CN113312769A - 一种系统动力学与离散事件仿真混合仿真建模方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于仿真建模技术领域，公开了一种系统动力学与离散事件仿真混合仿真建模方法，本方法包括：基于仿真时间参数构建未来时钟序列、使用连续相位与离散相位概念对未来时钟序列进行管理和维护、推进连续相位的仿真计算并进行连续相位的数据交互、判断并执行离散相位的仿真计算并进行离散相位的数据交互以及基于该混合仿真建模方法构建的一个系统动力学与离散事件仿真混合仿真建模引擎，所述引擎包含模型构建模块；由混合仿真、系统动力学仿真、离散事件仿真构成的混合仿真计算模块；仿真结果输出模块，本发明可有效支持系统动力学与离散事件仿真混合仿真建模，便于建模者从宏观视角和微观视角综合评估问题。

Description

一种系统动力学与离散事件仿真混合仿真建模方法

技术领域

本发明涉及仿真建模技术领域，具体为一种系统动力学与离散事件仿真混合仿真建模方法。

背景技术

近些年来，混合仿真建模技术的发展催生了一些支持多范式的仿真建模工具，然而，现有支持系统动力学与离散事件仿真混合仿真建模的软件相对较少，且均为商业性质的软件，存在可扩展性差、可定制性差等局限性，核心仿真功能不易迁移并集成到第三方工具和系统中。

系统动力学建立在系统思维和系统分析的基础上，基于因果、反馈和延迟的原理，将所有真实系统看作信息反馈循环和相互关联的连续量，是一种对复杂连续系统进行建模的方法，在仿真时，采用相等的步长均匀地推进仿真时钟，系统动力学模型状态随时间连续发生变化。

离散事件仿真将世界视为一组受随机变化影响的相互关联的活动和队列，是一种离散的系统建模方法。离散事件仿真模型状态的变化是由离散事件驱动的，在仿真时，按照下一个即将发生事件的时间戳跳跃地推进仿真时钟，离散事件仿真模型状态仅在离散的时间点(事件发生时间)上发生变化。

系统动力学和离散事件仿真适用于特定的抽象层级，对现实系统提供了不同的观察视角。系统动力学支持较高的抽象层级，能够提供观察系统的全局视角，可以探索系统结构对系统行为的影响，但系统动力学不能根据实体的属性来区分不同的个体，难以反映不同实体间的差异。离散事件仿真适用于中层和偏下层的抽象层级，能够很好地表示细节复杂性并描述实体间的差异，但离散事件仿真缺乏可以表示系统组件动态交互的全局视角，不适合解决具有动态反馈特性的问题。

系统动力学和离散事件仿真都有各自的优缺点，采用综合“系统动力学+离散事件仿真”的混合仿真建模可以结合二者的优点，产生功能互补的效果，便于从宏观的整体视角和微观的详细视角对复杂系统进行刻画。

所以，人们需要一种系统动力学与离散事件仿真混合仿真建模方法来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种系统动力学与离散事件仿真混合仿真建模方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：包括

步骤一：基于仿真时间参数构建未来时钟序列；

步骤二：使用连续相位与离散相位概念对未来时钟序列进行管理和维护；

步骤三：推进连续相位的仿真计算并进行连续相位的数据交互；

步骤四：判断并执行离散相位的仿真计算并进行离散相位的数据交互。

进一步的，所述基于仿真时间参数构建未来时钟序列中所述基于仿真时间参数构建未来时钟序列的具体方法为：所述步骤一以仿真时间参数中的仿真时间步长Δt为间隔对仿真周期进行等分，等分后的时间节点将放入一个一维数组中，构成未来时钟序列，并将构建的未来时钟序列传输至步骤二，步骤一用于基于仿真时间参数对未来时钟序列进行构建。

进一步的，所述步骤二接收步骤一传输的未来时钟序列，并对未来时钟序列进行管理和维护，具体的管理维护步骤为：

Step1：在未来时钟序列每个时间点的仿真计算执行完毕时，向未来时钟序列插入下一个最近的离散相位时间点，以避免未来时钟序列中离散相位的遗漏，添加离散相位时间点用于保证未来时钟序列的完整性(如果时钟序列里缺少离散相位时间点，那么仿真时钟推进时就会错过需要执行的离散事件),所述向未来时钟序列插入下一个最近的离散相位时间点的具体方法为：获取下一个最近的离散相位时间点，即离散事件仿真子模型未来事件表中下一个最近发生事件的时间戳，判断未来时钟序列中是否包含该离散相位时间点，若不包含，则按照时间点的大小顺序将下一个离散相位时间点插入到未来时钟序列中的合适位置；

Step2：在未来时钟序列每个时间点的仿真计算执行完毕时，在未来时钟序列中删除当前时间点，以确保未来时钟序列始终表示仿真时钟未来将要推进至的时间点列表，未来时钟序列表示仿真时钟未来将要推进至的时间点列表，删除当前时间点用于保证未来时钟序列的正确性(保证已经执行完毕的时间点不再出现在未来时钟序列中)，在未来时钟序列中删除当前时间点的方法为：设最初构建的未来时钟序列为L[0，5，10]，执行仿真时，按照L持续推进仿真时钟，首先推进至T₀，执行T₀的仿真计算后，获取下一离散相位时间点(假如是3)，将3插入到L中，于是L变成[0，3，5，10]，由于T₀已经执行完毕，从L中删除0，L变成[3，5，10]，接着再推进至T₃，.....，如此循环，最终L会变为空，仿真结束。

