Имитационное моделирование

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования

«Санкт-Петербургский государственный

экономический университет» в г. Чебоксары

Факультет гуманитарных и естественно-математических дисциплин

Кафедра информационных систем и математики

ВЫПУСКНАЯ КВАЛИФИКАЦИОННАЯ РАБОТА

на тему:

«РАЗРАБОТКА МОДУЛЯ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИ ЭЛЕМЕНТОВ ТРАНСПОРТНОЙ ИНФРАСТРУКТУРЫ МЕЖРАЙОННОЙ ИНСПЕКЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЙ НАЛОГОВОЙ СЛУЖБЫ №7 ПО ЧУВАШСКОЙ РЕСПУБЛИКЕ»

Выполнил: студент Андреев Дмитрий Юрьевич,

срок обучения - 5 л., форма обучения - очная, гр. 91-09

Руководитель: доцент кафедры информационных систем и математики Гурьянов В. И., кандидат технических наук

Чебоксары2013



Отзыв

руководителя выпускной квалификационной работы о

Специальность 080801 «Прикладная информатика (в экономике) .

Факультет, отделение Инженерно-экономический, очное .

Тема выпускной квалификационной работы Разработка модуля имитационного моделирования элементов транспортной инфраструктуры Межрайонной Инспекции Федеральной Налоговой Службы №7 по Чувашской Республике»

Выполнено на кафедре информационных систем и математики .

Заключение о степени соответствия выполненной квалификационной работы заданию:

Квалификационная работа выполнена в полным соответствии с заданием. Также, Андреев Д. Ю. поставил вопрос о дальнейшем использовании моделирования бизнес-процессов и имитационного моделирования в целом. Намеченные пути решения проблем, только повышают качество выполненной работы.

Характеристика выполнения каждого раздела работы, степень использования дипломником современных решений в информационных технологиях и передовых методов работы:

В первой главе выполнен экономический анализ предприятия в соответствии с методами финансового анализа хозяйственной деятельности.

Во второй главе произведено моделирование бизнес-процесса и составлен алгоритм имитационной модели. В этом разделе были применены современные методы анализа бизнес-процессов с использованием системы ERWin. Проектирование осуществлялось в соответствии с требованиями ГОСТ на проектирование ПС.

В третей главе выполнено построение имитационной модели и её реализация в среде AnyLogic 6 Professional. Представлен эксперимент имитационной модели, в ходе которого были составлены основные пути принятия решения. Сделан экономический расчет на эффективность принятия решения.

Характеристика программной части:

Реализация имитационной модели выполнена в среде AnyLogic 6 Professional на основе языка Java, и представляет собой развернутую имитационную модель бизнес-процесса. Все функции модели были написаны на языке Java. Это свидетельствует о том, что Андреев Д. Ю. профессионально владеет навыками моделирования бизнес-процесса, программированию имитационного моделирования на языке Java.

Характеристика подготовки дипломника (по результатам собеседования с выпускником) и личных качеств:

В процессе подготовки выпускной квалификационной работы Андреев Д. Ю. проявил, с одной стороны, достаточно хорошее владение современными технологиями разработки модели, с другой - организованность и инициативность. Отдельно следует отметить существование определенных способностей в ИТ-сфере.

Заключение:

В целом дипломный проект соответствует требованиям, предъявляемым к выпускным квалификационным работам по специальности 080801 «Прикладная информатика (в экономике)», а Андреев Д. Ю. заслуживает присвоения соответствующей квалификации.

Руководитель Гурянов Василий Иванович

фамилия, имя отчество

Ученое звание, степень, должность к.т.н., доцент

Место работы кафедра информационных систем и математики



Аннотация

Система поддержки принятия решений (СППР) -- компьютерная автоматизированная система, целью которой является помощь людям, принимающим решение в сложных условиях для полного и объективного анализа предметной деятельности. Центральным элементом в таких системах выступает обобщенная имитационная модель объекта исследования, выполненным CASE-средствами на верхнем уровне представления моделируемой системы.

В работе проводится исследование бизнес-процессов предприятия с помощью CASE-средств, разработка и описание имитационного моделирования для системы поддержки принятия решения. Также в работе содержатся выводы, сделанные по результатам исследования.

Для оценки эффективности имитационной модели используется оптимизационный эксперимент. Анализ проводится на статистике многолетней движения автотранспорта. Приводятся подробные результаты эксперимента.

Для проведения экспериментов используется разработанная имитационная модель «Перекресток».

бизнес поддержка решение имитационный



Оглавление

Введение

Глава 1. Общая характеристика организации

1.1 Общие сведения

1.2 Экономическое состояние г. Цивильска

1.3 Структура управления ФНС

1.4 Действующие ИС

1.5 Экономическая характеристика организации

1.6 Структурный анализ бизнес-процесса

1.6.1 Концептуальное описание бизнес - процесса и построение модели деятельности «как есть» (AS-IS)

1.6.2 Функциональная модель в виде иерархии дерева узлов

Глава 2. Разработка и реализация имитационной модели элементов транспортной инфраструктуры

2.1 Теоретические основы разработки имитационного модуля

2.2 Описание задачи

2.2.1 Постановка задачи

2.2.2 Описание модели с помощью диаграммы CASE

2.3 Программный продукт

Глава 3. Результаты имитационного моделирования

3.1 Описание и реализация имитационной модели

3.2 Тестирование эксперимента имитационной модели и анализ полученных результатов с измененными параметрами

3.3 Обобщение результатов, оценка эффективности модели

Заключение

Список литературы



Введение

В наше время, по мере развития, малые и крупные предприятия прибегают к описанию бизнес-процессов и последующему имитационному моделированию. И можно с уверенностью сказать, что современный бизнес немыслим без описания (документирования) бизнес-процессов, и без их автоматизации. Поэтому любое описание бизнес-процессов рано или поздно будет реализовано в автоматизированной системе.

Имитация как метод решения нетривиальных задач получила начальное развитие в 50-60-х годах XХ века в связи с созданием ЭВМ.

