1.2. Область застосування імітаційних моделей у наукових дослідженнях

На основі досвіду використання методу ІМД [2, 3, 4] можна рекомендувати використовувати ІМ СС при проведенні досліджень у наступних випадках.

1. Якщо не існує чітко визначеної постановки задачі дослідження і йде процес пізнання ОМ. У такому випадку ІМ є засобом вивчення явищ, які відбуваються у такому об’єкті. Ще можна сказати, що тут ІМ виступає як генератор експериментальних даних для подальшого вивчення обраної СС.

2. Якщо аналітичні методи для дослідження обраного ОМ існують, але математичні процедури, за рахунок яких вони виконуються, є складними і трудомісткими.

3. Якщо згідно з планом досліджень, окрім оцінки впливу зміни значень параметрів СС на результати її роботи, бажано здійснити спостереження за поведінкою компонентів СС протягом визначеного періоду часу.

4. Якщо ІМД виявляється єдиним методом дослідження СС через неможливість спостереження явищ, які відбуваються у ній у реальних умовах.

5. Якщо необхідно контролювати протікання процесів у СС шляхом уповільнення або прискорення явищ у ході імітації.

6. В процесі підготовки фахівців в області управління СС і освоєнні зразків нової техніки, яка впроваджується у експлуатацію.

7. В процесі вивчення в СС нових або нештатних ситуацій, про які мало що відомо або взагалі нічого не відомо. У цьому випадку імітація служить для попередньої перевірки нових стратегій і правил прийняття рішень перед проведенням експериментів на реальній системі.

8. Якщо в процесі досліджень особливе значення приділяється оптимізації послідовності подій у СС, яка проектується, а ІМ цієї системи використовується для виявлення можливих вузьких місць у її функціонуванні або інших труднощів, які можуть з'являтися в поведінці СС при введенні до її структури нових компонентів.

Однак, ІМ наряду з характерними для них достоїнствами мають ряд істотних недоліків. Розробка якісної ІМ часто обходиться дорожче створення аналітичної моделі і вимагає великих часових витрат. Іноді може здаватися, що ІМ точно відбиває процес функціонування реальної СС, але в дійсності це не завжди так. Проте ІМД є одним методів, які найбільш широко використовуються при вирішенні задач синтезу й аналізу СС. Серед достоїнств методу ІМД виділимо його здатність до реалізації опису характеру функціонування СС на високому рівні деталізації, відсутність обмежень на вид залежностей між параметрами об’єкта і станом довкілля, можливість дослідження динаміки взаємодії компонент СС у часі і просторі параметрів системи. Зазначені достоїнства забезпечують методові ІМД широке поширення серед дослідників СС.

1.3. Основні терміни та поняття, які використовуються в області імітаційного моделювання

Існує досить багато визначень таких основних понять з області ІМД, як імітаційна модель, компоненти, елементи, параметри моделі, функціональні залежності, обмеження, цільові функції моделювання. Надалі ми будемо користуватися наступними визначеннями.

1. Кожна ІМ включає у себе деяку комбінацію таких складових як елементи, компоненти, змінні, параметри, функціональні залежності, обмеження, цільові функції.

2. Елементом ІМ вважають її структурну одиницю, яка імітує виконання деякої операції над предметом праці реальної системи, яка підлягає дослідженню. Як правило, елементи ІМ адекватні структурним одиницям реальної системи, множина яких визначена у процесі її декомпозиції (проведення структурного аналізу системи). Таким чином, будь-яка СС, яку обрано як об’єкт досліджень, при проведені системного аналізу повинна бути поділена на елементи.

3. Під компонентами ІМ розуміють структурні одиниці вхідних потоків ресурсів (матеріальних, інформаційних, фінансових, тощо), які характерні для роботи даної СС і підлягають дослідженню у процесі моделювання. Конкретне відтворення поняття компоненти є досить специфічним і залежить від: характеру функціонування системи, яка підлягає моделюванню, її конкретного ресурсного потоку, який обраний для дослідження, мети досліджень, яку поставлено перед розробником ІМ, тощо. Наприклад, компонентою для виробничого підприємства може бути обраний певний обсяг сировини, яка слугує для виготовлення продукту виробництва (досліджується потік матеріальних ресурсів), або трудовитрати робітників, які нобхідні для створення цього продукту (дослідження потоку трудових ресурсів). Для обчислювальних центрів як компоненти можуть розглядатися певні фіксовані обсяги інформації, які проходять через його комутаційні мережі, тощо.

3. Параметри моделі – це характеристики певних властивостей об’єкту моделювання (ОМ), які на протязі проведення імітаційного експерименту (ІЕ) змінюються у дуже вузьких границях або взагалі не змінюють своїх значень. Тобто параметрами ІМ можна вважати її детерміновані характеристики.

4. Змінні моделі – це характеристики ОМ, які можуть приймати значення, обумовлені видом деякої функції. Така функція пов’язує ці змінні або зі змінною часу, або з випадковими подіями, які імітуються моделлю. За характером змін значень таких характеристик їх можна поділити на неперервні або дискретні. Ще змінні моделі класифікують на екзогенні й ендогенні. Екзогенні змінні ще називають вхідними. Така назва вказує, що вони породжуються поза системою і є результатом дії зовнішніх впливів. Ендогенними називаються змінні, які виникають в системі в результаті впливу внутрішніх причин. У тих випадках, коли ендогенні змінні характеризують стан чи умови, що мають місце в системі, їх називають змінними стану.

Треба зауважити, що класифікація характеристик системи на параметри або змінні залежить як від природи процесів, які відбуваються у системі, так і від мети досліджень. Зміна мети проведення ІЕ, або дослідження нових властивостей СС може викликати потребу у зміні класифікації однієї і тієї ж її характеристики з параметра на змінну, або навпаки.

5. Функціональні залежності описують або математично, або логічно взаємозв’язок змінних і параметрів як у межах елемента, так і всієї системи. Формалізовані певним чином функціональні залежності виражають співвідношення між характеристиками системи. Ці співвідношення за своєю природою можуть виявитися або детермінованими, або стохастичними. Для ІМ такі співвідношення, як правило, спочатку виражаються логічними зв’язками у структурах алгоритмів (процес побудови ІМ), а потім перетворюються у формалізовані математичні описи ( аналіз результатів моделювання). Зазвичай за допомогою функціональних залежностей встановлюється зв'язок між змінними стану (як функціями) та екзогенними змінними (як аргументами функцій).

6. Обмеження – це обумовлені границі зміни можливих значень характеристик системи. Вони можуть визначатися самою природою функціонування системи або вводитися розробником моделі, виходячи з мети експерименту.

7. Цільова функція (функція критерію) - це обраний показник (показники) якості роботи системи, за допомогою якого визначається ефективність впровадження у процес її функціонування тих або інших методів управління. Цільова функція повинна точно відображати цілі функціонування системи і результативність її роботи у контексті обраної мети дослідження.