Раздел 2. Введение в имитационное моделирование

Изначально математическим моделированием, а затем и ими­

тационным моделированием называли практически все новые

методы и подходы моделирования на ЭВМ, связанные с про­

ведением вычислительного эксперимента. В настоящее время

предметную область имитационного моделирования связывают

в первую очередь с системным анализом, занимающимся иссле­

дованиями сложных систем в макроэкономике, геополитике,

экологии, при создании автоматизированных систем управ­

ления и пр. [2, 19, 20, 50, 53]. Законы функционирования на­

званных систем нетривиальны и многообразны, как правило,

не описываются аналитически и часто имеют вероятностную

природу. Поведение организационно-технических систем во

многом определяется человеческим фактором, создающим до­

полнительную неопределенность при попытке его учета.

В ставшей уже культовой книге известного американского

специалиста по математическому моделированию Р. Шеннона

«Имитационное моделирование систем — искусство и наука»

дается следующее определение: «Имитационное моделирова­

ние является экспериментальной и прикладной методологией,

имеющей целью: описать поведение системы; построить теории

и гипотезы, которые могут объяснить наблюдаемое поведение;

использовать эти теории для предсказания будущего поведения

и оценки (в рамках ограничений, накладываемых некоторым

критерием или совокупностью критериев) различных стратегий,

обеспечивающих функционирование данной системы» [74].

Многие идеи имитационного моделирования созвучны мето­

дологии структурно-функционального моделирования, поскольку

при моделировании сложных объектов и систем описание струк­

туры является одним из важных этапов, предшествующих имита­

ции поведения. Причина в том, что структурное моделирование

окончательно сформировалось лишь с развитием графических

технических средств, в то время как моделирование функциони­

рования систем, в принципе, возможно и без графики. Следует

добавить, что имитационное моделирование возникло и стало

развиваться практически вместе с появлением первых серийных

ЭВМ — как методология проведения вычислительного экспери­

мента, реализация которого, конечно, невозможна без исполь­

зования компьютерных средств и технологий.

42

Раздел 2. Введение в имитационное моделирование

Поэтому имитационное моделирование может рассматри-

ваться как одно из направлений компьютерного моделирования —

как комплексный метод исследования сложных систем на ЭВМ,

включающий построение структурных и поведенческих матема-

тических моделей системы, выполнение определенной програм­

мы вычислительных экспериментов, обработку и интерпретацию

результатов этих экспериментов с целью установления законо­

мерностей поведения системы и (или) принятия управляющих

и проектных решений.

Специалисты и популяризаторы математического и компью­

терного моделирования выделяют ряд важных этапов в эволю­

ции имитационного моделирования [2, 19, 20, 50, 53].

Первый этап, отмеченный появлением компьютерного моде­

лирования в пятидесятые годы XX века, знаменуется тем, что для

задач имитационного моделирования, которое еще специально

не выделялось из других методов математического моделирова­

ния, использовались утилитарные компьютерные программы,

написанные на основе универсальных языков программирова­

ния, таких как ALGOL, COBOL, FORTRAN.

Второй этап связывается с выделением в шестидесятые годы

методологии имитационного моделирования в отдельное на­

правление компьютерного математического моделирования, на

что указывает появление первых специализированных языков

имитационного моделирования, таких как GPSS, SIMSCRIPT,

SIMULA.

Этап три, наступивший в семидесятые, характеризуется раз­

витием уже разработанных специализированных языков и по­

явлением интерактивных средств моделирования, позволяющих

снизить трудоемкость составления и отладки имитационных мо­

делей.

Четвертый этап (восьмидесятые годы прошлого века), совпа­

дающий по срокам с появлением персональных компьютеров,

отмечается взрывным увеличением числа и доступности ЭВМ

и, как следствие, повышением интереса практикующих спе­

циалистов к компьютерному моделированию и имитационному

моделированию в частности. Всплеск популярности компьютер­

ного моделирования связывается, в том числе, с публикацией

и распространением в среде технической интеллигенции целой

43

2.1. Назначение и область применения имитационного моделирования

Н

плинами или инженерными приложениями, например, с фи-

серии замечательных книг, посвященных математическому мо­

делированию [22, 46, 62, 74].

Следуя очевидной систематической закономерности из вы­

строенного по десятилетиям ряда этапов, можно, по аналогии,

определить девяностые годы как время зрелого развития мето­

дологии имитационного моделирования, характеризующегося

многочисленными публикациями и монографиями с описанием

практических результатов и оригинальных частных методик мо­

делирования. В это время совершенствуются и становятся ши­

рокодоступными коммерческие программные продукты, реали­

зующие методологию имитационного моделирования.

Конечно, нельзя не отметить рубеж столетия и, наверное,

можно будет объявить двухтысячные годы периодом становле­

ния новых методов и методик имитационного моделирования

и системного анализа, например, мультиагентных систем. За­

хватывающие перспективы представляет интеграция различных

методов моделирования на основе достижений современных

компьютерных технологий, например, в сфере виртуальной ре­

альности, о которой еще пойдет речь в следующих разделах кни­

ги. То есть можно констатировать, что имитационное моделиро­

вание продолжает успешно совершенствоваться и развиваться.

С образовательной точки зрения необходимо заметить, что

имитационное моделирование уже прочно заняло одно из веду­

щих мест в вузовских учебных курсах и программах, таких как

«Моделирование систем», «Математическое моделирование»,

«Компьютерное моделирование», «Компьютерные техноло­

гии», преимущественно в прикладных областях и специально­

стях, связанных с системотехникой, экономикой, экологией,

менеджментом, автоматизированными системами организации

и управления.