Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Уральский Государственный Экономический Университет

Курсовая работа

Дисциплина: Компьютерное моделирование

Тема: «Имитационное моделирование в банковском деле».

Исполнитель: Щулипенко В.Д.

Руководитель: Жернаков Р.С.

Екатеринбург 2017



Оглавление

ВВЕДЕНИЕ

1. ОСНОВНАЯ ТЕОРИЯ

1.1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ СИСТЕМ В СРЕДЕ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ANYLOGIC

1.2 СРЕДСТВА ANYLOGIC ДЛЯ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ СИСТЕМ

1.3 СРЕДСТВА ОПИСАНИЯ ПОВЕДЕНИЯ ОБЪЕКТОВ

1.4 ПРОЦЕСС ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

1.5 АНИМАЦИЯ ПОВЕДЕНИЯ МОДЕЛИ

2. РЕАЛИЗАЦИЯ МОДЕЛИ

2.1 ОПИСАНИЕ ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ЭЛЕМЕНТОВ МОДЕЛИ

2.2 ОПИСАНИЕ МОДЕЛИ

2.3 РАБОТА С МОДЕЛЬЮ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСТОЧНИКОВ



Введение

Моделирование на сегодняшний день является самым распространенным и мощнейшим средством изучения объектов, явлений и процессов реального мира. Моделирование совершенно необходимо в случаях, когда изучать реальные объекты и процессы непосредственно затруднительно или практически невозможно и существенно упрощает и удешевляет разработку и оптимизацию сложных и дорогих систем.

Отличительная черта моделирования - выделение основных свойств системы, интересующих разработчиков и исследователей, и их оценка (качественная и количественная) с учетом варьируемых поправок и ограничений. Именно это обстоятельство делает моделирование основным и необходимым этапом в разработке любых систем и изучении процессов и явлений реального мира.

Принятие решений - важнейшая часть работы менеджеров любого звена на каждом предприятии. Именно потому понимание тонкостей процесса принятия решений в различных условиях, знание, а также применение различных методов и моделей принятия решений играет важную роль в повышении эффективности работы управленческого персонала.

Для принятия правильных решений нужно применять научный способ. В науке управления научный способ предполагает присутствие определенной структуры процесса принятия решений и внедрение разных способов и моделей принятия решений.

Имитационное моделирование дает наилучшие по точности результаты если моделируемая система имеет неопределенный или вероятностный характер, поскольку просчитать математически все возможные варианты поведения системы задача крайне трудоемкая или невыполнимая, а использование в расчетах средних значений дает крайне неточные результаты.

Целью данной курсовой работы является составление модели банка, используя методы имитационного моделирования.

Задачи курсовой работы:

-изучить связь имитационного моделирования и разработок управленческих решений

-рассмотреть процесс имитационного моделирования

-рассмотреть процесс имитационного моделирования на конкретном примере: банковскую имитационную управленческую систему.



1. ОСНОВНАЯ ТЕОРИЯ

1.1 Теоретические основы моделирования систем в среде имитационного моделирования AnyLogic

Моделирование - метод решения задач, при использовании которого исследуемая система заменяется более простым объектом, описывающим реальную систему и называемым моделью. Моделирование применяется в случаях, когда проведение экспериментов над реальной системой невозможно или нецелесообразно, например, из-за высокой стоимости или длительности проведения эксперимента в реальном масштабе времени.

Имитационная модель - это компьютерная программа, которая описывает структуру и воспроизводит поведение реальной системы во времени. Имитационная модель позволяет получать подробную статистику о различных аспектах функционирования системы в зависимости от входных данных. Имитационное моделирование - разработка компьютерных моделей и постановка экспериментов на них. Целью моделирования в конечном счете является принятие обоснованных, целесообразных управленческих решений. Компьютерное моделирование становится сегодня обязательным этапом в принятии ответственных решений во всех областях деятельности человека в связи с усложнением систем, в которых человек должен действовать и которыми он должен управлять. Знание принципов и возможностей имитационного моделирования, умение создавать и применять модели являются необходимыми требованиями к инженеру, менеджеру, бизнес-аналитику.

Современные системы моделирования поддерживают весь арсенал новейших информационных технологий, включая развитые графические оболочки для целей конструирования моделей и интерпретации выходных результатов моделирования, мультимедийные средства, анимацию в реальном масштабе времени, объектно-ориентированное программирование, Internet - решения и др. В данном пособии описываются методы и приемы построения моделей с помощью инструментальной системы AnyLogic.

