Основные этапы имитационного моделирования

Н. Н. Лычкина в учебном пособии «Имитационное моделирование экономических процессов» считает, что вне зависимости от типа моделей процесс создания и использования имитационных моделей является сложным итеративным процессом и выделяет в нем ряд следующих основных этапов (рис. 1):

• * формулировка проблемы и определение целей исследования;
• * разработка концептуального описания;
• * формализация имитационной модели;
• * программирование имитационной модели;
• * испытание и исследование модели, проверка модели;
• * планирование и проведение имитационного эксперимента;
• * анализ результатов моделирования.

Рассмотрим кратко суть каждого этапа.

На первом этапе формулируется проблема, стоящая перед исследователем, и принимается решение о целесообразности применения метода имитационного моделирования. Затем определяются цели, которые должны быть достигнуты в результате имитации. От формулировки целей в значительной мере зависит выбор типа имитационной модели и характер исследования.

Общая технология или последовательность действий на этом этапе следующая: сбор данных об объекте моделирования и составление содержательного описания объекта моделирования; далее изучение проблемной ситуации — определение диагноза и постановка задачи; уточнение целей моделирования; обоснование необходимости моделирования и осуществление выбора метода моделирования. На этом этапе четко, конкретно формулируются цели моделирования, которые определяют общий замысел модели и пронизывают содержание всех последующих этапов имитационного моделирования. Далее осуществляется формирование концептуальной модели исследуемого объекта.

Концептуальная модель есть логико-математическое описание моделируемой системы в соответствии с формулировкой проблемы. Основное содержание этого этапа — формулировка общего замысла модели, переход от реальной системы к логической схеме ее функционирования. Здесь приводится описание объекта в терминах математических понятий и алгоритмизация функционирования ее компонентов. Концептуальное описание представляет собой упрощенное алгоритмическое отображение реальной системы.

При разработке концептуальной модели осуществляется установление основной структуры модели, которое включает статическое и динамическое описание системы. Определяются границы системы, приводится описание внешней среды, выделяются существенные элементы и дается их описание, формируются переменные, параметры, функциональные зависимости как для отдельных элементов и процессов, так и для всей системы. Результат работы на этом этапе — документированное концептуальное описание плюс выбранный способ формализации моделируемой системы. При создании небольших моделей этот этап совмещается с составлением содержательного плана. В этот же момент уточняется методика всего имитационного эксперимента.

На третьем этапе имитационного исследования осуществляется формализация объекта моделирования. Процесс формализации сложной системы включает выбор способа формализации и составление формального описания системы.

В построении модели выделяют три уровня ее представления: неформализованный (этап 2) — концептуальная модель; формализованный (этап 3) — формальная модель; программный (этап 4) — имитационная модель.

Каждый уровень отличается от предыдущего степенью детализации моделируемой системы и способами описания ее структуры и процесса функционирования. При этом уровень абстрагирования возрастает. На основании неформализованного описания осуществляется разработка более строгого и подробного формализованного описания. Далее формализованное описание также в соответствии с некоторой методикой преобразуется в программу-имитатор. Основная задача этапа формализации — дать формальное описание сложной системы, свободное от второстепенной информации, имеющейся в концептуальном описании. Формальное представление логико-математической модели позволяет отразить алгоритмы поведения компонентов сложной системы и вопросы Далее концептуальное или формальное описание модели сложной системы преобразуется в программу-имитатор в соответствии с некоторой методикой и техникой программирования, с применением языков и систем моделирования. Так происходит программирование имитационной модели. Важным моментом здесь является корректный выбор инструментального средства для реализации имитационной модели.

После того как имитационная модель реализована на ЭВМ, необходимо провести испытание и проверку достоверности модели. Это является чрезвычайно важным и ответственным моментом в имитационном моделировании. Проверка, выполненная нетщательно, может привести к неизвестным последствиям. На этапе испытания и исследования разработанной имитационной модели организуется комплексное тестирование модели (testing) — планируемый итеративный процесс, направленный главным образом на поддержку процедур верификации и валидацин имитационных моделей и данных. Если в результате проведенных процедур модель окажется недостаточно достоверной, может быть выполнена калибровка имитационной модели с целью обеспечения адекватности модели. На заключительных этапах имитационного моделирования необходимо проводить стратегическое и тактическое планирование имитационного эксперимента.

В более сложных случаях возможны многочисленные итерации на ранние этапы, чтобы получить дополнительную информацию о моделируемом объекте и доработать имитационную модель. Наличие ошибок во взаимодействии компонентов модели возвращает исследователя к этапу создания имитационной модели.

Очевидно, что данный метод исследования несовершенен и имеет свои плюсы и минусы, которые рассмотрим в следующей главе.