Города, инфраструктура и эксплуатация

Транспортный поток

Автомобили как отдельные водители, как клетки на дороге, движущиеся по правилам, или как жидкость, текущая по сети.

Вопрос, на который отвечает: Почему пробки возникают без видимой причины и поможет ли этот перекрёсток?

Не учитывает: Особенности отдельных водителей усредняются, а влияние одного неадекватного водителя теряется.

Работает на: около 10¹³ FLOPS приблизительно настольный компьютер или небольшой кластер городского управления дорожным движениемС: 1955 Гидродинамическая теория транспортного потока Лайтхилла и Уизема

Запустить интерактивную модель

Транспорт и землепользование

Где люди живут, работают и делают покупки и как перемещаются между этими местами, на протяжении лет и десятилетий.

Вопрос, на который отвечает: Если мы построим эту железнодорожную линию, как изменится город вокруг неё?

Не учитывает: Общественные изменения на десятилетия трудно предсказать только по историческим закономерностям.

Работает на: около 10¹⁴ FLOPS приблизительно серверный кластер городского планового агентстваС: 1964 Модель землепользования и транспорта в мегаполисе Айры Лоури

Рост городов

Города расползаются по земле клетка за клеткой.

Вопрос, на который отвечает: Куда будет расти этот город в ближайшие тридцать лет?

Не учитывает: Клетки растут по фиксированным правилам; настоящую политику и землевладение закодировать труднее.

Работает на: около 10¹³ FLOPS приблизительно настольный компьютер планового отдела, минуты на сценарийС: 1979 Клеточные модели географических изменений Уолдо Тоблера

Эвакуация и экстренное реагирование

Люди выходят из зданий, стадионов или регионов, а спасатели идут в обратную сторону.

Вопрос, на который отвечает: Сколько времени уйдёт, чтобы освободить здание, и где люди застревают?

Не учитывает: Паника и давка в толпе упрощены; настоящие эвакуации сложнее.

Работает на: около 10¹³ FLOPS приблизительно настольный компьютер или небольшой кластер, минуты на сценарийС: 1995 Модель социальной силы пешеходных толп Дирка Хелбинга

Симуляция сетей общественного транспорта

Автобусы и поезда ходят по расписанию, а пассажиры выбирают маршруты и пересаживаются между ними.

Вопрос, на который отвечает: Если мы изменим это расписание или маршрут, сколько времени сэкономят пассажиры?

Не учитывает: Предполагает, что пассажиры знают лучший маршрут и идут по нему, тогда как многие выбирают самый привычный.

Работает на: около 10¹³ FLOPS приблизительно сервер транспортного агентства, минуты на сценарийС: 1970 к 1970 году: первые компьютерные модели расписаний автобусов и поездов

Симуляция вызова такси и диспетчеризации

Парк машин подбирается под заявки пассажиров по мере их поступления, а водители между поездками перемещаются.

Вопрос, на который отвечает: Сколько нужно машин и как долго будут ждать пассажиры?

Не учитывает: Предполагает, что водители следуют подсказкам диспетчерской системы, а настоящие водители делают это не всегда.

Работает на: около 10¹³ FLOPS приблизительно облачный сервер компании, минуты на сценарий городаС: 2000 к 2000 году: первые симуляционные исследования динамической диспетчеризации машин

Симуляция посадки в самолёт

Пассажиры идут и убирают сумки в узком проходе. Симулируют разные порядки посадки, чтобы найти самый быстрый способ заполнить самолёт.

Вопрос, на который отвечает: Какой порядок посадки быстрее всего заполняет самолёт?

Не учитывает: Настоящие пассажиры игнорируют указания и ездят группами, что ломает идеализированные схемы.

Работает на: около 10⁶ FLOPS приблизительно тысячи прогонов абордажа, каждый по секундам.С: 2002 Основанное на симуляции исследование сокращения времени посадки пассажиров в самолёты, ван Ландегем и Бёзелинк. источник

Симуляция наземной работы аэропорта

Самолёты рулят, ждут в очереди на взлёт и стоят у выходов; учитываются правила диспетчеров и погода, чтобы измерить, сколько движения способен выдержать аэропорт.

