Inżynierskie spojrzenie na grę strategiczną - No

Inżynierskie spojrzenie na grę strategiczną
Na podstawie gry Widelands,
kontynuatora pomysłu gry The Settlers II ® BlueByte
Adres: https://wl.widelands.org/
Wykonał: Jakub Rak
1. Słowo wstępne
Istnieje wiele gier komputerowych, w których myślenie i podejmowanie decyzji ma wielką wagę.
Zdecydowana większość z nich należy do grupy gier strategicznych. Zdecydowana większość gier
opiera się w jakimś stopniu na rzeczywistości, umiejscawiając gracza w przeszłości (starożytność,
średniowiecze, etc.) lub w przyszłości ludzkości. Jednak niewiele z tych gier odzwierciedla we
właściwy sposób panujące warunki. Stopień skomplikowania otaczającego nas świata sprawia, że
programiści spędziliby wiele lat opracowując symulację tylko fragmentu rzeczywistości. W grach to
uproszczenie jest najbardziej widoczne we wszystkich procesach produkcyjnych. Większość z nich to
bezpośrednia produkcja surowców potrzebnych do wytworzenia armii (rys. 1) lub tworzenie waluty,
za którą „kupujemy” wojsko.
Produkt 1:
drewno
Produkt 2:
żywność
Proces 1:
Produkcja wojska
Produkt 4:
wojsko
Produkt 3:
złoto
Rys. 1. Przykładowy proces produkcyjny wojska w grze Age Of Empires II. Surowce podstawowe
można zdobyć bezpośrednio w grze, bez przetwarzania w żaden sposób wykorzystujemy je do
produkcji wojska- produktu finalnego.
W 1994 roku niemiecka firma Blue Byte wydała drugą z serii grę The Settlers. Gra była innowacyjna
jak na owe czasy i wprowadzała gracza w świat oparty na starożytności. Gra ta była wyjątkowa ze
względu na wprowadzenie skomplikowanych procesów produkcyjnych opartych na wielu produktach
(w liczbie 31) i wielu procesach (19). Gra zyskała wielu zwolenników, którzy na początku lat 2000.
postanowili powtórzyć sukces firmy tworząc grę typu open- source. Nowa gra o nazwie Widelands
rozwijana jest do dzisiaj. Opiera się na podobnych prawach przetwórstwa, ale jest ona dużo bardziej
rozwinięta. O ile w Settlers II produkty budowlane były tylko dwa (kamienie i deski), o tyle w
Widelands dla jednego z plemienia Imperium (są 3 różne nacje) występuje aż 7 różnych produktów:
belki, deski, kamienie, marmur, marmurowe kolumny, tkanina, złoto.
W niniejszej pracy pragnę przedstawić kilka ze schematów produkcyjnych (nacji Imperium), tak, jak
to było wykonane na ćwiczeniach oraz opisać strategię, która stoi w sprzeczności z panującymi w
rzeczywistości prawami i wskazać, dlaczego ta strategia ma przewagę nad innymi i w jakich
warunkach ona ma sens istnienia.
Warto zaznaczyć na początku, że każdy produkt może być zmagazynowany w magazynie, porcie lub
w kwaterze głównej. Dwa pierwsze budynki mogą być budowane w różnych miejscach i różnych
ilościach.
2. Schematy produkcyjne.
a) Żywność
Najbardziej popularnym produktem żywnościowym jest chleb. Produkowany jest on z wody oraz
mąki, a mąka jest wytwarzana z pszenicy:
Produkt 1:
Pszenica
(Farma)
Proces 1:
Mielenie, mąka
(Młyn)
Proces 2:
Pieczenie, chleb
(Piekarnia)
Produkt 4:
chleb
Produkt 2:
Woda
(Studnia)
Rys. 2. Schemat produkcji chleba. W nawiasach wyszczególniłem nazwy budynków uczestniczących
w produkcji.
Schemat wydaje się prosty, ale mechanizmy gry utrudniają dobór parametrów produkcyjnych.
Przykładowo farma produkuje jedną jednostkę pszenicy na około 2 minuty, a młyn przetwarza ją w
około 15 sekund. Chleb jest pieczony w około pół minuty. Gracz musi więc wybudować wiele farm,
niewiele młynów i średnią ilość piekarń, aby proces ten był efektywny w 100% na każdym z etapów.
