Современные технологии имитационного моделирования и их применение в информационных бизнес-системах

Предпосылки совершенствования технологии системного моделирования были связаны, с одной стороны, — с общим развитием информационных технологий (графических оболочек, мультимедийных средств, объектно-ориентированного программирования и т. д.), а с другой — с комплексным, многоаспектным исследованием сложных систем, таких как социально-экономические, производственно-технологические, созданием человеко-машинных систем принятия решения в различных областях научно-исследовательской деятельности.

В России активное использование универсальных и специализированных сред ИМ для персональных ЭВМ началось в конце XX в. Этому способствовали следующие факторы:

• 1. Проведение регулярных всероссийских научных мероприятий по ИМ. В октябре 2003 г. состоялась первая всероссийская конференция по имитационному моделированию ИММОД, проводимая раз в два года.
• 2. Создание портала GPSS, содержащего информацию о литературе и мероприятиях по ИМ.
• 3. Появление современной литературы и материалов конференций (ИММОД, МОДС, Winter Simulation Conference и др.), находящихся в свободном доступе.
• 4. Разработка отечественной универсальной среды имитационного моделирования AnyLogic фирмой «XJ Technologies»

По данным последних обзоров (http://www.lionhrtpub.com/orms/ /Simulation.html), публикуемых в Internet, куда информация предоставляется компаниями — производителями программного обеспечения для имитационного моделирования, сегодня на рынке информационных технологий фигурирует порядка 150 программных продуктов аналитического типа, ориентированных на имитационное моделирование. Диапазон и разнообразие такого программного обеспечения продолжает расти, отражая тенденцию устойчивого спроса на него.

В процессе выполнения данной работы были изучены технологические и функциональные возможности этих систем моделирования, что позволило составить общее представление о ситуации на рынке информационных технологий, выявить основные тенденции в области современных систем моделирования, наиболее существенные из которых рассмотрены ниже.

В качестве доминирующих базовых концепций формализации и структуризации в современных системах моделирования используются:

для дискретного моделирования — системы, основанные на описании процессов (process description): процессно-транзактно-ориентированные системы моделирования блочного типа — (Extend, Arena, ProModel, Witness, Taylor, Gpss/H-Proof, и др.);

системы, основанные на сетевых концептах (network paradigms). Сетевые парадигмы (сети Петри и их расширения), применяются при структуризации причинных связей и моделировании систем с параллельными процессами, служащие для стратификации и алгоритмизации динамики дискретных и дискретнонепрерывных систем;

сети кусочно-линейных агрегатов, автоматные схемы, моделирующие дискретные и непрерывно-дискретные системы;

для систем, ориентированных на непрерывное моделирование — модели и методы системной динамики, — (Powersim, Vensim, Dynamo, Stella, Ithink и др.).

динамические системы (MATLAB),.

агентное моделирование (AnyLogic).

и другие.

В таблице 1 представлены среды, ориентированные на разные подходы в имитационном моделировании. На ней видно, что рынок очень неравномерный, дискретные системы наиболее представительны.

Таблица.1. Базовые концепции и инструментальные решения имитационного моделирования

Технологические возможности современных систем моделирования характеризуются:

универсальностью и гибкостью базовой и альтернативной к базовой концепций структуризации и формализации моделируемых динамических процессов, заложенных в систему моделирования. Сегодня популярны среди систем моделирования дискретного типа процессно-ориентированные концепции структуризации, основанные на сетевых парадигмах, автоматном подходе и некоторые другие; среди систем моделирования непрерывного типа — модели и методы системной динамики;

наличием средств проблемной ориентации, когда система моделирования содержит наборы понятий, абстрактных элементов, языковые конструкции из предметной области соответствующего исследования;

применением объектно-ориентированных специализированных языков программирования, поддерживающих авторское моделирование и процедуры управления процессом моделирования;

наличием удобного и легко интерпретируемого графического интерфейса, когда блок-схемы дискретных моделей и системные потоковые диаграммы непрерывных реализуются на идеографическом уровне, параметры моделей определяются через подменю;

использованием развитой двухи трехмерной анимации в реальном времени;

возможностью для реализации нескольких уровней представления модели, средствами для создания стратифицированных описаний. Современные системы моделирования применяют структурнофункциональный подход, многоуровневые иерархические, вложенные структуры и другие способы представления моделей на разных уровнях описания;

наличием линеек и инструментов для проведения и анализа результатов сценарных, вариантных расчетов на имитационной модели;

математической и информационной поддержкой процедур анализа входных данных, анализа чувствительности и широкого класса вычислительных процедур, связанных с планированием, организацией и проведением направленного вычислительного эксперимента на имитационной модели.

Экспериментальные исследования на имитационной модели информативны, поэтому необходима реализация подхода Simulation Data Base, основанного на доступе к базам данных моделирования. Технологически это решается при помощи собственных специализированных аналитических блоков системы моделирования или за счет интеграции с другими программными средами;

исполнительный модуль может функционировать вне среды для разработки модели;

применением многопользовательского режима работы, интерактивного распределенного моделирования, разработками в области взаимодействия имитационного моделирования со Всемирной паутиной и др.

Область приложения методов имитационного моделирования столь обширна, что заслуживает отдельного изложения, так же как и вопросы применимости различных подходов и средств в разных задачах и бизнес-решениях.

На рис. 2. демонстрируются основные приложения имитационного моделирования.

Рис. 2. Приложения имитационного моделирования.

Рассмотрим основные направления, по которым сегодня у нас существуют практические наработки. Это:

Цифровое производство, имитационное моделирование производственных процессов, логистика и т. п.;

Моделирование бизнес-процессов;

Компьютерное моделирование социально-экономических процессов на местном, региональном и федеральном уровне.