Введение. 
Моделирование в среде anylogic

Целью дисциплины «Имитационное моделирование» («Моделирование», «Моделирование систем», «Компьютерное моделирование») является формирование у студентов целостного понимания принципов моделирования систем и процессов с применением компьютерных технологий автоматизации моделирования, а также методов построения моделей.

Основные задачи дисциплины: дать системное понимание процесса исследования функционирования систем с применением компьютерных технологий; раскрыть сущность и содержание разработки имитационных моделей функционирования систем; ознакомить студентов с компьютерными технологиями автоматизации разработки, отладки и эксплуатации динамических имитационных моделей функционирования систем различного назначения.

Данное учебное пособие рекомендуется использовать при изучении курсов, связанных с проектированием систем с дискретно-событийными процессами и агентным моделированием. Оно окажет также существенную помощь при курсовом и дипломном проектировании, поскольку разработка имитационной модели системы или процесса может составлять предмет не только специальной части, но и курсовых, и выпускных квалификационных работ в целом. При изучении курса предполагается, что читатель знает основы теории вероятностей, математической статистики и программирования, а также соответствующую предметную область.

При имитационном моделировании дискретных процессов в качестве инструментального средства получила широкое распространение система моделирования AnyLogic. Это комплексный инструмент, позволяющий применять в одной модели различные современные методики моделирования: дискретно-событийное, системной динамики, агентное.

Методика разработки моделей в объектно-ориентированной системе имитационного моделирования AnyLogic определена автором в приведенной ниже последовательности:

• 1) постановка задачи;
• 2) уяснение задачи;
• 3) формализованное описание;
• 4) выделение сегментов модели и их размещение по областям просмотра;
• 5) организация ввода исходных данных по агентам модели;
• 6) организация вывода результатов моделирования;
• 7) построение событийной части модели;
• 8) проведение экспериментов;
• 9) интерпретация полученных результатов;
• 10) концептуальные выводы.

Первая глава пособия посвящена знакомству с объектно-ориентированной системой имитационного моделирования AnyLogic на примере построения модели элементарной системы массового обслуживания (СМО) — обработки запросов сервером. В главе описываются различные приемы использования инструментальных средств AnyLogic.

В последующих главах пособия описанная выше методика раскрывается с постепенным усложнением на примерах функционирования различных объектов с протекающими в них дискретно-событийными процессами.

Каждая глава начинается с постановки задачи и ее уяснения, для чего моделируемый объект (система, процесс) представляется схемой в виде системы массового обслуживания. В результате уяснения задачи разрабатывается формализованное описание. На основе схемы объекта (системы, процесса) разрабатывается структура модели. Далее средствами AnyLogic создается простой эксперимент (Simulation). На основе этого простого эксперимента с помощью эксперимента Варьирование параметров создается эксперимент Монте-Карло, в ходе которого проводится исследование функционирования объекта (системы, процесса), т. е. реализуется метод статистических испытаний.

Во второй и третьей главах продолжается практическое освоение приемов построения моделей: выделение сегментов модели и их размещение по областям просмотра, использование массивов исходных данных, исследование влияния случайных внешних и внутренних воздействий. В четвертой главе демонстрируется создание собственных активных объектов средствами AnyLogic и построение из них моделей функционирования исследуемых систем.

Пятая глава посвящена методикам проведения экспериментов, в том числе оптимизационного эксперимента, позволяющего определить оптимальные параметры объекта для достижения максимального (минимального) значения показателя эффективности.

В шестой главе наряду с различными приемами разработки моделей средствами AnyLogic показывается организация синхронизации движения объектов в модели и, при логической необходимости, объединение их в один объект. В седьмой главе на примере многофазной многоканальной СМО разомкнутого типа с отказами демонстрируются возможности AnyLogic по реализации в моделях сложных логических связей.

В восьмой главе показывается адекватность решения элементарных задач теории СМО аналитическим методом и моделированием в AnyLogic.

В девятой главе демонстрируется методика разработки имитационной мультиагентной модели с применением объекта AnyLogic ГИС Карта, т. е. с привязкой действий объектов системы к карте. Кроме того, при описании действий агента применяется дискретно-событийный подход, т. е. в одной модели совмещаются два подхода: агентный и дискретно-событийный.

Десятая глава также посвящена агентному моделированию, в том числе использованию непрерывного пространства для жизни агентов, созданию их популяций, функций сбора статистики по популяции агентов, собственных фигур анимации.

В конце каждой главы даются вопросы для самопроверки и задание на проведение самостоятельного исследования.

Для облегчения восприятия в учебном пособии приняты следующие шрифтовые выделения:

• • названия полей, объектов, элементов интерфейса — полужирным:
• • имена переменных и типов, а также выбираемые из списков значения — курсивом;
• • вводимые пользователем значения или строки кода — моноширинный шрифт.

Версия AnyLogic Personal Learning Edition, методы и приемы работы с которой изложены в данном пособии, доступна бесплатно на сайте www.anylogic.ru.

В результате изучения данного пособия студент должен освоить:

трудовые действия

• • владение навыками работы с компьютерными системами имитационного моделирования систем и процессов;
• • навыками разработки моделей систем массового обслуживания и анализа результатов их выполнения;

необходимые умения

• • составлять задания на разработку моделей;
• • выполнять концептуальное и формализованное описание модели;
• • разрабатывать алгоритм модели;
• • создавать программу модели с применением компьютерных технологий автоматизации процессов моделирования;
• • проводить исследование и делать обоснованные выводы, но результатам моделирования;

необходимые знания

• • цели и задачи разработки моделей функционирования систем;
• • этапы и соответствующие им методы разработки моделей;
• • основные требования к моделям функционирования систем;
• • основы функционирования компьютерных систем автоматизации разработки и исследования имитационных моделей;
• • тенденции и перспективы развития компьютерных технологий моделирования.

Автор выражает благодарность сотрудникам фирмы AnyLogic П. А. Лебедеву, Т. Гомзиной, С. А. Суслову за плодотворное сотрудничество и рекомендации, но построению моделей.