Тема 8. Имитационное моделирование

8.1. Имитационное моделирование, его сущность

Вопросы имитационного моделирования рассматриваются во многих литературных источниках, но наиболее удачно, по нашему мнению, представлены авторами Иозайтисом В.С. и Львовым Ю.А. в учебном пособии «Экономико-математическое моделирование производственных систем».

Появление имитационного моделирования как нового направления в исследовании сложных процессов обусловлено развитием электронно-вычислительной техники. Имитационные модели являются особым классом математических моделей. Они существенно отличаются от оптимизационных моделей и моделей математического программирования. В реализации имитационных моделей главную роль играют такие компьютеры, которые обладают повышенным быстродействием, большой памятью, имеют совершенное программное обеспечение.

В традиционных экономико-математических моделях с помощью математического аппарата описывают взаимосвязи между входами, состояниями и выходами. Задача компьютера при использовании этих моделей состоит в том, чтобы быстро выполнить заданный алгоритм и выдать результат.

Идея имитационного моделирования состоит в том, что строят алгоритм, отображающий последовательность развития процесса внутри исследуемого объекта, а затем « проигрывают» поведение объекта на компьютере. При этом имеется в виду, что процесс функционирования реальной системы распадается на ряд процессов функционирования отдельных объектов. Эти процессы протекают одновременно или параллельно. Задача программной имитации состоит в отображении параллельно протекающих процессов на один вычислительный процесс.

Совокупность модели, имитирующей изучаемое явление, и систему внутреннего и внешнего обеспечения называют имитационной системой.

Имитационная модель - это вычислительная процедура, формализовано описывающая изучаемый объект и имитирующая его поведение. При составлении имитационной модели нет необходимости упрощать описание явления, отбрасывать иногда даже существенные детали, чтобы использовать в расчетах известные математические методы. Для имитационного моделирования характерна имитация элементарных явлений, составляющих исследуемый процесс, с сохранением их логической структуры, последовательности протекания во времени, характера и состава информации о состоянии процесса. По своей форме модель является логико-математической.

В составе математических моделей имитационные модели делятся на статические и динамические, стохастические, дискретные и непрерывные. Отнесение задачи к одному из этих видов предъявляет определенные требования к имитационной модели. При статической имитации расчет повторяется несколько раз в различных условиях эксперимента в определенный короткий период времени.

При динамической имитации моделируется поведение системы в течение продолжительного периода времени без изменения условий. При стохастической имитации в модель включаются случайные величины с известными законами распределения. При детерминированной имитации влияние случайных факторов не учитывается.

8.2. Порядок построения имитационной модели

Порядок построения имитационной модели и ее исследования имеет свои особенности. В работе Шеннона М. « Имитационное моделирование систем: искусство и наука»(М.:1978) приводится следующий перечень этапов имитации:

1. Определение системы. На этом этапе устанавливаются ограничения, измерители эффективности системы, подлежащей изучению.

2. Формулирование модели. Осуществляется абстрагирование, т.е. переход от реальной системы к некоторой логической схеме.

3. Подготовка данных. На этом этапе отбираются данные, необходимые для построения модели, и представляются в соответствующей форме.

4. Трансляция модели. Трансляция предполагает описание модели на языке, приемлемом для используемого компьютера.

5. Оценка адекватности. Это означает повышение до приемлемого уровня степени уверенности, с которой можно судить относительно корректности выводов о реальной системе, полученных на основании обращения к модели.

6. Стратегическое планирование. Этап стратегического планирования включает планирование эксперимента, который должен дать необходимую информацию.

7. Тактическое планирование. Это определение способа поведения каждой серии испытаний, предусмотренных планом эксперимента.

8. Экспериментирование - процесс осуществления имитации с целью получения необходимых данных и анализа чувствительности.

9. Интерпретация, т.е. формулировка логических выводов по данным, полученным путем имитации.

10. Реализация результатов моделирования, т.е. практическое использование модели.

11. Документирование. На этом завершающем этапе регистрируется ход осуществления проекта и его результатов и документируется процесс создания и использования модели. Документирование тесно связано с реализацией, т.к. тщательное и полное документирование процессов разработки и экспериментирования с моделью позволяет в значительной степени увеличить срок ее жизни и вероятность успешной реализации, облегчает модификацию модели.

Среди этапов имитационного моделирования следует выделить планирование эксперимента. Отличие имитационного эксперимента от эксперимента с реальным объектом состоит в том, что имитационный эксперимент проводится с моделью реальной системы, а не с самой системой.