Прикладные аспекты имитационного моделирования. Учебное пособие

5.Современные средства моделирования

•оценки рисков и оптимального функционирования предприятия;

•оптимизации стратегий планирования.

Extend

Производитель: Imagine That Inc., San Jose, Калифорния, США.

Сайт: http://www.extendsim.com/index.html

Extend применяется для имитационного моделирования и оптимизации процессов функционирования и развития предприятия. По функциональной наполненности пакет можно классифицировать как универсальный.

Графический интерфейс пакета имеет развитые средства, облегчающие разработку схем процессов, выполнения моделирования и представление его результатов в наглядной форме с использованием средств анимации. Аниматор предоставляет следующие полезные возможности:

•формирования виртуальной среды перехода к 3D-изображениям;

•всестороннего изучения модели под любым углом;

•работы со встроенной библиотекой 3D-объектов.

Пакет поддерживает среду дискретного и непрерывного моделирования. При выполнении моделирования может возникать необходимость в написании кода, поясняющего свойства блоков. В связи с этим пакет содержит встроенный язык, позволяющий задавать новые блоки. Выполняется поддержка импорта – экспорта чертежей с Microsoft Visio и их внесения в процесс имитационного моделирования.

Extend предоставляет возможность моделирования и оптимизации любых дискретных процессов, представимых блок-схемами. Пакет поддерживает работу с динамическими моделями разнородных процессов, а также со стохастическими динамическими моделями любого предприятия, с помощью которых оптимизируется, прогнозируется и планируется деятельность предприятий.

Autodesk 3Ds Max

Производитель: Autodesk, Inc. Сан-Рафел, Калифорния, США.

Сайт: autodesk.ru/products/3d

Autodesk 3Ds Max – популярный и наиболее продвинутый среди пакетов 3D-моделирования. Впервые появился в 1990 г. С 2005 г. имеет название Autodesk 3Ds Max.

81

5.Современные средства моделирования

Всоставе пакета много разнообразных средств для разработки моделей практически произвольных по сложности объектов, среди которых инструменты для выполнения:

•полигонального моделирования, обеспечивающего работу с поверхностями и полигонами и наиболее применяемого для создания сложных и низко полигональных моделей;

•NURBS-моделирования;

•моделирования, использующего поверхности Безье;

•моделирования на базе библиотек стандартных примитивов;

•моделирования, использующего сплайны, которое активно применяется в архитектуре и в случаях, когда использование полигонального моделирования малоэффективно.

Указанные методы моделирования имеют не только самостоятельное применение, но и возможно их совместное использование. При разработке объектов, имеющих сложную структуру, эффективно применяется метод на базе библиотек стандартных примитивов.

Всостав пакета включены библиотеки многочисленных текстур, объектов и изображений, а также эффективные инструменты для разработки объектов с высокой степенью детализации, имитации разнообразных материалов и эффективного создания динамических анимаций.

Программный комплекс Autodesk 3Ds Max применяется практически везде, где используются 3D-модели и создаются фильмы.

FreeCAD

Разработчик FreeCAD Юрген Ригель, Daimler AG , Штутгарт, Германия.

Сайт: https://www.freecadweb.org/?lang=ru

FreeCAD – пакет параметрического 3D-моделирования. С момента выхода пакета FreeCAD специализировался на инженерные проекты разной сложности, но его современная функциональная наполненность позволяет разрабатывать практически любые трёхмерные модели.

Интерфейс пакета предоставляет разработчику возможность формировать своё рабочее место (профиль) под свои задачи и убрать ненужные функции. При этом имеются типовые профили с готовыми инструментами. Пакет также содержит:

82

5.Современные средства моделирования

•набор базовых операций для преобразования объектов;

•набор примитивов, позволяющий упростить черчение объектов;

•функции преобразования объекта относительно пространства (обрезание, сплавление, извлечение, вытягивание и др.).

GPSS World

Разработчик: Minuteman Software Corp., США. Сайт: http://www.minutemansoftware.com/

Рассматриваемая система представляет собой профессиональную среду дискретного и непрерывного моделирования общего назначения с развитыми средствами, обеспечивающими интерактивность и визуализацию информации. Кроме того, она является наиболее современной версией GPSS для персональных компьютеров с ОС Windows.

В GPSS World реализован механизм многозадачности для параллельного выполнения нескольких имитационных процессов. При этом обеспечивается высокий уровень интерактивности. Интерфейс системы построен на архитектуре «документ-вид», принятой для всех приложений Windows.