Вопрос, на который отвечает: Сколько рейсов в час может принять этот аэропорт, прежде чем задержки резко вырастут?

Не учитывает: Решения диспетчеров и пилотов сведены к правилам, а задержки в других аэропортах распространяются так, как модель не учитывает.

Работает на: около 10⁸ FLOPS приблизительно от минут до часов на рабочей станции.С: 1981 A flexible simulation model of airport airside operations, Transportation Research Part A. источник

Симуляция движения лифтов

Пассажиры приходят на случайные этажи с утренними, дневными и вечерними пиками, а кабины останавливаются и отправляются по правилу управления. Так определяют число лифтов для здания.

Вопрос, на который отвечает: Сколько лифтов и какое правило диспетчеризации сохранят короткое ожидание в утренний час пик?

Не учитывает: Прибытие пассажиров следует измеренным или предполагаемым образцам, и изменение того, как жильцы пользуются зданием, их нарушает.

Работает на: около 10⁶ FLOPS приблизительно от секунд до минут на ноутбуке.С: 1993 Симуляция движения лифтов Siikonen в журнале Simulation. источник

Парки совместно используемых беспилотных автомобилей

Парк беспилотных такси обслуживает заказы в городе; прослеживается каждая поездка, ожидание, пустой пробег и стоянка, чтобы измерить нужное число машин, затраты и пробки.

Вопрос, на который отвечает: Сколько совместно используемых беспилотных автомобилей могли бы заменить частные в городе и что это сделало бы с трафиком?

Не учитывает: Согласились бы люди делить поездки и чем занялись бы в сэкономленное время — это предполагается, а не известно.

Работает на: около 10¹¹ FLOPS приблизительно от часов до суток на рабочей станции или кластере для столичного региона.С: 2014 Агентные сценарии Фагнанта и Кокельмана о последствиях совместных беспилотных машин для поездок и окружающей среды. источник

Ускоренная симуляция воздушного пространства

Полёты проходят через секторы и путевые точки в смоделированном небе намного быстрее реального времени, чтобы проверить маршруты, устройство секторов и правила для диспетчеров.

Вопрос, на который отвечает: Сколько дополнительного движения может безопасно принять новая схема сектора или маршрутов?

Не учитывает: Нагрузка и суждения диспетчеров представлены простыми правилами, поэтому настоящий предел загруженного сектора может быть ниже.

Работает на: около 10⁹ FLOPS приблизительно от минут до часов на рабочей станции на день трафика.С: 1964 Теория очередей Price в ускоренной симуляции управления воздушным движением, в Navigation. источник

Цепочки поставок

Товары движутся от поставщиков через заводы, склады и магазины, а задержки и нехватка отдаются эхом вверх по цепочке.

Вопрос, на который отвечает: Почему небольшое изменение спроса вызывает большое колебание производства на фабрике?

Не учитывает: Предполагает рациональный пересмотр заказов; паническая скупка и накопление ломают модель.

Работает на: около 10¹³ FLOPS приблизительно сервер компании, минуты на сценарийС: 1958 Модели промышленной динамики Джея Форрестера о колебаниях в цепочках поставок

Производственные линии

Станки, рабочие, буферы и поломки на производственной линии.

Вопрос, на который отвечает: Где узкое место и стоит ли покупать новую машину?

Не учитывает: Редкие поломки и человеческие факторы приближены по средним значениям.

Работает на: около 10¹² FLOPS приблизительно настольный компьютер заводского планирования, минуты на запускС: 1961 Ранний язык дискретно-событийной симуляции Джеффри Гордона

Очереди и системы обслуживания

Клиенты или пассажиры приходят, ждут и получают обслуживание: аэропорты, колл-центры, порты.

Вопрос, на который отвечает: Сколько окошек нужно, чтобы ожидание не превышало десяти минут?

Не учитывает: Предполагает, что люди выстраиваются в очередь и ведут себя предсказуемо; настоящие обгоны очереди и уходы из неё различаются.

Работает на: около 10¹² FLOPS приблизительно настольный компьютер, минуты на сценарийС: 1961 к 1961 году: общие инструменты дискретно-событийной симуляции начинают моделировать очереди

Потоки пациентов в больнице

Пациенты проходят через отделения неотложной помощи, палаты, операционные и выписку.