Pozostałe jednostki żywności (ryby, mięso) można zdobyć ze „środowiska naturalnego”. Dodatkowo
mięso można wyprodukować:
Produkt 1:
Pszenica
(Farma)
Proces 1:
Tworzenie, mięso
(Chlew)
Produkt 3:
mięso
Produkt 2:
Woda
(Studnia)
Rys. 3. Schemat produkcji mięsa w chlewie. W porównaniu z grą Settlers II, schemat ten został
uproszczony, gdyż został pominięty jeden półprodukt: świnie, które były przetwarzane na mięso w
rzeźni.
b) Produkty pochodne żywności
Żywność jest surowcem aktywnym w wielu miejscach gry Widelands. Początkowo, w Settlers 2, była
ona używana bezpośrednio w kopalniach do produkcji węgla, rudy żelaza, rudy złota lub kamienia. W
Widelands żywność musi być przetworzona na rację żywnościową lub posiłek, aby była użyta w
kopalni:
Produkt 1:
Chleb
(Piekarnia)
Proces 1:
Przetwarzanie
(Karczma)
Produkt 3:
Posiłek
Produkt 2:
Mięso lub Ryba
(Chlew, dom rybaka)
Produkt 2:
Mięso lub Ryba
lub Chleb
Proces 1:
Przetwarzanie
(Tawerna lub Karczma)
Produkt 2:
Racja
żywnościowa
Rys. 4. Schematy produkcyjny procesów wytwarzania posiłków i racji żywnościowych. Racje
używane są w podstawowych kopalniach, posiłki w rozbudowanych.
c) Udział żywności w szkoleniu żołnierzy
Oprócz części gospodarki związanej z wydobyciem surowców naturalnych z gór, żywność jest
używana w dużych ilościach do trenowania żołnierzy. Ten aspekt jest chyba najważniejszym użyciem
żywności:
Produkt 1:
Chleb
(Piekarnia)
Produkt 2:
Mięso
(Chlew)
Produkt 3:
Ryby
(Dom rybaka)
Proces 1-3:
Trenowanie
(Arena, Koloseum, Obóz treningowy)
Produkt 5:
Wyszkoleni
żołnierz
Produkt 4:
Niewytrenowany
żołnierz
Rys. 5. Schemat treningu żołnierzy. Na schemacie nie ujęto broni oraz zbroi potrzebnych w obozie
treningowym do poprawiania statystyk żołnierzy. W arenie oraz koloseum żołnierze poprawiają
statystyki uników (większe szanse na uniknięcie obrażeń podczas bitwy).
d) Zbroje oraz bronie
Żołnierze muszą walczyć bronią. Zbroje dodają im punktów zdrowia. Każda broń jest tworzona z
deski oraz (różnych ilości) węgla, sztabek złota i sztabek żelaza. Podobnie jest ze zbrojami, tyle, że
zamiast desek używamy tkanin. Sztabki (wszystkie) są produkowane w hucie z ród metali oraz węgla.
Schemat produkcyjny tej linii wygląda następująco:
Produkt 1:
Węgiel
(Kopalnia węgla)
Produkt 2:
Ruda żelaza
(Kopalnia r. żelaza)
Proces 1: Przetapianie:
żelazo lub złoto
(Huta)
Proces 2: Kucie:
Różne rodzaje broni
(Płatnerz)
Produkty 6:
Bronie
Proces 3: Kucie:
Różne rodzaje zbroi
(Zbrojmistrz)
Produkty 7:
Zbroje
Produkt 3:
Ruda złota
(Kopalnia r. złota)
Produkt 4:
Deski
(Tartak)
Produkt 5:
Tkanina
(Warsztat tkacki)
Rys. 6. Schemat produkcyjny broni i zbroi.
e) Zespolenie schematu w jeden
Wszystkie te schematy można złożyć w jeden ogólny schemat działania całego państwa/imperium
albo po prostu fabryki:
Produkty 1:
Zboże, woda, ryby
Proces 4:
Przetapianie:
Metale
Proces 1:
Przetwarzanie:
Chleb, mięso, ryby
Proces 5:
Kucie:
Bronie, zbroje
Proces 2:
Przetwarzanie:
Racje, posiłki
Proces 6:
Trenowanie
Proces 3:
Wydobycie:
Węgiel, rudy metali
Produkt 5:
Wyszkoleni
żołnierz
Rys. 7. Ogólny schemat produkcji wyszkolonych żołnierzy. Pominięto kierunki przemieszczania
produktów pomocniczych, takich jak żywność do trenowania żołnierzy, czy węgiel do kucia.
