Средства имитационного моделирования

Автор: Малахатько Д.Г.

Журнал: Форум молодых ученых @forum-nauka

Статья в выпуске: 1-2 (29), 2019 года.

Бесплатный доступ

В статье рассматриваются средства имитационного моделирования, позволяющие строить сложные модели для планирования, проведения расчетов с большим количеством данных и учета различных факторов и критериев. Выделены этапы развития средств и подходы имитационного моделирования. Показаны некоторые существующие программные средства имитационного моделирования.

Имитационное моделирование, средства моделирования, поколения программных средств имитации

Короткий адрес: https://sciup.org/140284813

IDR: 140284813

Текст научной статьи Средства имитационного моделирования

В современной экономике, производстве и других сферах деятельности человека иногда необходимо быстро принимать сложные стратегические решения при планировании или модернизации. Такие решения требуют учитывать множество факторов и критериев. Быстро и точно рассчитать их и принять решение можно с помощью имитационного моделирования, избежав больших затрат и рисков. На сегодняшний день существует множество средств, способных осуществлять имитационное моделирование интересующих процессов и поведения.

Моделирование – это один из способов исследования и устранения проблем, изучения различных явлений и ситуаций, возникающих в окружающем нас мире. Моделью является объект, который точно копирует предмет исследований и заменяет его при экспериментах. На таком объекте можно ставить опыты, и, таким образом, изучать его для последующего анализа. Моделирование часто применяется для анализа сложных систем (социотехнических, производственных, финансовых и т. д.).

Обычно различают аналитическое и имитационное моделирование. Аналитическая модель может создаваться с помощью электронных таблиц. Имитационное моделирование применяется тогда, когда объект исследований настолько сложен, что описать его поведение математическими уравнениями нельзя или затруднительно. При имитационном моделировании изучаемую систему заменяют моделью, с которой проводятся эксперименты для получения информации. Имитационное моделирование рассматривает модель как совокупность правил, которые определяют, в какое состояние в будущем перейдет модель из предыдущего состояния. Имитационное моделирование применяется в самых разных сферах деятельности, таких как, например, автомобилестроение, нефтегазовая и оборонная промышленность, авиационнокосмическая отрасль.

Рассмотреть возможности имитационного моделирования можно на примере современного предприятия. С помощью имитационной модели можно улучшить производство, повысить качество продукции и моделировать жизненный цикл новой продукции, учитывая требования и пожелания клиентов. Также можно производить анализ функционирования самого предприятия для усовершенствования процессов производства и управления, для координации и контроля всех подсистем. В конечном итоге это будет способствовать повышению слаженности работы предприятия, нахождению верной стратегии управления и адаптации предприятия к изменению спроса на продукцию.

Существуют три основных подхода имитационного моделирования.

  • 1.    Дискретно-событийное моделирование. Модель рассматривается как глобальная схема обслуживания заявок, а результаты рассматриваются в теории массового обслуживания. Этот подход поддерживают такие инструменты, как: GPSS World, Object GPSS, Arena, SimProcess и др.

  • 2.    Системная динамика – это инструмент исследования обратных связей в производственно-хозяйственной деятельности, изучающий организационную структуру, усиления и задержки, чтобы повысить эффективность предприятия. Может применяться в имитационном моделировании финансово-кредитной деятельности. Существуют модели банковских и страховых учреждений, выполняющие расчет показателей за периоды, прогнозы состояния сделок, оценку эффективности инвестиций, кредитов и депозитов банка и т. п.

  • 3.    Агентное моделирование. Агентная модель – децентрализована. Она состоит из множества индивидуальных объектов (агентов) и их окружения. Агентное моделирование позволяет учесть структуру и поведение системы любой сложности. Система описывается на индивидуальном уровне, а

  • глобальное поведение рассматривается как результат деятельности всех агентов, самостоятельно взаимодействующих со средой и другими агентами. Можно создавать отдельные модели, не обладая информацией о глобальных зависимостях. Зная поведение отдельных участников процесса, можно построить агентную модель и спрогнозировать ее глобальное поведение. Уточнения можно вносить по мере накопления данных.

Средства имитации – это программные средства для упрощения процесса создания имитационных моделей. Современные программные средства позволяют ускорить процесс создания модели за счет использования различных компонент, из которых строится модель, а также графического интерфейса.

