Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

• Введение
• 1. Обзор инструментальных средств имитационного моделирования
• 2. Факторы выбора инструментальных средств моделирования. Механизмы формирования системного времени
• Заключение
• Список использованной литературы

Введение

Успех или неудача проведения имитационных экспериментов с моделями сложных систем существенным образом зависит от инструментальных средств, используемых для моделирования, т. е. набора аппаратно-программных средств, представляемых пользователю-разработчику или пользователю-исследователю машинной модели. В настоящее время существует большое количество языков имитационного моделирования специальных языков программирования имитационных моделей на ЭВМ и перед разработчиком машинной модели возникает проблема выбора языка, наиболее эффективного для целей моделирования конкретной системы. Языки моделирования заслуживают пристального внимания, так как, во-первых, число существующих языков и систем моделирования превышает несколько сотен и необходимо научиться ориентироваться в них, а во-вторых, почти каждый новый язык моделирования не только является средством, облегчающим доведение концептуальной модели до готовой машинной моделирующей программы, но и представляет собой новый способ «видения мира», т. е. построения моделей реальных систем.

Необходимость эффективной реализации имитационных моделей предъявляет все более высокие требования, как к инструментальным ЭВМ, так и к средствам организации информации в ЭВМ при моделировании. Поэтому с учетом использования новой информационной технологии в процессе моделирования следует учитывать особенности построения баз знаний и банков данных и систем управления ими.

Цель работы: рассмотреть инструментальные и предметно-ориентированные системы имитационного моделирования.

Задачи:

1. Провести обзор инструментальных средств имитационного моделирования.

2. Рассмотреть факторы выбора инструментальных средств моделирования.

1. Обзор инструментальных средств имитационного моделирования

Применение имитационного моделирования не имеет видимых ограничений.

Система имитационного моделирования, обеспечивающая создание моделей для решения экономических задач, должна обладать следующими свойствами:

- возможностью применения имитационных программ совместно со специальными экономико-математическими моделями и методами, основанными на теории управления экономическими процессами;

- инструментальными методами проведения структурного анализа сложного экономического процесса;

- способностью моделирования материальных, денежных и информационных процессов и потоков в рамках единой модели, в общем модельном времени;

- возможностью введения режима постоянного уточнения при получении выходных данных и проведении экстремального эксперимента функционирования системы.

В настоящее время известно более 500 языков моделирования. Такое множество языков частично обусловлено разнообразием классов моделируемых систем, целей и методов моделирования.

Архитектуру языка имитационного моделирования можно представить следующим образом:

- объекты моделирования описываются с помощью некоторых атрибутов языка;

- атрибуты взаимодействуют с процессами, адекватным реально протекающим явлениям в моделируемой системе;

- процессы требуют конкретных условий, определяющих логическую основу и последовательность взаимодействия этих процессов во времени;

- условия влияют на события, имеющие место внутри объекта моделирования и при взаимодействии с внешней средой;

События изменяют состояния модели системы в пространстве и времени.

Желание упростить и ускорить процесс создания моделей (сделать доступным не только для профессиональных программистов) привело к реализации идеи автоматизации программирования имитационных моделей (не язык, а система моделирования). Создан ряд систем моделирования, которые избавляют исследователя от программирования. Это наиболее перспективное направление развития средств имитационного моделирования.

В настоящее время наиболее распространены следующие пакеты систем имитационного моделирования:

- GPSS (General Purpose Simulation System, компания «Minuteman Software», США);

- Process Charter-1.0.2 (компания «Scitor», Менло-Парк, Калифорния, США);

- Powersim-2.01 (компания «Modell Data» AS, Берген, Норвегия),

- Ithink-3.0.61 (компания «High Performance Systems», Ганновер, Нью-Хэмпшир, США);

- Extend+BPR-3.1 (компания «Imagine That!», Сан-Хосе, Калифорния, США);

- ReThink (фирма «Gensym», Кембридж, Массачусетс, США);

- Micro Saint (фирма «Calspan Advanced Technology Center», Colorado, США);

- Arena (компания «Systems Modeling Corporation», США);

- ARIS Simulation (фирма «IDS professor Scheer», США);

- Pilgrim (Россия).