Пакет AnyLogic - отечественный профессиональный инструмент нового поколения, который предназначен для разработки и исследования имитацион-ных моделей. Разработчик продукта - компания "Экс Джей Текнолоджис" (XJ Technologies), г. Санкт-Петербург.

AnyLogic был разработан на основе новых идей в области информационных технологий, теории параллельных взаимодействующих процессов и теории гибридных систем. Благодаря этим идеям чрезвычайно упрощается построение сложных имитационных моделей, имеется возможность использования одного инструмента при изучении различных стилей моделирования.

Программный инструмент AnyLogic основан на объектно-ориентированной концепции. Другой базовой концепцией является представление модели как набора взаимодействующих, параллельно функционирующих активностей. Активный объект в AnyLogic - это объект со своим собственным функционированием, взаимодействующий с окружением. Он может включать в себя любое количество экземпляров других активных объектов. Графическая среда моделирования поддерживает проектирование, разработку, документирование модели, выполнение компьютерных экспериментов, оптимизацию параметров относительно некоторого критерия.

При разработке модели можно использовать элементы визуальной графики: диаграммы состояний (стейтчарты), сигналы, события (таймеры), порты и т.д.; синхронное и асинхронное планирование событий; библиотеки активных объектов.

Удобный интерфейс и многочисленные средства поддержки разработки моделей в AnyLogic делают не только использование, но и создание компьютерных имитационных моделей в этой среде моделирования доступными даже для начинающих. При разработке модели на AnyLogic можно использовать концепции и средства из нескольких классических областей имитационного моделирования: динамических систем, дискретно-событийного моделирования, системной динамики, агентного моделирования. Кроме того, AnyLogic позволяет интегрировать различные подходы с целью получить более полную картину взаимодействия сложных процессов различной природы.

1.2 Средства AnyLogic для имитационного моделирования систем

Две фазы моделирования. AnyLogic используется для разработки имитационных исполняемых моделей и последующего их прогона для анализа. Разработка модели выполняется в графическом редакторе AnyLogic с использованием многочисленных средств поддержки, упрощающих работу. Построенная модель затем компилируется встроенным компилятором AnyLogic и запускается на выполнение. В процессе выполнения модели пользователь может наблюдать ее поведение, изменять параметры модели, выводить результаты моделирования в различных формах и выполнять разного рода компьютерные эксперименты с моделью. Для реализации специальных вычислений и описания логики поведения объектов AnyLogic позволяет использовать мощный современный язык Java. Активные объекты, классы и экземпляры активных объектов. Основными строительными блоками модели AnyLogic являются активные объекты, которые позволяют моделировать любые объекты реального мира. Класс в программировании является мощным средством, позволяющим структурировать сложную систему. Класс определяет шаблон, в соответствии с которым строятся отдельные экземпляры класса. Эти экземпляры могут быть определены как объекты других активных объектов. Активный объект является экземпляром класса активного объекта. Чтобы создать модель AnyLogic, необходимо создать классы активных объектов (или использовать объекты библиотек AnyLogic) и задать их взаимосвязи. AnyLogic интерпретирует создаваемые графически классы активных объектов в классы Java, поэтому можно пользоваться всеми преимуществами объектно-ориентированного моделирования.

Активные объекты могут содержать вложенные объекты, причем уровень вложенности не ограничен. Это позволяет производить декомпозицию модели на любое количество уровней детализации.

Активные объекты имеют четко определенные интерфейсы взаимодействия. Они взаимодействуют со своим окружением только посредством своих интерфейсных элементов. Это облегчает создание систем со сложной структурой, а также делает активные объекты повторно используемыми. Создав класс активного объекта, можно создать любое количество объектов - экземпляров данного класса. Каждый активный объект имеет структуру (совокупность включенных в него активных объектов и их связи), а также поведение, определяемое совокупностью переменных, параметров, стейтчартов и т.п. Каждый экземпляр активного объекта в работающей модели имеет свое собственное поведение, он может иметь свои значения параметров, функционирует независимо от других объектов, взаимодействуя с ними и с внешней средой. Визуальная разработка модели. При построении модели используются средства визуальной разработки (введения состояний и переходов стейтчарта, введения пиктограмм переменных и т.п.), задания численных значений параметров, аналитических записей соотношений переменных и аналитических записей условий наступления событий. Основной технологией программирования в AnyLogic является визуальное программирование - построение с помощью графических объектов и пиктограмм иерархий структуры и поведения активных объектов.