3. Mechanika gry
Niezwykle ważną rzeczą jest opisanie zasadniczych różnic pomiędzy procesami produkcyjnymi w
grze a w rzeczywistości.
a) Magazyny
W rzeczywistości posiadając jakąś przestrzeń magazynową, płacimy za nią czynsz lub podatki i jest
ona skończona (w sensie skończonej objętości). W grze sprawa ma się zupełnie odwrotnie: magazyn
raz zbudowany nie wymaga żadnych opłat, a jego pojemność jest niemal nieskończona
(prawdopodobnie kończy się wraz z uzyskaniem zaprogramowanej liczby typu int, ale to zbyt duża
liczba, żeby uzyskać ją w grze).
b) Zakłady produkcyjne/ maszyny
W rzeczywistości utrzymanie maszyn kosztuje. Musimy zapłacić pracownikom, a maszyny trzeba
naprawiać. W grze znajdujemy uproszczenie w postaci braku kosztów utrzymania oraz braku
zatrzymania produkcji z powodu awarii (zakłady produkcyjne się nie psują).
c) Jakość produkcji
W rzeczywistości każda produkcja wiąże się z pewnymi brakami. Dążymy wprawdzie do
minimalizacji wartości i uzyskujemy bardzo dobre wyniki (na przykład rzędu 1 ppm), ale wciąż braki
występują. W grze sytuacja jest nieco inna- jakość produkcji wynosi zawsze 100% i nie ma braków.
d) OEE
Wskaźnik efektywności w rzeczywistości jest obliczany ze względu na wszelkie przestoje i braki. W
rzeczywistości wskaźnik jest zawsze mniejszy od 100%, ale w grze sprawa ma się nieco inaczej. Jeśli
zakład produkcyjny pracuje nieprzerwanie przez dłuższy czas, przy nazwie budynku pojawia się
wartość 100%, oznaczająca maksymalną wydajność produkcji. Wartości pośrednie oznaczają przestoje
(tylko przestoje!). Są budynki wykorzystujące środowisko naturalne (na przykład leśniczy sadzący
drzewa, jeśli nie ma miejsca- zmniejsza się jego efektywność produkcji), ale zdecydowana większość
z nich może mieć przestoje ze względu na brak jakiegoś produktu w magazynie podręcznym. W takim
przypadku wartość procentowa oznaczająca efektywność produkcji (taka jest definicja w grze) może
być traktowana jako wskaźnik OEE danego zakładu produkcyjnego.
e) Statystyki
Zarówno w rzeczywistości jak i w grze możemy obliczyć wartości statystyczne. Jedna z nich jest
warta uwagi: produktywność (OEE całego zakładu produkcyjnego). W grze jest ona zdefiniowana
jako wartość średnia produktywności (OEE) wszystkich zakładów produkcyjnych, które są na mapie
(oraz należą do nas). W rzeczywistości (za stroną http://www.oee.com/faq.html) powinniśmy obliczyć
tę wartość jako współczynnik OEE wąskiego gardła wszystkich linii produkcyjnych.
Mimo, że istnieje pewna rozbieżność w definicji współczynnika, nadal ma swoją interpretację: gracz z
wysoką produktywnością odznacza się dobrym zaopatrzeniem wszystkich zakładów produkcyjnych w
potrzebne zasoby. Taki gracz (jeśli tylko ma pozostałe statystyki porównywalne z innymi graczami),
może być najtrudniejszym przeciwnikiem w walce.
f) Spowolnienie produkcji
Warto wspomnieć, że w rzeczywistości możemy zmniejszyć wydajność danej maszyny ze 100% do
niemal dowolnej wartości. W grze spowolnienie jest tylko w wersji logicznej: Prawda lub Fałsz. 100%
lub 0%. Nigdy pośrednio. Można jedynie sterować ilością produktów dostarczanych do budynku (a
więc sterujemy przestojami produkcyjnymi).
g) Wojsko
W rzeczywistości bardzo duża liczba słabych jednostek piechoty pokonuje oddział najlepiej
wyszkolonych żołnierzy. W grze sytuacja jest odwrotna. Istnieje TYLKO piechota i dwóch
najlepszych żołnierzy może odeprzeć atak nawet kilkudziesięciu słabszych. To bardzo często zmienia
pogląd na walki.
h) Cel
Tutaj rzeczywistość znacząco się mija z grą. W realnym świecie budujemy fabrykę i wyposażamy ją
po to, by zdobyć pieniądze i zwrócić nakład finansowy z nawiązką. Zwykle wiąże się to z walką na tle
gospodarczym z konkurentami. W grze celem jest (najczęściej) pokonanie przeciwnika militarnie:
zbudowanie wojska i zaatakowanie jego terytorium. Im lepszymi jednostkami- tym mniejsze straty dla
naszego imperium. Cele gospodarcze (a więc dobre rozplanowanie wszystkich zakładów
produkcyjnych) są zwykle na drugim planie. Na szczęście istnieje pewna grupa map, która dąży do
wyeksponowania gospodarki. W takich sytuacjach gracze z najlepszymi gospodarkami na mapie
wygrywają.
4. Strategie wygrywające
a) Sposób 1.: maksymalizacja wykorzystania surowców.
