5. Сущность имитационного моделирования экономических процессов

Эффективность экспериментальных исследований сложных систем низкая, поскольку проведение натурных экспериментов с реальной системой либо требует больших материальных затрат, времени, либо вообще невозможно, например на этапе проектирования. Эффективность теоретических исследований с практической точки зрения в полной мере проявляется тогда, когда их результаты могут быть представлены в виде аналитических соотношений или моделирующих алгоритмов, пригодных для получения соответствующих характеристик процесса функционирования исследуемых систем.

Поэтому в настоящее время при исследовании сложных систем всё более широкое применение находят методы имитационного моделирования.

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.

С точки зрения специалиста (информатика-экономиста или экономиста-математика), имитационное моделирование контролируемого процесса или управляемого объекта – это высокоуровневая информационная технология, которая обеспечивает два вида действий, вьшолняемых 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.

Можно выделить следующие типовые задачи, решаемые средствами имитационного моделирования при управлении экономическими объектами:

• моделирование процессов логистики для определения временных и стоимостных параметров;

• управление процессом реализации инвестиционного проекта на различных этапах его жизненного цикла с учетом возможных рисков и тактики выделения денежных сумм;

• анализ клиринговых процессов в работе сети кредитных организаций (в том числе применение к процессам взаимозачетов в условиях российской банковской системы);

• прогнозирование финансовых результатов деятельности предприятия на конкретный период времени (с анализом динамики сальдо на счетах);

• бизнес-реинжиниринг несостоятельного предприятия (изменение структуры и ресурсов предприятия-банкрота, после чего с помощью имитационной модели можно сделать прогноз основных финансовых результатов и дать рекомендации о целесообразности того или иного варианта реконструкции, инвестиций или кредитования производственной деятельности);

• анализ адаптивных свойств и живучести компьютерной региональной банковской информационной системы;

• оценка параметров надежности и задержек в централизованной экономической информационной системе с коллективным доступом;

• анализ эксплуатационных параметров распределенной многоуровневой ведомственной информационной управляющей системы с учетом неоднородной структуры, пропускной способности каналов связи и несовершенства физической организации распределенной базы данных в региональных центрах;

• анализ сетевой модели для проектов замены и наладки производственного оборудования с учетом возникновения неисправностей;

• анализ работы автотранспортного предприятия, занимающегося коммерческими перевозками грузов, с учетом специфики товарных и денежных потоков в регионе;

• расчет параметров надежности и задержек обработки информации в банковской информационной системе.

Имитационная модель характеризуется определённой структурой, где под структурой понимается совокупность отдельных блочных моделей и связей между ними в их взаимодействии при реализации какого-либо процесса.

В обычной структуре модели можно выделить три основные группы блоков:

1. Блоки, характеризующие моделируемый процесс.

2. Блоки, отображающие внешнюю среду.

3. Блоки, играющие служебную вспомогательную роль, обеспечивая взаимодействие первых двух, а также дополнительные функции по получению результатов моделирования.

Помимо приведенных блоков, существуют другие блоки обеспечения в имитационной модели, например, такие как: лингвистическое обеспечение, Эргономическое обеспечение.

При исследовании сложной системы с использованием имитационной модели можно выделить следующие основные этапы:

1. Построение концептуальной модели реальной системы с учётом её адекватности.

2. Построение математической модели, либо выбор кибернетического описания реального объекта.

3. Построение структуры имитационной модели, то есть выбор блочной модели имитации.

4. Планирование машинного эксперимента с имитационной моделью.

5. Проведение эксперимента на основе имитационного моделирования.

6. Оценка допустимого числа реализаций.

7. Обработка, оценивание полученных результатов.

Несмотря на то, что имитационное моделирование на ЭВМ является мощным инструментом исследования систем, оно должно применяться не во всех случаях.

Основными критериями целесообразности применения имитационного моделирования на ЭВМ могут быть:

• отсутствие или невозможность применения аналитических, численных и качественных методов решения задачи;

• наличие достаточного количества исходной информации о моделируемой системе для обеспечения возможности построения адекватной имитационной модели;

• необходимость проведения с использованием других возможных методов очень большого количества вычислений, трудно реализуемых даже с помощью ЭВМ;

• возможность поиска оптимального варианта системы при её моделировании на ЭВМ.

Другие подходы к определению последовательности выполнения основных работ при имитационном исследовании на ЭВМ различных процессов:

1. Изучение реальной системы.

2. Составление содержательного описания процесса функционирования системы.

3. Формулировка или исследования и выбор основных критериев оценки.

4. Разбиение сложной системы на простейшие.

5. Построение формализованной схемы процесса функционирования исследуемой

системы.

6. Построение математической модели системы.

7. Планирование эксперимента, сбор и подготовка исходных данных.

8. Составление моделирующей программы с учётом конкретной ЭВМ.

9. Отладка модели.

10. Моделирование процесса функционирования системы.

11. Обработка результатов моделирования.

12. Выработка рекомендаций.

Основными достоинствами метода имитационного моделирования (ИМ), проявляющимися при исследовании сложных систем являются:

• возможность исследования особенностей процесса функционирования системы в любых условиях.

• применение ЭВМ сокращает продолжительность испытаний по сравнению с натурным экспериментом.

• ИМ позволяет при своём построении использовать результаты натурных испытаний при эксплуатации системы для проведения дальнейших исследований.

• ИМ обладает известной гибкостью варьирования параметров и структуры моделируемой системы, что важно с точки зрения поиска оптимального варианта системы.

• ИМ сложных систем часто является единственным практически реализуемым методом исследования процесса функционирования таких систем на этапе их проектирования.

Имитационному моделированию присущ и следующий существенный недостаток: решение, полученное в результате анализа имитационной модели, всегда носит частный характер, так как оно соответствует фиксированным значениям параметров системы, начальных условий и воздействий внешней среды. Поэтому для полного анализа характеристик процесса функционирования системы приходится многократно воспроизводить имитационный эксперимент, варьируя исходные данные задачи. При этом возникает увеличение затрат машинного времени.

При имитационном моделировании так же, как и при любом другом методе анализа и синтеза системы, весьма существенным является вопрос эффективности.

Эффективность имитационного моделирования может оцениваться:

1. Точностью моделирования (погрешность описания реального физического процесса подобными математическими соотношениями) + (погрешность реализации приближённого моделирования).

2. Затраты машинного времени = Время (ввода, вывода данных) + Время (проведённых вычислительных операций).