Имитационное моделирование - моделирование, при котором эксперимент проводится не над объектом изучения, а на компьютерной модели. Так же, оно является единственным способом создания реальных экономических объектов.

К имитационному моделированию прибегают, в том случае, когда:

эксперимент в реальном мире получается слишком дорогим или долгим;

построить аналитическую модель невозможно;

необходимо провести имитацию какой-либо системы во времени.

Целью данной работы является разработка модуля имитационного моделирования элементов транспортной инфраструктуры Межрайонной Инспекции Федеральной Налоговой Службы №7 по Чувашской Республике. Объектом исследования является транспортная система.

Для достижения поставленной цели были сформированы задачи:

Изучение эффективности использования описания бизнес-процессов.

Разработка алгоритма построения имитационной модели на основе CASE-средств.

Разработка имитационной модели «Перекресток» для анализа бизнес-процессов предприятия и принятия решения в сложных условиях, а также объективного анализа предметной деятельности.

Проведение анализа эффективности проведенного эксперимента.

В первом разделе дипломной работы описана теоретико-аналитическая часть предприятия, а именно:

Описание предметной области предприятия.

Технологические возможности.

Анализ финансового положения предприятия.

Описания бизнес-процесса с помощью диаграмм.

Во втором разделе описана постановка задачи, методы моделирования, алгоритм разработки имитационного модуля, а также обоснование выбора инструментального средства.

В третьем разделе представлено описание разработанного модуля производственного процесса с помощью дискретно-событийного моделирования и системной динамики, а так же эксперимент с корректировкой бизнес-процесса. Приведены примеры работы.

Модель разработана в среде AnyLogic 6 Professional. Также представлены результаты и выводы по данной работе.



Глава 1. Общая характеристика организации

1.1 Общие сведения

Межрайонная инспекция Министерства Российской Федерации по налогам и сборам №7 по Чувашской Республике (далее - Инспекция) создана на основании Положения и приказа Управления МНС России по Чувашской Республике № 51 от 28 сентября 2001 года, является территориальным органом Министерства Российской Федерации по налогам и сборам, входит в единую централизованную систему органов Министерства Российской Федерации по налогам и сборам.

Инспекция зарегистрирована в налоговой инспекции 26 октября 2001 года и находится в непосредственном подчинении Управления МНС России по Чувашской Республике. Ей присвоен ИНН 2115177777, КПП 211501001.

Инспекция в своей деятельности руководствуется следующим: Конституцией Российской Федерации, Налоговым кодексом Российской Федерации, различными законами и нормативными актами.

Местонахождение и юридический адрес Инспекции: 429900, Чувашская Республика, город Цивильск, улица Терешковой, дом 5а.

1.2 Экономическое состояние г. Цивильска

На территории Цивильского района находится 378 юридических лиц (организаций, предприятий, учреждений), 681 индивидуальных предпринимателей, осуществляющих свою деятельность без образования юридического лица. Из числа юридических лиц можно выделить:

46 государственных предприятий и организаций;

29 сельскохозяйственных предприятий;

167 предприятий с частной формой собственности;

70 филиалов и структурных подразделений;

66 общественных организаций

Межрайонная инспекция МНС России №7 по ЧР (Цивильский район) руководствуется Положением Налоговой Службы Российской Федерации. Главной задачей Налоговой службы РФ является, контроль, за соблюдением законодательства о налогах, полнотой и своевременностью внесения в соответствующие бюджеты государственных налогов и других платежей, установленных законодательством РФ и республик в ее составе, органами государственной власти областей, автономных образований, городов Москвы и Санкт-Петербурга, городов и районов.

В районе имеются предприятия легкой промышленности, пищевой промышленности, транспорта, торговли, связи, строительные организации, сельскохозяйственные предприятия и другие. Основными налогоплательщиками являются Цивильское райпо, ООО «Цивильский ПО «Пищевик», ФГУ ДЭП №139, ГУП «Цивильская сельхозхимия», ГУП учреждение ЮЛ-34/7, ЗАО «Чебоксары -Электро», ЗАО «Чурачикский завод ЖБИ», ОАО ПМК-8 и др.

В целом за 2013 год бюджет исполнен в сумме 687,6 млн. рублей, что составляет 101,6 % к уровню 2012 года 121,7%. В бюджеты муниципальных образований района поступило собственных доходов с ростом 131,3 % к уровню прошлого года - это первый показатель по Республике.(больше чем в 2012 году собрано 59,9 млн. рублей). Доля собственных доходов в общем объеме бюджета района составила 36,6%, в 2014 году она возрастет до 41,6%.Район обеспечил поступление налоговых доходов в бюджеты всех уровней с ростом на 128,1 % (составили они в сумме 603.1 млн. рублей), в том числе в республиканский бюджет - на 136,6%.

Цивильск являемся лидером среди сельских районов по сбору налоговых доходов в республиканский бюджет Чувашской Республики (265,9 млн.руб.), вторыми - во все уровни бюджета (532,6 млн.руб.- после Чебоксарского района - 593,3 млн. рублей).

Основным источником поступлений в собственных доходах консолидированного бюджета является налог на доходы физических лиц - 74,8 процента или 188,1 млн. рублей; 3,9 % - единый налог на вмененный доход для отдельных видов деятельности (9,9 млн. рублей).

Цивильский район занимает 3-ю позицию среди районов республики по числу индивидуальных предпринимателей, обеспечен рост налоговых поступлений за год на 11 % (34 млн.руб.), а в общей доле налогов составил 5,7 %. Доля ,занятых в малом и среднем предпринимательстве в общем количестве, занятых в экономике района составляет 36,5 % ( 2999 чел, рост 2.8%)

Оборот розничной торговли за 2013 год достиг более 1 млрд. рублей (темп роста составил 13,4 %), что является вторым показателем в республике (по республике рост- 7,3 %). Объем оказанных услуг увеличился на 13,1 % (составил 167,4 млн. руб.). Среднемесячная заработная плата за 11 месяцев в районе выросла на 24,5 % и составила 17 600 руб., (по республике рост в 13,9 % и заработная плата составляет 18950 руб.), что в целом показывает сбалансированность роста экономики района. [4]

1.3 Структура управления ФНС

Организационная структура управления - совокупность специализированных функциональных подразделений, взаимосвязанных в процессе обоснования, выработки, принятия, реализации различных управленческих решений. Графически изображается в виде иерархической диаграммы.

