Глава 4 имитационное моделирование - метод проведения системных исследований

1. Сущность имитационного моделирования

Особым видом моделей являются имитационные модели. Имита­ционное моделирование проводится в тех случаях, когда исследователь имеет дело с такими математическими моделями, которые не позволя­ют заранее вычислить или предсказать результат. В этом случае для предсказания поведения реальной сложной системы необходим экспе­римент, имитация на модели при заданных исходных параметрах. Ими­тация представляет собой численный метод проведения на ЭВМ экспе­риментов с математическими моделями, описывающими поведение сложной системы в течение заданного или формируемого периода вре­мени. Поведение компонентов сложной системы и их взаимодействие в имитационной модели чаще всего описывается набором алгоритмов, реализуемых на некотором языке моделирования. Термин «имитацион­ная модель» используют в том случае, когда речь идет о проведении численных расчетов и в частности о получении статистической выбор­ки на математической модели, например, для оценки вероятностных характеристик некоторых выходных параметров. Моделирование на системном уровне применяется в системном анализе для проведения расчетов характеристик будущей системы. При построении имитацион­ной модели исследователя, прежде всего, интересует возможность вычисления некоторого функционала, заданного на множестве реализа­ций процесса функционирования изучаемой системы. Наиболее важным для исследователя функционалом является показатель эффективности системы. Имитируя различные реальные ситуации на модели, исследо­ватель получает возможность решения таких задач как оценка эффек­тивности тех или иных принципов управления системой, сравнение ва­риантов структурных схем, определение степени влияния изменений па­раметров системы и начальных условий на показатель эффективности

системы. Примерами расчетов на имитационных моделях также могут служить вычисления характеристик производительности, надежности, качества функционирования и т.п., которые необходимо определить как функции внутренних и внешних параметров системы.

Ответственный этап создания имитационной модели представляет собой этап составления формального описания объекта моделирования сложной системы. Цель этапа - получение исследователем формаль­ного представления алгоритмов поведения компонентов сложной систе­мы и отражение вопросов взаимодействия между собой этих компонен­тов. При составлении формального описания модели исследователь использует тот или иной язык формализации. В зависимости от сложно­сти объекта моделирования и внешней среды могут использоваться три вида формализации: аппроксимация явлений функциональными зави­симостями, алгоритмическое описание происходящих в системе процес­сов, комбинированное представление в виде формул и алгоритмических записей.

Сложность системы и вероятностный характер процессов, происхо­дящих в объекте исследования, свидетельствуют о том, что для опре­деления выходных характеристик системы необходимо использовать стохастические модели. Вероятностный характер процессов, происхо­дящих в сложных системах, приводит к невозможности аппроксимации явлений функциональными зависимостями. Доминирующим методом при моделировании сложных систем является способ алгоритмического описания происходящих в системе процессов.

Отметим еще одну особенность, которую необходимо учитывать при моделировании процесса функционирования сложной системы. В социотехнических системах люди решают часть задач из общей после­довательности задач, решаемых системой, например, задачи управле­ния, принятия решения и т.п. Следовательно, они принципиально не ус­транимы из системы и должны быть представлены в модели системы как ее элементы. Однако учет так называемого «человеческого факто­ра» имеет принципиальные сложности. При выполнении человеком про­изводственных операций требуется учитывать квалификацию конкрет­ного исполнителя, его опыт и стаж работы. Необходимо также иметь в виду, что на качество выполняемых процедур могут оказывать влияние состояние его здоровья, эмоционально-психологический настрой и про­чие факторы, которые практически не удается формализовать при со­ставлении модели. Поэтому в моделях принимают определенного рода допущения, приводящие к упрощению модели, к решению задачи «в среднем», т.е. задают некоторые средние характеристики выполнения человеком своих функций и при данных значениях проводят расчеты