Средства имитационного моделирования для построения моделей, можно разделить на четыре группы:

  • 1)    программирование модели с помощью универсальных языков программирования. Систему описывают уравнениями и кодируют их в программу, затем проводят расчеты;

  • 2)    программирование модели на специализированных языках моделирования. Специализированные языки имитационного моделирования имеют широкий круг приложений, но требуют специальных навыков от пользователя;

  • 3)    построение моделей при помощи имитационных сред. Модель составляется из библиотечных графических модулей и специальных форм. Имеется возможность визуализации процесса имитации, анализа и поиска оптимальных решений;

  • 4)    включение средств имитационного моделирования в стандартные математические компьютерные системы. Эти программные среды содержат инструменты для работы с формулами, числами, графиками, текстом, для управления переменными, вводом и выводом данных и обладают графическим интерфейсом.

Программное обеспечение Arena имеет свой язык имитационного моделирования SIMAN. Система Arena может осуществлять: моделирование различных потоков данных, оптимизацию деятельности, распределение субъектов. Этот продукт используют такие компании, как: GeneralMotors, IBM, Nike, Xerox, FordMotorCompany и др. Программное обеспечение AnyLogic — отечественная среда, поддерживающая все три метода моделирования.

Графическая среда AnyLogic построена по тому же принципу, что и в Arena. Имеет встроенные моделирующие конструкции, располагающиеся в палитрах (шаблонах). AnyLogic основан на языке Java и базируется на платформе Eclipse, благодаря которой работает на таких операционных системах как Windows, Mac, Linux. Программное обеспечение для имитационного моделирования DELMIA – это комплекс инструментов для инженерных решений и подготовки производства в виртуальной среде. DELMIA основывается на ППР-модели данных об изделии (продукт, процесс, ресурс). Этот продукт используют такие фирмы как Boeing и АвтоВАЗ.

Программное обеспечение Technomatics Plant Simulation позволяет без экспериментов в производстве проводить анализ и оптимизацию различных параметров. Базовая программа не может полностью реализовать моделирование производственного процесса. Для этого используются дополнение – объектно-ориентированное программирование Method, которое увеличивает возможности программы, но при знании языка SimTalk.

Пакет GPSS World создан для работы в среде MS Windows и способен к развитию. Он имеет инструменты статистической обработки результатов моделирования и встроенный язык программирования, что позволяет с помощью GPSS World создавать простые модели и более сложные приложения.

Пакет Vensim – это инструмент для визуального моделирования, документирование, анализа результатов и оптимизации моделей. Это простое и гибкое средство для построения моделей систем с причинно-следственными связями и потоками. Пакет имеет графический редактор для построения моделей и средства визуализации поведения модели. Его дополнения Stella и iThink преобразуют модели принятия решений в имитационные модели.

В последнее время имитационное моделирование стало одним из лучших инструментов для исследования сложных систем и процессов. Сегодня на рынке ПО для имитации предлагается более 150 программных средств для имитационного моделирования. Такое разнообразие программного продуктов отражает тенденцию устойчивого спроса на них. Производственные модели хорошо моделируются дискретно-событийными средствами, финансовые модели подходят для системной динамики, а для моделирования трудовых ресурсов может быть полезен агентный подход, который позволяет строить модели сложных систем силами обычных пользователей в терминах бизнес-процессов.

Таким образом, на рынке представлено множество программных продуктов для имитационного моделирования, но каждый из них подходит в разных ситуациях и случаях. Крупные компании покупают многофункциональное    дорогостоящее    программное    обеспечение, отечественные компании поддерживают отечественного разработчика, а учебные заведения выбирают бесплатное ПО [3].

Список литературы Средства имитационного моделирования

  • Юдин П. В. Системы имитационного моделирования: учебное пособие для студентов вузов / Юдин П. В. - ВГУЭС, 2014. - 18 с.
  • Акопов А. С. Имитационное моделирование. Инструментальные средства имитационного моделирования. / Акопов А. С. - Москва, Юрайт 2014. - 115 с.
  • Таран В.Н. Программное обеспечение для имитационного моделирования / В.Н. Таран, Р.П. Ганусяк // Прорывные научные исследования: проблемы, закономерности, перспективы: сборник статей IX Международной научно-практической конференции: в 4 частях. 2017. С. 120-123.
Статья научная