Организационная структура УФНС представлена на рис. 1.



Рисунок 1. Организационная структура ИФНС

Отдел финансового и общего обеспечения отвечает за различную корреспонденцию (бумажную и электронную), ведет архив документов инспекции, выполняет работу секретариата, делает копии документов, организует совещание руководства, назначает, увольняет работников ФНС, создает штатной расписание, следит за защитой информации (защита государственной тайны), осуществляет бухгалтерский учет, отвечает за охрану труда.

Юридический отдел проводит экспертизу различных документов, рассматривает жалобы различных налогоплательщиков, проводит юридическое сопровождение различных дел, готовит иски и проводит защиту государственных интересов в судах.

Отдел регистрации и учета налогоплательщиков выполняет регистрацию юридических лиц, постановление и снятие учет физических и юридических лиц, составляет различные протоколы административных правонарушений, готовит информацию в судебные органы о налогоплательщиков.

Отдел работы с налогоплательщиками работает с налоговыми декларациями, помогает людям платить налоги.

Отдел информационных технологий работает с различными программами (АИС «Налог», Microsoft Office Word, Lotus и др.), занимается внедрением и распространением различных программ, помогает пользователям работать с программами.

Отдел ввода и обработки данных выполняет следующие функции: вводят различные данные по учету налогоплательщиков, проверяет данные.

Отдел учета, отчетности и анализа отвечает за исправления различных ошибок в отчетности, работает с различными государственными внебюджетными фондами, контролирует правильное начисление платежей на уплату налогов, проводит работу о начислениях пени, анализирует начисления/поступления/задолженности о налогам и сборам.

Отдел урегулирования задолженности следит за задолженностями по налогам и сборам, ищет эффективные меры по их устранению.

Отдел камеральных проверок выполняет камеральные налоговые проверки налоговых деклараций, а отдел выездных проверок проводит выездные налоговые проверки.

1.4 Действующие ИС

В ФНС №7 используются следующие операционные системы: Windows XP, Windows 7, Windows 8, Windows Server 2003, Windows Server 2008.

Для успешного функционирование используется информационная система «Налог-3», версия 14.3.5.1.

АИС «Налог-3» - это форма организационного управления органами государственной налоговой службы на базе средств и методов обработки данных, которые использования различные информационных технологий.

АИС «Налог-3» помогает работать с различными налоговыми документами. На рис. 2 изображен интерфейс программы.

Рисунок 2. Интерфейс АИС "Налог"

Для автоматизации совместной деятельности работы различных отделов использую программный продукт Lotus Notes. Она содержит в себе средства электронной почты, персональные и групповые электронные календари, службы мгновенных сообщений и среду исполнения приложений делового взаимодействия.

Для создания, просмотра и редактирования текстовых документов используется текстовый процессор Microsoft Word 2003 и Microsoft Word 2007.

Для работы с табличными документами используются программы Microsoft Excel 2003 и Microsoft Excel 2007.

Для защиты компьютеров от вирусов используется Kaspersky Endpoint Security 10 (рис. 3).

Рисунок 3. Интерфейс программы "Kaspersky Endpoint Security"

В ИФНС №7 много отделов и много сотрудников. Для улучшения совестной работы между отделами и сотрудниками используется программа Net Speakerhone (рис. 4). Основная функция - сетевой телефон. Т.е. возможность общаться не только текстом, но и голосом, причем с несколькими клиентами одновременно и проводить конференции.



Рисунок 4. Интерфейс программы "Net Speakerhone"

Для работы с файлами используется файловый менеджер Total Commander. Total Commander - это файловый менеджер, который работает на платформе Microsoft Windows.

Для работы с архивами используется программа WinRAR. WinRAR -- это архиватор файлов в форматы RAR и ZIP для 32- и 64-разрядных систем.

Для удаленной работе с компьютерами используют программу TeamViewer.



1.5 Экономическая характеристика организации

Федеральная налоговая служба -- федеральный орган исполнительной власти, который осуществляет функции по контролю и надзору за соблюдением законодательства Российской Федерации о налогах и сборах, за правильностью исчисления, полнотой и своевременностью внесения в соответствующий бюджет налогов и сборов, а в случаях, предусмотренных законодательством Российской Федерации -- за правильностью исчисления, полнотой и своевременностью внесения в соответствующий бюджет иных обязательных платежей, а также за производством и оборотом табачной продукции и за соблюдением валютного законодательства Российской Федерации в пределах компетенции налоговых органов. [1]

ФНС является уполномоченным федеральным органом исполнительной власти, который осуществляет государственную регистрацию юридических лиц и физических лиц в качестве индивидуальных предпринимателей и крестьянских (фермерских) хозяйств, а также уполномоченным федеральным органом исполнительной власти, обеспечивающим представление в делах о банкротстве и в процедурах банкротства требований об уплате обязательных платежей и требований Российской Федерации по денежным обязательствам.

Основой для проведения финансового анализа стали следующие данные:

Баланс главного распорядителя, распорядителя, получателя бюджетных средств, главного администратора, администратора источников финансирования дефицита бюджета, главного администратора, администратора доходов бюджета приложение 1).

Отчет о финансовых результатов (приложение 2).

Эти данные рассматриваются по двум периодам: за 2012 год и за 2013 год.

После анализа актива баланса была получена следующая информация:

величина активов предприятия уменьшилась на 6.13% (-1 610 680 руб.), она стала равняться 24 656 969 руб. Уменьшились основные средства. Они снизилась на 1 508 199 руб. (в процентном соотношении -6.06%), стали равняться 23 383 308 руб.

внеоборотные активы (величина которых на конец 2012 составляла 24 891 507 руб.), снизились на 1 508 199 руб. (темп уменьшения внеоборотных активов составил -6.06%). На конец 2013 величина внеоборотных активов составляла 23 383 308,00 руб. (95% от общей структуры имущества).

