Прикладные аспекты имитационного моделирования. Учебное пособие

6. Состояние и перспективы развития ИМ

ки информации. К таким информационным технологиям также относятся следующие технологии:

•экспертных систем;

•нейронных сетей и нечёткой логики;

•вывода, основанного на прецедентах;

•ассоциативного мышления;

•эволюционного и генетического моделирования;

•моделирования мультиагентных систем.

Даже значительный рост вычислительных ресурсов компьютеров не в полной мере обеспечивает производительное решение задач моделирования сложных систем, обычно, связанных с их большой размерностью. Имитационные итерации моделирования таких систем могут длиться часами, поэтому нивелирование этой проблемы связано с использованием распараллеливания вычислительного процесса и организацией распределенного дискретно-событийного моделирования.

На сегодняшний день можно отметить следующие несколько направлений разработки и применения имитационных моделей.

1.Исследование функциональных зависимостей.

2.Прогнозирование поведения и развития системы.

3.Анализа систем по критериям, сформулированным экспертами, которые определяют основу экспертной системы имитационной модели.

4.Сравнение альтернативных систем или рабочих методик и принципов, которые разрабатываются для целей принятия оперативных решений.

5.Оптимизация, где модели используются для выбора оптимальной стратегии.

6.Модели-тренажёры для обучения и приобретения практических навыков работы (студенты, управленцы, военные, экономисты, сотрудники и других слоёв населения).

7.Модели для демонстрации проектируемого объекта руководству или заказчикам, которые позволяют воспроизводить иллюзию процесса развития системы.

Рассмотрим основные сферы применения ИМ, средствами которого решаются задачи как предприятий, так и отраслевые задачи, а также обсудим его преимущества и ограничения.

92

6.1. Общий анализ направления ИМ

Наиболее интенсивно ИМ внедряется в металлургической и нефтегазовой отрасли, индустрии стройматериалов, в многочисленных сферах массового обслуживания.

Анализ публикаций и результатов многолетних конференций «Имитационное моделирование. Теория и практика» (ИММОД) даёт возможность привести перечень основных областей применения ИМ:

•сети связи и передачи данных;

•управление основными транспортными системами (космическими, воздушными, автомобильными, железнодорожными);

•промышленное производство от мелких серий до организации гибких производственных систем;

•рыбообрабатывающие комплексы и отрасль в целом;

•космическая сварка;

•шифрование и противоборство в киберпространстве;

•динамика популяционных процессов в животном мире;

•региональные и отраслевые экономические системы;

•эвакуационные мероприятия в режиме ЧС;

•область налогового и пенсионного обеспечения;

•общение граждан с органами государственного управления;

•демографические, этнические и экосистемы.

Внастоящее время действует ряд факторов, сдерживающих быстрое и более широкое применение ИМ, среди которых такие факторы, как:

•сложности рассматриваемых объектов и процессов;

•трудоемкость разработки имитационных моделей;

•слабая обеспеченность профессиональными кадрами в области ИМ и ряду других причин.

Всоциальных и гуманитарных областях кроме указанных ограничений действуют факторы, связанные с нелинейностью и многофакторностью социальных процессов, а также сложностью их взаимосвязей.

Развитие современных CASE-средств снижает требования к разработчикам моделей особенно к их навыкам программирования, что позволяет разрабатывать достаточно сложные модели специалистами широкого профиля. Модель – упрощенное отображение реальности, а в случае моделирования социальных систем отображение реальности обусловлено ещё выбранным подходом или экспертным мнением.

93

6. Состояние и перспективы развития ИМ

Важнейшее приложение ИМ связано с решением задач прогнозирования поведения и развития разнообразных процессов.

В последнее время интенсивно развивается сфера создания игровых имитационных моделей как обучающих тренажеров для различных образовательных направлений. Любой тренажёр базируется на имитационной модели, позволяющей воспроизводит реакцию обучающегося на управляющие воздействия. Процесс создания компьютерных тренажёров часто называют ситуационным моделированием. Подобные тренажёры на основе имитационных моделей широко используются в зарубежной практике управленческого образования, а в российском управленческом образовании их применение только начинается.

