Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
практикум_5_24_09_09осветл_рис.DOC
Скачиваний:
1
Добавлен:
24.09.2019
Размер:
2.19 Mб
Скачать

1.5 Требования к защите лабораторной работы

После выполнения лабораторной работы, студент должен:

– предоставить электронный вариант выполненной работы, то есть всю папку, содержащую выполненные эксперименты;

– написать отчёт о выполненной работе с анализом и интерпретацией полученных результатов.

1.6 Контрольные вопросы

1. Сформулируйте основные результаты, полученные с помощью моде-ли Дж. Форрестера «Мировая динамика».

2. Из каких уровней состоит модель «Мировая динамика»?

3. Какие параметры в модели «Мировая динамика» отвечают за огра-ничение роста населения?

4. Дайте краткую характеристику исходного варианта модели «Мировая динамика». Почему основные уровни системы показывают такую динамику?

5. Дайте краткую характеристику исходного варианта модели «Мировая динамика». Почему относительные величины, характеризующие качество жизни, показывают такую динамику?

6. Какие эксперименты возможно проводить с использованием модели «Мировая динамика»?

7. На каком языке первоначально была написана модель Дж. Форрес-тера «Мировая динамика» и кто автор этого языка?

Глава 2. Эколого-демографо-экономическая модель (эдэм)

2.1 Общие сведения о эколого-демографо-экономической модели

В основе игры лежит имитационная модель, описывающая взаимодействие в виртуальном мире экологических, демографических и экономических факторов.

Центральный вопрос, изучаемый в имитационной игре ЭДЭМ, заключается в том, каким образом при экспоненциальном росте численности населения и соответствующем экспоненциальном росте промышленного производства стабилизировать антропогенное влияние на окружающую среду на уровне, обеспечивающем утилизацию загрязнений биосферой Земли, и в то же время увеличивать уровень жизни людей. В частности, в игре необходимо сделать так, чтобы уровень токсичности выбрасываемых в окружающую среду загрязнений в единицу времени не превышал некоторого «разумного» предела, при котором количество природного ресурса и душевое потребление было бы не меньше некоторого критического уровня. Проблема кажется на первый взгляд неразрешимой. Действительно, ограничение выбросов токсичных загрязнений при экспоненциальном росте промышленного производства требует экспоненциально растущих вложений в очистку окружающей среды, что, соответственно, увеличивает издержки производства.

Выход из этой ситуации заключается в инициировании механизма, превращающего затраты на обеспечение чистоты среды обитания, из издержек производства в необходимое людям потребительское качество, которое должно «содержаться» в покупаемых ими товарах. Считается, что в виртуальном мире, создаваемом моделью, имеется единая мера токсичности различных загрязнителей. Разработаны система измерения этой токсичности, а также система сертификации чистых технологий и производимых по этим технологиям товаров. Чистой считается технология, обеспечивающая выбросы загрязнителей на единицу производимой продукции с токсичностью меньшей некоторого предела. Указанный предел устанавливается на законодательном уровне и периодически пересматривается: он должен уменьшаться с увеличением суммарных производственных мощностей на Земле. Чистыми считаются товары, производимые по чистым технологиям. Чистые товары снабжаются соответствующей меткой. Спрос на чистые товары зависит от уровня образованности людей, от уровня жизни, от расходов на экологическое воспитание, а значит, и расходов на образование. Технологии разрабатываются фундаментальной и прикладной наукой с интенсивностью, зависящей от уровня образованности людей. Игроки представляют правительство виртуального мира и управляют бюджетным процессом. Устанавливая ставки налогов, штрафы за выбросы токсичных загрязнителей и распределяя полученные средства на мероприятия по очистке среды обитания, образование, науку, разработку «чистых» технологий, игроки должны не допустить экологическую катастрофу и в то же время повысить уровень жизни людей. Другими словами, они должны обеспечить устойчивое развитие виртуального мира, воспроизводимого имитационной моделью.

