Имитационное моделирование.

Аналитические методы описания и анализа функционирования сложных систем обычно не позволяют учесть такие характерные особенности организационно-экономических систем, как наличие в них элементов непрерывного и дискретного действия, сложные нелинейные связи между характеристиками системы, воздействие многочисленных внешних и внутренних случайных факторов. В связи с этим представляет интерес использование имитационного моделирования для качественного анализа и решения задач, не имеющих строгого аналитического описания.

Имитационная модель представляет собой общее логико-метематическое (алгоритмическое) описание системы, запрограммированное для воспроизведения на ЭВМ.

Имитационные модели позволяют адекватно описать организационно-технологические процессы и процессы управления производством без аппроксимации основных функциональных зависимостей и связей, необходимой для применения традиционных методов математического моделирования.

Интенсивное развитие в последние годы методов имитационного моделирования является следствием дальнейшего развития экономико-математических методов, связанного с расширением области использования количественных методов и проникновением их в сферу неформального анализа сложных систем.

К преимуществам имитационного моделирования относятся:

• возможность, не зная общих законов поведения системы, синтезировать ее модель на основании знаний о законах поведения ее элементов;

• динамический характер отображения организационно-технологических систем;

• возможность учета дискретного характера функционирования элементов и системы в целом;

• учет действия случайных факторов, влияние которых в организационно-экономических системах велико;

• высокая адекватность имитационных моделей, так как их структура близка функциональной и логической структурам моделируемых систем;

• возможность комплексного исследования различных альтернатив системы на множестве модельных реализаций ее функционирования, т.е. проведение статистических экспериментов;

• широкая возможность применения различных средств математического описания.

Имитационные модели могут быть построены для различных целей и задач организации и управления производством. В настоящее время определилась следующая область их применения:

• исследование (фундаментальное или прикладное);

• принятие решений;

• построение альтернатив;

• получение рациональных удовлетворительных решений;

• проверка решений, полученных другими методами;

• расчет широкого диапазона прогнозов и оценок будущего состояния производственной системы;

• оценка долгосрочных последствий принятия текущих решений;

• формирование календарного расписания производственной деятельности с вероятностными оценками сроков начала и окончания работ или этапов;

• корректировка производственной программы реализации, при которой на основе результатов прогнозирования либо определяется количество дополнительных ресурсов, обеспечивающих выполнение заданной программы, либо корректируются планируемые показатели.

Процесс создания имитационной модели обычно включает четыре последовательных этапа:

1. Формулирование проблемы и постановку задачи, с указанием критериев и ограничений.

2. Формулирование символической модели.

3. Конструирование математической модели (алгоритма функционирования) системы, включающее формализацию статической структуры и динамики системы.

4. Проверку адекватности имитационной модели реальной системе на ретроспективных данных функционирования системы.

Достоинства метода имитационного моделирования заключается в широких возможностях синтеза в рамках имитационной модели всего спектра методов математического моделирования в наиболее целесообразных и эффективных для их применения областях. Методы статистического моделирования на этапе формирования исходных параметров элементов системы, оценке надежности моделируемой системы, проверке адекватности имитационной модели реальной системе; методы математического программирования для описания отдельных элементов моделируемой системы, принципы сетевого моделирования для целостного описания системы. Таким образом, имитационная модель есть ничто иное, как оптимальное комбинирование в данной методике наиболее эффективных и широко применяемых математических методов управления строительством.

На основании изложенного выше материала представляется возможным классифицировать модели и методы, используемые при проектировании, в зависимости от применяемого математического аппарата, достоинств и недостатков, по области их применения. По охвату решаемых с помощью математических методов задач строительного производства их можно разделить на два класса: специализированные и универсальные. К специализированным методам моделирования можно отнести методы математического программирования, статистического моделирования, сетевого моделирования; к классу универсальных методов с полным правом можно отнести метод имитационного моделирования.

Область применения методов математического программирования составляют задачи, суть которых сводиться к отысканию оптимального плана работ по критерию минимизации затрат или максимального эффекта при ограниченных ресурсах. Наиболее часто с помощью методов математического программирования решаются различные типы ресурсных задач (оптимального распределения трудовых, материально-технических ресурсов, транспортная задача, задача распределения капиталовложений и т.п.).

Сетевые модели, как правило, применяются на уровне организационного проектирования строительных процессов, т.е. формирование плана выполнения частично упорядоченных исходной технологией работ, при действии определенных ресурсных ограничений, его оптимизации. Основным методом реализации сетевого моделирования является нахождение по определенным правилам критического и подкритических путей осуществления работ и выявление резервов производства, соответственно на подкритических путях осуществления строительного процесса.

Статистическое моделирование наиболее целесообразно применять для формирования исходных параметров для проектирования строительных процессов и для оценки надежности строительной системы в целом и ее отдельных элементов.

Имитационные модели причисляются к классу универсальных методов по причине высокой степени адекватности получаемых моделей, возможности синтеза в ее рамках всех известных методик математического моделирования в областях их наиболее целесообразного и эффективного применения, гибкости общей логико-математической (алгоритмической) модели, описывающей функционирование строительных систем.