Пакет Process Charter-l.0.2 имеет «интеллектуальное» средство построения блок-схем моделей. Он ориентирован в основном на дискретное моделирование. Имеет достоинства: удобный и простой в использовании механизм построения модели, самый дешевый из перечисленных продуктов, хорошо приспособлен для решения задач распределения ресурсов. Недостатки пакета: наименее мощный продукт, слабая поддержка моделирования непрерывных компонентов, ограниченный набор средств для анализа чувствительности и построения диаграмм.

Пакет Powersim-2.01 является хорошим средством создания непрерывных моделей. Имеет достоинства: множество встроенных функций, облегчающих построение моделей, многопользовательский режим для коллективной работы с моделью, средства обработки массивов для упрощения создания моделей со сходными компонентами. Недостатки пакета: сложная специальная система обозначений System Dynamics, ограниченная поддержка дискретного моделирования.

Пакет Ithink-3.0.61 обеспечивает создание непрерывных и дискретных моделей. Имеет достоинства: встроенные блоки для облегчения создания различных видов моделей, поддержка авторского моделирования слабо подготовленными пользователями, подробная обучающая программа, развитые средства анализа чувствительности, поддержка множества форматов входных данных. Недостатки пакета: сложная система обозначений System Dynamics, поддержка малого числа функций по сравнению с Powersim-2.01.

Пакет Extend+BPR-3.1 (BPR - Business Process Reengineering) создан как средство анализа бизнес-процессов, использовался в NASA, поддерживает дискретное и непрерывное моделирование. Имеет достоинства: интуитивно понятная среда построения моделей с помощью блоков, множество встроенных блоков и функций для облегчения создания моделей, поддержка сторонними компаниями (особенно выпускающими приложения для «вертикальных» рынков), гибкие средства анализа чувствительности, средства создания дополнительных функций с помощью встроенного языка. Недостатки пакета: используется в полном объеме только на компьютерах типа Macintosh, имеет высокую стоимость.

Пакет ReThink обладает свойствами Extend+BPR-3.1 и в отличие от перечисленных пакетов имеет хороший графический транслятор для создания моделей. Работает под управлением экспертной оболочки G2. Имеет достоинства: все положительные свойства Extend+BPR-3.1 и общее поле данных с экспертной системой реального времени, создаваемой средствами G2.

Интегрированная среда моделирования и анализа ARIS Toolset фирмы IDS professor Scheer. Один из его компонентов - ARIS Simulation 5.0 - пакет имитационного моделирования.

Область применения: Переход к процессному взгляду на функционирование предприятия. Основная задача компании - делать бизнес. Отсюда любой процесс внутри предприятия рассматривается с точки зрения влияния на бизнес - сколько приносит денег и сколько забирает. Реорганизация и постоянное улучшение процессов. Внедрение автоматизированных систем управления и так далее.

В рейтинге Gardner Group система ARIS занимает лидирующее положение на рынке средств моделирования и анализа деловых процессов.

Схема функционирования: визуальное представление принципов и условий функционирования различного рода компаний, (модель бизнес процессов); анализ деятельности по различным показателям с целью определения идеальных характеристик деятельности компании; реорганизация организационной структуры, целей и функций, бизнес процессов, используемых данных; определение требований к автоматизированной системе управления и проектирование.

Отличительные особенности системы ARIS.

Широкое распространение. Система ARIS в настоящее время уже успешно используется множеством известных компаний различного профиля как в России, Европе, так и по всему миру. Клиенты фирмы IDS могут быть найдены по всему миру, специалисты по работе с системой ARIS охотно принимаются на работу в крупные и средние организации различного профиля деятельности. Пять из шести крупнейших в мире консалтинговых фирм используют систему ARIS в своей деятельности.

R/3 SAP. Если деятельность предприятия поддержана системой управления предприятием R/3 фирмы SAP, то использование комплекса ARIS позволит постоянно поддерживать систему R/3 в актуальном состоянии, соответствующем существующим на предприятии бизнес процессам. Подобного рода интеграция существует и с некоторыми другими системами управления предприятием.