Математическая модель, которая была разработана для анализа обсуждаемого аспекта проблемы устойчивого развития, относится к весьма распространённому классу моделей, являющихся системой соотношений между характеристиками моделируемого процесса. Эти характеристики делятся на два класса: внутренние и внешние. Несколько упрощая и огрубляя ситуацию, можно сказать, что внутренние характеристики – это те, прогноз которых намереваются получить средствами математического моделирования. Внешние характеристики – это те, которые влияют на внутренние, но обратное влияние не имеет место.

Математическая модель называется замкнутой, если при известных значениях внешних характеристик её соотношения позволяют однозначно вычислить значения внутренних характеристик. Процесс определения внешних характеристик модели называется её идентификацией. Получение прогноза значений внутренних характеристик называется процессом эксплуатации модели. Заметим, что в подавляющем большинстве случаев трудности идентификации являются лимитирующими при использовании средств математического моделирования для прогноза реальных явлений, процессов, систем.

При обращении к средствам математического моделирования, как правило, известны характеристики, прогноз значений которых необходим. Такие характеристики называют обычно «прогностическими» или «показателями». В большинстве случаев, оставаясь в рамках прогностических характеристик, составить замкнутую модель нельзя. Поэтому в процессе составления модели необходимо выяснить все характеристики реального мира, которые оказывают на рассматриваемых характерных временах заметное (в рамках практически необходимой точности) влияние на значения прогностических характеристик, и записать соотношения между всеми характеристиками. При этом как раз и появляются два класса характеристик: внутренние и внешние. Внутренние характеристики образуют систему взаимно влияющих друг на друга величин. Внешние характеристики влияют на внутренние (на рассматриваемых характерных временах) в пределах необходимой точности, но внутренние характеристики не влияют на внешние. Если модель замкнута, то прогностические характеристики (показатели) в результате являются функциями внешних.

Введённые представления о внутренних и внешних характеристиках математической модели согласуются с понятиями о внутреннем и внешнем, употребляемом в рассуждениях гуманитарного характера. Так, в ЭДЭМ, к примеру, характеристики демографического процесса, функционирования рынков товаров и рабочей силы являются внутренними, а процесс распределения бюджета, назначения налогов, а также критерии чистоты технологии – внешними. Именно, эти внешние характеристики являются теми управлениями, которыми позволяют ввести в ЭДЭМ игровой аспект.

Математическая модель, лежащая в основе игры, – сложная. В данном случае это означает, что ЭДЭМ является совокупностью трёх взаимосвязанных подмоделей: демографической, социально-производственной, экологической. Внешние характеристики каждой из этих подмоделей делятся на два класса: собственные внешние характеристики подмодели, на которые не оказывают влияние (на характерных временах, соизмеримых с десятилетием) никакие характеристики всей модели в целом и которые являются внешними характеристиками всей модели, и внешние характеристики данной подмодели, зависящие от внутренних характеристик остальных двух подмоделей. Эти внешние характеристики подмоделей не относятся к внешним характеристикам всей модели. Разбиение целой модели на подмодели означает, что процессы, описываемые подмоделями, на характерных временах порядка года, связаны слабо: внутренние взаимосвязи характеристик в каждой подмодели сильнее, чем взаимосвязи между процессами, описываемыми подмоделями. Однако (на характерных временах порядка десятилетия) взаимосвязи между демографическими, производственными, экологическими процессами становятся существенными, и часть внешних характеристик подмоделей уже не являются внешними характеристиками всей модели, поскольку именно они и описывают взаимосвязи между моделируемыми процессами.

Математическая модель, лежащая в основе игры, – имитационная. В данном случае это означает, во-первых, сложность, которая охарактеризована выше, во-вторых, что фигурирующие в ней управления относятся к внешним характеристикам модели. Эксплуатация такой модели носит характер выполнения «имитационных экспериментов» или «имитационных игр». Каждый имитационный эксперимент (имитационная игра) состоит в воспроизведении изучаемого процесса с помощью модели при заданных управлениях.

