基于AnyLogic软件的《管理系统模拟》课程实践教学研究

王小林 田润丰

摘 要：本文针对《管理系统模拟》课程内容理论涉及面宽、建模复杂导致课程教学效果不理想的问题。作者在多年教学实践与改进的过程中，基于Anylogic软件建模与仿真特点，将Anylogic作为《管理系统模拟》课程辅助教学的实验平台，构建了基于Anylogic软件的课程教学体系，提出了基于Anylogic平台的《管理系统模拟》课程教学方法，进而总结了教学经验，为《管理系统模拟》教学模式改革提供了借鉴。

关键词：管理系统模拟;建模仿真;Anylogic软件;教学模式

一、引言

《管理系统模拟》是经济管理与计算机等专业的一门专业基础课，主要目的是利用计算机语言对经济管理和社科科学等问题进行建模仿真，从而提高本科生综合运用经济管理理论和计算机技术解决实际问题的能力[1]。这门课程的教学需要模拟语言和仿真软件支撑，从现有《管理系统模拟》教材来看，使用的建模语言与仿真软件辅助教学方式不同，如Excel、GPSS、GPSSWorld、Vinsim、Arena、Matlab和Anylogic等[2～6];不仅如此，课程的不同学习内容，建模仿真的软件也不同，例如离散事件模拟采用Arena、GPSS，系统动力学模拟采用Vinsim，多智能体建模采用Anylogic。然而这一门课程不超过60学时，学生在课堂上不仅需要学习基本的理论知识，而且要在短时间内熟练掌握不同的建模语言和仿真软件，这给教师授课和学生学习都带来的困难和挑战。因此，选择合适的建模语言和软件，对这门课程实践与改革具有重要的意义。

Anylogic作为一款功能强大的系统仿真工具，具有建模方法灵活，建模语言简易等特点。本文作者在多年的《管理系统与模拟》课程教学实践中，从上述众多的语言和建模软件中选择了Anylogic软件，将其作为本门课程的实验教学平台。在教学过程中，采用建模理论与方法学习和Anylogic平台上课程实践相结合的教学方式，克服了学生对本门课程学习的畏难情绪，加深了学生对本门课程理解深度，从而培养了独立分析问题和动手实践的能力，提升了建模仿真水平。因此，本文在介绍Anylogic平台特点和优点基础上，根据多年基于AnyLogic软件的教学实践，解析教学过程、总结教学过程中有价值的经验，希望为本课程教学改革提供借鉴。

二、AnyLogic软件建模仿真特点

Anylogic软件是第一款具基于智能体仿真环境的软件，由anylogic公司设计开发于2000年首次对外发布，随着不断更新，软件逐渐具有了行人库、交通库、行动图、集成GIS地图，内置数据库、物料处理库等功能，到目前为止已经更新到了8.4版本。作为一款功能强大的系统仿真工具，其首次将UML语言引入模型仿真领域，可以快速构建仿真模型和设置外围场景[7]。因其强大的建模仿真功能，在企业、社会、政府、军事、经济和教育等诸多领域逐渐得到了广泛应用[8][9]。该软件在建模仿真辅助教学中有如下几个特点：

第一、Anylogic建模仿真具有灵活性，可以与现有主要软件兼容。Anylogic软件支持离散、连续和多主体系统建模，可以通过不同建模方法来解决实际问题，如埃菲尔铁塔人群拥挤问题，法兰克福机场旅客流、莫斯科环线铁路传输枢纽客流仿真，勒阿弗尔港内部铁路物流模拟、冶炼厂电炉熔煉车间仿真，阿根廷电信市场收费模型模型、甚至“蜂群”作战实验分析演示等。同时，留有数据通信接口，方便和C++、Vinsim、Matlab、autoCAD、GIS软件建立的模型兼容。因此，其可以支持管理系统模拟课程内容涉及到的所有建模仿真方法，解决了学生面临不同语言建立模型之间互不兼容的矛盾，减少了学生学习本课程的难度。

第二、Anylogic建模过程简洁，减少了建模编程工作量。Anylogic完全基于Java语言开发，构建Anylogic模型的主要模块是Java类的活动对象，可以继承、重载。因此，Anylogic模型可以进行等级化分解和结构分解，从而很方便定义与设计活动对象类以及它们之间的关系。具有初步Java基础的学生，不用学习新语言，降低课程学习难度。同时，Anylogic有丰富插件库，方便学生针对不同问题进行模型创建分析，例如关于离散事件的流程建模库、行人库、轨道交通库等。这不仅简化了编程，减少学生负担，更容易以问题导向指导学生管理模拟的课程实践。