Вопрос, на который отвечает: Где пациенты ждут и что освободило бы койки?

Не учитывает: Редкие всплески, например происшествия с массовыми жертвами, лежат за пределами его обычных закономерностей.

Работает на: около 10¹² FLOPS приблизительно настольный компьютер больницы, минуты на сценарийС: 1965 к 1965 году: первые дискретно-событийные симуляции больничных клиник

Моделирование складов и распределительных центров

Роботы, конвейеры, комплектовщики и стеллажи перемещают товары через склад.

Вопрос, на который отвечает: Успеет ли этот склад подбирать и отправлять заказы достаточно быстро в пик спроса?

Не учитывает: Предполагает, что оборудование работает как задано; настоящие заторы и поломки труднее предсказать до конца.

Работает на: около 10¹³ FLOPS приблизительно сервер логистической компании, минуты на сценарийС: 1988 к 1988 году: первые дискретно-событийные симуляции автоматизированных складов

Маршрутизация доставки на последней миле

Курьеры и машины доставки движутся по городским улицам, чтобы развезти много посылок за наименьшее время.

Вопрос, на который отвечает: Каков лучший порядок и маршрут, чтобы сегодня всё доставить?

Не учитывает: Настоящий трафик, погода и сорванные поставки меняют план сильнее, чем предполагает модель.

Работает на: около 10¹³ FLOPS приблизительно сервер службы доставки, минуты на маршруты одного дняС: 1964 первые компьютерные решения задачи маршрутизации машин

Симуляция риска графика проекта

Длительности задач случайно разыгрывают по всей сети проекта и получают разброс дат завершения вместо одной оценки по критическому пути.

Вопрос, на который отвечает: Насколько вероятно, что проект будет закончен к сроку?

Не учитывает: Длительность задач принимается независимой, хотя настоящие задержки коррелируют.

Работает на: около 10⁶ FLOPS приблизительно десятки тысяч розыгрышей расписания, дёшево.С: 1963 Методы Монте-Карло и задача PERT, Ван Слайк. источник

Координация парка складских роботов

Сотни мобильных роботов возят стеллажи к комплектовщикам. Их маршруты, пробки и зарядка симулируются, чтобы определить размер парка до его постройки.

Вопрос, на который отвечает: Сколько роботов и какие правила маршрутизации нужны складу, чтобы отправлять заказы в пик?

Не учитывает: Настоящие роботы ломаются, люди работают неравномерно, а заказы приходят всплесками, которые трудно предсказать.

Работает на: около 10¹⁰ FLOPS приблизительно часов на рабочей станции для одной планировки и одного дня заказов.С: 2008 Рассказ Д'Андреа о координации сотен автономных машин на распределительных складах. источник

Цифровые двойники цепочек поставок

Живая модель поставщиков, заводов, запасов и перевозок компании, синхронная с её данными; на ней проверяют, что сделает сбой.

Вопрос, на который отвечает: Если завтра откажет порт или поставщик, через сколько опустеют полки и как исправить это дешевле всего?

Не учитывает: Данных от поставщиков за пределами первого звена обычно нет, поэтому скрытые зависимости остаются скрытыми.

Работает на: около 10¹¹ FLOPS приблизительно от часов до суток на облачном кластере для множества сценариев сбоев.С: 2020 Цифровой двойник цепочки поставок Ivanov и Dolgui для управления рисками сбоев и устойчивостью. источник

Симуляция контейнерного терминала

Корабли, краны, грузовики и штабели на площадке порта со случайными прибытиями и временем обслуживания, чтобы найти, где скапливаются контейнеры в очереди и сколько кранов нужно.

Вопрос, на который отвечает: Где на этом терминале возникает затор и насколько поможет ещё один кран или шлюз?

Не учитывает: Время прихода кораблей сдвигается из-за погоды и вышестоящих портов так, что это трудно моделировать, а решения по штабелированию на площадке упрощены.

Работает на: около 10⁸ FLOPS приблизительно от минут до часов на рабочей станции.С: 1975 Компьютерная симуляция контейнерного терминала морского порта Боровица и Эйн-Дора. источник

Симуляция строительного процесса

Бригады и машины, например самосвалы, экскаваторы и краны, работают на объекте повторяющимися циклами со случайной длительностью, чтобы найти узкие места и затраты.