величина оборотных активов (составлявшая на 31.12.2012 1 376 142 руб.), снизилась на 102 481 руб. (темп уменьшения оборотных активов составил -7.45%), и на конец 2013 их величина составила 1 273 661 руб. (5% от общей структуры имущества).

в структуре внеоборотных активов наибольшее их изменение было вызвано снижением основных средства на 1 508 199 руб.

в структуре оборотных активов наибольшее изменение было вызвано уменьшением запасов на 267 032 руб.

Анализируя пассив баланса была получена следующая информация:

снижение валюты баланса произошло за счет уменьшения уставного капитала на 1 383 924 руб., (или же -5.31%). На конец анализируемого периода уставный капитал установился на уровне 24 656 970 руб.

обязательств нет, так как это Федеральная налоговая служба - это не удивительно.

в пассиве капитал и резервы, которые на конец 2012 составляли 26 040 894,00 руб., снизились на 1 383 924,00 руб. (темп прироста составил -5.31%), и на конец 2013 его величина составила 24 656 970, руб. (100 % от общей структуры имущества). Это изменение произошло за счет снижения уставного капитала на -1 383 924,00 руб.

Изучив «Отчет о финансовых результатах на начало 2014 года» (приложение 2) видно, что доходы ФНС практически не производит (доходы составляют 700 рублей).

Расходы составляют 34603435 рублей, причем большая часть расходов - это оплата труда (26276949 руб. или 75,93%). Затем идет приобретение работ, услуг (транспортные услуги, коммунальные услуги, арендная плата и прочее). Она составила 4876124 руб. или 14,09%. Затем идет амортизация основных средств и нематериальных запасов - 1318087,17 руб. или 3,8%. Не удивительно, что большая часть расходов - это оплата труда. Так как в ИФНС работают много различных сотрудников.

Произведя финансовый анализ можно сказать следующее:

предприятие ничего не производит, так как является налоговым органом.

за анализируемый период величина чистых активов, составлявшая на 31.12.2012 26 040 892, руб., снизилась на 1 383 923, руб. (темп уменьшения чистых активов составил -5.31%), и на 31.12.2013 их величина составила 24 656 969,00 руб.

у предприятия нет никаких задолженностей.

1.6 Структурный анализ бизнес-процесса

1.6.1 Концептуальное описание бизнес - процесса и построение модели деятельности «как есть» (AS-IS)

Бизнес-процесс -- это совокупность различных мероприятий или задач, направленных на создание определенного продукта или услуги для потребителей. Эти мероприятия и задачи должны быть взаимосвязаны. [11]

Рассмотрим бизнес-процессы самой ИФНС.

На рис. 5 изображена модель «AS-US» (как есть) . ИФНС действует на основании законодательства, управляют сотрудники. ИФНС получает различные данные о плательщиках, бухгалтерскую отчетность, входящие и платежные документы, и делает из всего этого отчетность и исходящие документы. Деятельность ИФНС контролируется законодательством. Всю работу выполняют сотрудники ИФНС.

Рисунок 5. Контекстная диаграмма модели деятельности ИФНС. Модель «как есть»

После описания схемы предприятия проводится функциональная декомпозиция - система разбивается на подсистемы и каждая подсистема описывается отдельно (диаграммы декомпозиции). Затем каждая подсистема, при необходимости, разбивается на более мелкие и так далее до достижения нужной степени подробности. В результате такого разбиения, каждый фрагмент системы изображается на отдельной диаграмме декомпозиции основных бизнес-процессов (рис. 6).

Рисунок 6. Диаграмма декомпозиции IDEF0 деятельность ИФНС. Модель (как есть)

По рис 6. видно, что каждый отдел связан друг с другом, во всех отделах работают разные сотрудники, деятельность отделов контролируется законодательством.

Теперь рассмотрим бизнес-процесс одного из отделов ИФНС, например отдел урегулирования задолженности.

Существует добровольное и недобровольное взыскание налога или пошлины с физического или юридического лица.

Все данные по задолженностям хранятся в ИС «Налог».

В ИС «Налог» с исполнительного листа вносятся следующая информация: дата, когда был выдан исполнительный лист; номер дела в Суде; название Суда; в отношении кого заведено дело в Суде; сумма взыскания.

Затем все это направляется в отдел урегулирования задолженности.

На рис. 7 изображена диаграмма IDEF0

Рисунок 7. Диаграмма IDEF0 - Отдел урегулирования задолженностей.

Входными данными системы являются следующие элементы: пароль, логин, дата выдачи исполнительного листа, данные о должнике, номер дела в Суде, название Суда или Судебного участка, сумма взыскания.

Выходными данными являются: сопроводительные письма, внесенные в БД изменения об уплате/неуплате.

На рис. 8. расположена диаграмма декомпозиции модели данной системы.

Рисунок 8. Диаграмма декомпозиции «Отдел урегулирования задолженностей»

Определение уровня доступа и предоставление полномочий происходит от вводимых логина и пароля.

Логин и пароль являются входной информацией, а результатом выполнения является предоставление полномочий. Затем создается сопроводительный лист по решению суда, производится запись в базу данных и вносятся изменения, на выходе получается сопроводительное письмо с измененной базой данных. Все это делают операторы ИС.



1.6.2 Функциональная модель в виде иерархии дерева узлов

Диаграмма дерева узлов показывает иерархическую зависимость работ, но не взаимосвязи между работами. Рассмотрим диаграмму дерева узлов показывающую иерархию работ в модели " AS-IS" (рис. 9).

Рисунок 9. Диаграмма дерево узлов (модель «как есть»

Диаграмма «Деятельность ИФНС» - первый уровень дерева узлов, остальные диаграммы («Деятельность юридического отдела», «Деятельность отдела урегулирования задолженности», «Деятельность информационного отдела» и «Деятельность юридического отдела») - второй уровень дерева узлов.

При построении функциональной модели и модели поток данных, связанной с инициативными туроператорами, были определены «узкие моменты» в существующей системе: малая загруженность персонала, и отсутствие отдела имитационного моделирования. Также было выяснено, что система автоматизированного проектирования сильно нуждается в использовании имитационного моделирования.



