5. Инструментальные средства моделирования

Универсальным инструментальным средством создания моделей являются языки программирования общего пользования (Pascal, C/C++ и др.). На основе этих языков в настоящее время бурное развитие получили средства визуального проектирования программ (Delphi, Visual C++), облегчающие выполнение некоторых трудоемких операций, например, создание интерфейса программы. Наряду с этим существует множество специализированных средств моделирования, позволяющих быстрее и с меньшими затратами (по сравнению с универсальными языками программирования) создавать и исследовать модели. В развитии специализированных средств можно выделить два направления:

1. Средства моделирования для анализа достаточно широкого класса систем. К ним относятся языки имитационного моделирования (GPSS, SIMSCRIPT и др.), пакеты прикладных программ, использующих для моделирования аналитические методы, такие как MathCad, MathLab, SAS и др. Основным недостатком этих средств является то, что их применение требует от исследователя специальной подготовки.

2. Программные комплексы, специализирующиеся на моделировании узкого круга систем одной конкретной предметной области. Недостаток, заключающийся в ограниченности применения таких программ одной предметной областью, с лихвой покрывается такими преимуществами, как легкость их освоения специалистами в данной предметной области, и эффективность применения, являющаяся следствием узкой специализации.

Подробнее рассмотрим специфику инструментальных средств имитационного моделирования. Как было ранее отмечено, существует два направления их развития. Первое из них представляют языки имитационного моделирования. Эти языки по сравнению с универсальными языками программирования снижают трудоемкость написания моделирующих программ, включают специализированные процедуры, которые могут применяться в любой имитационной модели, и отличаются точностью выражения понятий, характеризующих имитируемые процессы, и автоматическим формированием определенных типов данных, необходимых в процессе имитационного моделирования.

Процесс последовательной разработки имитационной модели начинается с создания простой модели, которая затем постепенно усложняется в соответствии с предъявляемыми решаемой проблемой требованиями. В каждом цикле создания программной модели можно выделить следующие этапы:

1. Формулирование проблемы: описание исследуемой проблемы, установление границ и ограничений моделируемой системы, определение целей исследования.

2. Разработка модели: переход от реальной системы к некоторой логической схеме (абстрагирование).

3. Подготовка данных: отбор данных, необходимых для построения модели, и представление их в соответствующей форме.

4. Трансляция модели: описание модели на языке имитационного моделирования.

5. Оценка адекватности: повышение до приемлемого уровня степени уверенности, с которой можно судить относительно корректности выводов о реальной системе, полученных на основании обращения к модели.

6. Планирование: определение условий проведения машинного эксперимента с имитационной моделью.

7. Экспериментирование: многократный прогон имитационной модели на компьютере для получения требуемой информации.

8. Анализ результатов: изучение результатов имитационного эксперимента для подготовки выводов и рекомендаций по решению проблемы.

9. Реализация и документирование: реализация рекомендаций, полученных на основе имитации, и составление документации по модели и ее использованию.

Таким образом, языки имитационного моделирования позволяют за сравнительно короткий срок составлять программные модели довольно сложных систем. К сожалению, такие модели обладают низкой способностью отвечать на вопросы типа "а что, если ...", поскольку это именно те вопросы, которые наиболее полезны, так как они способствуют более глубокому пониманию проблемы и поиску лучших способов оценки возможных действий. Для ответа на подобные вопросы часто приходится непосредственно изменять программный код модели, что повышает затраты времени на анализ системы. При использовании языков имитационного моделирования возникает также другая проблема: затраты на изучение и освоение языка, тем более, что эти языки оперируют абстрактными понятиями, в то время как экспериментатор часто является специалистом в той области, которой принадлежит моделируемая система, и применяет специфическую терминологию, что может значительно осложнить освоение языка исследователем.

В настоящее время языки имитационного моделирования получили дальнейшее развитие в виде визуальных средств моделирования, где исследователь оперирует не командами и операторами языка, а объектами, представляемыми в графическом виде. Визуальные средства моделирования частично снимают проблемы языков имитационного моделирования, описанные чуть выше, но в то же время основные из них остаются, например, освоение исследователем абстрактных терминов, используемых в этих средствах.

Вторым направлением развития инструментальных средств имитационного моделирования являются узкоспециализированные моделирующие программные комплексы. Преимуществами таких комплексов является быстрая реализация модели, использование терминологии, понятной исследователю, применяющему это средство, позволяют быстро отвечать на вопросы типа "а что, если ...".

Принципы построения моделирующих алгоритмов

Архитектуру языка имитационного моделирования можно представить следующим образом:

1. Объекты моделирования описываются с помощью некоторых атрибутов языка;

2. Атрибуты взаимодействуют с процессами, адекватным реально протекающим явлениям в моделируемой системе;

3. Процессы требуют конкретных условий, определяющих логическую основу и последовательность взаимодействия этих процессов во времени;

4. Условия влияют на события, имеющие место внутри объекта моделирования и при взаимодействии с внешней средой;

5. События изменяют состояния модели системы в пространстве и времени.

Концепция и возможности объектно-ориентированной моделирующей системы