Имитационное моделирование

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Введение……………………………………………………………………….....   с. 3-3

1.  Основные объекты модели………………………………..………..………... с. 4-14

2. Моделирование  работы с материальными ресурсами………….…………. с. 14-16

3. Имитация информационных  ресурсов……………………………..………. с. 16-18

4. Денежные ресурсы……………………………………………………………. с. 18-19

5. Моделирование  пространственной динамики……………………………... с. 19-20

6. Управление  модельным временем…………………………………………... с. 20-22

Заключение…………………………………………………………........................ с. 23-23  
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

                              

ВВЕДЕНИЕ 

       Имитационное  моделирование  (от англ. simulation) - это распространенная разновидность аналогового моделирования, реализуемого с помощью набора математических инструментальных средств, специальных имитирующих компьютерных программ и технологий программирования, позволяющих посредством процессов-аналогов провести целенаправленное исследование структуры и функций реального сложного процесса в памяти компьютера в режиме «имитации», выполнить оптимизацию некоторых его параметров.

     Имитационной  моделью называется специальный программный комплекс, который позволяет имитировать деятельность какого-либо сложного объекта. Он запускает в компьютере параллельные взаимодействующие вычислительные процессы, которые являются по своим временным параметрам (с точностью до масштабов времени и пространства) аналогами исследуемых процессов.

     Любое моделирование имеет в своей  методологической основе элементы имитации реальности с помощью какой-либо символики (математики) или аналогов имитационное моделирование контролируемого процесса или управляемого объекта - это высокоуровневая информационная технология, которая обеспечивает два вида действий, выполняемых с помощью компьютера:

     1) работы по созданию или модификации  имитационной модели;

     2) эксплуатацию имитационной модели  и интерпретацию результатов.

     Имитационное (компьютерное) моделирование экономических  процессов обычно применяется в  двух случаях:

     • для управления сложным бизнес-процессом, когда имитационная модель управляемого экономического объекта используется в качестве инструментального средства в контуре адаптивной системы управления, создаваемой на основе информационных (компьютерных) технологий;

     • при проведении экспериментов с  дискретно-непрерывными моделями сложных  экономических объектов для получения и отслеживания их динамики в экстренных ситуациях, связанных с рисками, натурное моделирование которых нежелательно или невозможно. 
 
 
 
 
 
 
 
 

1. ОСНОВНЫЕ ОБЪЕКТЫ МОДЕЛИ 

     Моделирующая  система выполняет следующие  основные функции:

     1) предоставляет разработчику средства  для формализованного описания дискретных компонентов, дисциплин выполнения различных работ, для задания структуры графа и привязки объектов модели к координатной сетке общего информационного поля;

     2) осуществляет координацию событий, определение путей прохождения транзактов, изменение состояний узлов и передачу управления моделям непрерывных компонентов.

     Такая система позволяет передавать результаты моделирования, используемые для принятия управленческих решений, из модели в базы данных экономической информационной системы либо «подкачивать» актуализируемые во времени параметры в модель из баз данных.

     Существуют  шесть основных понятий, на которых  базируется концепция моделирующей системы.

     1. Граф модели. Все процессы, независимо от количества уровней структурного анализа, объединяются в виде направленного графа.

     Пример  изображения модели в виде многослойного  иерархического графа, полученного при структурном анализе процесса, показан на рис. 1.

     

 

 

 

 

Рис. 1. Многослойный граф

     2.Транзакт - это формальный запрос на какое-либо обслуживание.

     Транзакт  в отличие от обычных заявок, которые  рассматриваются при анализе  моделей массового обслуживания, имеет набор динамически изменяющихся особых свойств и параметров. Пути миграции транзактов по графу стохастической сети определяются логикой функционирования компонентов модели в узлах сети.

     Транзакт  является динамической единицей любой  модели, работающей под управлением имитатора.

     Транзакт  может выполнять следующие действия:

     • порождать группы (семейства) других транзактов;

     • поглощать другие транзакты конкретного  семейства;

     • захватывать ресурсы и использовать их некоторое время, а затем - освобождать;

     • определять времена обслуживания, накапливать информацию о пройденном пути и иметь информацию о своем дальнейшем пути и о путях других транзактов.

     Основные  параметры транзактов:

     • уникальный идентификатор транзакта;

     • идентификатор (номер) семейства, к  которому принадлежит транзакт;

     • наборы различных ресурсов, которые транзакт может захватывать и использовать какое-то время;

     • время жизни транзакта;

     • приоритет - неотрицательное число; чем больше приоритет, тем приоритетнее транзакт (например, в очереди);

     • параметры обслуживания в каком-либо обслуживающем устройстве (включая вероятностные характеристики).

