Среда реализации моделей системной динамики PowerSim

Одним из ярких представителей среди средств моделирования, реализующих методы системной динамики, является система динамического моделирования Powersim. Она позволяет создавать модели, которые имитируют поведение сложных систем и их взаимодействие друг с другом. Модели Powersim позволяют экспериментировать с различными стратегиями развития сложных систем, прежде чем применять их в реальном мире. Использование различных систем динамического моделирования, Powersim в том числе, позволяет снизить затраты на создание динамических моделей и максимально облегчить работу исследователя с системой.

Модель, реализованная средствами системы Powersim, состоит из набора связанных компонентов, называемых переменными и отображаемых на экране компьютера в виде диаграмм. Создание модели заключается в определении переменных и отношений между ними. Powersim обеспечивает редактирование диаграмм, отображающих модели, для изменения и уточнения создаваемых моделей. Переменные представлены как графические объекты, которые могут быть связаны между собой, используя соединения и потоки. Каждая связь реализует отношения между переменными. Определение отношений задается в виде уравнений на Powersim языке. Powersim позволяет наблюдать одновременно (на одной диаграмме) структуру модели и ее поведение в процессе имитации. Объекты динамических моделей могут быть помещены в любой участок диаграммы для наглядности представления поведения модели в процессе имитации.

При разработке модели средствами данной программной системы используются следующие конструкции, описанные в таблице 1 уровни (запасы), потоки, вспомогательные переменные, константы и связи.

Название конструкции	Вид конструкции
Уровень: тип переменной, который накапливает изменения. Изменяется под влиянием потока
Вспомогательная переменная: тип переменной, который содержит вычисления, основанные на других переменных.
Константа: тип переменной, который содержит установленные значения, используемые в вычислениях вспомогательных переменных или потоков.
Поток: наполняет или исчерпывает уровни
Поток с темпом: также влияет на уровни и управляется связанной переменной темпа, обычно вспомогательная переменная величина
Информационная связь: дает информацию вспомогательным переменным о значениях других переменных.
Запаздывающая информационная связь: используется только, когда вспомогательная переменная содержит специальные функции задержки.
Связь инициализации: дает начальную информацию для того, чтобы выровнять переменные относительно значений других переменных.
Облако: неопределенный источник или выход потока в (или из) уровень. Обозначает внешние границы модели.

Таблица 1 Конструкции среды Powersim

Кроме того, вспомогательные переменные могут быть соединены с потоками, чтобы создать поток с темпом, а связи могут быть классифицированы как информационные связи, запаздывающие связи, и инициализационные связи.

Powersim моделирует уровни, добавляя приращения к начальным значениям или вычитая из них. Эти вычисления производятся на каждом временном шаге моделирования, так, что значение каждого уровня в каждый момент времени определяется его значением в предыдущий временной интервал плюс все «притоки» и минус все «оттоки» на текущем временном шаге.

Потоки в модели Powersim представляют транспортировку количественных величин в уровень, из уровня, и между ними. В модели уровни - это «состояние» системы, потоки – «действие». Потоки - единственные переменные, которые могут изменять уровни. Контроль над величиной потока осуществляется с помощью темпа, который может являться переменной любого типа связанной с «вентилем» потока. Наиболее часто используемый темп - это вспомогательная переменная величина. Powersim обеспечивает и изображение потока и потока с темпом на панели инструментов. Изображение потока с темпом - это поток со вспомогательной переменной, присоединенной к нему информационной связью. Вспомогательная переменная расположена близко к потоку, и эта связь не видна, и создается впечатления, что это один элемент. Темп может отделиться от потока на диаграмме, если есть в том необходимость. Потоки могут добавляться к уровню, вычитаться из уровня, и вычитаться из одного уровня и добавляться к другому одновременно. Если к потоку не присоединены уровни с обоих концов, то на свободном конце изображается символ «облако». Этот символ обозначает источник для «притоков» и слив для «оттоков». Источник означает, что количественная величина в потоке прибывает из-за внешней границы модели. Слив означает противоположное.

Вспомогательные переменные реализуют различную информацию в модели Powersim. В отличие от уровней, вспомогательные переменные используются для того, чтобы моделировать элементы реальной системы, которые могут изменяться мгновенно, то есть они не зависят от времени, а зависят только от своего аргумента. Информация между вспомогательными переменными может быть «задержана», используя инструмент запаздывающей связи, а если между ними используется регулярный инструмент связи, то они изменяются мгновенно. Вспомогательные переменные формулируются с помощью алгебраических уравнений, не задавая начального значения. Любые другие переменные могут использоваться как входные данные к этим уравнениям. Разработчик на этапе создания модели должен сформулировать каждое уравнение, использующее другие вспомогательные переменные, константы, потоки, и/или уровни как входные данные и должен определить форму объединения входных данных, используя стандартные математические инструменты, представленные в системе.

Константы используются для того, чтобы представить элементы моделируемой системы, которые не изменяются на протяжении цикла моделирования. Однако имеется возможность в интерактивном режиме изменять значения констант непосредственно в течение прогона модели. Такие константы называются параметрами. Константы часто используются для моделирования начальных значений. Константы как начальные значения могут использоваться в качестве входных данных для уравнений, описывающих вспомогательную переменную, формулировать правило, которое изменяет переменную из начального значения. Константа может зависеть только от других переменных в начальной стадии. Это означает, что единственный тип связи, которая может быть направлена в константу - связь инициализации.

Связи используются для соединения элементов модели Powersim. Существуют три типа связей:

1. информационные связи;

2. запаздывающие связи;

3. связи инициализации.

Информационные связи используются для передачи информации между переменными модели. Переменные, соединенные с помощью таких связей обновляются мгновенно. Запаздывающие связи используются для передачи информации с задержкой. В системе можно определять эти связи, чтобы представить различные виды задержек, выбирая соответствующую функцию задержки, определенной вспомогательной переменной на которую указывает связь. Связи инициализации используются для урегулирования начальных значений уровней. Так как только потоки могут изменить уровни, информационная связь, которая входит в уровень, автоматически изменяется в связь, которая представляется на диаграммах пунктиром и реализует связь инициализации.