进一步的，所述步骤三对连续相位的仿真计算进行推进以及对连续相位进行数据交互，具体的步骤为：

Step1：对步骤二传输的管理维护后的未来时钟序列进行接收，将仿真时钟推进至未来时钟序列的队首时间，同时以推进时间段为单位执行系统动力学子模型的仿真计算，并将计算结果传输至Step2，Step1用于对连续相位进行仿真计算；

Step2：对Step1传输的计算结果进行接收，基于系统动力学子模型主动影响组件的最新数据对离散事件仿真子模型的被影响组件进行更新，得到交互数据，执行连续相位的数据交互的具体方法为：基于系统动力学子模型主动影响组件的最新数据对离散事件仿真子模型的被影响组件进行更新，在混合连接信息中获取混合仿真模型的系统动力学子模型主动影响组件ID、系统动力学子模型主动影响组件名称、离散事件仿真子模型被影响组件ID、离散事件仿真子模型被影响组件的计算关系式，基于系统动力学子模型主动影响组件ID获取系统动力学子模型主动影响组件的最新数据，调用计算器对离散事件仿真子模型被影响组件的计算关系式进行计算，基于最新的计算结果对离散事件仿真子模型中组件ID为被影响组件ID的组件进行数据更新；

其中仿真时钟的推进代表了仿真模型的动态执行过程，系统动力学模型是关于时间的积分；

例如：A的初始值为0，A的计算公式2*T；

T＝0时，A为0；

T＝5时，A为0+2*(5-0)＝10；

T₀至T₅可以被称为是一个连续相位，推进连续相位的仿真计算包含：

①、将时钟从0推进至5；

②、以时间段5为单位执行系统动力学仿真计算，把A更新为10。

进一步的，所述步骤四执行离散相位的仿真计算并进行离散相位的数据交互，具体步骤为：

Step1：对下一个离散相位时间点是否等于仿真当前时间进行判断，若是，则将判断结果传输至Step2进行仿真计算，反之，则将判断结果传输至步骤三，推进连续相位的仿真计算并进行连续相位的数据交互；

Step2：对Step1传输的判断结果进行进行接收，抽取并执行离散事件仿真子模型未来事件表中时间戳为仿真当前时间的所有离散事件，执行离散相位的仿真计算，并将仿真计算结果传输至Step3；

Step3：接收Step2传输的仿真计算结果，基于离散事件仿真子模型主动影响组件的最新数据对系统动力学子模型的被影响组件进行更新，以确保模型状态的及时更新，实现对模型所有组成元素的统一协调和控制，得到交互数据，执行离散相位的数据交互的具体方法为：基于离散事件仿真子模型主动影响组件的最新数据对系统动力学子模型的被影响组件进行更新，在混合连接信息中获取混合仿真模型的离散事件仿真子模型主动影响组件ID、离散事件仿真子模型主动影响组件名称、系统动力学子模型被影响组件ID、系统动力学子模型被影响组件的计算关系式，基于离散事件仿真子模型主动影响组件ID获取离散事件仿真子模型主动影响组件的最新数据，调用计算器对系统动力学子模型被影响组件的计算关系式进行计算，基于最新的计算结果对系统动力学子模型中组件ID为被影响组件ID的组件进行数据更新，计算器是指JMathLib科学计算库，是一个开源的Java科学计算库，可以用来计算复杂的数学表达式。

所述引擎包括未来时钟序列构建模块、未来时钟序列管理维护模块、连续相位处理模块、离散相位处理模块、混合仿真模型构建模块、混合仿真计算模块和仿真结果输出模块；

所述未来时钟序列构建模块通过执行步骤一对未来时钟序列进行构建；

所述未来时钟序列管理维护模块通过执行步骤二对构建的未来时钟序列进行管理维护；

所述连续相位处理模块包括连续相位的仿真计算单元和连续相位的数据交互单元，连续相位的仿真计算单元通过执行步骤三中的Step1对连续相位进行仿真计算，连续相位的数据交互单元通过执行步骤三中的Step2对计算仿真后的连续相位数据进行交互；

所述离散相位处理模块包括离散相位判断单元、离散相位的仿真计算单元和离散相位的数据交互单元，离散相位判断单元通过执行步骤四中的Step1对下一个离散相位时间点是否等于仿真当前时间进行判断，离散相位的仿真计算单元通过执行步骤四中的Step2对离散相位进行仿真计算，离散相位的数据交互单元通过执行步骤四中的Step3对计算仿真后的离散相位数据进行交互；

所述模型构建模块基于仿真模型参数实例化系统动力学与离散事件仿真混合仿真模型，并将构建的混合仿真模型传输至混合仿真计算模块；

所述混合仿真计算模块对连续相位处理模块和离散相位处理模块传输的数据进行识别，对识别的数据进行仿真计算以及数据交互处理，并将交互数据传输至仿真结果输出模块；

所述仿真结果输出模块对混合仿真计算模块传输的仿真计算结果进行接收，整理并输出仿真模型在所述混合仿真计算模块中执行仿真计算过程中模型组件数值随时间变化的数据信息。

进一步的，所述混合仿真模型构建模块对包含仿真模型参数信息的XML文件进行解析，基于XML文件中的仿真模型参数实例化系统动力学与离散事件仿真混合仿真模型，并将实例化的系统动力学与离散事件仿真混合仿真模型传输至混合仿真计算模块，仿真模型参数是指系统动力学与离散事件仿真混合仿真模型中用来表示系统逻辑结构及系统组成元素间影响关系的信息，具体包括仿真时间参数、系统动力学子模型组件参数、离散事件仿真子模型组件参数、混合连接信息等，XML文件是指一种用于标记电子文件使其具有结构性的标记语言；

