[论文解读] Using simulation to incorporate dynamic criteria into multiple criteria decision-making

Uwe Aickelin, Jenna Reps+2 more|arXiv (Cornell University)|Nov 16, 2020

Construction Project Management and Performance参考文献 17被引用 6

一句话总结

本文提出了一种基于仿真的多准则决策分析（MCDA）框架，将动态且不确定的准则（如客户满意度、排队行为和情绪）整合到长期基础设施项目的决策中。通过使用离散事件仿真生成非静态准则的绩效评分，该方法相较于传统的成本效益分析或静态MCDA，能够产生更稳健、更优的长期决策。动态方法将选项2（新建称重站）列为最优方案，而静态方法则偏好选项1。

ABSTRACT

In this paper, we present a case study demonstrating how dynamic and uncertain criteria can be incorporated into a multicriteria analysis with the help of discrete event simulation. The simulation guided multicriteria analysis can include both monetary and non-monetary criteria that are static or dynamic, whereas standard multi criteria analysis only deals with static criteria and cost benefit analysis only deals with static monetary criteria. The dynamic and uncertain criteria are incorporated by using simulation to explore how the decision options perform. The results of the simulation are then fed into the multicriteria analysis. By enabling the incorporation of dynamic and uncertain criteria, the dynamic multiple criteria analysis was able to take a unique perspective of the problem. The highest ranked option returned by the dynamic multicriteria analysis differed from the other decision aid techniques.

研究动机与目标

• 解决传统决策方法在多准则决策中无法处理动态和不确定准则的局限性。
• 展示离散事件仿真如何为非静态、非货币化准则（如客户满意度和排队行为）生成绩效指标。
• 在真实港口扩建案例研究中，比较成本效益分析（CBA）、静态MCDA和动态MCDA的决策结果。
• 评估在MCDA中引入仿真是否能带来与静态方法不同的、更具可持续性的决策。
• 为长期基础设施决策提供一种方法论框架，其中不确定性与动态人类行为至关重要。

提出的方法

• 使用离散事件仿真（DES）对多佛港的三种扩建情景中的交通流、客户排队、情绪和出行行为进行建模。
• 将仿真输出结果（如平均排队时间、被动排队频率和客户满意度）用作MCDA中的动态准则评分。
• 采用加权聚合模型，在归一化尺度上结合静态货币准则（如成本、利润）和非货币准则（如就业机会、道路安全）。
• 通过加权求和计算每个选项的总分，权重由利益相关者输入确定。
• 通过使用均匀分布（βi ∼ U(0.9, 1.1)）扰动权重，对结果进行敏感性分析，以检验排名的稳健性。
• 动态MCDA框架将仿真输出整合到MCDA中，实现对动态人类行为和运营行为的长期评估。

实验结果

研究问题

• RQ1 通过仿真整合动态和不确定准则，如何影响多准则决策分析中决策方案的排序？
• RQ2 在长期基础设施规划中，动态MCDA框架是否会产生与静态MCDA或成本效益分析不同的最优决策？
• RQ3 客户满意度和排队行为等动态准则在多大程度上影响最终决策结果？
• RQ4 在动态MCDA框架中，不同利益相关者权重配置下，最优决策的稳健性如何？
• RQ5 基于仿真的MCDA是否能比传统静态方法更好地捕捉长期影响？

主要发现

• 在敏感性分析中，动态MCDA将选项2（新建称重站）列为最优方案的比例达到56.6%，显著优于静态方法。
• 若不使用仿真，静态MCDA和CBA均将选项1列为最优，得分为93、64和64，表明因动态准则的存在而产生显著分歧。
• 在动态MCDA中，选项2的总加权分最高（75），高于选项1的65和选项3的54.64。
• 客户满意度、排队频率和被动排队是关键的动态准则，当通过仿真建模时，显著改变了最优决策。
• 动态MCDA框架在权重扰动下表现稳定，除非成本权重超过0.335，或本地就业机会被优先于客户满意度考虑，否则选项2始终保持最优。
• 本研究证明，将仿真整合到MCDA中，能够通过捕捉长期行为与运营动态，避免短视决策。