На самом общем уровне имитационную эколого-демографо-экономическую модель (ЭДЭМ) можно описать следующим образом. В модели имеются объекты двух видов – люди и производственные фонды, которые относятся к факторам производства в экономической подмодели. Каждый из этих объектов обладает присущими им характеристиками: люди – полом, возрастом, экономической активностью и уровнем образованности; производственные фонды характеризуются мощностью, эксплуатационным возрастом и технологией.

Мощность – это максимальное количество продукта, который в единицу времени (год) способны произвести данные фонды при полной обеспеченности их ресурсами.

Технология – это количество продукта, необходимое для создания единицы производственных фондов (фондообразующие коэффициенты), количество природных и трудовых ресурсов различного уровня образованности, необходимых для выпуска единицы продукции по данной технологии (коэффициенты ресурсоёмкости и трудоёмкости) и уровень токсичности выбросов загрязнителей на единицу выпускаемой продукции. Технологии делятся на «чистые» и «грязные». И те, и другие виды объектов (люди и производственные фонды) рождаются в некоторый момент, живут некоторое время и умирают (естественным образом для людей и путём списания – для производственных фондов). Для того чтобы производственные фонды рождались и функционировали необходимы инвестиции, а также труд людей разных уровней образованности в соответствии с фондообразующими коэффициентами и коэффициентами трудоёмкости. Чтобы люди рождались и предлагали свой труд, необходима выпускаемая функционирующими (т.е. обеспеченными трудовыми ресурсами) фондами продукция, «чистая» и «грязная» – в соответствии со структурой потребления. Ни технологии, ни структура потребления на характерных временах порядка нескольких десятилетий не являются постоянными. Технологии разрабатываются фундаментальной и прикладной наукой в соответствии со средствами, которые в это вкладываются.

Структура потребления, т.е. распределение спроса между «чистой» и «грязной» продукцией, расходы на здравоохранение и образование зависят от уровня образованности людей и от государственных средств, которые выделяются на образование. Доля чистой продукции в потреблении людей характеризует степень, в которой чистота окружающей среды является для них потребительским качеством.

Модель демографического процесса. Модель воспроизводит эволюцию половой и возрастной структуры населения в странах (регионах). Внутренние характеристики – количество в данном году женщин и мужчин, имеющих данный возраст (от 0 до 100 лет). Внешние характеристики – распределение населения в стране по полу и возрасту в начальном году (т.е. в году, с которого начинается модельное воспроизведение демографического процесса), а также зависимости коэффициентов рождаемости и смертности от возраста, образованности, экологических факторов. Для каждой страны по распределению населения по полу и возрасту в данном году рассчитывается это распределение в следующем году. Прогностическими характеристиками являются: общая численность населения в стране; общая численность мужчин; общая численность женщин; количество родившихся и умерших в данном году; численность детей (возраст от 1 года до 6 лет); численность школьников (возраст от 7 до 17 лет); численность студентов (возраст от 18 до 22 лет; эта величина определяется по расходам государства и домашних хозяйств на высшее образование); численность аспирантов (возраст от 22 до 24 лет; эта величина определяется по расходам государства и домашних хозяйств на послевузовское образование); численность рабочих (возраст от 18 до 59 лет; рабочими считаются мужчины и женщины, окончившие школу, но не получившие высшего образования); численность служащих (возраст от 23 до 59 лет; служащими считаются мужчины и женщины, получившие высшее образование, но не окончившие аспирантуру); численность учёных (возраст от 25 до 59 лет; учёными считаются мужчины и женщины, окончившие аспирантуру); численность активного населения, т.е. суммарная численность рабочих, служащих, ученых; численность пенсионеров; отношение численности пенсионеров к численности активного населения и т.д.

Виды экономической деятельности в ЭДЭМ. Учитываются следующие виды экономической деятельности:

  • добыча природных ресурсов;

  • производство предметов потребления;

  • образование;

  • здравоохранение;

  • экологическая деятельность;

  • информатика (сбор, хранение, обработка, передача информации и производство инструментов, обеспечивающих эти виды деятельности);

  • производство новых знаний (фундаментальная наука);

  • разработка новых технологий (прикладная наука);

  • производство вооружений;

  • создание «духовных ценностей» (религия, культура, искусство).

