Reiter M 等[27]提出了高質(zhì)量的數(shù)據(jù)測(cè)量流程,并描述數(shù)據(jù)監(jiān)控和分析框架的質(zhì)量,將該測(cè)量流程集成到工作流管理系統(tǒng)中.Kopp O 等[28]還介紹了控制仿真工作流程中數(shù)據(jù)質(zhì)量的一些方法,提出了一個(gè)仿真工作流程中的數(shù)據(jù)質(zhì)量框架.由決定數(shù)據(jù)質(zhì)量的確定方法的框架,轉(zhuǎn)變?yōu)榛跀?shù)據(jù)質(zhì)量根據(jù)數(shù)據(jù)質(zhì)量驅(qū)動(dòng)服務(wù)來選擇仿真服務(wù).Vanbrabant L 等[29]提出了一個(gè)數(shù)據(jù)質(zhì)量框架,對(duì)急診電子病歷中可能存在的數(shù)據(jù)質(zhì)量問題進(jìn)行了分類,描述了數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估技術(shù),使得醫(yī)療人員能夠識(shí)別和量化輸入數(shù)據(jù)中存在的潛在的數(shù)據(jù)質(zhì)量問題.徐剛等[30]從數(shù)據(jù)質(zhì)量全過程控制、用戶滿意度、綜合影響等因素,建立了能夠刻畫電商平臺(tái)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制變化的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型,并用仿真方法進(jìn)行了有效性驗(yàn)證.桑作軍等[31]針對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量全生命周期管理的要求建立了軍事M＆S數(shù)據(jù)質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)體系.2011年韓志軍等[32]建立了大型仿真系統(tǒng)數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估的指標(biāo)體系,用六級(jí)標(biāo)度法評(píng)分獲得各指標(biāo)的權(quán)重,促進(jìn)了大型仿真系統(tǒng)可信度的提升.2016年韓志軍等[33]又建立了大型仿真推演系統(tǒng)數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系,提出了定性指標(biāo)的定量化、定量指標(biāo)的無綱量化的指標(biāo)指數(shù)確定方法,以及主觀賦權(quán)和客觀賦權(quán)相結(jié)合的方法確定權(quán)重,并基于AHP 方法進(jìn)行了實(shí)例分析.

另外,關(guān)于輸入數(shù)據(jù)建模方面,Sun GB 等[34]提出對(duì)概念模型數(shù)據(jù)質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估時(shí)要注意數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估必須建立在一個(gè)前提上,而不是憑空存在的.比如:一些數(shù)據(jù)可能對(duì)這個(gè)仿真是高質(zhì)量數(shù)據(jù),而對(duì)另一個(gè)仿真來說是低質(zhì)量的.數(shù)據(jù)的verification 是評(píng)估方法和過程的特定數(shù)據(jù)設(shè)置數(shù)據(jù)指標(biāo)的過程,比如正確性、完整性等,從而保證選擇到最合適的數(shù)據(jù).數(shù)據(jù)的validation 是指完全能夠代表真實(shí)對(duì)象系統(tǒng)的數(shù)據(jù).數(shù)據(jù)質(zhì)量的評(píng)估是判斷數(shù)據(jù)是否是正確的類型、質(zhì)量、數(shù)量來支撐它們最初的目的.另外,Sun GB從不同場(chǎng)景下的數(shù)據(jù)類型,分別對(duì)數(shù)據(jù)質(zhì)量的評(píng)估方法進(jìn)行了研究.Hamad H[35]用預(yù)測(cè)精度的新方法評(píng)估元模型擬合精度的可接受性.Sugihara M 等[36]提出的軟錯(cuò)誤估計(jì)技術(shù)是通過循環(huán)精確指令集仿真計(jì)算機(jī)計(jì)算系統(tǒng)中所有內(nèi)存模塊上的軟錯(cuò)誤數(shù)量,并考慮他們的動(dòng)態(tài)行為.Gaudiani A 等[37]針對(duì)輸入?yún)?shù)的不確定性,提供了一種方法調(diào)整洪水模擬器以達(dá)到較低的誤差.