AnyLogic является надстройкой над языком Java - одним из самых мощных и в то же время самых простых современных объектно-ориентированных языков. Все объекты, определенные пользователем при разработке модели с помощью графического редактора, компилируются в конструкции языка Java, а затем происходит компиляция всей собранной программы на Java, задающей модель, в исполняемый код. Хотя программирование сведено к минимуму, разработчику модели необходимо иметь некоторое представление об этом языке (например, знать синтаксически правильные конструкции).

1.3 Средства описания поведения объектов

Основными средствами описания поведения объектов являются переменные, события и диаграммы состояний. Переменные отражают изменяющиеся характеристики объекта. События могут наступать с заданным интервалом времени и выполнять заданное действие. 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 (т.е. по сути это конечный автомат). Любая сложная логика поведения объектов модели может быть выражена с помощью комбинации стейтчартов, дифференциальных и алгебраических уравнений, переменных, таймеров и программного кода на Java. Алгебраические и дифференциальные уравнения записываются аналитически. Интерпретация любого числа параллельно протекающих процессов в модели AnyLogic скрыта от пользователя.

1.4 Процесс имитационного моделирования

Процесс последовательной разработки имитационной модели начинается с создания простой модели. Эта модель постепенно усложняется. Усложнение происходит в соответствии с требованиями, которые предъявляет решаемая проблема.

Выделяют следующие этапы в процессе имитационного моделирования:

-формулирование проблемы (проблема описывается, определяются цели предстоящего исследования)

-разработка модели (логико-математическое описание системы, которая моделируется, описание происходит в соответствии с постановкой проблемы)

-подготовка данных (сбор данных, идентификация, спецификация)

-трансляция модели (модель переводится на язык для ЭВМ)

-верификация (устанавливается правильность машинных программ)

-стратегическое и тактическое планирование (определяются условия проведения эксперимента с имитационной моделью)

-экспериментирование (прогон имитационной модели на ЭВМ, чтобы получить требуемую информацию)

-проведение анализа результатов (изучение полученных результатов, чтобы подготовить выводы и рекомендации по решению задачи)

-реализация и документирование ( осуществление рекомендаций, которые были получены благодаря имитации, заполнение документации по модели и ее использованию)

Первой задачей имитационного исследования является определение проблемы, а также точное формулирование целей предстоящего исследования. Обычно, определение проблемы- непрерывный процесс, который обычно происходит на протяжении всего исследования. Оно пересматривается по мере раскрытия исследуемой проблемы и возникновения новых ее аспектов.

Как только сформулировано первое определение проблемы, начинается этап построения модели системы. Модель включает статическое и динамическое описание системы. В статическом описании определяются элементы системы, их характеристики. В динамическом описании определяются взаимодействия элементов системы, в результате которых происходят изменения ее состояния во времени.

Процесс формулирования модели во многом является искусством. Разработчик модели обязан иметь понимание о структуре системы, обнаружить критерии её функционирования и суметь отметить в них наиболее немаловажное, исключив ненужные подробности. Модель обязана быть легкой для ее осмысления и в то же время достаточно трудной, чтобы реалистично показывать соответствующие черты настоящей системы. Более необходимыми являются принимаемые разработчиком решения сравнительно такого, верны ли принятые упрощения, допущения; какие составляющие и взаимодействия между ними обязательно нежно включить в модель. Степень детализации модели зависит от цели её построения. Нужно рассматривать лишь те составляющие, какие имеют немаловажное значение для решения исследуемого вопроса. Как на шаге формулирования трудности, так и на шаге моделирования необходимо плотное взаимодействие разработчика модели и её пользователями. «Первый эскиз» модели обязан быть построенным, проанализированным и обсужденным. Почти во всех вариантах это требует от разработчиков огромной ответственности и готовности продемонстрировать вероятное неведение исследуемой системы. Но эволюционный процесс моделирования позволит быстрее выявить допущенные разработчиками неточности и точно их конкретизировать. Также, плотное взаимодействие на шаге формулирования проблемы и разработки модели формирует у пользователя убежденность в правильности модели и потому способствует обеспечению успешной реализации результата имитационного исследования.