第三、Anylogic可视化功能强，模型展示丰富。Anylogic具有创建真实动态模型的可视化工具，支持面向对象的模式设计范式，简洁丰富不需要编程就可以实现的动画功能，同时支持三维展示，为模型提供了丰富的开发环境。Anylogic具有强大的实验框架，可以进行仿真实验、优化实验、比较运行实验、蒙特卡洛实验、敏感性分析实验等，学生可以通过这些实验对模型进行优化，同时也可以获取准确的结果。Anylogic自带的条形图、折线图等统计图表以及各种控件都不需要大量编程只需要拖拽就可以使用。这些功能都减少了学生的工作量，同时增强了仿真模型的展现形式。

第四、Anylogic具有丰富的示例模型库，为教学提供了案例分析和建模仿真提供了参考。Anylogic软件本身自带100多个示例模型，从内容上看，包括了供应链、物流、医疗、制造业、交通、资产管理、社会和生态动力学多个方面;从建模方法上看，有离散事件建模、系统动力学建模、多Agent建模，系统动力学与多Agent混合建模等模型。在授课时，通过解析示例模型，让学生更好地理解课程内容。例如，以二级急救中心模型和MEGA购物中心模型为案例，结合建模过程，详细剖析模型的构架、流程和数据处理的理论与方法，让学生深入理解离散事件建模的内在逻辑。

三、教学实践与效果

（一）课程教学体系设计

作者授课对象是信息管理与信息系统专业的大学三年级学生，学生经过两年的基础课和专业课学习，已经初步掌握的本门课程所需要的理论知识和计算机技术，包括高等数学、运筹学、概率统计、经济学、管理学、数据结构、Java等。《管理系统模拟》课程教学体系设置遵循以应用为目标、实践为主线、能力为中心的理念，将课程教学、上机实践和课程考核融为一个有机整体。为了达到这一个目的，我们设计了《管理系统模拟》教学框架（如图1所示），将Anylogic软件平台功能和教学内容紧密结合，突出模拟仿真实践环节。

从课程教学框架的设计来看，整个教学体系分为四层：第一层为基础理论课程，是本课程教学的基础支撑;第二层为课堂教学，是课程的模型和方法支撑;第三层为上机实践，是课程的技术支撑;第四层为课程考核，是课程教学的目标支撑。这四层不是彼此隔离的，在整个教学、实践和考核环节相互联系，形成了课程教学的有机整体。

课程教学分为课堂理论教学和上机实验两个环节。这门课程共计48学时，鉴于课程的实践性较强的特点，将其分为课堂理论讲解24学时，实验室上机24学时，而且上机实践和课堂教学同时进行。理论教学内容包括：管理系统模拟简介、基本的数学和统计识回顾，管理系统模拟的本质和流程，离散系统模拟原理、系统动力学模拟、多智能体模拟和元胞自动机系统模拟等。上机实践分为两部分，一是Anylogic软件学习，主要包括行人库、交通库、状态图、参数设置。二是建模仿真过程学习，学习流程为问题选择、模型设计与构建、模型实现、仿真结果分析。

课程考核为小组合作仿真建模，以问题驱动为导向，考核環节分步骤进行，紧密围绕教学和实践环节。（1）课题分组。按照班级实际情况，一般分为十个小组，同时将计算机编程能力强的学生分散到各个小组，实现小组内部建模分析的合理分工;（2）课程报告选题。以理论教学为理论依据，为仿真模型设计提供背景。在此阶段，由于学生刚接触课程，选题较为盲目，引导学生从Anylogic平台示例库的典型案例出发，寻找与之大致相符经济管理问题，指导学生查阅相关文献;（3）开题报告。对项目组选题进行可行性分析，每一小组在课堂上向全班汇报仿真模型设计的意义、内容和实施步骤，并由此论证选题可行性。开题方式不仅有利于各组完善模型，同时也有利于拓展学生研究的视野;（4）课题答辩与课程报告撰写。上机实践环节完成后，进入课题答辩环节，答辩以组为单位汇报研究成果;通过答辩后，小组提交一份完整的课程报告，同时每一学生提交工作总结报告。