對(duì)于數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估指標(biāo)及方法,Bokrantz J 等[38]提出了一系列數(shù)據(jù)質(zhì)量指標(biāo),如可訪問性、準(zhǔn)確性、清晰度、完整性、一致性、通用性、精確性、相關(guān)性、分辨率、聲譽(yù)和可跟蹤性,這些指標(biāo)作為指導(dǎo)標(biāo)準(zhǔn),以確保高質(zhì)量的生產(chǎn)數(shù)據(jù).高峰等[39]提出了適用于電網(wǎng)在線的數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估方法,包括模型評(píng)估、在線參數(shù)評(píng)估、在線調(diào)度計(jì)劃評(píng)估,及自動(dòng)校準(zhǔn)方法等,極大的減少了工作量,提高了在線安全穩(wěn)定校核的精度.Zhang YC 等[40]提出了影響仿真可信度的3 個(gè)因素分別是數(shù)據(jù)、模型、場(chǎng)景,并對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)建模中的輸入數(shù)據(jù)、過程數(shù)據(jù)、輸出數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估方法進(jìn)行了闡述和總結(jié).另外,張英朝等[41]還提出了數(shù)據(jù)質(zhì)量建模的概念,從準(zhǔn)確度、完整性、時(shí)效性3 個(gè)角度建立衡量數(shù)據(jù)質(zhì)量的三維空間,運(yùn)用TOPSIS 方法來對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)仿真各輸入數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)可信性進(jìn)行計(jì)算分析.Dong JQ[42]從what、when、where、how、who、which、why 幾個(gè)方面來評(píng)估仿真研究中的數(shù)據(jù)質(zhì)量.其中,what 指數(shù)據(jù)包含了哪些信息,when 指何時(shí)收集數(shù)據(jù),where 指數(shù)據(jù)收集的真實(shí)或者虛擬位置,how 指如何生成數(shù)據(jù),who 指模型與現(xiàn)實(shí)中人或組織的聯(lián)系,which 指主要參數(shù)如何映射到現(xiàn)實(shí)世界,why 指為什么數(shù)據(jù)會(huì)以這種方式產(chǎn)生,為什么使用仿真方法是合適的.

數(shù)據(jù)V＆V 方面,許國(guó)珍等[43,44]從數(shù)據(jù)生產(chǎn)者和數(shù)據(jù)使用者兩個(gè)角度開展數(shù)據(jù)的V＆V＆C 活動(dòng),數(shù)據(jù)生產(chǎn)者通過質(zhì)量元數(shù)據(jù)模板記錄數(shù)據(jù)質(zhì)量,數(shù)據(jù)使用者通過V＆V＆C 過程模型開展V＆V＆C 活動(dòng),并開發(fā)出了管理工具PVV＆CM,以實(shí)現(xiàn)對(duì)V＆V＆C 的規(guī)范化管理.

以上,筆者從數(shù)據(jù)質(zhì)量管理框架、輸入數(shù)據(jù)質(zhì)量、誤差管理、數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估指標(biāo)、數(shù)據(jù)V＆V 等方面總結(jié)了現(xiàn)有的研究,數(shù)據(jù)作為M＆S 工作中重要的環(huán)節(jié),直接關(guān)系到概念的模型的質(zhì)量,進(jìn)而關(guān)系到仿真模型的質(zhì)量,從而最終影響M＆S 實(shí)施的最終效果,所以,在M＆S 中,數(shù)據(jù)質(zhì)量管理環(huán)節(jié)必不可少.