На шаге разработки модели определяются запросы к входным данным. Определенные из данных могут уже быть в арсенале разработчиков модели, в то время как для сбора остальных нужны будут время и стремления. Традиционно значения этих входных данных задаются на базе некоторых гипотез либо предшествующего моделированию анализа. В определенных вариантах значения входного параметра оказывают небольшое воздействие на итоги прогонов модели. Чувствительность получаемого результата к изменению входных данных может быть оценена методом проведения серии имитационных прогонов для разных значений входных характеристик. Имитационная модель, следственно, может употребляться для убавления издержек времени и средств на уточнение входных данных.

Имитационные модели рассчитаны на машинную обработку. Поэтому, кроме самой модели, необходимы средства ввода ее в ЭВМ, соответствующие программы обработки данных и выдачи результатов. Единый комплекс образуют: средства ввода данных, сами данные, модели, описывающие взаимосвязь данных и манипуляции с ними, программы обработки модели, программы выдачи результатов обработки на ЭВМ.

Имитационное моделирование - это сложный участок интеллектуальной деятельности, нацеленный на решение производственных проблем с применением человеко-машинных процедур, но и чрезвычайно интересный. Путем имитационного моделирования решаются задачи проектирования объектов, выбора пропускной способности, правил управления, оценки реальности разработанных программ и планов и др.

Положительными характеристиками метода имитационного моделирования являются:

- возможность построения алгоритма любых ситуаций,

- сравнительно незначительные временные затраты на анализ ситуации,

- учет факторов внешней среды вероятностного характера,

- возможность анализа и поиска решений сложнейших производственных систем,

- решение задач производства, не поддающихся формализации,

- исключение экспериментов в производственных условиях.



1.5 Анимация поведения модели

AnyLogic имеет удобные средства представления функционирования моделируемой системы в живой форме динамической анимации, что позволяет "увидеть" поведение сложной системы. Визуализация процесса функционирования моделируемой системы позволяет проверить адекватность модели, выявить ошибки при задании логики. Средства анимации позволяют пользователю легко создавать виртуальный мир (совокупность графических образов, ожившую мнемосхему), управляемый динамическими параметрами модели по законам, определенным пользователем с помощью уравнений и логики моделируемых объектов. Графические элементы, добавленные на анимацию, называются динамическими, поскольку все их параметры: видимость, цвет и т.п. - можно сделать зависимыми от переменных и параметров модели, которые меняются со временем при выполнении модели.



2. РЕАЛИЗАЦИЯ МОДЕЛИ

2.1 Описание используемых элементов модели

1. Source - создает агентов. Обычно используется в качестве начальной точки потока агентов;

2. Sink - уничтожает поступивших агентов. Обычно используется в качестве конечной точки потока агентов;

3. Delay - задерживает агентов на заданный период времени;

4. Queue - моделирует очередь агентов, ожидающих приема объектами, следующими за данным в потоковой диаграмме;

5. SelectOutput - объект направляет входящих агентов в один из двух выходных портов в зависимости от выполнения заданного (детерминистического или заданного с помощью вероятностей) условия;

6. Service - Захватывает для агента заданное количество ресурсов, задерживает их, а затем освобождает захваченные им ресурсы.

7. ResourcePool - Задает набор ресурсов, которые могут захватываться и освобождаться агентами с помощью объектов Seize, Release, Assembler и Service.

Диаграмма процесса (Рисунок 1):

Рисунок 1 - Диаграмма процесса

Блок «sours» каждые 0.67 сек создает агента (Рисунок 2).



Рисунок 2 - блок sours.

«SelectOutpuy» служит для разделения людей (Рисунок 3). С вероятностью 50% часть людей пойдет к банкомату, а часть к консультантам.

Рисунок 3 - блок SelectOutpuy

Блок «queue» отвечает за вместимость очереди к банкомату и равен 15, это значит, что в очереди будут находиться не более 15 человек (Рисунок 4).

Рисунок 4 - блок queue

Блока «delay» (АТМ) отвечает за время обслуживания (Рисунок 5). Время задержки человека у банкомата расположено от 0,8 до 3,5 минут.

моделирование имитационный anylogic компьютер

Рисунок 5 - блок delay

Так же в модели есть «точечный узел» и «путь», которые моделируют очередь к банкомату (Рисунок 6).