     Примеры транзактов:

     • требование на перечисление денег;

     • заказ на выполнение работ в фирме;

     • телеграмма, поступающая на узел коммутации сообщений;

     • сигнал о загрязнении какого-либо пункта местности;

     • приказ руководства;

     • покупатель в магазине;

     • пассажир самолета;

     • проба загрязненной почвы, ожидающая  соответствующего анализа.

     3.Узлы графа сети представляют собой центры обслуживания транзактов (но необязательно массового обслуживания). В узлах транзакты могут задерживаться, обслуживаться, порождать семейства новых транзактов, уничтожать другие транзакты. С точки зрения вычислительных процессов в каждом узле порождается независимый процесс. Вычислительные процессы выполняются параллельно и координируют друг друга. Они реализуются в едином модельном времени, в одном пространстве, учитывают временную, пространственную и финансовую динамику.

     Нумерация и присвоение имен узлам стохастической сети производится разработчиком модели. Следует учесть, что транзакт всегда принадлежит одному из узлов графа и независимо от этого относится к определенной точке пространства или местности, координаты которой могут изменяться.

     Примеры узлов:

     • счет бухгалтерского учета;

     • бухгалтерия;

     • производственный (ремонтный) участок;

     • генератор или размножитель транзактов;

     • транспортное средство, которое перемещает ресурсы из одной точки пространства в другую;

     • передвижная лаборатория;

     • компьютерный центр коммутации сообщений (или пакетов сообщений);

     • склад ресурсов.

     4. Событием называется факт выхода из узла одного транзакта. События всегда происходят в определенные моменты времени. Они могут быть связаны и с точкой пространства. Интервалы между двумя соседними событиями в модели - это, как правило, случайные величины. Предположим, что в момент времени t произошло какое-то событие, а в момент времени t+d должно произойти ближайшее следующее, но не обязательно в этом же узле. Если в модель включены непрерывные компоненты, то очевидно, что передать управление таким компонентам модели можно только на время в пределах интервала (t, t+d).

     Разработчик модели практически не может управлять  событиями вручную (например, из программы). Поэтому функция управления событиями отдана специальной управляющей программе - координатору, автоматически внедряемому в состав модели.

     5.Ресурс  независимо от его природы в процессе моделирования может характеризоваться тремя общими параметрами: мощностью, остатком и дефицитом. Мощность ресурса - это максимальное число ресурсных единиц, которые можно использовать для различных целей. Остаток ресурса - число незанятых на данный момент единиц, которые можно использовать для удовлетворения транзактов. Дефицит ресурса - количество единиц ресурса в суммарном запросе транзактов, стоящих в очереди к данному ресурсу.

     При решении задач динамического  управления ресурсами можно выделить три основных типа: материальные, информационные и денежные ресурсы.

     б. Пространство - географическое, декартова плоскость (можно ввести и другие). Узлы, транзакты и ресурсы могут быть привязаны к точкам пространства и мигрировать в нем.

     Внутренняя  реализация модели использует объектно-ориентированный  способ представления экономических  процессов.

     Транзакты, узлы, события и ресурсы - основные объекты имитационной модели. Взаимодействие таких объектов показано на рис. 2, где обозначены следующие моделирующие функции: ag, key, queue, dynam, ргос, term, el и e2.

     В различных моделирующих системах имеются  разные способы представления узлов графа. Это связано с отличительными свойствами таких систем. Например, в системе GPSS узлы называются блоками; причем количество различных типов блоков более сотни, что затрудняет восприятие графа модели. В системе Pilgrim имеется всего 17 типов узлов, которые функционально перекрывают все возможности блоков GPSS и предоставляют дополнительные средства, которые в GPSS отсутствуют:

     • возможность работы с непрерывными процессами;

     • моделирование пространственной динамики;

     • работу с ресурсами, представляющими  собой деньги и материальные ценности, счета бухгалтерского учета, банковские счета.

     Имеется система обозначений узлов, помогающая «читать» граф модели. Полный перечень изображений узлов Pilgrim приведен на рис. 3. Каждый узел имеет графическое обозначение, функциональное наименование, произвольный уникальный номер и произвольное название (например: наименование - serv, номер - 123, название - «Мастерская»). Пути транзактов обозначаются дугами - сплошными линиями со сплошной стрелкой на одном конце. Возможны информационные воздействия из одних узлов на другие; направления таких воздействий изображаются пунктирными линиями со сплошной стрелкой на одном конце. Если моделируются бухгалтерские проводки или перечисления денег, то пути денежных сумм со счета на счет показываются пунктирными линиями с штриховой стрелкой.

 Рис. 3. Графические обозначения на схемах моделей (начало)