Вопрос, на который отвечает: Сколько самосвалов на экскаватор быстрее всего завершат земляные работы?

Не учитывает: Погоду, поломки и человеческие различия трудно учесть, поэтому расписание обычно слишком оптимистично.

Работает на: около 10⁶ FLOPS приблизительно от секунд до минут на ноутбуке.С: 1977 Метод CYCLONE Halpin для моделирования процессов на строительной площадке. источник

Электросети

Генерация, линии и спрос уравновешиваются секунда за секундой, включая то, как сбои идут каскадом.

Вопрос, на который отвечает: Сможет ли сеть принять больше ветра и солнца, и может ли один сбой оставить без света регион?

Не учитывает: Редкие каскадные отказы по многим связанным сетям трудно полностью предвидеть.

Работает на: около 10¹⁴ FLOPS приблизительно сервер диспетчерского центра оператора энергосети, секунды на сценарийС: 1956 к 1956 году: первые цифровые программы расчёта потокораспределения заменяют физические анализаторы сетей

Водопроводные сети и дренаж

Вода течёт по трубам, насосам, канализации и стокам.

Вопрос, на который отвечает: Справятся ли стоки с более сильным ливнем?

Не учитывает: Старение труб и утечки трудно знать точно, поэтому результаты зависят от предполагаемого состояния.

Работает на: около 10¹² FLOPS приблизительно настольный компьютер водоканала, минуты на сценарийС: 1968 к 1968 году: первые цифровые гидравлические модели водопроводных сетей

Энергия и дневной свет в зданиях

Тепло, воздух и свет в здании на протяжении целого года погоды.

Вопрос, на который отвечает: Сколько энергии будет расходовать эта конструкция и комфортно ли внутри?

Не учитывает: Настоящее поведение жильцов редко совпадает с предполагаемыми расписаниями.

Работает на: около 10¹³ FLOPS приблизительно настольный компьютер проектного бюро, от минут до часов на зданиеС: 1977 первые американские программы расчёта энергопотребления зданий после нефтяного кризиса 1973 года

Взаимозависимость инфраструктур

Электричество, вода, связь и транспорт связаны, поэтому отказ в одном распространяется на остальные.

Вопрос, на который отвечает: Что откажет следующим при отключении питания?

Не учитывает: Нужны подробные данные о каждой связанной системе, а полностью они редко доступны одновременно.

Работает на: около 10¹⁴ FLOPS приблизительно исследовательский кластер, минуты на сценарийС: 2001 Рамочная схема взаимозависимых инфраструктур Rinaldi, Peerenboom и Kelly

Моделирование сбора и переработки отходов

Мусор и вторсырьё собирают грузовики по маршрутам, затем их сортируют и перерабатывают на заводах.

Вопрос, на который отвечает: Сможем ли мы вовремя собрать все отходы, и где построить следующий перерабатывающий завод?

Не учитывает: Предполагает, что домохозяйства правильно сортируют отходы, чего они не всегда делают.

Работает на: около 10¹² FLOPS приблизительно настольный компьютер городского совета, минуты на сценарийС: 1974 к 1974 году: первые компьютерные модели маршрутов вывоза городских отходов

Сети централизованного отопления и охлаждения

Горячая или охлаждённая вода, которую подают по трубам с центральной станции, чтобы одновременно отапливать и охлаждать много зданий.

Вопрос, на который отвечает: Сможет ли сеть дать достаточно тепла в самый холодный день года?

Не учитывает: Предполагает, что трубы и насосы работают как задумано; настоящие сети за десятилетия протекают и заиливаются.

Работает на: около 10¹² FLOPS приблизительно настольный компьютер инженера коммунальной службы, минуты на сценарийС: 1979 к 1979 году: первые гидравлические и тепловые модели сетей централизованного отопления

Электромагнитные переходные процессы в энергосистемах

Быстрые скачки напряжения и тока в сети от молнии, переключений и коротких замыканий прослеживаются микросекунда за микросекундой, чтобы защитить оборудование.