Рисунок 6 - точечный узел и путь

Рисунок 7 - свойства объекта точечного узла

«Точечный узел» будет гореть красным, если банкомат занят (количество человек >0) , и зеленым если свободен (Рисунок 7).

Так же есть очередь к консультантам, которые берутся из «tellers» и очередь к ним строится через блок «service» (Рисунок 8).

Рисунок 8 - сама модель

Ко всем консультантам ведет одна очередь, состоящая из 20 человек. Время обслуживания 1 человека занимает от 2.5 до 11 минут (Рисунок 9).

Рисунок 9 - Свойство объекта service



Количество консультантов равно 4 (Рисунок 10).

Рисунок 10 - свойства tellers

С помощью блока «прямоугольный узел» строим очередь и места обслуживания клиентов консультантами (Рисунок 11).

Рисунок 11 - блок "прямоугольный узел"

Первый блок называется «waitingArea» и в нем люди ожидают своей очереди (Рисунок12).



Рисунок 12 - свойства waitingArea

Второй блок называется «customerPlaces» , и в нём консультанты обслуживают клиентов (Рисунок 13).

Рисунок 13 - свойства блока customerPlaces

Внутри блока у нас так же расположены «аттракторы», они отвечают за расположение клиентов, которые обслуживаются у консультантов (Рисунок 14).



Рисунок 14 - аттракторы блока customerPlaces

Третий блок отвечает за расположение консультантов и называется «tellerPlaces». И в нем так же присутствуют 4 «аттрактора», изображающие консультантов (Рисунок 15).

Рисунок 15 - аттракторы блока tellerPlaces.

2.2 ОПИСАНИЕ МОДЕЛИ

В курсовой работе идет реализация модели банка. Люди приходят в банк, в котором имеются банкоматы и консультанты. Вероятности, куда человек захочет пойти, к банкоматам или к консультантам равны, т.е. 50 на 50. В очереди к банкоматам не может стоять не более 15 человек. Один человек у банкомата может находиться от 0,8 до 3,5 минут. Если банкомат занят, то он будет красного цвета, если свободен - то зеленого. Так же в модели есть консультанты, их четверо, но очередь к ним одна, состоящая из 20 человек. Время обслуживания 1 человека занимает от 2.5 до 11 минут.

2.3 Работа с моделью

Для того чтобы запустить модель, необходимо иметь на компьютере программу AnyLogic. Это является обязательным условием.

Когда мы открыли программу, то запускаем нашу модель, нажав на треугольник в зеленом кружочке. И наша модель запущена и выглядит вот так (Рисунок 16-17).

Рисунок 16 - Работа модели 1

Рисунок 17 - Работа модели 2



Заключение

В данной курсовой работе нами были рассмотрены методы и этапы имитационного моделирования, а также был изучен процесс имитационного моделирования.

Цель и задачи успешно достигнуты и модель реализована.

Рассмотрев методы имитационного моделирования для решения управленческих задач, можно говорить о том, что помощью в решении задач создания эффективных систем управления технологическими процессами является сочетание методов теории управления и имитационного моделирования.

Имитационное моделирование является одним из методов, который позволяет оценить систему, ее реакцию на раздражители по целому ряду показателей. С помощью моделирования определенного алгоритма сразу может решатся несколько задач.



СПИСОК ИСТОЧНИКОВ

1. . Вертакова Ю.В., Кузъбожев Э.Н. Упреждающее управление на основе информационных технологий: Учебное пособие/Под ред. д-ра экон. наук Э.Н. Кузьбожева. Курск, 2009.

2. 3. Гайцгори В.Г., Ицкович Э.Л., Первозванский А.А., Соркин Л.Р. Взаимосвязь задач оперативного управления производством и локальной оптимизации установок на предприятиях с непрерывной технологией // Автоматика и телемеханика, № 6, 1986.

3. 4. Имитационные системы принятия экономических решений/К.А. Багри-новский, Т.Н. Конник, М.Р. Левинсон и др. М.: Наука, 1989.

4. 5. Карданская Н.Л. Принятие управленческого решения: Учебник для вузов. М.: ЮНИТИ, 2011.

5. 2. М.В. Киселёва - Имитационное моделирование систем в среде AnyLogic.

6. 3. Карпов Ю. - Имитационное моделирование систем. Введение в моделирование с AnyLogic

Размещено на Allbest.ru

...