Уровнем реализма, который обеспечивается средствами анимации системы, можно управлять от абстрактной визуализации до создания высоко реалистических динамических изображений.

GPSS World имеет встроенный язык программирования, конструкции которого могут включаться практически во все GPSS-программы. При этом язык допускает программное управление размещением результатов.

Среди многочисленных возможностей системы отметим следующие:

•пользовательский интерфейс с объектами «модель», «процесс», «отчёт» и «текст»;

•выполнение экспериментов с поддержкой автоматического режима анализа данных;

•поддержка работы в режиме многозадачности;

•встроенный язык нижнего уровня моделирования;

•управление запущенными процессами;

•возможность пользования режимом виртуальной памяти;

•использование ввода – вывода в процессе выполнения моделиро-

вания;

•доступ к встроенным вероятностным распределениям;

•ускоренная отладка средствами графического интерфейса.

83

5. Современные средства моделирования

Основное назначение GPSS – это моделирование систем массового обслуживания, а основными объектами являются: модель, процесс моделирования, отчет и текст.

SIMPROCESS

Разработчик: CACI Products Company, США.

Сайт: https://www.caci.com/

Пакет SIMPROCESS ориентирован на изучение возможных перспектив развития предприятия и минимизации, возникающих при этом рисков. Реализует технологию имитационного моделирования бизнеспроцессов с набором инструментов, позволяющих:

•создавать схемы моделируемых процессов;

•проводить моделирование дискретно-событийным методом;

•анализировать функционально-стоимостные показатели. Имеются средства анимации, визуализирующие динамику процесса

моделирования. В составе пакета такие компоненты, как процессы, подпроцессы, действия, сущности, ресурсы, соединители и площадки. Имеется механизм «дистанционного управления», позволяющий пользователю задавать параметры метода, которые будут ссылаться на объект.

Использование дискретно-событийное моделирование поддерживает моделирование на среднем и низком уровнях абстракции и обеспечивает простоту моделирования входов, состояний и выходов, а также простоту тестирования.

AllFusion Process Modeler (ранее BPWin)

Разработчик: Computer Associates, США. Сайт: https://www.broadcom.com/

Пакет визуального моделирования бизнес-процессов, ориентированный на организации, уделяющие особое внимание на оптимальность и эффективность собственного бизнеса.

Пакет имеет развитые средства визуального моделирования бизнеспроцессов, позволяющие наглядно представить модель любой деятельности. В свою очередь это даёт возможность:

•облегчить оптимизацию функционирования предприятия;

•установить соответствие предприятия действующим стандартам;

84

5.Современные средства моделирования

•разработать оптимальную организационную структуру предприятия;

•уменьшить производственные издержки и повысить эффективность.

Впакете реализован «дружественный» графический интерфейс, не требующий усилий в его освоении, а инструментарий пакета позволяет быстро разрабатывать, выполнять анализ и оптимизировать модели.

Положительной стороной пакета является наличие механизма документирования моделирования с встроенным генератором отчётов.

Вкачестве недостатков пакета можно отметить:

•низкие репрезентативные свойства пакета;

•отсутствие стандартных объектов для описания бизнес-процессов;

•поддержку создания только статических моделей.

Отметим, что положительным моментом AllFusion Process Modeler является его интеграция с такими пакетами, как ERwin, Paradigm Plus,

Arena, CAPlatinum.

ProcessModel

Разработчик: ProModel, Inc. США. Сайт: http://www.promodel.com/

Пакет ориентирован на визуализацию, анализ и оптимизацию биз- нес-процессов различных типов и использует имитационное моделирование с графической анимацией. При этом формируются обновляемые окна, которые содержат информацию по производительности, изменений в элементах модели и информации по импорту графики.

В пакете доступна реализация следующих возможностей:

•формирование расписания и графика работы персонала;

•использование механизма приоритетности с возможностью прерывания задач;

•возможность использования альтернативных методов управления;

•расписание и ранжирование выполнения работ;

•повышение эффективности бизнес-процессов различных типов;

•обеспечение режима анализа «узких мест»;

•анализ и оптимизация стоимости по операциям и ресурсам. Пакет поддерживает разработку иерархических моделей, что поз-

воляет группам создавать части сложной модели с последующим их

85

5. Современные средства моделирования

объединением, а в итоге улучшать управляемость при реализации больших проектов.