进一步的，所述混合仿真计算模块包括混合仿真单元、系统动力学仿真单元和离散事件仿真单元；

所述混合仿真单元在混合仿真开始后，对未来时钟序列构建模块构建的时钟序列的仿真进行推进，在推进仿真计算前，对时钟序列当前处于连续相位还是离散相位进行识别，混合仿真的过程中不断对时钟序列进行维护，并根据识别结果对系统动力学仿真单元和离散事件仿真单元进行调用，为混合仿真模型中系统状态与因果关系的一致性提供支撑，并对系统动力学仿真单元和离散事件仿真单元交互处理后的数据进行接收；

所述系统动力学仿真单元对混合仿真单元传输的连续相位的识别结果进行接收，根据系统动力学仿真单元提供的系统动力学模型的仿真计算功能对连续相位进行仿真计算，仿真计算功能调用连续相位的仿真计算单元对连续相位进行仿真计算，并在计算完成后调用连续相位的数据交互单元进行数据交互处理，调用未来时钟序列管理维护模块对时钟序列进行维护，并将交互处理后的数据传输至混合仿真单元，系统动力学模型的仿真计算功能包括系统动力学模型组件计算顺序的判断和仿真推进时间步长上各组件的计算，为混合模型中系统动力学子模型的仿真执行提供支撑；

所述离散事件仿真单元对混合仿真单元传输的离散相位的识别结果进行接收，根据离散事件仿真单元提供的离散事件仿真模型的仿真计算功能对离散相位进行仿真计算，仿真计算功能调用离散相位的仿真计算单元对离散相位进行仿真计算，并在计算完成后调用离散相位的数据交互单元进行数据交互处理，调用未来时钟序列管理维护模块对时钟序列进行维护，并将交互处理后的数据传输至混合仿真单元，离散事件仿真模型的仿真计算功能包括离散事件仿真模型初始化事件的生成和最近离散事件的调度与执行，为混合模型中离散事件仿真子模型的仿真执行提供支撑。

进一步的，所述仿真结果输出模块包括时钟推进时间点收集单元、组件仿真数据收集单元和组件仿真数据输出单元；

所述时钟推进时间点收集单元对混合仿真计算模块的仿真过程中的所有仿真时钟推进时间点进行收集，将时间点存储在历史时间数组中，为结果输出做准备，历史时间数组是指在仿真时钟推进的每个时间点T_k上对T_k进行存储，按照仿真时间点T_k的先后顺序进行排序，进而得到次此仿真的历史时间数组T[Time，T₀，T₁，T₂，...，T_f]；

所述组件仿真数据收集单元对系统动力学与离散事件仿真混合模型的仿真过程中的所有组件的仿真数据进行接收，将仿真数据存储在组件的历史数据数组中，为结果输出做准备，组件的仿真数据是指组件的数值参数在仿真推进每一个时间点上的数据水平，历史数据数组是指在仿真推进的每个时间点T_k上获取每个模型组件的数据水平D_k，按照仿真时间点的先后顺序对D_k进行排序，进而得到该模型组件的历史数据数组D[name，D₀，D₁，D₂，...，D_f]，其中name为该模型组件的名称；

所述组件仿真数据输出单元对收集的仿真时钟推进时间点及组件仿真数据进行整理，并以Web表格的形式输出模型的仿真结果，在仿真执行结束时，对收集的仿真时钟推进时间点及组件仿真数据进行整理，将历史时间数组和组件的历史数据数组整理为Web前端表格所需的列表形式[[Time，T₀，T₁，T₂，...，T_f]，[name，D₀，D₁，D₂，...，D_f]]，并将该列表返回至前端。

进一步的，所述混合仿真单元实现混合仿真模型中系统动力学子模型与离散事件仿真子模型仿真推进的具体方法为：

Step1：构建一个起始值为仿真开始时间，结束值为仿真结束时间，间隔为仿真时间步长的未来时钟序列，基于未来时钟序列循环推进仿真时钟，每次的推进过程可视为一个连续相位，执行连续相位会调用系统动力学仿真单元对系统动力学子模型实现仿真计算；

Step2：连续相位执行结束时获取离散事件仿真子模型下一个最近发生事件的时间戳，即下一个离散相位时间点，然后判断下一个离散相位时间点是否在仿真结束时间以内，若是，则按照时间点的大小顺序将其插入未来时钟序列中；

Step3：对仿真推进的每个时间点进行判断，判断当前是否处于离散相位，获取下一个离散相位时间点，判断该时间点是否等于当前时间，若是，则执行离散相位的仿真计算，抽取并执行离散事件仿真子模型未来事件表中时间戳为仿真当前时间的所有离散事件；

Step4：在离散事件执行完毕时，重新获取下一个离散相位时间点，并将其插入未来时钟序列中。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：

