Обзор инструментальных средств имитационного моделирования

Применение имитационного моделирования не имеет видимых ограничений.

Система имитационного моделирования, обеспечивающая создание моделей для решения экономических задач, должна обладать следующими свойствами:

• — возможностью применения имитационных программ совместно со специальными экономико-математическими моделями и методами, основанными на теории управления экономическими процессами;
• — инструментальными методами проведения структурного анализа сложного экономического процесса;
• — способностью моделирования материальных, денежных и информационных процессов и потоков в рамках единой модели, в общем модельном времени;
• — возможностью введения режима постоянного уточнения при получении выходных данных и проведении экстремального эксперимента функционирования системы.

В настоящее время известно более 500 языков моделирования. Такое множество языков частично обусловлено разнообразием классов моделируемых систем, целей и методов моделирования.

Архитектуру языка имитационного моделирования можно представить следующим образом:

• — объекты моделирования описываются с помощью некоторых атрибутов языка;
• — атрибуты взаимодействуют с процессами, адекватным реально протекающим явлениям в моделируемой системе;
• — процессы требуют конкретных условий, определяющих логическую основу и последовательность взаимодействия этих процессов во времени;
• — условия влияют на события, имеющие место внутри объекта моделирования и при взаимодействии с внешней средой;

События изменяют состояния модели системы в пространстве и времени.

Желание упростить и ускорить процесс создания моделей (сделать доступным не только для профессиональных программистов) привело к реализации идеи автоматизации программирования имитационных моделей (не язык, а система моделирования). Создан ряд систем моделирования, которые избавляют исследователя от программирования. Это наиболее перспективное направление развития средств имитационного моделирования.

В настоящее время наиболее распространены следующие пакеты систем имитационного моделирования:

• — GPSS (General Purpose Simulation System, компания «Minuteman Software», США);
• — Process Charter-1.0.2 (компания «Scitor», Менло-Парк, Калифорния, США);
• — Powersim-2.01 (компания «Modell Data» AS, Берген, Норвегия),
• — Ithink-3.0.61 (компания «High Performance Systems», Ганновер, Нью-Хэмпшир, США);
• — Extend+BPR-3.1 (компания «Imagine That!», Сан-Хосе, Калифорния, США);
• — ReThink (фирма «Gensym», Кембридж, Массачусетс, США);
• — Micro Saint (фирма «Calspan Advanced Technology Center», Colorado, США);
• — Arena (компания «Systems Modeling Corporation», США);
• — ARIS Simulation (фирма «IDS professor Scheer», США);
• — Pilgrim (Россия).

Пакет Process Charter-l.0.2 имеет «интеллектуальное» средство построения блок-схем моделей. Он ориентирован в основном на дискретное моделирование. Имеет достоинства: удобный и простой в использовании механизм построения модели, самый дешевый из перечисленных продуктов, хорошо приспособлен для решения задач распределения ресурсов. Недостатки пакета: наименее мощный продукт, слабая поддержка моделирования непрерывных компонентов, ограниченный набор средств для анализа чувствительности и построения диаграмм.

Пакет Powersim-2.01 является хорошим средством создания непрерывных моделей. Имеет достоинства: множество встроенных функций, облегчающих построение моделей, многопользовательский режим для коллективной работы с моделью, средства обработки массивов для упрощения создания моделей со сходными компонентами. Недостатки пакета: сложная специальная система обозначений System Dynamics, ограниченная поддержка дискретного моделирования.

Пакет Ithink-3.0.61 обеспечивает создание непрерывных и дискретных моделей. Имеет достоинства: встроенные блоки для облегчения создания различных видов моделей, поддержка авторского моделирования слабо подготовленными пользователями, подробная обучающая программа, развитые средства анализа чувствительности, поддержка множества форматов входных данных. Недостатки пакета: сложная система обозначений System Dynamics, поддержка малого числа функций по сравнению с Powersim-2.01.

Пакет Extend+BPR-3.1 (BPR — Business Process Reengineering) создан как средство анализа бизнес-процессов, использовался в NASA, поддерживает дискретное и непрерывное моделирование. Имеет достоинства: интуитивно понятная среда построения моделей с помощью блоков, множество встроенных блоков и функций для облегчения создания моделей, поддержка сторонними компаниями (особенно выпускающими приложения для «вертикальных» рынков), гибкие средства анализа чувствительности, средства создания дополнительных функций с помощью встроенного языка. Недостатки пакета: используется в полном объеме только на компьютерах типа Macintosh, имеет высокую стоимость.