В целях краткости изложения все отмеченные выше виды деятельности будут называться здесь «отраслями производства», а производство духовных ценностей – словом «культура». В ЭДЭМ возможно также появление в процессе функционирования производственной структуры новых отраслей производства (видов деятельности) по изготовлению новых предметов потребления, которых не существовало в момент времени, соответствующий началу процесса имитации.

Технологии в ЭДЭМ. В одной и той же отрасли могут использоваться несколько технологий. Технологии в ЭДЭМ характеризуются, во-первых, количествами продуктов всех других отраслей производства, необходимых для обеспечения выпуска единицы продукта по данной технологии в данной отрасли. Поскольку образование (обучение людей) в ЭДЭМ считается отраслью производства, то в эту систему величин входят трудозатраты людей различного уровня образованности, необходимые для производства единицы продукции данной отрасли. Во-вторых, технологии в ЭДЭМ характеризуются количеством природных ресурсов, необходимых для производства единицы продукции; в-третьих, – количеством загрязнений, выбрасываемых в окружающую среду на единицу производимого продукта; в-четвёртых, – количеством продуктов всех других отраслей (в том числе трудозатрат), необходимых для того, чтобы построить единицу производственной мощности по данной технологии в данной отрасли. Каждая технология в каждой стране характеризуется распределением мощности (максимального выпуска продукции) по возрасту (или, что то же самое, по времени ввода в строй этой мощности). Для того чтобы появилась мощность, соответствующая данной технологии, необходимо, во-первых, чтобы сама эта технология была разработана прикладной наукой, во-вторых, чтобы в некоторый момент времени в эту технологию частными фирмами были вложены инвестиции. Момент появления мощности отстоит от момента инвестиций на «время строительства», которое есть внешняя характеристика модели.

Экономические агенты в ЭДЭМ. Экономическими агентами называются субъекты, участвующие в процессах производства, распределения, обмена, потребления материальных благ. В ЭДЭМ учитываются три типа экономических агентов: nравительства стран, частные фирмы и домашние хозяйства. Правительства имеют средства в результате сбора налогов с прибылей фирм (налог на прибыль), сбора налогов на выбросы загрязнителей (экологический налог) и с получаемой зарплаты (подоходный налог). Правительство может направлять эти средства на развитие образования и науки, на здравоохранение, культуру, пенсионное обеспечение, выплаты безработным, оборону. Правительство в принципе может вкладывать прямые инвестиции в различные отрасли экономики. Однако государственная собственность в ЭДЭМ отсутствует, и соответствующие мощности после ввода их в строй будут считаться принадлежащими частным фирмам. Ставки налогообложения и распределение расходов по указанным статьям являются государственным управлением (т.е. внешними характеристиками, задаваемыми в рамках сценариев имитационных экспериментов или имитационных игр). Частные фирмы инвестируют в отрасли, а в пределах отрасли – в технологии, приносящие прибыли. Домашние хозяйства тратят получаемую заработную плату в соответствии со структурой потребления. Модель производственных процессов. Основной характеристикой производственных процессов в странах является распределение производственных мощностей по времени, эксплуатационному возрасту, отраслям экономики и технологиям. Значение этой характеристики есть максимально возможный выпуск продукции в единицу времени (в год). Для каждой страны, в каждом году, для каждого эксплуатационного возраста, каждой технологии, в каждой отрасли – вычисляется рентабельность этой характеристики. Для этого от рыночной стоимости единицы продукции данной отрасли вычитаются затраты, которые необходимо осуществить для того, чтобы эту единицу продукции произвести. Затраты состоят из:

- стоимости продукции всех других отраслей, необходимых для производства единицы продукции по данной технологии в данной отрасли;

- рыночной стоимости труда различного уровня образованности, необходимого для производства единицы продукции по данной технологии;

- стоимости эксплуатации данной мощности, зависящей от её эксплуатационного возраста;

- выплат за выброс загрязнителей в расчёте на единицу выпуска продукции.