1.本发明通过构建未来时钟序列并使用连续相位与离散相位的概念对未来时钟序列进行管理和维护，进行连续相位与离散相位的仿真执行及数据交互，解决了系统动力学与离散事件仿真混合仿真建模的时钟同步与数据交互问题。

2.本发明实现了对系统动力学与离散事件仿真混合模型进行仿真建模的方法。

3.本发明可有效支持系统动力学与离散事件仿真混合仿真建模，便于建模者从宏观视角和微观视角综合评估问题。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明一种系统动力学与离散事件仿真混合仿真建模方法原理图；

图2是本发明实施例一中的一种系统动力学与离散事件仿真混合仿真建模方法流程图；

图3是本发明实施例二中的一种系统动力学与离散事件仿真混合仿真建模引擎的结构示意图；

图4是本发明实施例二中的一种仿真结果表格的Web例图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

本发明的引擎支持系统动力学与离散事件仿真混合仿真建模，本发明实施例一提供的一种系统动力学与离散事件仿真混合仿真建模方法，图2为本发明实施例一中的一种系统动力学与离散事件仿真混合仿真建模方法流程图，具体包括如下步骤：

步骤101：基于仿真模型参数，对混合仿真模型进行初始化；

其中可选的混合仿真模型初始化是指包括对混合仿真模型系统动力学子模型进行初始化、对混合仿真模型离散事件仿真子模型进行初始化以及对混合仿真未来时钟序列进行构建的处理过程，混合仿真模型是指系统动力学与离散事件仿真混合仿真模型；

具体的，混合仿真模型系统动力学子模型初始化表示执行系统动力学子模型仿真计算做准备的过程，首先基于仿真模型参数判断系统动力学子模型组件之间的相互影响关系，以实现对所有组件的拓扑排序，从而确定系统动力学子模型组件的计算顺序，随后基于仿真模型参数对排序后的系统动力学子模型组件赋予初值，系统动力学子模型组件是指在系统动力学模型中用以仿真的最小单元——模型组件元素，主要包括存量、流量和其它变量；

混合仿真模型离散事件仿真子模型初始化指为执行离散事件仿真子模型仿真计算做准备的过程，首先清空离散事件仿真子模型的未来事件表，创建一个发生时间戳为仿真开始时间的离散事件仿真子模型组件初始化事件并将该初始化事件插入未来事件表，随后执行该初始化事件基于仿真模型参数对离散事件仿真子模型组件赋予初值，离散事件仿真子模型组件是指在离散事件仿真模型中用以仿真的最小单元——模型组件元素，主要包括资源池、队列、延迟、结束池和条件池，未来事件表是指离散事件仿真中，存储系统所有离散事件的列表，系统的所有离散事件会按事件发生时间的先后顺序存储在未来事件表中，离散事件是指离散事件仿真中引起系统状态变化的行为；

混合仿真未来时钟序列的构建是指从仿真模型参数中获取仿真时间步长、仿真开始时间以及仿真结束时间，以仿真时间步长为间隔对仿真周期进行等分，可以得到一个表示仿真时钟未来将要推进至的时间点的一维数组，该数组即为初始化的未来时钟序列，未来时钟序列是指混合仿真中仿真时钟未来将要推进至的时间点列表，混合仿真是指系统动力学与离散事件仿真混合仿真；

例如，仿真模型参数中的仿真开始时间为T₀，仿真结束时间为T_f，仿真时间步长为Δt，以仿真步长Δt为时间间隔对仿真周期(T₀-T_f)进行等分，可以得到未来始终序列L[T₀，T₀+Δt，T₀+2Δt，…，T_f]；

步骤102：判断未来时钟序列是否为空，若未来时钟序列不为空，则执行步骤103；若未来时钟序列为空，则结束仿真；

步骤103：推进连续相位的仿真计算，将系统动力学子模型推进至未来时钟序列的队首时间；

步骤104：执行连续相位的数据交互；

具体的，为了实现对混合模型中所有组成元素的统一协调和控制，防止仿真出现滞后现象，基于系统动力学子模型主动影响组件的最新数据对离散事件仿真子模型的被影响组件进行更新，首先需要从仿真模型参数中获取混合连接信息，在混合连接信息中获取混合仿真模型的系统动力学子模型主动影响组件ID、系统动力学子模型主动影响组件名称、离散事件仿真子模型被影响组件ID以及离散事件仿真子模型被影响组件的计算关系式，随后基于系统动力学子模型主动影响组件ID获取系统动力学子模型主动影响组件的最新数据，基于该最新数据调用计算器对离散事件仿真子模型被影响组件的计算关系式进行计算，使用计算得到的数据结果对离散事件仿真子模型中组件ID为被影响组件ID的组件进行数据更新，主动影响组件是指在仿真推进过程中会对另一个子模型产生影响的模型组件；

例如，仿真模型参数混合连接信息中存储的系统动力学子模型主动影响组件ID为“1”，系统动力学子模型主动影响组件名称为“a”，离散事件仿真子模型被影响组件ID为“2”，离散事件仿真子模型被影响组件的计算关系式为“a+1”，此时的系统动力学子模型主动影响组件最新数据为“10”，首先获取系统动力学子模型ID为“1”的组件的最新数据“10”，随后在计算器中使用“a＝10”更新系统动力学子模型主动影响组件的数值，使用计算器求解离散事件仿真子模型被影响组件的计算关系式“a+1”，得到计算结果“11”，最后对离散事件仿真子模型中组件ID为“2”的组件进行数据更新，将其数据更新为“11”，混合连接信息是指系统动力学与离散事件仿真混合模型中用来表示系统动力学子模型与离散事件仿真子模型之间相互影响关系的信息，组件ID是指模型组件的唯一标识符；