Среди достоинств ProcessModel можно отметить быстроту его освоения и легкость в использовании, а также наличие хорошо проработанной контекстно-зависимой системы помощи для удобной работы с моделями.

AnyLogic

Разработчик: The AnyLogic Company, Россия. Сайт: www.anylogic.ru

AnyLogic – пакет имитационного моделирования, построенный на основе лучших подходов к моделированию, и который допускает как дискретное, так и непрерывное моделирование.

Пакет имеет многочисленные сферы применения: рыночные отношения, управление проектами, социология, транспорт, экология, производство и другие.

Конкурентным преимуществом AnyLogic на фоне традиционных инструментов является возможность выполнения проектов с использованием разных парадигм моделирования.

Впакете реализован «дружественный» графический интерфейс, не требующий усилий в его освоении, а инструментарий пакета позволяет быстро разрабатывать, выполнять анализ и оптимизировать модели. Имеются средства анимации, визуализирующие динамику моделирования.

AnyLogic поддерживает разработку моделей от микроуровня с характерными для него конкретными, физическими параметрами до моделей макроуровня, где параметры носят глобальный, стратегический характер.

Впроцессе создания модели стандартные средства пакета не предусматривают написание какого-либо программного кода. Однако могут возникнуть случаи, когда их недостаточно. В этом случае в пакете допускается применение языка Java, что даёт возможность использования собственного кода для активного объекта и сторонних библиотек. В результате разрабатывая модели разработчик, фактически, создает Javaклассы активных объектов и отношений между ними.

Знание пользователем языка Java существенно обогащает процесс создания модели и позиционируется как несомненное достоинство пакета.

86

5. Современные средства моделирования

Однако пользователи, не владеющие Java, остаются в рамках стандартных средств моделирования пакета.

В AnyLogic доступна интеграция с офисным и корпоративным ПО, например с электронными таблицами, БД-, ERP- и CRM-системами.

Познакомимся в краткой форме ещё с несколькими системами имитационного моделирования с целью не столько знакомства с системами, сколько для расширения знаний о действующих разработчиках и странах, где вопросам моделирования систем и процессов уделяется внимание.

KiriMoto

Разработчик: Стюарт Аллен

Сайт: all3dp.com/2/kiri-moto-3d-slicer-simply-explained/; grid.space/kiri/.

Кири-э – японское искусство вырезания из бумаги. Разработчик программы-слайсера Стюарт Аллен при написании Kirimoto использовал Javascript, что позволяет ей работать полностью в браузере. Kirimoto – многофункциональное средство нарезки и визуализации, в котором доступен G-код для 3D-принтеров и для станков с ЧПУ.

Слайсеры, как правило, являются автономными программами, которые необходимо загрузить и установить. Однако в последние годы появилось несколько слайсеров, которые можно использовать на мобильных устройствах или даже в веб-браузерах. Эти слайсеры обычно используют облако для вычислений, поэтому их можно использовать на устройствах с меньшей вычислительной мощностью.

KiriMoto – один из быстрорастущих веб-слайсеров, поэтому для его использования нужно устройство с интернет-браузером. KiriMoto работает на Grid.Space, облачной платформе с открытым исходным кодом, которая позволяет «нарезать» модели в сети Интернет. Программа бесплатна, и она предлагает гораздо больше, чем базовые возможности нарезки FDM.

Пользовательский интерфейс KiriMoto лаконичен и хорошо организован. Все инструменты и кнопки разделены на категории с другими соответствующими функциями. Это способствует простоте использования для новых пользователей.

Инструменты разделены на категории в левой и правой частях интерфейса: общие инструменты находятся слева, а более специфичные для технологии функции – справа. Можно выбрать тип печати или производ-

87

5. Современные средства моделирования

ства, который хотите использовать, с помощью кнопок («FDM», «SLA», «ЧПУ», «ЛАЗЕР») в верхнем левом углу.

KiriMoto имеет организованный пользовательский интерфейс, который упрощает использование программы, так что большинство пользователей, независимо от опыта, могут понять, что делать.

Как мы уже упоминали, KiriMoto предлагает гораздо больше, чем 3D-нарезка через интернет-браузер. Программа поддерживает не только нарезку на 3D-принтере FDM, но и SLA, обработку с ЧПУ и даже лазерную гравировку. Немногие слайсеры, особенно браузерные, поддерживают все эти производственные технологии в одной программе. Для каждого из этих методов у KiriMoto есть свой набор инструментов на правой панели инструментов, характерный для выбранной технологии производства.