Пакет ReThink обладает свойствами Extend+BPR-3.1 и в отличие от перечисленных пакетов имеет хороший графический транслятор для создания моделей. Работает под управлением экспертной оболочки G2. Имеет достоинства: все положительные свойства Extend+BPR-3.1 и общее поле данных с экспертной системой реального времени, создаваемой средствами G2.

Интегрированная среда моделирования и анализа ARIS Toolset фирмы IDS professor Scheer. Один из его компонентов — ARIS Simulation 5.0 — пакет имитационного моделирования.

Область применения: Переход к процессному взгляду на функционирование предприятия. Основная задача компании — делать бизнес. Отсюда любой процесс внутри предприятия рассматривается с точки зрения влияния на бизнес — сколько приносит денег и сколько забирает. Реорганизация и постоянное улучшение процессов. Внедрение автоматизированных систем управления и так далее.

В рейтинге Gardner Group система ARIS занимает лидирующее положение на рынке средств моделирования и анализа деловых процессов.

Схема функционирования: визуальное представление принципов и условий функционирования различного рода компаний, (модель бизнес процессов); анализ деятельности по различным показателям с целью определения идеальных характеристик деятельности компании; реорганизация организационной структуры, целей и функций, бизнес процессов, используемых данных; определение требований к автоматизированной системе управления и проектирование.

Отличительные особенности системы ARIS.

Широкое распространение. Система ARIS в настоящее время уже успешно используется множеством известных компаний различного профиля как в России, Европе, так и по всему миру. Клиенты фирмы IDS могут быть найдены по всему миру, специалисты по работе с системой ARIS охотно принимаются на работу в крупные и средние организации различного профиля деятельности. Пять из шести крупнейших в мире консалтинговых фирм используют систему ARIS в своей деятельности.

R/3 SAP. Если деятельность предприятия поддержана системой управления предприятием R/3 фирмы SAP, то использование комплекса ARIS позволит постоянно поддерживать систему R/3 в актуальном состоянии, соответствующем существующим на предприятии бизнес процессам. Подобного рода интеграция существует и с некоторыми другими системами управления предприятием.

ISO 9000. Направленность данного продукта на управление качеством по стандарту ISO9000 позволит обеспечить деятельность предприятия на уровне, соответствующем общепринятым требованиям к организации процессов. Кроме того, данная система обеспечит поддержку процесса подготовки и непосредственной сертификации по данному стандарту. Для этого в системе предусмотрено создание специальных отчетов, отвечающих требованиям ISO9000, а также существуют модели, отражающие полную методологию процесса сертификации по стандарту ISO 9000 — анализ существующей системы управления на предприятии, реорганизация бизнес процессов, обучение персонала и непосредственно сама сертификация.

Система Arena позволяет моделировать следующие виды деятельности:

• — авиация, космос;
• — автомобилестроение;
• — банки, финансы;
• — здравоохранение;
• — издательство;
• — переработка отходов;
• — пищевая промышленность;
• — портовые операции;
• — поставки грузов;
• — потребительские товары;
• — правительственные организации;
• — производство лекарственных препаратов;
• — рестораны и fast food;
• — склады.

В Arena 4.0 соединены следующие факторы: интерфейсные возможности среды Windows; присущая Arena легкость иерархического построения модели и ее последовательного приближения к реальному объекту.

Архитектура базовой версии.

• 1) Основа технологий Arena: язык моделирования SIMAN (альтернатива GPSS), система Cinema Animation.
• 2) Процесс моделирования организован следующим образом: Сначала пользователь шаг за шагом строит в визуальном редакторе системы Arena модель, Затем система генерирует по ней соответствующий код на SIMAN, В завершении автоматически запускается Cinema animation.
• 3) Обмен данными. Интерфейс Arena включает в себя всевозможные средства для работы с данными, в том числе электронные таблицы, базы данных, ODBC, OLE, поддержку формата DXF.
• 4) Система интерактивной помощи и библиотека демонстрационных примеров моделей. имитационный моделирование язык

Имитационная модель в Arena включает следующие основные элементы: источники и стоки (Create и Dispose), процессы (Process) (оборудование), очереди (Queue).

Система GPSS World, разработанная компанией Minuteman Software (США), — это мощная среда компьютерного моделирования общего назначения, разработанная для профессионалов в области моделирования. Это комплексный моделирующий инструмент, охватывающий области как дискретного, так и непрерывного компьютерного моделирования, обладающий высочайшим уровнем интерактивности и визуального представления информации.

Использование GPSS World дает возможность оценить эффект конструкторских решений в чрезвычайно сложных системах реального мира.