步骤105：判断离散事件仿真子模型的未来事件表是否为空，若离散事件仿真子模型的未来事件表不为空，执行步骤106；若离散事件仿真子模型的未来事件表为空，执行步骤112；

步骤106：获取下一个离散相位时间点，即离散事件仿真子模型未来事件表中下一个最近发生事件的时间戳；

步骤107：判断下一个离散相位时间点是否小于等于仿真结束时间，若下一个离散相位时间点小于等于仿真结束时间，执行步骤108；若下一个离散相位时间点大于仿真结束时间，执行步骤112；

步骤108：将下一个离散相位时间点插入到未来时钟序列中；

具体的，由于离散相位上离散事件的执行会引发系统状态的变化，混合仿真模型的系统动力学子模型可能会基于系统状态的变化而发生突变，所以在每个离散相位执行离散事件后，系统动力学子模型需要基于系统状态的变化在该离散相位上对模型组件进行更新，防止出现系统动力学子模型组件数值滞后的情况，具体可以通过对未来时钟序列的管理来实现对上述情形的控制，使每个离散相位时间点均在未来时钟序列中出现两次，以保证系统动力学子模型可以在仿真推进过程中的所有离散相位上进行更新；

例如，未来时钟序列L为[3，4，5，6，7，8]，需要插入的离散相位时间点为“3.5”，则将“3.5”插入未来时钟序列L，使L变为[3，3，5，3，5，4，5，6，7，8]；

未来时钟序列L为[3，4，5，6，7，8]，需要插入的离散相位时间点为“4”，则将“4”插入未来时钟序列L，使L变为[3，4，4，5，6，7，8]；

步骤109：判断当前是否处于离散相位，即下一个离散相位时间点是否等于仿真当前时间，若下一个离散相位时间点等于仿真当前时间，执行步骤110；若下一个离散相位时间点不等于仿真当前时间，执行步骤112；

步骤110：执行离散相位的仿真计算，抽取并执行离散事件仿真子模型未来事件表中时间戳为仿真当前时间的所有离散事件；

步骤111：执行离散相位的数据交互，基于离散事件仿真子模型主动影响组件的最新数据对系统动力学子模型的被影响组件进行更新，随后执行步骤104；

具体的，为了实现对混合模型中所有组成元素的统一协调和控制，防止仿真出现滞后现象，首先需要从仿真模型参数中获取混合连接信息，在混合连接信息中获取混合仿真模型的离散事件仿真子模型主动影响组件ID、离散事件仿真子模型主动影响组件名称、系统动力学子模型被影响组件ID以及系统动力学子模型被影响组件的计算关系式，随后基于离散事件仿真子模型主动影响组件ID获取离散事件仿真子模型主动影响组件的最新数据，基于该最新数据调用计算器对系统动力学子模型被影响组件的计算关系式进行计算，使用计算得到的数据结果对系统动力学子模型中组件ID为被影响组件ID的组件进行数据更新，被影响组件是指在仿真推进过程中会受到另一个子模型影响的模型组件；

例如，仿真模型参数混合连接信息中存储的离散事件仿真子模型主动影响组件ID为“3”，离散事件仿真子模型主动影响组件名称为“k”，系统动力学子模型被影响组件ID为“5”，系统动力学子模型被影响组件的计算关系式为“k-3”，此时的离散事件仿真子模型主动影响组件最新数据为“15”，首先获取离散事件仿真子模型ID为“3”的组件的最新数据“15”，随后在计算器中使用“k＝15”更新离散事件仿真子模型主动影响组件的数值，使用计算器求解系统动力学子模型被影响组件的计算关系式“k-3”，得到计算结果“12”，最后对系统动力学子模型中组件ID为“5”的组件进行数据更新，将其数据更新为“12”；

步骤112：在未来时钟序列中，删除队首元素，随后执行102；

本发明实施例一的技术方案，通过构建未来时钟序列并使用连续相位与离散相位的概念对未来时钟序列进行管理和维护，进行连续相位与离散相位的仿真执行及数据交互，解决了系统动力学与离散事件仿真混合仿真建模的时钟同步与数据交互问题，实现了对系统动力学与离散事件仿真混合模型进行仿真建模的方法，可有效支持系统动力学与离散事件仿真混合仿真建模，便于建模者从宏观视角和微观视角综合评估问题，连续相位是指在仿真过程中模型系统状态只能随时间推进而发生改变的时间点的集合，离散相位是指在仿真过程中模型系统状态可以直接发生跃变的时间点，即离散事件发生时间点。

实施例二：

本实施例在上述实施例一的基础上进一步扩充，本实施例提供的系统动力学与离散事件仿真混合仿真引擎可以由软件和/或硬件来实现，并可以集成在各种通用计算机设备和Web系统中，图3为本发明实施例二中的一种系统动力学与离散事件仿真混合仿真建模引擎的结构示意图，该系统动力学与离散事件仿真混合仿真建模引擎，包括：模型构建模块S5、混合仿真计算模块S6和仿真结果输出模块S7；