2.3 從建模過程研究M＆S 實(shí)施質(zhì)量

怎么建模? 建模過程中應(yīng)該注意什么問題? 這是M＆S人員在工作時(shí)必須要考慮的問題.Buzacott JA 等[45]從模型的輸入輸出、仿真時(shí)間長(zhǎng)短、模型驗(yàn)證、模型有效性、用戶交互、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等方面分別介紹了如何進(jìn)行裝配的建模過程.Scholten H 等[46]從整體仿真建模過程討論了正確性、可靠性、可用性等質(zhì)量問題,建立了quasimodem 模型,它表示原始模型的結(jié)構(gòu)和建模過程的行為,它由一個(gè)鏈接幀結(jié)構(gòu)組成,用戶可以對(duì)其進(jìn)行調(diào)整.動(dòng)作有框架,產(chǎn)品有框架,每個(gè)動(dòng)作產(chǎn)生一個(gè)產(chǎn)品,使用一個(gè)或多個(gè)產(chǎn)品,或由動(dòng)作和產(chǎn)品的子結(jié)構(gòu)組成,使得建模過程變得明確可控.兩位學(xué)者的研究使我們應(yīng)該注意在建模過程中應(yīng)該明確建模的步驟,每步的輸入和產(chǎn)出分別是什么,影響因素是什么,以保證能夠達(dá)到預(yù)期的建模效果.

2.4 從模型質(zhì)量研究M＆S 實(shí)施質(zhì)量

前一小節(jié)的建模過程的最終產(chǎn)生的是M＆S 模型,對(duì)于模型質(zhì)量的評(píng)估,Markiegi U 等[47]提出了基于150%可變性建模方法的可配置仿真模型的黑盒和白盒質(zhì)量度量.其中,白盒測(cè)試質(zhì)量度量包括結(jié)構(gòu)覆蓋、功能覆蓋、特征兩兩覆蓋,黑盒質(zhì)量度量包括基于反模式的測(cè)試質(zhì)量度量、相似性.Dransch D 等[48]在文中提到仿真模型必須按照以下標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)估:模型行為的有效性、模型結(jié)構(gòu)的有效性、經(jīng)驗(yàn)有效性、預(yù)期目的的有效性.另外,Dransch 還提出了交互式可視化的概念,以用戶和任務(wù)為中心進(jìn)行可視化設(shè)計(jì),方法包括3 個(gè)步驟:分析推理過程并創(chuàng)建域任務(wù)模型、推斷認(rèn)知行為并將其組合到類中、選擇合適的可視化與交互技術(shù)及其與計(jì)算分析的結(jié)合方法.并選擇了以用戶為基礎(chǔ),以結(jié)果為導(dǎo)向,形成了評(píng)價(jià)形式.

2.5 從仿真結(jié)果研究M＆S 實(shí)施質(zhì)量

還有少部分關(guān)于仿真結(jié)果的研究成果.Popescu V等[49]提出仿真結(jié)果的高質(zhì)量可視化:仿真交互對(duì)象使用先進(jìn)的渲染技術(shù)渲染;將仿真放置在周圍場(chǎng)景的上下文中;項(xiàng)目的可視化從建模開始.這樣能夠使不了解此過程或沒有參與調(diào)查的人能夠理解模型.另外Annino[1]、Stewart[2]兩位學(xué)者總結(jié)了仿真項(xiàng)目失敗的原因及風(fēng)險(xiǎn),這些都是不規(guī)范的操作導(dǎo)致的后果.

2.6 其他

在做仿真工作時(shí),除了以上幾個(gè)角度,仿真研究人員的思路、邏輯對(duì)仿真工作的實(shí)施也有著很大的影響.Stevenson[9]提到M＆S 實(shí)施質(zhì)量取決于所獲得的見解的質(zhì)量,M＆S 實(shí)施質(zhì)量必須基于從已知科學(xué)中獲得的見解,管理和技術(shù)的脫節(jié)會(huì)導(dǎo)致仿真的不準(zhǔn)確和不完整.從中強(qiáng)調(diào)了科學(xué)理論的重要性.另外,Stewart[7]針對(duì)離散事件仿真提出了仿真質(zhì)量的概念;日本學(xué)者白鳥正樹[50]列舉了工學(xué)仿真產(chǎn)生誤差的各種原因,并提出了從以下3 個(gè)方面防止這些誤差的產(chǎn)生:從學(xué)術(shù)角度對(duì)誤差進(jìn)行定量化和最小化、工程仿真質(zhì)量管理系統(tǒng)的體系化和標(biāo)準(zhǔn)化、提高技術(shù)人員的技能.這也是筆者未來研究的工作重點(diǎn).