Вопрос, на который отвечает: Что происходит с энергосетью в первые миллисекунды после аварии или удара молнии?

Не учитывает: Линии и оборудование моделируются частотно-зависимыми приближениями, а данные о компонентах часто неполны.

Работает на: около 10¹⁰ FLOPS приблизительно пошаговые расчёты сети на шагах короче микросекунды.С: 1969 Решение электромагнитных переходных процессов в одно- и многофазных сетях на цифровом компьютере Доммеля. источник

Модели планирования мощности энергосистемы

Выбор электростанций, топлива и сетей на десятилетия находят, минимизируя стоимость при ограничениях на спрос и выбросы.

Вопрос, на который отвечает: Какое сочетание энергетических технологий покрывает спрос дешевле всего при ограничении на углерод?

Не учитывает: Идеальная дальновидность и фиксированный спрос дают аккуратные, но нереалистичные переходы.

Работает на: около 10¹⁰ FLOPS приблизительно большие задачи линейного программирования на десятилетия и регионы.С: 1981 Модель линейного программирования Фишбоуна и Абилока для анализа энергетических систем. источник

Агентные рынки электроэнергии

Электрогенераторы как адаптивные агенты делают ставки на аукционе, чтобы найти, как правила ценообразования, стратегии и рыночная власть формируют цены.

Вопрос, на который отвечает: Учатся ли генераторы поднимать цены на аукционе электроэнергии?

Не учитывает: Правила обучения агентов предполагаются, а живые трейдеры не так просты.

Работает на: около 10⁹ FLOPS приблизительно много прогонов обучения агентов.С: 2001 Экспериментальный анализ Бауэра и Банна: аукционы с единой ценой против дискриминационных на рынке электроэнергии Англии и Уэльса. источник

Модели каскадных отключений

Линии электропередачи отключаются одна за другой, когда нагрузка переходит на остальные. Симуляция показывает, как небольшие неисправности вырастают в региональные отключения.

Вопрос, на который отвечает: Как небольшой сбой в сети вырастает в блэкаут?

Не учитывает: Реакция операторов и настройки защиты упрощены, а редкие каскады требуют огромной выборки.

Работает на: около 10⁹ FLOPS приблизительно много каскадов Монте-Карло на модели сети.С: 2002 Критические точки и переходы в модели передачи электроэнергии для каскадных отключений Каррераса с коллегами. источник

Совместное моделирование умной энергосети

Электросеть, дома, аккумуляторы, солнечные панели и их контроллеры моделируют по отдельности и запускают вместе, чтобы проверить, как ведёт себя вся система при разных стратегиях.

Вопрос, на который отвечает: Как схема управления тысячами домашних батарей влияет на местную сеть?

Не учитывает: Поведение домохозяйств представлено синтетическими профилями нагрузки. Они упускают редкие способы потребления, которые нагружают сеть.

Работает на: около 10¹⁰ FLOPS приблизительно часов на рабочей станции для одного дня района.С: 2011 Каркас mosaik Schütte и коллег для модульной симуляции активных компонентов умных сетей. источник

Переходные процессы в сети газопроводов

Волны давления и потока в сети труб, компрессоров и клапанов при изменении спроса. Операторы могут планировать поставки и поддерживать движение газа без утечек и нехватки.

Вопрос, на который отвечает: Как изменится давление в газовой сети, если крупный потребитель отключится или поменяется состав газа?

Не учитывает: Спрос неопределён, а трубы считаются одномерными, поэтому местные эффекты в стыках упрощены.

Работает на: около 10⁹ FLOPS приблизительно от минут до часов на рабочей станции.С: 1970 Программа Pipetran Дистефано для симуляции динамики сетей газопроводов. источник

Планирование мобильных сетей

Радиосигналы от вышек мобильной связи расходятся по городу или региону и сопоставляются с тем, сколько звонков и соединений должна выдержать каждая вышка.

Вопрос, на который отвечает: Где поставить следующую вышку и будет ли там сигнал у звонящих?

Не учитывает: Настоящие здания и погода рассеивают радиосигналы непредсказуемее, чем предполагает модель местности.