Глава 2. Разработка и реализация имитационной модели элементов транспортной инфраструктуры

2.1 Теоретические основы разработки имитационного модуля

Имитационное моделирование реализуется посредством набора различных математических инструментальных средств, специальных компьютерных программ и приемов, позволяющих с помощью компьютера провести целенаправленное моделирование в режиме «имитации» структуры и функций сложного процесса и оптимизацию некоторых его параметров. Набор программных средств и приемов моделирования определяет специфику системы моделирования - специального программного обеспечения.[15]

Имитационное моделирование как особая информационная технология состоит из следующих основных этапов:

Структурный анализ процессов.

Формализованное описание модели.

Построение модели

Проведение экстремального эксперимента для оптимизации определенных параметров реального процесса.

На первом этапе проводится формализация структуры сложного реального процесса путем разложения его на подпроцессы, на втором - производится описание элементов имитационной модели на специальный язык для последующей трансляции, на третьем этапе - сборка модели и ее верификация. Четвертый этап проводят для оптимизации определенных параметров реального процесса.

Существуют три вида имитационного моделирования:

Агентное моделирование -- метод имитационного моделирования, исследующий поведение децентрализованных агентов и то, как такое поведение определяет поведение всей системы в целом. Пример - потребительский рынок

Дискретно-событийное моделирование -- подход к моделированию, предлагающий абстрагироваться от непрерывной природы событий и рассматривать только основные события моделируемой системы, такие, как: «ожидание», «обработка заказа», «движение с грузом», и прочие. Дискретно-событийное моделирование наиболее развито и имеет огромную сферу приложений -- от логистики и систем массового обслуживания до транспортных и производственных систем. Пример - дорожное движение.

Системная динамика - направление в изучении сложных систем, исследующее их поведение во времени и в зависимости от структуры элементов системы и взаимодействия между ними. С помощью системной динамики строят модели бизнес-процессов, развития города, модели производства, динамики популяции, экологии и развития эпидемии.

В данной дипломной работе была произведена разработка элементов имитационного модуля транспортной инфраструктуры, поэтому было использовано дискретно-событийное моделирование.

2.2 Описание задачи

2.2.1 Постановка задачи

Транспортная инфраструктура - сложная система, во время работы которой осуществляется движения транспорта по различным правилам. В данной модели будет проанализированы следующая операция: движение транспорта по перекрестку, по правилам дорожного движения. Данная модель является дискретно-событийной.

В качестве исходных данных для построения модели построения элементов транспортной инфраструктуры были использованы:

Случайное количество машин, появляющиеся на дороге

Два перекрестка

Правила дорожного движения (светофор на перекрестках)

Рядом с ИФНС №7 расположены два перекрестка. Требуется определить оптимальное количество автомобилей на перекрестке.

2.2.2 Описание модели с помощью диаграммы CASE

Составим модель движения автомобиля по перекрестку. Для этого будем использовать UML-диаграмму.

UML - язык графического описания для объектного моделирования в области разработки программного обеспечения. На рис. 10 изображена диаграмма UML движения автомобиля.

Автомобили выезжают на перекресток из вертикальной и горизонтальной дороге, затем водители проверяют положение светофора и положение других автомобилей на дороге. Когда светофор загорается зеленным светом и близко нет другого автомобиля, автомобиль едет дальше.

Рисунок 10. Упрошенная диаграмма UML движения автомобиля.

Проведя исследования модели диаграммы декомпозиции модели «AS-US»(как есть) построим модель «TO-BE»(как должно быть) (рис. 11).

Рисунок 11. Диаграмма декомпозиции IDEF0 Деятельность организации Модель (как будет)

Рассмотрим наглядно диаграмму дерева узлов показывающую иерархию работ в модели " как должно быть" (TO-BE), не показывающую взаимосвязи между работой целиком (рис. 12).

Рисунок 12. Диаграмма дерева узлов (модель «как будет»)

Диаграмма «Деятельность ИФНС» - первый уровень дерева узлов, остальные диаграммы («Деятельность юридического отдела», «Деятельность отдела урегулирования задолженности», «Деятельность информационного отдела» и «Деятельность юридического отдела» - второй уровень дерева узлов.

2.3 Программный продукт

Имитационный модуль был разработан в среде AnyLogic Professional 6.9.0 на языке Java. Язык и платформа имеют большие возможности по имитации модулей производства и обработка производственной информации.

AnyLogic -- программное обеспечение для имитационного моделирования, разработанное российской компанией The AnyLogic Company. [2]

AnyLogic - единственный инструмент имитационного моделирования (ИМ), который поддерживает все подходы к созданию имитационных моделей: процессно-ориентированный (дискретно-событийный), системно динамический и агентный, а также любую их комбинацию. [2]

На рис. 13 изображен интерфейс программы.

Рисунок 13. Интерфейс AnyLogic



AnyLogic работает на следующих платформах: Microsoft Windows, Apple Mac, Linux. Для работы AnyLogic требуется Java 2 Standard Edition 6.0 или выше.

Также java-аплеты (прикладная программа) AnyLogic могут быть запущены в браузере.

Возможности AnyLogic:

Метаданные.

Метаданными в среде AnyLogic являются конструкции ввода данных, их обработка и статистика, средства классификации, ведение аналитики и др. Панель Палитра содержит элементы, которые могут быть добавлены на диаграмму класса активного объекта или эксперимента.

Элементы использовавшиеся в разработке модели:

Диаграмма состояний - если у активного объекта можно выделить несколько состояний, выполняющих различные действия при происхождении каких-то событий, или если у активного объекта есть несколько качественно различных поведений, последовательно сменяющих друг друга при происхождении определенных событий, то поведение такого объекта может быть описано в терминах диаграммы состояний. Диаграмма состояний позволяет графически задать пространство состояний алгоритма поведения объекта, а также события, которые являются причинами срабатывания переходов из одних состояний в другие, и действия, происходящие при смене состояний. С помощью диаграмм состояний можно графически задать дискретные поведения объектов любой сложности, куда более разнообразные, чем элементарные состояния свободен/занят (idle/busy), открыт/закрыт (open/closed), исправен/неисправен (up/down) и т.п., предлагаемые большинством блочных инструментов моделирования.