GPSS является объектно-ориентированным языком. Его возможности визуального представления информации позволяют наблюдать и фиксировать внутренние механизмы функционирования моделей. Его интерактивность позволяет одновременно исследовать и управлять процессами моделирования. С помощью встроенных средств анализа данных можно легко вычислить доверительные интервалы и проводить дисперсионный анализ, автоматически создавать и выполнять сложные отсеивающие и оптимизирующие эксперименты.

Система GPSS World была разработана, чтобы полностью использовать возможности вычислительной системы. Использование механизма виртуальной памяти позволяет моделям реально достигать размера миллиарда байт. Вытесняющая многозадачность и многопоточность обеспечивают высокую скорость реакции на управляющие воздействия и дают возможность GPSS World одновременно выполнять множество задач.

Последняя версия GPSS World 4.3.2. (от 8 ноября 2001 года) включает в себя массу нововведений, позволяющих проводить более эффективные исследования и сделать работу с системой максимально простой и удобной для пользователя.

Функциональное назначение пакета Micro Saint — фундаментальное переосмысление и радикальное перепроектирование деловых процессов для достижения резких, скачкообразных улучшений в деятельности фирмы, т. е. в стоимости, качестве, сервисе и темпах развития. Пакет Micro Saint обладает большой мощностью, гибкостью, быстродействием.

Программное обеспечение Micro Saint — гибкий дискретно-имитационный пакет программ для имитационного моделирования всех типов процессов. Используя Micro Saint можно смоделировать любой процесс, который может быть представлен блок-схемой.

Пакет Pilgrim обладает широким спектром возможностей имитации временной, пространственной и финансовой динамики моделируемых объектов. С его помощью можно создавать дискретно-непрерывные модели. Разрабатываемые модели имеют свойство коллективного управления процессом моделирования. В текст модели можно вставлять любые блоки с помощью стандартного языка C++. Различные версии этой системы работали на IBM-совместимых и DEC-совместимых компьютерах, оснащенных Unix или Windows. Пакет Pilgrim обладает свойством мобильности, т. е. переноса на любую другую платформу при наличии компилятора C++. Модели в системе Pilgrim компилируются и поэтому имеют высокое быстродействие, что очень важно для отработки управленческих решении и адаптивного выбора вариантов в сверхускоренном масштабе времени. Полученный после компиляции объектный код можно встраивать в разрабатываемые программные комплексы или передавать (продавать) заказчику, так как при эксплуатации моделей инструментальные средства пакета Pilgrim не используются. Система имеет сравнительно невысокую стоимость.

Перечисленные выше инструментальные средства имеют общее свойство: возможность графического конструирования модели. В процессе такой инженерной работы удается связать в графическом представлении на одной графической схеме моделируемые процессы с управленческими (административными) или конструктивными особенностями моделируемой системы.

В конце 1990;х гг. в России разработаны новые системы:

• — пакет РДО (МГТУ им. Н.Э. Баумана);
• — система СИМПАС (МГТУ им. Н.Э. Баумана);
• — пятая версия Pilgrim (МЭСИ и несколько компьютерных фирм).

Пакет РДО (РДО — Ресурсы-Действия-Операции) является мощной системой имитационного моделирования для создания продукционных моделей. Обладает развитыми средствами компьютерной графики (вплоть до анимации). Применяется при моделировании сложных технологий и производств.

Система СИМПАС (СИМПАС — СИстема-Моделирования-на-ПАСкале) в качестве основного инструментального средства использует язык программирования Паскаль. Недостаток, связанный со сложностью моделирования на языке общего назначения, компенсируется специальными процедурами и функциями, введенными разработчиками этой системы. Проблемная ориентация системы — это моделирование информационных процессов, компьютеров сложной архитектуры и компьютерных сетей.

Пятая версия Pilgrim — это новый программный продукт, созданный в 2000 г. на объектно-ориентированной основе и учитывающий основные положительные свойства прежних версий. Достоинства этой системы:

• — ориентация на совместное моделирование материальных, информационных и «денежных» процессов;
• — наличие развитой CASE-оболочки, позволяющей конструировать многоуровневые модели в режиме структурного системного анализа;
• — наличие интерфейсов с базами данных;
• — возможность для конечного пользователя моделей непосредственно анализировать результаты благодаря формализованной технологии создания функциональных окон наблюдения за моделью с помощью Visual C++, Delphy или других средств;
• — возможность управления моделями непосредственно в процессе их выполнения с помощью специальных окон диалога.

Использование имитационных моделей рынка труда открывает новые возможности по концептуальному анализу проблем функционирования рынка труда, сокращению сроков разработки перспективных проектов биржи труда, организации ее эффективной работы.