Имитационное моделирование

Мельников Н.С ., Студент

Научный руководитель - Мильченко Н.Ю., к.т.н., преподователь

ФГУОБУ ВО "Волгоградский государственный

 аграрный университет" г.Волгоград, Россия

Имитационное моделирование — метод исследования, при котором изучаемая система заменяется моделью, с достаточной точностью описывающей реальную систему (построенная модель описывает процессы так, как они проходили бы в действительности), с которой проводятся эксперименты с целью получения информации об этой системе. Такую модель можно «проиграть» во времени, как для одного испытания, так и заданного их множества. При этом результаты будут определяться случайным характером процессов. По этим данным можно получить достаточно устойчивую статистику. Экспериментирование с моделью называют имитацией (имитация — это постижение сути явления, не прибегая к экспериментам на реальном объекте).

Имитационным моделированием иногда называют получение частных численных решений сформулированной задачи на основе аналитических решений или с помощью численных методов.

Имитационная модель — логико-математическое описание объекта, которое может быть использовано для экспериментирования на компьютере в целях проектирования, анализа и оценки функционирования объекта.

В связи со стремительным развитием области информационных технологий, в настоящее время при принятии сложных решений в различных отраслях, таких как: логистика, здравоохранение, добыча сырья, наука и образование, а также в области проектирования космических систем, предварительно требуется оценить конечный результат с помощью имитационного моделирования.

Существует четыре основных подхода имитационного моделирования:

• динамическое моделирование - механические или физические процессы, которые описываются алгебраическими, дифференциальными уравнениями и блок-схемами;

• системная динамика - изучение сложных систем с обратной связью (производственные, социально-экономические); можно применять на уровне глобальных взаимосвязей;

• дискретно-событийный подход - применяется в случае, если можно считать, что переменные системы изменяются мгновенно в определенный момент времени (моделирование процессов производства);

• агентное моделирование - применяется для имитации интеллектуальных, децентрализованных и распределенных систем с целью получения сведений о влиянии на систему функционирования и взаимодействия элементов .

С точки зрения компьютерной реализации имитационное моделирование - это комплексный метод исследования сложных систем на ЭВМ, включающий построение концептуальных, математических и программных моделей, выполнение широкого спектра целенаправленных имитационных экспериментов, обработку и интерпретацию результатов этих экспериментов.

Современные программные средства имитационного моделирования позволяют автоматизировать процесс создания модели за счет использования различных компонент, из которых строится модель, графического интерфейса, организуют эксперименты с моделью.

Их можно разделить на 4 группы:

1. Создание модели при помощи универсальных языков программирования (C++, Delphi, Pascal). Динамика системы описывается уравнениями, пишется программный код, проводится расчет уравнений и устанавливается связь выходных величин с входными.

2. Программирование компьютерной модели с применением специализированных языков моделирования (например, GPSS, AnyLogic), написанных на универсальных языках. Динамика системы отображается взаимодействием элементов модели во времени и пространстве.

3. Создание компьютерных моделей и проведение имитационных экспериментов при помощи специализированных компьютерных сред (например, Arena, AnyLogic, GPSS World, VisSim). Такие программные средства имитационного моделирования не требуют программирования в виде последовательности команд. Вместо написания программы, пользователи составляют модель из библиотечных графических модулей, и/или заполняют специальные формы. Такая имитационная среда обеспечивает возможность визуализации процесса имитации, позволяет проводить сценарный анализ и поиск оптимальных решений.

4. Включение средств имитационного моделирования в стандартные математические компьютерные системы (например, пакет Simulink системы Matlab, Mathcad, Mathematica). Это программные среды, предназначенные для выполнения разнообразных математических и технических расчетов, предоставляющие пользователю инструменты для работы с формулами, числами, графиками, текстом, включают в себя средства для управления переменными, вводом и выводом данных, а также снабжены графическим интерфейсом .

Среда имитационного моделирования AnyLogic имеет ряд преимуществ: является инструментом имитационного моделирования, который поддерживает все подходы к созданию имитационных моделей: процессно-ориентированный (дискретно-событийный), системно динамический и агентный, а также любую их комбинацию. Уникальность, гибкость и мощность языка моделирования, предоставляемого AnyLogic, позволяет учесть любой аспект моделируемой системы с любым уровнем детализации. Графический интерфейс, инструменты и библиотеки позволяют быстро создавать модели для широко спектра задач от моделирования производства, логистики, бизнес-процессов до стратегических моделей развития компании и рынков.

Несмотря на выбранный подход, правильная постановка задачи, корректность исходных данных и адекватность модели являются важнейшими факторами при разработке имитационной модели. В течение всего процесса разработки необходимо уделять особое внимание документированию и визуализации полученных результатов, что улучшит достоверность модели, а также будущем облегчит повторное применение.