Диаграммы состояний AnyLogic соответствуют стандарту UML. Они сохраняют графический вид, атрибуты и семантику выполнения, определенную в UML.

Диаграмма состояний представляет собой состояния, соединенные переходами. Переходы могут сработать в результате заданного в качестве условия перехода события - это может быть истечение заданного таймаута, получение диаграммой состояний сообщения, выполнение заданного логического условия и т.д. Срабатывание перехода приводит к переходу управления диаграммы состояний в то состояние, в которое ведет этот переход. Состояния могут быть иерархическими, т.e. содержать другие состояния и переходы.

С помощью диаграмм состояний можно графически задать дискретные поведения объектов любой сложности, куда более разнообразные, чем элементарные состояния свободен/занят (idle/busy), открыт/закрыт (open/closed), исправен/неисправен (up/down) и т.п., предлагаемые большинством блочных инструментов моделирования.

Диаграммы состояний AnyLogic соответствуют стандарту UML. Они сохраняют графический вид, атрибуты и семантику выполнения, определенную в UML. Диаграмма состояний представляет собой состояния, соединенные переходами. Переходы могут сработать в результате заданного в качестве условия перехода события - это может быть истечение заданного таймаута, получение диаграммой состояний сообщения, выполнение заданного логического условия и т.д. Срабатывание перехода приводит к переходу управления диаграммы состояний в то состояние, в которое ведет этот переход. Состояния могут быть иерархическими, т.e. содержать другие состояния и переходы. На рис. 14 изображена диаграмма состояний.



Рисунок 14. Диаграмма состояний

Модели AnyLogic могут быть основаны на любой из основных парадигм имитационного моделирования: дискретно-событийное моделирование, системная динамика, и агентное моделировании (рис. 15).

Рисунок 15. Три подхода имитационного моделирования

Главное преимущество работы в AnyLogic состоит в том, что при разработке модели можно использовать концепции и средства из нескольких областей моделирования. Также в преимущество можно включить простоту освоения программный продуктом.

Области применения AnyLogic:

1) логистика и цепочки поставок (стратегического планирования, основанного на целях компании, тенденциях рынка и стратегиях конкурентов, разработки адаптивных и оперативных стратегий управления, которые реагируют на внутренние и внешние изменения, такие как колебание спроса, смена поставщиков, деятельность конкурентов и др., выработки организационных стратегий с учетом стратегического планирования, маркетинга и вопросов, касающихся HR)

2) здравоохранение (при помощи моделирования можно легко и быстро разыгрывать различные ситуации на экране компьютера. Что самое главное, во время имитационного эксперимента ни один пациент не пострадает, пример - расположить кабинеты в больнице таким образом, чтобы свести к минимуму время перемещения между ними)

3) рынок и конкуренция (типичные задачи из области анализа и прогноза рынков: поведение потребителей, лояльность к бренду, возможность перехода с одного продукта на другой, реакция на продвижение продукта, поведение компаний-конкурентов, имитационные модели рынка в сочетании с цепочками поставок, логистикой и моделью производства, внедрение нового продукта, о котором нет сопоставимых статистических данных)

4) производство (имитационное моделирование широко используется в производстве для решения различных проблем от оптимизации промежуточных процессов до стратегического управления. Моделирование позволяет анализировать не только конкретный процесс, но и систему производства в целом, что дает возможность проверить капиталоемкость той или иной стратегии управления. Проведение экспериментов с использованием модели, избавляет от необходимости проведения экспериментов в реальной жизни и не мешает работе производства.)

5) аэропорты, вокзалы, торговые центры (оценка пропускной способности зданий и отдельных объектов внутри них, нахождение «узких мест» для пешеходных потоков, оптимизация бизнес-процессов в пунктах обслуживания, создание и обоснование планов эвакуации при ЧС, оценка плотности потока посетителей торговых зон, оценка доступности парковок, дорожной сети и общественного транспорта.)

6) склад и перевозки (долгосрочное планирование складской инфраструктуры на основе динамики бизнеса, ежедневное управление ресурсами склада, детальное моделирование складов на основе физических размеров зданий, конфигурации стеллажей, специфики продукции, перемещения погрузчиков, направленное на поиск оптимальной политики управления, стратегическое и оперативное управление транспортировками и автопарком на основе накопленных статистических данных, а так же мониторинга данных в режиме реального времени, оптимизация управления автопарком - планирование технического обслуживания, закупки, аренды или лизинга грузовых автомобилей, вагонов, судов, самолетов, оценка риска и управление рисками в транспортной логистике)

7) финансы и управления активами (анализ и оценка финансовых и инвестиционных рисков, управление портфелем проектов и инвестиций, оценка и прогнозирование финансовых результатов)

8) бизнес-процессы и системное обслуживание (анализировать и оценивать эффективность бизнес-процессов компании, улучшать их, разрабатывать совершенно новые бизнес-процессы, основываясь на имитационных экспериментах)

9) железные дороги

10) оборона

11) IT-инфраструктура (анализ необходимости и эффективности инвестиций в развитие информационной инфраструктуры, оценка влияния модернизации ИТ на бизнес-процессы и финансовые показатели компании, прогнозирование воздействия ИТ инфраструктуры компании на уровень обслуживание клиентов, разработка структуры и характеристик локальных сетей и сетей сотовой связи

12) стратегическое планирование и менеджмент

13) социальная динамика (моделирование и изучение миграции населения, моделирование и оценка перспектив развития городов, оценка и расчет эффективности рекламных кампаний).