（二）教学实践改进

依据作者多年的教学经验和体会认为，《管理系统模拟》教学方式和方法是一个改进和认识提高的过程。将这一个过程可以归结为如下三个阶段。

第一阶段以课程理论教学为主，课堂软件展示为辅。采取以授课为主，让学生理解每章知识的意义与原理;课堂上演示Arena、Vinsim、Repast、Swarm和Anylogic软件解决离散系统、连续系统和多智能体模型建模过程，让学生简单了解仿真建模过程。课程考核以笔试为主，课堂表现为辅的方式。但是，这种教学方式割裂了课程各章之间内容的连续性。虽然学生在课上理解了课程内容，但是缺少上机实践环节配合，学生难以从理论上理解模型内涵。

第二阶段以Anylogic软件学习为主，课堂理论教学为辅。鉴于第一阶段教学存在的问题，笔者改变了教学学时的分配，选择了24学时课堂授课，24学时上机实践。在授课时依旧采取之前的方式，让学生逐步理解课程内容。教学重心转移到上机实践，过多强调Anlogic软件的学习与应用，试图通过学生建模仿真的充分实践，加深对课程内容理论、模型和方法的理解。但是出现了理论与实践脱节的问题，具体表现为：第一，学生经过实地调研，建立了面向问题的仿真模型，但是缺乏理论支撑，缺乏理论层面的深入探究，出现了为了做模型而做模型的问题;第二，大多数小组做的模型都是利用Anylogic自带的插件库如行人库、轨道交通库来建模，但是对课程内容涉及到的理论与模型理解不透彻，导致对Anylogic软件提供的模型设计与构建的流程了解不清晰。

第三阶段是课程理论教学和上机实践并重。通过前两个阶段的教学效果对比与总结，对课堂授课和上机实践进行了针对性改进。在授课时，结合Anylogic软件提供的模型与案例有针对性的讲解每一章内容知识点。在上机实践中，更强调对学生建模仿真的全过程跟踪与指导。课程教学方式改进后，学生不仅深刻理解了课程理论与方法，而且熟练掌握Anylogic建模流程、程序设计与实现的能力。

四、结语

本文针对《管理系统模拟》教学中理论涉及面宽、方法多样无法与课程有效结合的问题，在多年教学实践与改进的过程中，提出了基于Anylogic平台的课程教学模式。这一教学方式的改进，不仅降低了教学的难度，更调动了学生学习《管理系统模拟》课程的积极性，提高学生综合运用知识解决问题的能力。本文归纳如下几点实践经验，为这门课程的教学改革提供借鉴。第一、Anylogic软件可以为系统管理模拟教学提供有效支撑。第二、理论讲解与上机实践有机结合，丰富教学内容，调动学生积极性，提高了教学效果。第三、采用课程答辩与课程报告相结合的考核方式，确保教学目标实现。第四、鼓励学生实地调研，贴近社会，增长见识;阅读文献，丰富理论基础。第五、创建师生交流平台，通过不断的交流与经验更新教学方法。

参考文献：

[1] 王小林，赵敏.基于问题驱动的《管理系统模拟》教学模式研究[J].长江大学学报（自科版），2015，12（31）：71-74，7.

[2] 廖瑛，陆斌，邓方林，梁加红.仿真语言及仿真软件的现在与展望[J].计算机工程与科学，1999，（1）：10-15.

[3] 张征.基于GPSS语言的《管理系统模拟》课程教学初探[J].江苏大学学报（高教研究版），2006，（2）：86-88.

[4] 姜林奇.管理系统模拟与GPSS语言[M].北京：清华大学出版社，2000.

[5] 蔡建峰.管理系统模拟[M].机械工业出版社，2007.

[6] 肖人彬.管理系统模拟[M].电子工业出版社，2009.

[7] Borshchev A.Multi-method modelling： AnyLogic： Discrete-Event Simulation and System Dynamics for Management Decision Making[M].John Wiley & Sons Ltd，2014.

[8] 程贲，李兴兵，鲁延京，et al.基于Agent的居民就医选择建模与仿真[J].系统工程，2009，（9）：96-101.

[9] 桂寿平，吴冬玲.基于Anylogic的五阶供应链仿真建模与分析[J].改革与战略，2009，25（1）.