ISO 9000. Направленность данного продукта на управление качеством по стандарту ISO9000 позволит обеспечить деятельность предприятия на уровне, соответствующем общепринятым требованиям к организации процессов. Кроме того, данная система обеспечит поддержку процесса подготовки и непосредственной сертификации по данному стандарту. Для этого в системе предусмотрено создание специальных отчетов, отвечающих требованиям ISO9000, а также существуют модели, отражающие полную методологию процесса сертификации по стандарту ISO 9000 - анализ существующей системы управления на предприятии, реорганизация бизнес процессов, обучение персонала и непосредственно сама сертификация.

Система Arena позволяет моделировать следующие виды деятельности:

- авиация, космос;

- автомобилестроение;

- банки, финансы;

- здравоохранение;

- издательство;

- переработка отходов;

- пищевая промышленность;

- портовые операции;

- поставки грузов;

- потребительские товары;

- правительственные организации;

- производство лекарственных препаратов;

- рестораны и fast food;

- склады.

В Arena 4.0 соединены следующие факторы: интерфейсные возможности среды Windows; присущая Arena легкость иерархического построения модели и ее последовательного приближения к реальному объекту.

Архитектура базовой версии

1) Основа технологий Arena:язык моделирования SIMAN (альтернатива GPSS), система Cinema Animation.

2) Процесс моделирования организован следующим образом: Сначала пользователь шаг за шагом строит в визуальном редакторе системы Arena модель, Затем система генерирует по ней соответствующий код на SIMAN, В завершении автоматически запускается Cinema animation.

3) Обмен данными. Интерфейс Arena включает в себя всевозможные средства для работы с данными, в том числе электронные таблицы, базы данных, ODBC, OLE, поддержку формата DXF.

4) Система интерактивной помощи и библиотека демонстрационных примеров моделей. имитационный моделирование язык

Имитационная модель в Arena включает следующие основные элементы: источники и стоки (Create и Dispose), процессы (Process) (оборудование), очереди (Queue).

Система GPSS World, разработанная компанией Minuteman Software (США), - это мощная среда компьютерного моделирования общего назначения, разработанная для профессионалов в области моделирования. Это комплексный моделирующий инструмент, охватывающий области как дискретного, так и непрерывного компьютерного моделирования, обладающий высочайшим уровнем интерактивности и визуального представления информации.

Использование GPSS World дает возможность оценить эффект конструкторских решений в чрезвычайно сложных системах реального мира.

GPSS является объектно-ориентированным языком. Его возможности визуального представления информации позволяют наблюдать и фиксировать внутренние механизмы функционирования моделей. Его интерактивность позволяет одновременно исследовать и управлять процессами моделирования. С помощью встроенных средств анализа данных можно легко вычислить доверительные интервалы и проводить дисперсионный анализ, автоматически создавать и выполнять сложные отсеивающие и оптимизирующие эксперименты.

Система GPSS World была разработана, чтобы полностью использовать возможности вычислительной системы. Использование механизма виртуальной памяти позволяет моделям реально достигать размера миллиарда байт. Вытесняющая многозадачность и многопоточность обеспечивают высокую скорость реакции на управляющие воздействия и дают возможность GPSS World одновременно выполнять множество задач.

Последняя версия GPSS World 4.3.2. (от 8 ноября 2001 года) включает в себя массу нововведений, позволяющих проводить более эффективные исследования и сделать работу с системой максимально простой и удобной для пользователя.

Функциональное назначение пакета Micro Saint - фундаментальное переосмысление и радикальное перепроектирование деловых процессов для достижения резких, скачкообразных улучшений в деятельности фирмы, т.е. в стоимости, качестве, сервисе и темпах развития. Пакет Micro Saint обладает большой мощностью, гибкостью, быстродействием.

Программное обеспечение Micro Saint - гибкий дискретно-имитационный пакет программ для имитационного моделирования всех типов процессов. Используя Micro Saint можно смоделировать любой процесс, который может быть представлен блок-схемой.