6.2. Развитие ИМ за рубежом

За рубежом в последние десятилетия направление ИМ интенсивно развивалось, прежде всего, в странах Западной Европы и США, где проводились многочисленные конференции и работали соответствующие сообщества. В результате развития направления разрабатывались и находили применение в производстве новые системы моделирования. При этом США имеют самую большую долю мирового рынка, где программные продукты ИМ давно и успешно используются. В России такая ситуация пока не наблюдается. Однако стоит отметить, что в последнее десятилетие произошли изменения в сторону улучшения ситуации.

Успешное развитие ИМ в странах Запада подтверждается ежегодным проведением общепризнанных конференций, симпозиумов и конгрессов.

Интенсивное развитие этого процесса также подтверждается растущим количеством публикаций в научных изданиях, увеличением исследовательских проектов и активной работой различных сообществ, продвигающих развитие ИМ.

Наиболее весомым аргументом, свидетельствующим о развитости работ по моделированию в западных странах, является обязательное наличие имитационных моделей в составе проектной документации нового или реконструкции действующего производства.

94

6.2. Развитие ИМ за рубежом

Познакомимся кратко с деятельностью по продвижению работ в области ИМ, которую отражает консалтинговая деятельность, проведение конференций, симпозиумов, конгрессов, а также работа различных обществ, порталов и ассоциаций. Для наглядности представим такую информацию в виде таблиц.

Консалтинговая деятельность. Этот вид деятельности осуществляет большое количество компаний, решающих для клиентов проблемы в области ИМ. Специализация консалтинговых компаний может ограничиваться узким направлением услуг или охватывать широкий перечень услуг в этой области. В табл. 6.1 приведены в качестве примера некоторые наиболее значимые консалтинговые компании.

Таблица 6.1

Пример консалтинговых компаний зарубежных стран

Напомним, что аббревиатуры в таблице означают: ИМ – имитационное моделирование; ДСМ – дискретно-событийное моделирование.

Конференции, симпозиумы, конгрессы. Количество и перио-

дичность проведения таких мероприятий также как и консалтинговая деятельность способствует развитию направления ИМ. На Западе эти

95

6. Состояние и перспективы развития ИМ

мероприятия, как правило, являются ежегодными и собирают практиков, учёных, исследователей и разработчиков программных продуктов. Тематику конференций составляют теоретические вопросы ИМ и его практическое применение во всех сферах жизни. Например, конференция

«Winter Simulation Conference», которая каждый год проводится в США,

собирает многочисленных сторонников дискретно-событийного подхода в моделировании и признаётся самым авторитетным и представительным форумом.

В качестве примера в табл. 6.2 приводятся наиболее популярные конференции по ИМ.

Таблица 6.2

Пример наиболее популярных зарубежных конференций по ИМ

Материалы практически всех конференций выкладываются на сайтах в свободном доступе.

Общества, веб-порталы и ассоциации составляют сообщества,

основная задача которых сбор, обобщение и распространение мировых достижений по ИМ. Поэтому они являются важным источником новейшей информации в области ИМ.

96

6.3.Развитие ИМ в России

Втабл. 6.3 иллюстрируются рассматриваемые сообщества за ру-

бежом.

Многие из перечисленных в табл. 6.3 сайтов сообществ содержат ссылки на материалы по ИМ с возможностью их бесплатного скачивания,

атакже содержат ссылки на сайты других сообществ, организаций и личных web-страниц ученых.

6.3.Развитие ИМ в России

Впериод примерно с 60-х и до конца 80-х гг. прошлого века направление ИМ в России неплохо развивалось и имело практическое применение, но весь период 90-х гг. был отмечен почти полным застоем, что нанесло ощутимый удар по всем составляющим его развития. Поэтому зарубежные страны существенно продвинулись вперёд в теории и практике использования ИМ. Однако с началом ХХI-го в. российская школа ИМ стала постепенно возрождаться, и появились отдельные предприятия, которые использовали ИМ в своей деятельности.