KiriMoto имеет множество возможностей и функций, которые делают его универсальной программой. Помимо инструментов для конкретных технологий, таких как высота слоя для 3D-печати и зазор для станков с ЧПУ, KiriMoto предлагает множество универсальных инструментов, применимых ко всем методам производства. К ним относятся такие, как импорт моделей, масштабирование и вращение, перетаскивание объектов по цифровой платформе для их перемещения.

Помимо этих основных функций слайсера, KiriMoto имеет другие функции, менее стандартные для слайсеров, такие как инструмент рендеринга, который позволяет выбирать свою модель, как вы её видите. С помощью этого инструмента можно выбрать просмотр импортированной 3D-модели в виде сплошного изображения, провода или призрака (очень полупрозрачного). KiriMoto также содержит инструменты, с помощью которых можно просматривать и настраивать выбранный слой.

Нарезка 3D-моделей FDM, вероятно, является одной из наиболее часто используемых возможностей KiriMoto, поскольку 3D-печать FDM более популярна, чем любые другие производственные технологии. У KiriMoto также есть слайсер SLA, но большинство настроек SLA используются совместно с FDM. Слайсер SLA имеет меньше настраиваемых параметров, чем слайсер FDM.

Отметим, что KiriMoto представляет часть более мощного семейства инструментов и проектов, которые называются GRID:SPACE. В общих чертах GRID:SPACE пытается предоставить инструменты для мо-

88

5. Современные средства моделирования

дульной конструкции мебели. В рамках GRID:SPACE разработана также программа METAMOTO, позволяющая создавать и редактировать собственные компоненты с помощью инструмента блочного моделирования.

Положительными сторонами программы являются:

•ориентация на все категории пользователей;

•совместимость с принтерами FDM и SLA и многими станками ЧПУ;

•облачный вариант с доступом из любого места.

Arena

Разработчик: Rockwell Automation Inc., США.

Сайт: www. arenasimulation.com

Arena – система дискретного имитационного моделирования технологических процессов, банковской деятельности, транспортных и других задач. Система имеет развитый интерфейс и средства настройки на различные предметные области. Визуализация результатов моделирования выполняется средствами Cinema animation.

Для освоения и эффективного использования Arena нужны хорошие знания математического аппарата теории вероятностей, систем массового обслуживания и статистической обработки результатов экспериментов.

AutoMod

Разработчик: Brooks Automation, США. Сайт: www.automod.se/eng/home

AutoMod – система моделирования, которая преимущественно используется в логистических и производственных процессах. ПО системы выполняет подробный анализ операций и потоков, а гибкость архитектуры системы допускает её разнообразное применение от аэропортов до производства полупроводников.

AweSim

Разработчик: Symix Systems Inc., США.

Сайт: https://awesim.org

AweSim – универсальная среда дискретного или непрерывного имитационного моделирования сетей, сферы использования которой охватывают бизнес-процессы, производственные системы, военную и медицинскую отрасль и другие. Среда располагает инструментарием создания и работы с

89

5. Современные средства моделирования

интерактивными моделями, поддержки анимации, статистической обработки и визуализации информации, а также выбора сценариев.

Boson NetSim

Разработчик: Boson, США.

Сайт: www.boson.com

Boson NetSim – имитатор сетевых устройств компании Cisco. Так как в симуляторе имеется утилита для моделирования сети, то предоставляется возможность получения практических знаний при работе с сетевыми устройствами и в результате сертифицировать специалистов. Невысокая стоимость и достаточная функциональная наполненность симулятора обусловило его широкое распространение в университетах мира.

Deneb/Quest

Разработчик: BNP Deneb Pty Ltd., Австралия.

Сайт: http://deneb.com.au

Deneb/Quest – объектно-ориентированная среда имитационного моделирования и анализа дискретных поточных процессов, включающая средства визуализации и импорта/экспорта моделей. Применяется в логистике, производстве, менеджменте и других сферах для создания и анализа вариантов потоков на имитационных моделях с целью оптимизации процесса производства и себестоимости продукции.

еМ-Plant

Разработчик: Siemens PLM Software, Германия.

Сайт: www.plm. automation.siemens.com/ru

еМ-Plant – пакет создания имитационных иерархических моделей на основе библиотеки стандартных объектов с возможностью её расширения. еМ-Plant можно успешно применять для решения задач моделирования дискретных систем в сферах машиностроения, электроники, логистики, бизнес-процессов.

90