模型构建模块S5，用于在仿真正式开始执行前，解析包含仿真模型参数信息的XML文件，基于XML文件中的仿真模型参数实例化系统动力学与离散事件仿真混合仿真模型，XML文件是指一种用于标记电子文件使其具有结构性的标记语言。

混合仿真计算模块S6，用于对模型构建模块S5实例化出的系统动力学与离散事件仿真混合仿真模型进行混合仿真计算，具体为预先对连续相位和离散相位进行识别，并基于识别出的相位时间点持续推进混合仿真的执行，以确保仿真模型的变化与现实系统的因果关系保持一致，避免仿真出现延迟，混合仿真计算模块S6包括混合仿真单元S61、系统动力学仿真单元S62和离散事件仿真单元S63；

混合仿真单元S61，用于提供系统动力学与离散事件仿真混合仿真模型的仿真计算功能，使用连续相位与离散相位的概念实现系统动力学子模型与离散事件仿真子模型的仿真推进，为混合仿真模型中系统状态与因果关系的一致性提供支撑，具体的混合仿真步骤为：

Step1：仿真开始时，获取仿真时间步长、仿真开始时间以及仿真结束时间，以仿真时间步长为间隔对仿真周期进行等分，等分后的时间节点将放入一个一维数组中，该数组即为未来时钟序列，未来时钟序列是指仿真时钟未来将要推进至的时间点列表；

Step2：基于未来时钟序列循环推进仿真时钟，每次的推进过程可视为一个连续相位，推进连续相位时执行系统动力学子模型的仿真计算；

Step3：连续相位的仿真计算执行完毕时，基于系统动力学子模型主动影响组件的最新数据对离散事件仿真子模型的被影响组件进行更新；

Step4：获取离散事件仿真子模型下一个最近发生事件的时间戳，即下一个离散相位时间点，判断下一个离散相位时间点是否在仿真结束时间以内，若是，则按照时间点的大小顺序将其插入未来时钟序列中；

Step5：对仿真推进的每个时间点进行判断，判断当前是否处于离散相位，获取下一个离散相位时间点，判断该时间点是否等于当前时间，若是，则执行离散相位的仿真计算，抽取并执行离散事件仿真子模型未来事件表中时间戳为仿真当前时间的所有离散事件；

Step6：在离散相位的离散事件执行完毕时，基于离散事件仿真子模型主动影响组件的最新数据对系统动力学子模型的被影响组件进行更新，重新获取下一个离散相位时间点，并将其插入未来时钟序列中。

系统动力学仿真单元S62，用于提供系统动力学模型的仿真计算功能，为混合模型中系统动力学子模型的仿真执行提供支撑，具体的仿真计算步骤为：

Step1：系统动力学模型组件计算顺序的确定，基于仿真模型参数判断系统动力学子模型组件之间的相互影响关系，以实现对所有组件的拓扑排序，从而确定系统动力学子模型组件的计算顺序，

Step2：判断系统动力学模型组件的初始化，基于仿真模型参数对排序后的系统动力学子模型组件赋予初值；

Step3：对仿真推进每个时间步长上的模型组件计算，基于仿真模型参数系统动力学子模型组件参数中的系统动力学组件关系式，对排序后的系统动力学子模型组件进行依次计算；

离散事件仿真单元S63，用于提供离散事件仿真模型的仿真计算功能，为混合模型中离散事件仿真子模型的仿真执行提供支撑，具体的仿真步骤为：

Step1：对离散事件仿真模型进行初始化处理，清空未来事件表，创建一个发生时间戳为仿真开始时间的模型组件初始化事件，并将该初始化事件插入未来事件表，执行该初始化事件为离散事件仿真子模型组件赋予初值；

Step2：对下一个最近发生事件进行抽取和执行，从未来事件表中抽取出时间戳最小的事件，即下一个最近发生的事件，为该事件分配一个线程，然后执行该事件。

仿真结果输出模块S7，用于整理并输出仿真模型在混合仿真计算模块S6中执行仿真计算的过程中模型组件数值随时间变化的数据信息，所述仿真结果输出模块S7包括时钟推进时间点收集单元S71、组件仿真数据收集单元S72和组件仿真数据输出单元S73；

时钟推进时间点收集单元S71，用于收集在系统动力学与离散事件仿真混合模型的仿真过程中的所有仿真时钟推进时间点，将时间点存储在历史时间数组中，为结果输出做准备，历史时间数组是指在仿真时钟推进的每个时间点T_k上对T_k进行存储，按照仿真时间点T_k的先后顺序进行排序，进而得到次此仿真的历史时间数组T[Time，T₀，T₁，T₂，...，T_f]；

组件仿真数据收集单元S72，用于收集在系统动力学与离散事件仿真混合模型的仿真过程中的所有组件的仿真数据，将仿真数据存储在组件的历史数据数组中，为结果输出做准备，组件的仿真数据是指组件的数值参数在仿真推进每一个时间点上的数据水平，历史数据数组是指在仿真推进的每个时间点T_k上获取每个模型组件的数据水平D_k，按照仿真时间点的先后顺序对D_k进行排序，进而得到该模型组件的历史数据数组D[name，D₀，D₁，D₂，...，D_f]，其中name为该模型组件的名称；

