Понятие и признаки имитационного моделирования

имитационный моделирование прибыль В целом, компьютерное моделирование как новый метод научных исследований основывается на: построении математических моделей для описания изучаемых процессов и использовании новейших вычислительных машин, обладающих высоким быстродействием.

Суть компьютерного моделирования состоит в следующем: на основе математической модели с помощью ЭВМ проводится серия вычислительных экспериментов, т. е. исследуются свойства объектов или процессов, находятся их оптимальные параметры и режимы работы, уточняется модель. Например, располагая уравнением, описывающим протекание того или иного процесса, можно изменяя его коэффициенты, начальные и граничные условия, исследовать, как при этом будет вести себя объект.

Имитационная модель — это формальное (то есть выполненное на некотором формальном языке) описание логики функционирования исследуемой системы и взаимодействия отдельных ее элементов во времени, учитывающее наиболее существенные причинно-следственные связи, присущие системе, и обеспечивающее проведение статистических экспериментов.

Иными словами, имитационное моделирование представляет собой численный метод проведения на ЭВМ вычислительных экспериментов с математическими моделями, имитирующими поведение реальных объектов, процессов и систем во времени в течении заданного периода. При этом функционирование реальных процессов и систем разбивается на элементарные явления, подсистемы и модули. Функционирование этих элементарных явлений, подсистем и модулей описывается набором алгоритмов, которые имитируют элементарные явления с сохранением их логической структуры и последовательности протекания во времени. «Имитационное моделирование» — это двойной термин. «Имитация» и «моделирование» — это синонимы. Фактически все области науки и техники являются моделями реальных процессов. Чтобы отличить математические модели друг от друга, исследователи стали давать им дополнительные названия. Термин «имитационное моделирование» означает, что мы имеем дело с такими математическими моделями, с помощью которых нельзя заранее вычислить или предсказать поведение системы, а для предсказания поведения системы необходим вычислительный эксперимент (имитация) на математической модели при заданных исходных данных.

В зависимости от этапа и назначения проводимых исследований, применяется один из трех наиболее распространенных видов имитационных экспериментов:

• — исследование относительного влияния различных факторов на значения выходных характеристик системы;
• — нахождение аналитической зависимости между интересующими исследователя выходными характеристиками и факторами;
• — отыскание оптимальных значений параметров системы (так называемый «экстремальный эксперимент»).

Вид эксперимента влияет не только на выбор схемы его формализации, но также на построение плана эксперимента и выбор метода обработки его результатов.

С точки зрения организации взаимодействия исследователя с моделью, в ходе эксперимента имитационные модели делятся на автоматические и диалоговые.

• — Автоматическими называются ИМ, взаимодействие пользователя с которыми сводится только к вводу исходной информации и управлению началом и окончанием работы моделей.
• — Диалоговыми называются ИМ, позволяющие исследователю активно управлять ходом моделирования: приостанавливать сеанс моделирования/изменять значения параметров модели, корректировать перечень регистрируемых данных и т. д.

Наиболее важный признак имитационного моделирования — способ представления в модели динамики или движения системы. Она может быть описана посредством событий, работ (активностей), процессов и транзакций.

Событие — это мгновенное изменение некоторого элемента системы или состояния системы в целом. Событие характеризуется:

• — условиями (или законом) возникновения;
• — типом, который определяет порядок обработки (дисциплину обслуживания) данного события; нулевой длительностью.

Обычно события подразделяют на две категории:

• — события следования, которые управляют инициализацией процессов (или отдельных работ внутри процесса);
• — события изменения состояний (элементов системы или системы в целом).

В том случае, если модель строится с целью изучения причинноследственных связей, присущих системе, то описание ее поведения в терминах событий является «самодостаточным». Примером такой задачи является проектирование пользовательского интерфейса программного продукта, когда разработчику необходимо оценить взаимную согласованность элементов интерфейса (кнопок, флажков, переключателей, диалоговых окон и т. д.).

Если же исследователя интересует не только логика смены состояний моделируемой системы, но и временные параметры ее работы, механизм событий служит основой для представления в модели работ, процессов и транзактов.

Работа (активность) — это единичное действие системы по обработке (преобразованию) входных данных.

В зависимости от природы моделируемой системы, под входными данными могут решаться задачи по оценке качества распределения ресурсов системы, ее производительности, надежности и т. д.

При моделировании сложных систем весьма часто имеют место ситуации, когда некоторые работы образуют устойчивую последовательность. В таких случаях бывает удобнее перейти к описанию модели на основе процессов. Под процессом понимают логически связанный набор работ. Некоторые процессы могут рассматриваться, в свою очередь, как работы в процессе более высокого уровня. И, наоборот, при повышении степени детализации описания системы некоторая работа может быть разделена на более мелкие составляющие и, таким образом, «превратиться» в процесс.

Любой процесс характеризуется совокупностью статических и динамических характеристик. К статическим характеристикам процесса относятся: результат, потребляемые ресурсы, условия запуска (активизации), условия останова (прерывания). В общем случае статические характеристики процесса не изменяются в ходе его реализации, однако при необходимости любая из них может быть представлена в модели как случайная величина, распределенная по заданному закону. Динамической характеристикой процесса является его состояние (активен или находится в состоянии ожидания).

Моделирование в терминах процессов производится в тех же случаях, что и в терминах работ (то есть когда система оценивается по каким-либо временным показателям, либо с точки зрения потребляемых ресурсов). Например, при оценке производительности вычислительной сети обработка заданий может быть представлена в модели как совокупность соответствующих процессов, использующих ресурсы сети (оперативную память, пространство на жестких дисках, процессорное время, принтеры и т. д.).

Другой важный признак имитационного моделирования — способ изменения модельного времени. По этому признаку различают моделирование с постоянным шагом и моделирование по особым состояниям. Все эти понятия являются основополагающими в теории имитационного моделирования.