Każdy szanujący się inżynier (jak się okazuje, także i gracze) powinien spróbować kopiować zdobyte
doświadczenie w przemyśle do gry. Zakładanie linii produkcyjnych przewidujących maksymalne
użycie dóbr naturalnych i dążenie do uzyskania celu w jak najkrótszym czasie jest domeną większości
z graczy.
Takie postępowanie w przypadku szybkich starć oznacza wygraną. Jednak na dłuższą metę nie zawsze
daje pozytywne rezultaty. Nie znamy dokładnych parametrów budynków (maszyn na linii
produkcyjnej) i nie możemy ustalać ich wydajności. To skutkuje przestojami w najróżniejszych
miejscach. Eliminacja tych przeszkód może trwać kilka godzin i nie zawsze przynosi oczekiwane
rezultaty (nakładają się inne, pominięte tutaj problemy, głównie związane z transportem surowców).
Dlatego, że nie zawsze da się wygrać w ten sposób, powstała druga, alternatywna strategia:
b) Sposób 2.: maksymalizacja efektywności ostatnich procesów produkcyjnych.
Przede wszystkim należy założyć, że interesuje nas produkcja stałej liczby najlepszych żołnierzy.
Wiąże się to z tym, że na końcu linii produkcyjnej musimy mieć stały zapas produktów. Idąc wstecz,
analizując całą linię produkcyjną, dochodzimy do wniosku, że założenie implikuje istnienie wąskiego
gardła na końcu linii produkcyjnej. Taka innowacja nie ma sensu w rzeczywistości, głównie ze
względu na nadmiar produktów w magazynie (koszty magazynowania rosłyby w nieskończoność). A
nadmiar półproduktów nigdy by nie został wykorzystany. W grze jednak ma sens- w krytycznym
momencie możemy dobudować kolejny budynek na końcu linii produkcyjnej i w ten sposób
wykorzystać nadwyżkę, nie tracąc przy tym ciągłości produkcji na każdym z etapów.
Zasada wąskiego gardła sprawdza się jedynie podczas dłuższych gier. Wynika to z tego, że produkcja
wszystkich półproduktów wymaga czasu. Również wybudowanie wszystkich budynków nie jest
natychmiastowe. Jednak efektywność takiej produkcji jest oszałamiająca.
5. Przykład 
Podczas jednej z gier zastosowałem sposób drugi, jako ten, który najbardziej lubię. Przeciwnik
stosował swój wyuczony pierwszy sposób na grę. Ze względu na dużą odległość między nami, każdy
z nas miał wystarczająco dużo czasu na zbudowanie wszystkiego, zanim nastąpiło zasadnicze starcie.
Po pierwszych 3 godzinach w grze (nieco szybciej w rzeczywistym czasie), przeciwnik zaczął
produkcję najlepszych jednostek. Ze względu na duże braki w liniach produkcyjnych nie produkował
najlepszych jednostek, ale pośrednie, wymagające nieco mniej nakładów.
Ja dopiero w okolicy 6 godziny zacząłem produkcję. Od razu najlepsze jednostki w prawie dowolnej
liczbie. Początkowo borykałem się z pewnymi brakami (zanim wszystkie zakłady zaczęły działać
poprawnie, trochę czasu minęło), ale tylko najlepsze jednostki.
W okolicach 8 godziny przeciwnik wciąż próbował nadrobić braki, które zaczęły narastać na poziomie
transportowym (jednym słowem korki na drogach wynikające z braku rozplanowania przestrzennego),
ja natomiast rosłem w siłę. Wprawdzie walki trwały od pewnego czasu, ale w takim momencie siła
gospodarcza ma największe odzwierciedlenie w potędze militarnej. Ostatecznie, po kilku kolejnych
godzinach gry przeciwnik się poddał, mówiąc ze zdziwieniem, że nie wierzył, że tak szybko można
wyprodukować tak dużą liczbę najlepszych żołnierzy.
Cała rozgrywka była podzielona na kilka wieczorów, nie musi być wykonana za jednym razem. 
6. Wnioski
W świecie wirtualnym wprowadzanie w życie zasad znanych z inżynierii produkcji ma sens, ale tylko
w ograniczonym stopniu. Przy pierwszym spotkaniu z grą można wykorzystać znane schematy
działania i dadzą one pozytywne rezultaty. Jednak nie jest to jedyne i najlepsze wyjście. Dopiero
dokładna analiza mechaniki gry wskazuje na zaprzeczenie zasad użytecznych w przemyśle takich jak
eliminacja wąskich gardeł (tutaj: kontrolowanie wąskich gardeł) lub inne mogą przynieść najlepsze
wyniki i wygraną na każdym polu.