组件仿真数据输出单元S73，用于对收集的仿真时钟推进时间点及组件仿真数据进行整理，并以Web表格的形式输出模型的仿真结果，在仿真执行结束时，对收集的仿真时钟推进时间点及组件仿真数据进行整理，将历史时间数组和组件的历史数据数组整理为Web前端表格所需的列表形式[[Time，T₀，T₁，T₂，...，T_f]，[name，D₀，D₁，D₂，…，D_f]]，并将该列表返回至前端。

本发明实施例二的技术方案，通过对作为输入的XML文件进行解析，基于提取出的混合模型参数信息实例化混合仿真模型，构建未来时钟序列并使用连续相位与离散相位的概念对未来时钟序列进行管理和维护，进而进行混合仿真连续相位与离散相位的仿真执行及数据交互，整理并输出仿真模型在执行仿真计算的过程中模型组件数值随时间变化的数据信息。实现了使用本方法对系统动力学与离散事件仿真混合模型进行仿真建模，解决系统动力学与离散事件仿真混合仿真建模的时钟同步与数据交互问题的方法，便于建模者从宏观视角和微观视角综合评估问题。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种系统动力学与离散事件仿真混合仿真建模方法，其特征在于：包括

步骤一：基于仿真时间参数构建未来时钟序列；

步骤二：使用连续相位与离散相位概念对未来时钟序列进行管理和维护；

步骤三：推进连续相位的仿真计算并进行连续相位的数据交互；

步骤四：判断并执行离散相位的仿真计算并进行离散相位的数据交互。

2.根据权利要求1所述的一种系统动力学与离散事件仿真混合仿真建模方法，其特征在于：所述基于仿真时间参数构建未来时钟序列中所述基于仿真时间参数构建未来时钟序列的具体方法为：所述步骤一以仿真时间参数中的仿真时间步长Δt为间隔对仿真周期进行等分，等分后的时间节点将放入一个一维数组中，构成未来时钟序列，并将构建的未来时钟序列传输至步骤二。

3.根据权利要求1所述的一种系统动力学与离散事件仿真混合仿真建模方法，其特征在于：所述步骤二接收步骤一传输的未来时钟序列，并对未来时钟序列进行管理和维护，具体的管理维护步骤为：

Step1：在未来时钟序列每个时间点的仿真计算执行完毕时，向未来时钟序列插入下一个最近的离散相位时间点；

Step2：在未来时钟序列每个时间点的仿真计算执行完毕时，在未来时钟序列中删除当前时间点。

4.根据权利要求1所述的一种系统动力学与离散事件仿真混合仿真建模方法，其特征在于：所述步骤三对连续相位的仿真计算进行推进以及对连续相位进行数据交互，具体的步骤为：

Step1：对步骤二传输的管理维护后的未来时钟序列进行接收，将仿真时钟推进至未来时钟序列的队首时间，同时以推进时间段为单位执行系统动力学子模型的仿真计算，并将计算结果传输至Step2；

Step2：对Step1传输的计算结果进行接收，基于系统动力学子模型主动影响组件的最新数据对离散事件仿真子模型的被影响组件进行更新，得到交互数据。

5.根据权利要求1所述的一种系统动力学与离散事件仿真混合仿真建模方法，其特征在于：所述步骤四执行离散相位的仿真计算并进行离散相位的数据交互，具体步骤为：

Step1：对下一个离散相位时间点是否等于仿真当前时间进行判断，若是，则将判断结果传输至Step2进行仿真计算，反之，则将判断结果传输至步骤三，推进连续相位的仿真计算并进行连续相位的数据交互；

Step2：对Step1传输的判断结果进行进行接收，抽取并执行离散事件仿真子模型未来事件表中时间戳为仿真当前时间的所有离散事件，执行离散相位的仿真计算，并将仿真计算结果传输至Step3；

Step3：接收Step2传输的仿真计算结果，基于离散事件仿真子模型主动影响组件的最新数据对系统动力学子模型的被影响组件进行更新，得到交互数据。

6.一种系统动力学与离散事件仿真混合仿真建模引擎，其特征在于：所述引擎包括未来时钟序列构建模块(S1)、未来时钟序列管理维护模块(S2)、连续相位处理模块(S3)、离散相位处理模块(S4)、混合仿真模型构建模块(S5)、混合仿真计算模块(S6)和仿真结果输出模块(S7)；

所述未来时钟序列构建模块(S1)通过执行步骤一对未来时钟序列进行构建；

所述未来时钟序列管理维护模块(S2)通过执行步骤二对构建的未来时钟序列进行管理维护；

所述连续相位处理模块(S3)包括连续相位的仿真计算单元(S31)和连续相位的数据交互单元(S32)，连续相位的仿真计算单元(S31)通过执行步骤三中的Step1对连续相位进行仿真计算，连续相位的数据交互单元(S32)通过执行步骤三中的Step2对计算仿真后的连续相位数据进行交互；

所述离散相位处理模块(S4)包括离散相位判断单元(S41)、离散相位的仿真计算单元(S42)和离散相位的数据交互单元(S43)，离散相位判断单元(S41)通过执行步骤四中的Step1对下一个离散相位时间点是否等于仿真当前时间进行判断，离散相位的仿真计算单元(S42)通过执行步骤四中的Step2对离散相位进行仿真计算，离散相位的数据交互单元(S43)通过执行步骤四中的Step3对计算仿真后的离散相位数据进行交互；