Пакет Pilgrim обладает широким спектром возможностей имитации временной, пространственной и финансовой динамики моделируемых объектов. С его помощью можно создавать дискретно-непрерывные модели. Разрабатываемые модели имеют свойство коллективного управления процессом моделирования. В текст модели можно вставлять любые блоки с помощью стандартного языка C++. Различные версии этой системы работали на IBM-совместимых и DEC-совместимых компьютерах, оснащенных Unix или Windows. Пакет Pilgrim обладает свойством мобильности, т.е. переноса на любую другую платформу при наличии компилятора C++. Модели в системе Pilgrim компилируются и поэтому имеют высокое быстродействие, что очень важно для отработки управленческих решении и адаптивного выбора вариантов в сверхускоренном масштабе времени. Полученный после компиляции объектный код можно встраивать в разрабатываемые программные комплексы или передавать (продавать) заказчику, так как при эксплуатации моделей инструментальные средства пакета Pilgrim не используются. Система имеет сравнительно невысокую стоимость.

Перечисленные выше инструментальные средства имеют общее свойство: возможность графического конструирования модели. В процессе такой инженерной работы удается связать в графическом представлении на одной графической схеме моделируемые процессы с управленческими (административными) или конструктивными особенностями моделируемой системы.

В конце 1990-х гг. в России разработаны новые системы:

- пакет РДО (МГТУ им. Н.Э. Баумана);

- система СИМПАС (МГТУ им. Н.Э. Баумана);

- пятая версия Pilgrim (МЭСИ и несколько компьютерных фирм).

Пакет РДО (РДО - Ресурсы-Действия-Операции) является мощной системой имитационного моделирования для создания продукционных моделей. Обладает развитыми средствами компьютерной графики (вплоть до анимации). Применяется при моделировании сложных технологий и производств.

Система СИМПАС (СИМПАС - СИстема-Моделирования-на-ПАСкале) в качестве основного инструментального средства использует язык программирования Паскаль. Недостаток, связанный со сложностью моделирования на языке общего назначения, компенсируется специальными процедурами и функциями, введенными разработчиками этой системы. Проблемная ориентация системы - это моделирование информационных процессов, компьютеров сложной архитектуры и компьютерных сетей.

Пятая версия Pilgrim - это новый программный продукт, созданный в 2000 г. на объектно-ориентированной основе и учитывающий основные положительные свойства прежних версий. Достоинства этой системы:

- ориентация на совместное моделирование материальных, информационных и «денежных» процессов;

- наличие развитой CASE-оболочки, позволяющей конструировать многоуровневые модели в режиме структурного системного анализа;

- наличие интерфейсов с базами данных;

- возможность для конечного пользователя моделей непосредственно анализировать результаты благодаря формализованной технологии создания функциональных окон наблюдения за моделью с помощью Visual C++, Delphy или других средств;

- возможность управления моделями непосредственно в процессе их выполнения с помощью специальных окон диалога.

Использование имитационных моделей рынка труда открывает новые возможности по концептуальному анализу проблем функционирования рынка труда, сокращению сроков разработки перспективных проектов биржи труда, организации ее эффективной работы.

2. Факторы выбора инструментальных средств моделирования. Механизмы формирования системного времени

Факторами выбора инструментальных средств моделирования являются следующие:

В какой форме будет описываться объект исследования: непрерывная, дискретная система или смешанный вариант.

Проблемно-ориентированная среда (ARENA, ARIS) или универсальная система (GPSS) На выбор той или иной системы влияет выполнение следующих условий:

1) Наличие практического опыта работы с конкретным инструментальным средством, в том числе и наличие обученного персонала. Все современные системы достаточно сложны (особенно в части средств организации эксперимента и анализа).

2) Стоимость лицензии и стоимость разработки. Их соотношение со средствами, выделенными на проект. Современные проблемно-ориентированные системы моделирования очень дороги, по сравнению с просто языками моделирования.

3) Размерность создаваемой модели (несложный объект, учебные задачи и т.д.). Современные средства моделирования достаточно функциональны. Поэтому при небольшой размерности целесообразнее ориентироваться на более простую систему (GPSS/W), даже если она не очень вписывается в предметную область.

