CC BY
406
Секция «Информационно-экономические системы»
УДК 004.942
ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ: ПОДХОДЫ, ЭТАПЫ, СУЩЕСТВУЮЩИЕ ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА
М. С. Яковлева Научный руководитель - Е. Л. Вайтекунене
Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева
Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Е-mail: [email protected]
Рассматривается понятие имитационного моделирования. Описываются парадигмы имитационного моделирования, процесс разработки модели. Приведена классификация программных средств, которые используются для разработки имитационной модели.
Ключевые слова: имитационное моделирование, концептуальная модель, AnyLogic. SIMULATION: APPROACHES AND STAGES EXISTING SOFTWARE
M. S. Yakovleva Scientific Supervisor - E. L. Vaitekunene
Reshetnev Siberian State Aerospace University 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation Е-mail: [email protected]
The concept of simulation. It describes the simulation paradigm, the process of developing the model. The classification of software tools that are used to develop a simulation model.
Keywords: simulation, conceptual model, AnyLogic.
В связи со стремительным развитием области информационных технологий, в настоящее время при принятии сложных решений в различных отраслях, таких как: логистика, здравоохранение, добыча сырья, наука и образование, а также в области проектирования космических систем, предварительно требуется оценить конечный результат с помощью имитационного моделирования.
Имитационное моделирование - метод исследования объектов, основанный на том, что изучаемый объект заменяется имитирующим. С имитирующим объектом проводят эксперименты, при этом, не прибегая к экспериментам на реальном объекте, и в результате получают информацию об изучаемом объекте [1].
Существует четыре основных подхода имитационного моделирования:
• динамическое моделирование - механические или физические процессы, которые описываются алгебраическими, дифференциальными уравнениями и блок-схемами;
• системная динамика - изучение сложных систем с обратной связью (производственные, социально-экономические); можно применять на уровне глобальных взаимосвязей;
• дискретно-событийный подход - применяется в случае, если можно считать, что переменные системы изменяются мгновенно в определенный момент времени (моделирование процессов производства);
• агентное моделирование - применяется для имитации интеллектуальных, децентрализованных и распределенных систем с целью получения сведений о влиянии на систему функционирования и взаимодействия элементов [2].
С точки зрения компьютерной реализации имитационное моделирование - это комплексный метод исследования сложных систем на ЭВМ, включающий построение концептуальных, математических и программных моделей, выполнение широкого спектра целенаправленных имитационных экспериментов, обработку и интерпретацию результатов этих экспериментов.
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2016. Том 2
Процесс имитационного моделирования состоит из следующих этапов:
• Формулировка цели исследования.
• Сбор информации.
• Разработка концептуальной модели.
• Проверка концептуальной модели на адекватность.
• Перевод концептуальной модели с помощью программных средств в машинное представление.
• Анализ чувствительности и валидация выходных данных имитационной модели. В зависимости от обнаруженных ошибках необходимо вернуться к первому, второму или третьему этапу.
• Выполнение и анализ экспериментов.
• Формулировка выводов [2].
Современные программные средства имитационного моделирования позволяют автоматизировать процесс создания модели за счет использования различных компонент, из которых строится модель, графического интерфейса, организуют эксперименты с моделью.
Их можно разделить на 4 группы:
1. Создание модели при помощи универсальных языков программирования (C++, Delphi, Pascal). Динамика системы описывается уравнениями, пишется программный код, проводится расчет уравнений и устанавливается связь выходных величин с входными.
2. Программирование компьютерной модели с применением специализированных языков моделирования (например, GPSS, AnyLogic), написанных на универсальных языках. Динамика системы отображается взаимодействием элементов модели во времени и пространстве.
3. Создание компьютерных моделей и проведение имитационных экспериментов при помощи специализированных компьютерных сред (например, Arena, AnyLogic, GPSS World, VisSim). Такие программные средства имитационного моделирования не требуют программирования в виде последовательности команд. Вместо написания программы, пользователи составляют модель из библиотечных графических модулей, и/или заполняют специальные формы. Такая имитационная среда обеспечивает возможность визуализации процесса имитации, позволяет проводить сценарный анализ и поиск оптимальных решений.
4. Включение средств имитационного моделирования в стандартные математические компьютерные системы (например, пакет Simulink системы Matlab, Mathcad, Mathematica). Это программные среды, предназначенные для выполнения разнообразных математических и технических расчетов, предоставляющие пользователю инструменты для работы с формулами, числами, графиками, текстом, включают в себя средства для управления переменными, вводом и выводом данных, а также снабжены графическим интерфейсом [3].
Среда имитационного моделирования AnyLogic имеет ряд преимуществ: является инструментом имитационного моделирования, который поддерживает все подходы к созданию имитационных моделей: процессно-ориентированный (дискретно-событийный), системно динамический и агентный, а также любую их комбинацию. Уникальность, гибкость и мощность языка моделирования, предоставляемого AnyLogic, позволяет учесть любой аспект моделируемой системы с любым уровнем детализации. Графический интерфейс, инструменты и библиотеки позволяют быстро создавать модели для широко спектра задач от моделирования производства, логистики, бизнес-процессов до стратегических моделей развития компании и рынков.
Несмотря на выбранный подход, правильная постановка задачи, корректность исходных данных и адекватность модели являются важнейшими факторами при разработке имитационной модели. В течение всего процесса разработки необходимо уделять особое внимание документированию и визуализации полученных результатов, что улучшит достоверность модели, а также будущем облегчит повторное применение.
Библиографические ссылки
1. Имитационное моделирование: создание терминов [Электронный ресурс] // Ресурс для IT-специалистов «Хабрахабр». URL: https://habrahabr.ru/post/246307/ (дата обращения: 14.04.2016).
2. Журавлев С. С. Краткий обзор методов и средств имитационного моделирования производственных систем [Электронный ресурс] // СО РАН, Новосибирск. Россия, 2010. URL: http://simulation.su/uploads/files/default/obzor-2010-guravlev.pdf (дата обращения: 14.04.2016).
Секция «Информационно-экономические системыi»
3. Михеева Т. В. Обзор существующих программных средств имитационного моделирования при исследовании механизмов функционирования и управления производственными системами [Электронный ресурс] // Известия АлтГУ. 2009. № 1. URL: http://cyberleninka.ru/article/n7obzor-suschestvuyuschih-programmnyh-sredstv-imitatsionnogo-modelirovaniya-pri-issledovanii-mehanizmov-funktsionirovaniya-i (дата обращения: 14.04.2016).
4. Почему AnyLogic? [Электронный ресурс] // AnyLogic Инструмент многоподходного имитационного моделирования. URL: http://www.anylogic.ru/features (дата обращения: 14.04.2016).
© Яковлева М. С., 2016