Работает на: около 10¹³ FLOPS приблизительно сервер планирования оператора связи, минуты на районС: 1978 к 1978 году: первые инструменты планирования покрытия и ёмкости сотовых сетей

Устойчивость магистралей и кабелей интернета

Маршруты данных по магистральным каналам интернета и подводным кабелям проверяют на обрывы и сбои.

Вопрос, на который отвечает: Если откажет этот кабель или точка обмена трафиком, чьи соединения пропадут?

Не учитывает: Настоящие решения о маршрутизации во время сбоя зависят от деловых сделок, которых модель не видит.

Работает на: около 10¹² FLOPS приблизительно сервер исследовательской группы или оператора связи, минуты на сценарийС: 1995 к 1995 году: первые исследования сбоев и устойчивости интернет-маршрутизации

Симуляция объекта дата-центра

Серверы, системы охлаждения и линии питания внутри центра обработки данных соотносятся с вычислительными задачами, которые они выполняют.

Вопрос, на который отвечает: Останется ли этот центр обработки данных прохладным и обеспеченным питанием, когда мы добавим серверов?

Не учитывает: Настоящее оборудование стареет и ломается так, что средние модели это сглаживают.

Работает на: около 10¹³ FLOPS приблизительно собственный сервер оператора, минуты на сценарийС: 1999 к 1999 году: первые модели вычислительной гидродинамики для охлаждения дата-центров

Симуляция спутниковых широкополосных созвездий

Сотни или тысячи спутников движутся по орбите и передают сигналы друг другу и пользователям на земле.

Вопрос, на который отвечает: Сможет ли эта группировка дать каждому на земле быстрое и устойчивое соединение?

Не учитывает: Настоящая погода, рельеф и помехи урезают покрытие, которое предсказывает одна лишь геометрия.

Работает на: около 10¹³ FLOPS приблизительно плановый кластер оператора, часы на сценарийС: 1997 к 1997 году: первые симуляции орбит и покрытия для сетей спутниковой связи

Телекоммуникационная инженерия трафика

Звонки и сетевые соединения поступают случайно, а их объём соотносится с имеющимися линиями и оборудованием.

Вопрос, на который отвечает: Сколько цепей или каналов нужно, чтобы абоненты не начали слышать сигнал «занято»?

Не учитывает: Предполагает, что прибытия случайны и независимы, а это нарушается во время большого общего события.

Работает на: около 10¹¹ FLOPS приблизительно настольный компьютер оператора связи, секунды на сценарийС: 1917 Теория телефонного трафика Агнера Краруппа Эрланга для телефонных станций

Моделирование сети датчиков умного города

Тысячи небольших датчиков по городу передают по беспроводной сети данные о движении, качестве воздуха, воде или освещении.

Вопрос, на который отвечает: Дойдёт ли достаточно показаний датчиков и как долго протянут батареи?

Не учитывает: Настоящие датчики дрейфуют, отказывают без предупреждения и пропадают из сети чаще, чем предполагает модель.

Работает на: около 10¹² FLOPS приблизительно сервер городского ИТ-отдела, минуты на сценарийС: 2010 к 2010 году: первые симуляционные исследования городских беспроводных сенсорных сетей

Модели распространения интернет-червей

Смоделированные хосты в сети заражаются самораспространяющимся кодом, с измеренными стратегиями сканирования и ограничениями полосы пропускания.

Вопрос, на который отвечает: Как быстро червь мог бы заразить уязвимую часть интернета?

Не учитывает: Предполагаются защита и скорость установки исправлений.

Работает на: около 10¹⁰ FLOPS приблизительно Дешёвые прогоны в духе эпидемийС: 2002 How to 0wn the Internet in your spare time (2002) источник

Моделирование автомобильных сетей

Автомобили обмениваются сообщениями, пока симулятор дорожного движения их двигает, чтобы проверять предупреждение о столкновениях и движение колоннами по радио.

Вопрос, на который отвечает: Будут ли машины надёжно обмениваться предупреждениями на ходу?

Не учитывает: Радиотень от других машин и зданий учитывается лишь приближённо.

Работает на: около 10¹⁰ FLOPS приблизительно связанные симуляторы трафика и пакетов.С: 2011 Связанная в обе стороны модель сети и дорожного движения Зоммера, Германа и Дресслера. источник