Клиентами AnyLogic являются многие известные фирмы, такие как: Vimpelcom, Gazprom, Sberbank, Toyota, NEC, Xerox, NASA, Rolls-Royce, Intel и другие. Применение имитационных моделирование дает большое преимущество по сравнению с выполнением экспериментов над реальной системой и использованием других методов. Основные преимущества использование AnyLogic:

Уменьшение стоимости издержек (допустим, нужно принять какого-либо решения, неизвестно какие последствия будут из-за этого, при использованием имитационного моделирования в AnyLogic можно найти оптимальный вариант, при котором издержки будут минимальны)

Уменьшение потраченного времени (при использование имитационного моделирования в AnyLogic можно сэкономить большое количество времени при исследования какого-либо объекта, например, узнать как будет продаваться новый товар на рынке) Повторяемость (при использовании имитационного моделирования в AnyLogic можно проводить исследования с разными параметрами, например, прогнозировать продажу различных товаров на одном рынке или продажу товара на разных рынках) Точность (при использовании имитационного моделирования в AnyLogic можно описать структуру какой-либо системы без помощи различных сложных математических формул) Наглядность (при использовании имитационного моделирования в AnyLogic модель можно будет рассмотреть визуально, это помогает наглядно показать полученное решение) Универсальность (использования имитационного моделирования в AnyLogic позволяет решать задачи из разных областей, таких как производство, логистика, здравоохранение, оборона, железные дороги и прочее)

Глава 3. Результаты имитационного моделирования

3.1 Описание и реализация имитационной модели

Создаем имитационную модель на основании шаблона «Дискретно-событийное моделирование» (рис. 16).

Рисунок 16. Шаблон «Дискретно-событийное моделирование»

В данном модуле имитационного моделирования элементов транспортной инфраструктуры автомашины прибывают с четырех начальных состояний, поэтому и описывать будем четыре разных элемента (рис. 17-20).

Рисунок 17. Разработанная имитационная модель для первого элемента (как есть)



Рисунок 18. Разработанная имитационная модель для второго элемента (как есть)

Рисунок 19. Разработанная имитационная модель для третьего элемента (как есть)

Рисунок 20. Разработанная имитационная модель для четвертого элемента (как есть)

Для движения автомобилей был нарисован перекресток (рис. 21).



Рисунок 21. Перекресток

Автомобили едут по перекрестку по правилам светофора. Для этого был использовав стейтчарт (рис. 22).

Рисунок 22. Стейтчарт светофора



Диаграммы состояний (или стейтчарты) позволяют визуально представить поведение объекта во времени под воздействием событий или условий, они состоят из графического изображения состояний и переходов между ними.

В данной модели была использована библиотека дорожного движения. Библиотека Дорожного движения позволяет моделировать и визуализировать движение потоков машин. Библиотека поддерживает детализированное, но в то же время высоко эффективное моделирование движения машин на физическом уровне. С ее помощью можно промоделировать как движение машин на автомагистрали, так и уличный трафик машин, транспортировку на производстве, парковки и любые другие системы с машинами, дорогами и дорожными полосами. С помощью этой библиотеки можно моделировать и крупномасштабные системы дорожного трафика, поскольку какие-то части системы можно будет задать на более высоком уровне абстракции с помощью системной динамики или дискретно-событийного подхода моделирования, что потребует куда меньших затрат на вычисления.

В данной работе использовались следующие объекты:

1) CarSource (рис. 23) - создает машины, помещает их на одну из дорог и вставляет заявку типа Car в диаграмму процесса, задающую автотрафик. "Времена прибытий" машин, т.e. времена возникновения машин в модели, задаются аналогично временам появления заявок в объекте Source Основной библиотеки - согласно заданной интенсивности, либо с помощью расписания прибытий или расписания интенсивностей, либо же путем задания времен между прибытиями. Кроме того, есть "ручной режим" создания, при котором объект CarSource будет создавать машины только в моменты вызова его функции inject().



Рисунок 23. CarSource

2) SelectOutput (рис. 24) - объект направляет входящие заявки в один из двух выходных портов в зависимости от выполнения заданного (детерминистического или заданного с помощью вероятностей) условия. Условие может зависеть как от заявки, так и от каких-то внешних факторов. Поступившая заявка покидает объект SelectOutput в тот же момент времени.

SelectOutput5 (рис. 25) - объект направляет входящие заявки в один из пяти выходных портов в зависимости от выполнения заданных (детерминистических или заданных с помощью вероятностей) условий.

Рисунок 24. SelectOutput

Рисунок 25. SelectOutput5

3) CarMoveTo (рис. 26) - объект, который управляет движением машины. Для каждой машины-заявки объект CarMoveTo высчитывает маршрут от текущего местоположения машины до заданной точки назначения и направляет машину по этому маршруту. При достижении машиной точки назначения, она может как остановиться, так и продолжить движение без заданного маршрута.

Рисунок 26. CarMoveTo

5)Queue (рис. 27) - объект моделирует очередь заявок, ожидающих приема объектами, следующими за данным в потоковой диаграмме, или же хранилище заявок общего назначения. При необходимости можно задать максимальное время ожидания заявки в очереди. Также можно программно извлекать заявки из любых позиций в очереди.

Рисунок 27. Queue

6) Hold (рис. 28) - блокирует/разблокировывает поток заявок на определенном участке блок-схемы. Объект Hold используется, например, когда объект может принимать заявки, но в данный момент не нежно продолжать их обработку или когда нужно заблокировать поступление заявок только от какого-то определенного объекта, в то же время принимая заявки, приходящие с выходных портов других объектов.



Рисунок 28. Hold

CarDispose (рис. 29) - удаляет машины из модели.

Рисунок 29. CarDispose

8) RoadNetwork (рис. 30) - объект задает сеть дорог, основываясь на нарисованной пользователем графике, проверяет правильность сети и отображает сеть дорог на анимации во время выполнения модели. Этот объект должен присутствовать в любой модели дорожного трафика. В модели может быть несколько независимых (не соединенных) сетей дорог - в этом случае должно быть несколько объектов RoadNetwork - по одному на каждую сеть.

Рисунок 30. RoadNetwork

9) View area (область просмотра). С помощью этого элемента можено выделить на диаграмме активного объекта некоторые области, содержащие логически обособленные группы элементов или участки диаграммы.