4) Предметная область объекта исследования. Возможность или ее отсутствие выбрать конкретную проблемно-ориентированную систему.

Внутренние факторы:

а) Виды возможных статистических испытаний. Хотя современные системы моделирования в этом отношении достаточно функциональны, тем не менее, специфика все-таки имеется. Поэтому, если исследуемая система требует разнообразных средств анализа и испытаний необходимо учитывать этот фактор при выборе конкретной системы моделирования.

б) Степень трудности изменения структуры модели. Если структура моделируемой системы неочевидна или подвержена изменениям (новый объект, предпроектное обследование), то этот фактор, безусловно, является очень важным.

в) Способ организации учета времени и происходящих действий.

Регламентация событий и процессов имеет 2 аспекта: «продвижение» времени, т.е. корректирование временной координаты состояния системы; обеспечение согласованности различных блоков и событий в системе. Поскольку действия, выполняемые отдельными блоками, зависят от действий и состояния других элементов, они должны быть скоординированы во времени, или «синхронизированы».

Существуют два основных метода задания времени:

- с помощью фиксированных интервалов времени. Отсчет системного времени ведется через заранее определенные интервалы постоянной длины. Модели с непрерывным изменением состояния.

- с помощью переменных интервалов времени. Состояние моделируемой системы обновляется с появлением каждого существенного события независимо от интервала времени между ними (время событий). Модели с дискретным изменением состояния.

Каждый из методов имеет свои преимущества: последовательная обработка событий и обработка событий пакетами или группами. Модели с фиксированным шагом проще реализуются, но существует риска не правильного выбора интервала времени (слишком большой) и, соответственно потеря точности модели.

Метод фиксированных шагов:

1. События появляются регулярно и распределены во времени равномерно.

2. В течение цикла моделирования T появляется очень много событий, причем математическое ожидание продолжительности событий невелико.

3. Точная природа существенных событий не ясна. Например, на начальном этапе имитационного исследования.

Метод переменных интервалов времени:

1. Позволяет существенно экономить машинное время моделирования в случае статических систем, в которых существенные события могут длительное время не наступать.

2. Не требует определения величины времени приращения.

3. Может эффективно использоваться при неравномерном распределении событий во времени и (или) большой величине математического ожидания их продолжительности.

Заключение

Система имитационного моделирования, обеспечивающая создание моделей для решения экономических задач, должна обладать следующими свойствами:

- возможностью применения имитационных программ совместно со специальными экономико-математическими моделями и методами, основанными на теории управления экономическими процессами;

- инструментальными методами проведения структурного анализа сложного экономического процесса;

- способностью моделирования материальных, денежных и информационных процессов и потоков в рамках единой модели, в общем модельном времени;

- возможностью введения режима постоянного уточнения при получении выходных данных и проведении экстремального эксперимента функционирования системы.

Существуют два основных метода задания времени:

- с помощью фиксированных интервалов времени. Отсчет системного времени ведется через заранее определенные интервалы постоянной длины. Модели с непрерывным изменением состояния.

- с помощью переменных интервалов времени. Состояние моделируемой системы обновляется с появлением каждого существенного события независимо от интервала времени между ними (время событий). Модели с дискретным изменением состояния.

Список использованной литературы

1. Исаев, Г.Н. Моделирование информационных ресурсов: теория и решение задач: учебное пособие / Г.Н. Исаев. - М.: Альфа-М: ИНФРА-М, 2010. - 224 с.

2. Кобелев, Н.Б. Имитационное моделирование: Учебное пособие / Н.Б. Кобелев, В.А. Половников, В.В. Девятков. - М.: КУРС: НИЦ Инфра-М, 2013.

3. Прокушева, А.П. Информационные технологии в коммерческой деятельности: учебное пособие/Прокушева А.П., Колесников Н.А., Липатникова Т.Ф. - М.: Издательско-книготорговый центр «Маркетинг», 2001 - 191 с.

4. Исаев, Г.Н. Информационные системы в экономике: учебное пособие/ Г.Н.Исаев - М.: Омега-Л, 2006. - 426с.

Размещено на Allbest.ru