Типовые системы имитационного моделирования.

Впервые методы имитационного моделирования для анализа экономических процессов применил Т.Нейлор в середине 70-х годов. В это же время появилось первое достаточно технологическое инструментальное средство имитационного моделирования, обладающее собственными языковыми средствами, - система GPSS. В 80-х годах в разных странах применялось более 20 различных систем имитационного моделирования. Наиболее распространенными были системы GASP-IV, SIMULA-67, GPSS-V и SLAM-II.

В поколении систем имитационного моделирования 90-х годов можно выделить следующие распространенные пакеты: Process Charter, Powersim, iThink, ExtendSim, ReThink (США), Pilgrim, РДО, СИМПАС (Россия). Многие из этих систем используются и сейчас.

Обзор современных систем имитационного моделирования

ü Simulink (matlab. exponenta. ru). Среди большого числа пакетов визуального моделирования пакет MATLAB занимает особое место, став рабочим инструментом для научных работников, инженеров, физиков, связистов, студентов технических специальностей.

ü ExtendSim (ранее называлась Extend) – создана компанией Imagine That, Inc. (www. extendsim. com) и появилась на рынке в 1987 г. как средство моделирования, анализа и оптимизации бизнес – процессов. Позволяет создавать дискретные, непрерывные и гибридные модели, поддерживает парадигмы моделирования динамических систем и дискретно – событийного управления.

Система ExtendSim обладает интуитивно понятной средой построения моделей (в том числе иерархических) с помощью функциональных блоков, располагает средствами автоматического сбора статистических данных, генерируемых в процессе имитации. Для создания моделей в пакете применяется блочная среда разработки, пользоваться которой намного проще, чем имитационными системами типа iThink или Anylogic.

ExtendSim дает возможность проводить анализ чувствительности по переменным, участвующим в моделировании, и многократно исполнять модель.

В ExtendSim встроен C – подобный язык программирования ModL, что позволяет разрабатывать собственные оригинальные блоки с новой функциональностью, расширять стандартные возможности ExtendSim специальными блоками сторонних производителей.

Несомненным достоинством ExtendSim является также то, что она хорошо интегрирована с пакетом MS Office.

В соответствии с принципом диверсификации семейство ExtendSim включает несколько продуктов, различающихся своими возможностями и ценой:

ü  GoldSim – графическая, объектно – ориентированная имитационная система, созданная группой разработчиков GoldSim Technology Group в 1996 – 1999 гг. (www. goldsim. com) и предназначенная для динамического моделирования сложных физических, финансовых и организационных систем.

ü SeSAm (Shell for Simulated Agent Systems – оболочка для многоагентного имитационного моделирования, www. simsesam. de) предоставляет окружение для разработки и анализа многоагентных моделей. Агент SeSAm представляется переменными состояния и характеризуется индивидуальным поведением, реализованным в форме UML – подобной диаграммы. Пользователь может создавать модель графически, без знания синтаксиса традиционных языков программирования.

Система SeSAm написана на языке программирования Java и распространяется свободно.

 

ü iThink – программный продукткомпании ISEE Systems (ранее High Performance Systems, www. iseesystems. com) для структурного моделирования (системной динамики).

В начале 90-х пакет iThink стал признанным стандартом структурного моделирования. Он широко используется биржевыми брокерами и финансовыми дилерами, банками и промышленными корпорациями.

Модель создается путем отображения на экране моделируемых объектов и взаимосвязей. Она выглядит как совокупность стандартных блоков, соединенных стрелками. Стрелки указывают направление потоков данных.

Перестроение схемы (диаграммы) модели автоматически приводит к изменениям в ее программе и алгоритме, что обеспечивает эффект визуального моделирования.

 

ü Надстройки Excel

- Crystal Ball - надстройка для электронных таблиц, облегчающая решение задач моделирования, предоставляет много новых возможностей, которых нет в Excel:
1) многочисленные вероятностные распределения; 2) упрощенное задание и выполнение итерационных вычислений; 3) средства для автоматического сбора статистических данных и их графического представления.

- Premium Edition Solver for Education является расширенной версией программы надстройки Excel Поиск решения (Solver, www. solver. com). Она позволяет анализировать нелинейные и вырожденные линейные модели. Эта программа генерирует несколько полезных отчётов и обеспечивает ввод дополнительных параметров оптимизации. В частности, она предоставляет (в отличие от Solver) информацию по устойчивости не только вследствие изменения коэффициентов целевой функции, но и технологических коэффициентов и правых частей ограничений. Кроме того, она включает оптимизатор, специально созданный для моделей квадратичного программирования, а также оптимизатор Evolutionary Solver, основанный на генетических алгоритмах.

- SolverTable - надстройка для Excel, разработанная в Стэнфордском университете и расширяющая возможности таблиц подстановок Excel, создает таблицы результатов многократного применения инструмента Поиск решения.

 

16. Основные понятия имитирующей системы: граф, узел, транзакт, событие, ресурс, пространство.

1. Граф модели. Все процессы, независимо от количества уровней структурного анализа, представляются в виде направленного многослойного иерархического графа (в Extend – схема модели).

2. Транзакт – формальный запрос на какое-либо обслуживание. Транзакт - это некоторая сущность, перемещающаяся по узлам графа модели. Пути миграции транзактов по графу модели определяются логикой функционирования компонентов модели в узлах сети. Транзакт, в отличие от обычных заявок, рассматриваемых в системах массового обслуживания, имеет набор динамически изменяющихся свойств и параметров.

Транзакт может выполнять следующие действия: порождать группы (семейства) других транзактов; поглощать другие транзакты; захватывать ресурсы и использовать их некоторое время, а затем – освобождать; определять времена обслуживания/задержки, накапливать информацию о пройденном пути, иметь информацию о своем дальнейшем пути и путях других транзактов.

3. Узлы графа сети представляют собой центры обслуживания транзактов. В системе Extend узлы схемы модели называются блоками.

В узлах транзакты могут задерживаться, обслуживаться, порождать семейства новых транзактов, уничтожать другие транзакты.

С программной точки зрения в каждом узле модели порождается независимый вычислительный процесс. Вычислительные процессы узлов выполняются в едином модельном времени параллельно и координировано, взаимодействуя друг с другом.

Следовательно, сеть функционирующих и взаимодействующих узлов модели не описывается одним вычислительным алгоритмом. Попытки представить имитационную модель в виде алгоритма приводят к написанию больших и сложных моделирующих программ - такой подход называется алгоритмическим моделированием и не всегда доступен экономисту, даже имеющему подготовку в области программирования.

4. Событием называется факт выхода из узла транзакта. Разработчик модели практически не может управлять событиями вручную (из программы). Поэтому функция управления событиями отдана специальной управляющей программе – координатору, автоматически внедряемому в состав модели.

5. Ресурс. Независимо от своей природы ресурс в модели характеризуется тремя параметрами: мощностью, остатком и дефицитом. Мощность ресурса – это максимальное число ресурсных единиц, которые можно использовать для различных целей. Остаток ресурса – число незанятых (свободных) на данный момент единиц ресурса, которые можно использовать для удовлетворения новых запросов транзактов. Дефицит ресурса – длина очереди (число неудовлетворенных запросов) к дефицитному ресурсу.

В задачах динамического управления ресурсами можно выделить три основных типа ресурсов: материальные, информационные и денежные.

6. Пространство – географическое, декартовое пространство. Узлы, транзакты и ресурсы могут быть привязаны к точкам пространства и мигрировать в нем. В системе Extend понятие геометрического пространства отсутствует.