Если рыночная стоимость единицы продукции, произведенной данной мощностью, превышает затраты, то данная мощность считается рентабельной. Рентабельные мощности предъявляют спрос на трудовые ресурсы различного уровня образованности рынка труда данной страны.

Модель процесса загрязнения окружающей среды. Как отмечалось ранее, каждая технология характеризуется выбросами загрязнений в окружающую среду. В модели учитывается два вида загрязнений: первый носит глобальный характер (глобальный загрязнитель), второй влияет на жизнь людей только в пределах данной страны (локальный загрязнитель). При расчёте выпуска продукции рентабельными мощностями, обеспеченными рабочей силой, определяются также суммарные выбросы загрязнителей обоих типов. По суммарным выбросам загрязнителей определяется состояние окружающей среды в каждой стране. Считается, что окружающая среда обладает свойствами самоочищения (гомеостаза): с некоторой скоростью загрязнители перерабатываются, уничтожаются. В то же время имеется предельная скорость такой переработки, и если загрязнители поступают в среду с большей скоростью, то они начинают накапливаться. Имеется предельная ёмкость среды: при превышении некоторого уровня загрязнения механизм самоочищения разрушается и качество среды резко ухудшается – наступает экологическая катастрофа. От качества среды зависят коэффициенты рождаемости и смертности в демографическом блоке модели.

2.2 Методика выполнения лабораторной работы

Данная инструкция предназначена для студентов, работающих с имитационной игрой ЭДЭМ, и определяет последовательность операций при выполнении лабораторной работы. Не соблюдение правил пользования может привести к получению неверных результатов.

Правила пользования интерфейсом модели

На рисунке изображена панель управлений.

Для изменения управлений в имитационной игре ЭДЭМ необходимо вызвать файл "Control.xls", выбрав на панели управления кнопку "Контрольная панель".

После вызова откроется документ "Control.xls" либо в окне Internet Explorer (вариант 1), либо в окне программы Microsoft Excel (вариант 2), это зависит от операционной системы установленной на компьютере. В любом случае окно будет выглядеть так, как это показано на следующем рисунке:

Внесите свои изменения и сохраните файл "Control.xls", затем сохраните файл в формате ".txt". Для этого выберите: Файл->Сохранить как->"Control.txt"->Сохранить.

Вернитесь назад, к панели управления. Проверьте, сохранились ли внесённые изменения в формате ".txt", нажав на панели управления кнопку "Проверка настроек". Откроется текстовый документ в окне Internet Explorer:

Если все изменения сохранились, вернитесь к панели управления и запустите обработку результатов, нажав на панели управления кнопку "Запуск игры". В случае успешного запуска откроется окно файла "pictures.bat":

Далее необходимо ускорить программу, нажимая на клавишу "Enter" на клавиатуре компьютера до тех пор, пока на мониторе не появятся "живые" графики и диаграммы.

В случае, когда файл "pictures.bat" не открылся, необходимо открыть папку Debug, находящейся по адресу: EDEM\expg\Debug. В папке Debug необходимо найти и открыть файл "pictures.bat". Затем снова нажать и удерживать клавишу "Enter" на клавиатуре компьютера до тех пор, пока на мониторе не появятся "живые" графики и диаграммы.

Для того чтобы просмотреть полученные результаты, необходимо нажать на панели управления кнопку "Просмотр результатов".

Правила введения данных:

  • данные вносятся отдельно для каждого года;

  • каждое последующее значение не должно отличаться от предыдущего

не более, чем на 0,02;

  • максимальное значение в каждой ячейке не должно превышать 0,4;

  • нельзя вносить изменения в столбец "Нов.Тех." (Новые Технологии);

  • не рекомендуется изменять последовательность действий, описанных в

части первой данного руководства, так как это может привести к неправильной работе модели;

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.