10) Сamera (рис. 31). Камера используется для определения того, какой именно участок презентации будет отображаться в окне трехмерной анимации. Она как бы "снимает" то, что "показывает" окно трехмерной анимации (3D окно)

Рисунок 31. Сamera

11) Slider (бегунок) (рис. 32). Элемент управления, позволяющий пользователю графически выбирать число из заданного диапазона значений путем перетаскивания рукоятки.

Рисунок 32. Slider

12) Сhart (рис. 33). График отображает зависимость Y-составляющих значений набора данных от соответствующих им X-составляющих



Рисунок 33. Chart

13) Параметры. Параметры обычно используются для задания статических характеристик агента.

Большинство объектов в AnyLogic соединены «соединителем». Соединитель - это линия, соединяющая два порта или две переменные. Соединение двух портов означает, что между этими портами могут посылаться сообщения. Соединение переменных означает, что эти переменные будут иметь одно и то же значение в любой момент времени (изменения одной переменной будут немедленно приводить к изменениям другой, объявленной как внешняя).

Для каждого объекта движения автомобилей построены графики. (рис. 34).

Рисунок 34. Графика движения автомобилей.

Полученную имитационную модель можно просматривать в двух режимах: 2D (рис. 35) и 3D (рис. 36).

Рисунок 35. 2D режим модели

Рисунок 36. 3D режим модели

На рис. 37 расположено изображение движения автомобилей по вертикали в виде элементов AnyLogic.



Рисунок 37. Движение автомобилей по вертикали

На рис. 38 расположено изображение движения автомобилей по горизонали в виде элементов AnyLogic.

Рисунок 38. Движение автомобилей по горизонтали

3.2 Тестирование эксперимента имитационной модели и анализ полученных результатов с измененными параметрами

После исследования и анализа разработанной модели следует составить движения автомобилей на перекрестке, при изменении интенсивности движении. Для этого был использованы такой элемент, как «бегунок».

Бегунок - элемент управления, позволяющий пользователю графически выбирать число из заданного диапазона значений путем перетаскивания рукоятки.

На рис. 39 расположены четыре бегунка, которые отвечают за интенсивность движения автомобилей из четырех разных начальных точек.

Рисунок 39. Настройка интенсивности автомобилей

Соответственно, чем меньше интенсивность движения, тем меньше загруженность дороги, и наоборот, чем больше интенсивность движения, тем больше загруженность дороги.

Можно настроить задержку желтого цвета у светофора (рис. 40).

Рисунок 40. Настройка светофора

Также можно настроить задержку автомобилей на дороге (рис.41).



Рисунок 41. Настройка задержки автомобилей

3.3 Обобщение результатов, оценка эффективности модели

В работе экспериментально проанализировано работа процесса движения автомобилей. В результате моделирования были получены данные загруженности дороги, при разной интенсивности движения автомобилей.

Была проведена оптимизация движения автомобилей на перекрестке (рис. 42).

Рисунок 42. Результаты оптимизации

В результате данной оптимизации были выяснены оптимальное количество автомобилей на перекрестке и оптимальное время их простоя на дороге.

Заключение

В данной выпускной квалификационной работе была спроектирована бизнес-процесс ИФНС №7 и построена имитационная модель. В качестве разработки была выбрана среда AnyLogic Professional 6.9.0.

Модель была разработана в соответствии с соблюдением следующих требований:

простой бизнес-процес

точность расчетов

минимальные аппаратные требования

Произведенный анализ сферы деятельности ИФНС №7 вывел следующие недостатка:

низкую загруженность сотрудников и

отсутствия отдела имитационного моделирования.

Так же в работе были выполнены следующие задачи:

Изучена эффективность использования описания бизнес-процессов.

Разработан алгоритм построения имитационной модели на основе CASE-средств.

Разработана имитационная модель «Перекресток».

Проведен анализ эффективности проведенного эксперимента.

Выработана рекомендация для использования описания бизнес-процессов и имитационного моделирования в ИФНС №7.

После внедрения рассмотренного в данной работе отдела имитационного моделирования, в работу ИФНС, имеющиеся проблемы будут устранены.

Последующее использование моделирования бизнес-процессов на предприятии позволит ускорить процесс принятия решения, направленного на увеличения эффективности предприятия.

Для внедрения использования моделирования в практике предприятия необходимо:

Активизация использования движков исполнения бизнес-процессов

Внедрение продвинутого инструментального средства моделирования бизнес-процессов в нотации ERWIN

Использование MS Visio

Использование среды имитационного моделирования AnyLogic

Применение имитационного моделирования доказало свою эффективность. Разработанное решение предлагается использовать в ИФНС №7.



Список литературы

1. Налоговый кодекс РФ

2. http://www.anylogic.ru/ - сайт AnyLogic

3. http://www.gks.ru/ - сайт Федеральной службы государственной статистики.

4. http://www.gov.cap.ru/Default.aspx?gov_id=477 - сайт Цивильского городское поселение Цивильского района

5. http://www.minfin.ru - сайт Министерства Финансов Российской Федерации

6. http://www.nalog.ru - сайт Федеральной Налоговой Службы

7. ГОСТ 7.32-2001. Отчет о научно-исследовательской работе. Структура и порядок оформления.

8. ГОСТ Р ИСО/МЭК 12207 - 99. Информационная технология. Процессы жизненного цикла программных средств.

9. ГОСТ Р ИСО/МЭК 15910 - 2002. Информационная технология. Процесс создания документации пользователя программных средств.

10. А.А. Емельянов, Е.А. Власова, Р.В. Дума «Имитационное моделирование экономических процессов», Москва, «Финансы и статистика», 2002.

11. В.Д. Боев, Д.И. Кирик, Р.П. Сыпченко - Компьютерное Моделирование. Пособие для курсового и дипломного проектирования - СПб: ВАС, 2011 - 348 с.

12. Информационный менеджмент: Учебное пособие для вузов/ Гринберг А.С., Король И.А. - М.: ЮНИТИ-ДАНА, 2009. - 415 с.;

13. Козлов А.С. Проектирование и исследование бизнес процессов: учебное пособие / 2-е изд., перераб. и доп. М.: Флинта: МПСИ, 2009. 272 с.;

...