3 關(guān)于M＆S 實(shí)施質(zhì)量的總結(jié)

M＆S 實(shí)施質(zhì)量是仿真工作中的重要環(huán)節(jié),但是目前并沒比較明確的定義,因?yàn)橄嚓P(guān)研究沒有系統(tǒng)化、規(guī)范化,學(xué)者們也提到,仿真質(zhì)量這個(gè)詞語并不常見,但它的重要性卻不可否認(rèn).可見,M＆S 實(shí)施質(zhì)量的研究至關(guān)重要.

從不同角度的M＆S 實(shí)施質(zhì)量研究成果可以看出,還是有很多值得借鑒的地方:

(1)將生命周期、ISO9000 標(biāo)準(zhǔn)體系與M＆S 實(shí)施質(zhì)量結(jié)合是一個(gè)比較好的研究方向;

(2)現(xiàn)有生命周期模型和質(zhì)量指標(biāo)比較完整但仍有不足;

(3)V＆V 作為貫穿M＆S 生命周期的重要部分,在研究中必不可少;

(4)數(shù)據(jù)質(zhì)量評(píng)估已經(jīng)有比較完善的框架;

(5)建模過程、模型質(zhì)量等應(yīng)該注意的問題,即明確建模步驟,準(zhǔn)確把握每個(gè)步驟的輸入和產(chǎn)出,保證模型行為和結(jié)構(gòu)的有效性;

(6)借鑒仿真分析失敗、誤差產(chǎn)生的原因,要需制定可實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)、采用現(xiàn)代化的工具、注意細(xì)節(jié)、提高用戶參與度等.

但是現(xiàn)有相關(guān)研究仍存在不足:

(1)現(xiàn)有的M＆S 實(shí)施質(zhì)量的研究比較混亂,沒有系統(tǒng)化和規(guī)范化;

(2)大部分還屬于比較片面的研究,沒有從整體出發(fā);

(3)生命周期質(zhì)量指標(biāo)只有概念性的介紹,缺乏后續(xù)的如何評(píng)估的研究.

4 結(jié)語

高M(jìn)＆S 實(shí)施質(zhì)量是仿真工作的最終目的,只有高質(zhì)量的仿真才對(duì)真實(shí)對(duì)象系統(tǒng)具有決策意義,國(guó)內(nèi)大多數(shù)仿真的實(shí)施是不完整且不規(guī)范的,如今正是缺少一個(gè)規(guī)范的仿真實(shí)施質(zhì)量的框架,因此,建立一個(gè)完整規(guī)范的仿真實(shí)施質(zhì)量框架是非常有必要的.

文中總結(jié)了M＆S 定義及相關(guān)概念、從仿真工作整體研究M＆S 實(shí)施質(zhì)量、從仿真數(shù)據(jù)和模型等研究M＆S 實(shí)施質(zhì)量這幾個(gè)方面的研究成果.其中,Blaci 所提出的M＆S 生命周期模型及質(zhì)量指標(biāo)的概念對(duì)以后的研究有重要意義,但Blaci 并未對(duì)如何評(píng)估這些指標(biāo)給出明確的闡述.在今后研究中,可以基于M＆S 生命周期模型,對(duì)其中的數(shù)據(jù)質(zhì)量、概念模型質(zhì)量、仿真模型質(zhì)量、軟件質(zhì)量等的指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估,提出比較規(guī)范的仿真實(shí)施質(zhì)量框架,供仿真人員參考,提高M(jìn)＆S實(shí)施的質(zhì)量,為現(xiàn)實(shí)世界提供更可靠的建議.