所述模型构建模块(S5)基于仿真模型参数实例化系统动力学与离散事件仿真混合仿真模型，并将构建的混合仿真模型传输至混合仿真计算模块(S6)；

所述混合仿真计算模块(S6)对连续相位处理模块(S3)和离散相位处理模块(S4)传输的数据进行识别，进行仿真计算以及数据交互处理，并将交互数据传输至仿真结果输出模块(S7)；

所述仿真结果输出模块(S7)对混合仿真计算模块(S6)传输的仿真计算结果进行接收，整理并输出仿真模型在所述混合仿真计算模块(S6)中执行仿真计算过程中模型组件数值随时间变化的数据信息。

7.根据权利要求6所述的一种系统动力学与离散事件仿真混合仿真建模引擎，其特征在于：所述混合仿真模型构建模块(S5)对包含仿真模型参数信息的XML文件进行解析，基于XML文件中的仿真模型参数实例化系统动力学与离散事件仿真混合仿真模型，并将实例化的系统动力学与离散事件仿真混合仿真模型传输至混合仿真计算模块(S6)。

8.根据权利要求6所述的一种系统动力学与离散事件仿真混合仿真建模引擎，其特征在于：所述混合仿真计算模块(S6)包括混合仿真单元(S61)、系统动力学仿真单元(S62)和离散事件仿真单元(S63)；

所述混合仿真单元(S61)在混合仿真开始后，对未来时钟序列构建模块(S1)构建的时钟序列的仿真进行推进，在推进仿真计算前，对时钟序列当前处于连续相位还是离散相位进行识别，混合仿真的过程中不断对时钟序列进行维护，并根据识别结果对系统动力学仿真单元(S62)和离散事件仿真单元(S63)进行调用；

所述系统动力学仿真单元(S62)对混合仿真单元(S61)传输的连续相位的识别结果进行接收，根据系统动力学仿真单元(S62)提供的系统动力学模型的仿真计算功能对连续相位进行仿真计算，仿真计算功能调用连续相位的仿真计算单元(S31)对连续相位进行仿真计算，并在计算完成后调用连续相位的数据交互单元(S32)进行数据交互处理，调用未来时钟序列管理维护模块(S2)对时钟序列进行维护，并将交互处理后的数据传输至混合仿真单元(S61)；

所述离散事件仿真单元(S63)对混合仿真单元(S61)传输的离散相位的识别结果进行接收，根据离散事件仿真单元(S63)提供的离散事件仿真模型的仿真计算功能对离散相位进行仿真计算，仿真计算功能调用离散相位的仿真计算单元(S42)对离散相位进行仿真计算，并在计算完成后调用离散相位的数据交互单元(S43)进行数据交互处理，调用未来时钟序列管理维护模块(S2)对时钟序列进行维护，并将交互处理后的数据传输至混合仿真单元(S61)。

9.根据权利要求6所述的一种系统动力学与离散事件仿真混合仿真建模引擎，其特征在于：所述仿真结果输出模块(S7)包括时钟推进时间点收集单元(S71)、组件仿真数据收集单元(S72)和组件仿真数据输出单元(S73)；

所述时钟推进时间点收集单元(S71)对混合仿真计算模块(S6)的仿真过程中的所有仿真时钟推进时间点进行收集，将时间点存储在历史时间数组中；

所述组件仿真数据收集单元(S72)对系统动力学与离散事件仿真混合模型的仿真过程中的所有组件的仿真数据进行接收，将仿真数据存储在组件的历史数据数组中；

所述组件仿真数据输出单元(S73)对收集的仿真时钟推进时间点及组件仿真数据进行整理，并以Web表格的形式输出模型的仿真结果，在仿真执行结束时，对收集的仿真时钟推进时间点及组件仿真数据进行整理，将历史时间数组和组件的历史数据数组整理为Web前端表格所需的列表形式[[Time，T₀，T₁，T₂，...，T_f]，[name，D₀，D₁，D₂，...，D_f]]，并将该列表返回至前端。

10.根据权利要求8所述的一种系统动力学与离散事件仿真混合仿真建模引擎，其特征在于：所述混合仿真单元实现混合仿真模型中系统动力学子模型与离散事件仿真子模型仿真推进的具体方法为：

Step1：构建一个起始值为仿真开始时间，结束值为仿真结束时间，间隔为仿真时间步长的未来时钟序列，基于未来时钟序列循环推进仿真时钟，每次的推进过程可视为一个连续相位，执行连续相位会调用系统动力学仿真单元对系统动力学子模型实现仿真计算；

Step2：连续相位执行结束时获取离散事件仿真子模型下一个最近发生事件的时间戳，即下一个离散相位时间点，然后判断下一个离散相位时间点是否在仿真结束时间以内，若是，则按照时间点的大小顺序将其插入未来时钟序列中；

Step3：对仿真推进的每个时间点进行判断，判断当前是否处于离散相位，获取下一个离散相位时间点，判断该时间点是否等于当前时间，若是，则执行离散相位的仿真计算，抽取并执行离散事件仿真子模型未来事件表中时间戳为仿真当前时间的所有离散事件；

Step4：在离散事件执行完毕时，重新获取下一个离散相位时间点，并将其插入未来时钟序列中。

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