Внастоящее время в России среди основных сфер применения ИМ – электронная, судостроительная и легкая промышленность, производство строительных материалов и другие. При этом применение моделей в основном связано:

97

6.Состояние и перспективы развития ИМ

•с локализацией «узких мест» и улучшением загрузки оборудо-

вания;

•оптимизацией процессов в логистике;

•анализа бизнес-процессов предприятия;

идля решения ряда других задач.

Во многих разработках используется система ИМ GPSS World, что связано с её доступностью и относительно низкой стоимостью. В последнее время в России стали использоваться зарубежные системы и пакеты моделирования. Кроме того, дисциплины по моделированию систем вошли в учебные планы инженерных и ряда экономических специальностей, что характеризует положительные тенденции в развитии ИМ в России.

Консалтинг. В России этот вид деятельности в сфере ИМ пока развит слабо. Основные российские фирмы, предоставляющие услуги в области ИМ, представлены в табл. 6.4

Конференции. Список конференций по ИМ, проводимых в России, невелик. Проводятся две конференции, которые отражены в табл. 6.5.

Сайт конференции ИММОД содержит большое количество полнотекстовых статей по ИМ и языку GPSS.

98

6.4. Основные направления развития ИМ

Общества, порталы, ассоциации. Список этих российских сооб-

ществ, как и конференций также невелик.

1.«Российское отделение международного общества системной ди-

намики» (www.sysdynamics.ru).

2.«Портал GPSS.RU» (www.gpss.ru).

Взаключение отметим, что в 2019 г. наиболее успешным поставщиком ИТ-решений на российском рынке стала компания «Ланит». Также отмечены компании «Аплана Бизнес Решения» и «Диджитал Дизайн». Рейтинг российских компаний по состоянию на 2019 г. приведён в табл. 6.6.

Вендор – компания-производитель (разработчик) ИТ-решения. Интегратор – компания, которая занимается внедрением ИТ-

решения с учётом индивидуальных потребностей клиента.

6.4. Основные направления развития ИМ

Авторы многочисленных публикаций в основном поддерживают прогноз будущих направлений развития ИМ, среди которых можно сформировать следующий список:

•объектно-ориентированные системы ИМ;

•встроенное ИМ;

•приложения, ориентированные на оптимизацию;

•инструменты эмуляции;

•разработка многочисленных тренажёров и web-приложений.

99

6. Состояние и перспективы развития ИМ

Использование объектно-ориентированного подхода повышает эффективность процесса программирования, поэтому ставится задача интеграции возможностей этого подхода и ИМ. При этом предполагается, что объектно-ориентированные системы будут понятными, в том числе и для непрограммистов. В связи с этим можно прогнозировать, что будущие системы ИМ будут базироваться на технологии объектно-ориентирован- ного программирования.

Встроенное ИМ означает интеграцию (встраивание) ПО в системы управления предприятием, что существенно снижает время отклика модели и повышает эффективность выполнения имитационных экспериментов. Сегодня есть примеры использования ИМ как встроенного приложения.

Приложения, ориентированные на оптимизацию. В таких паке-

тах имитационная модель интегрирована с алгоритмами оптимизации, что позволяет сократить время на проведение анализа и оптимизации. В качестве примера пакетов для ИМ, в которых реализован такой подход, можно назвать «OptQuest Optimization», «WITNESS Optimizer» и др.

Эмуляция. Она представляет собой процесс, в котором с помощью программных и/или аппаратных средств имитируется функционирование одной системы средствами другой. При этом, чем полнее и точнее имитация, тем более качественным является эмулятор.

Примеры ПО эмуляции – пакеты «ModelSim» и «VERICUT».

Тренажёры. В последнее время интенсивно развивается сфера создания игровых имитационных моделей как обучающих тренажеров для различных образовательных направлений. Любой тренажёр базируется на имитационной модели, позволяющей воспроизводит реакцию обучающегося на управляющие воздействия. Процесс создания компьютерных тренажёров часто называют ситуационным моделированием. Подобные тренажёры на основе имитационных моделей широко используются в зарубежной практике управленческого образования, а в российском управленческом образовании их применение только начинается.

Web-приложения. Предполагается, что предприятия будущего будут формировать базы знаний своих процессов и продукции через сеть Интернет.

100