Ю. Карпов - Иммитационное моделирование систем с AnyLogic 5 (1124147), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Поледняя глава этой части обсуждает методологические вопросы использования различных полхолов при разработке одной и той же модели. Сфера применения АпуЕоя1с включает логистику, телекамл1уникацию, маркетинг и бизнес, производственные процессы, протоколы связи, социальные процессы, системы управления, моделирование физических процессов, экологию и многое другое.
Часть г' книги посвящена описанию моделей, разработанных в среде Апу/огас лля исследования проблем из нескольких областей: от анализа рынка ло оптимизации транспортной системы, от модели линамики города ло протоколов связи. В каждой из этих областей АпуЕояю позволяет выбрать необхолимый уровень абстракции и использовать свой стиль, свою парадигму моделирования, а в некоторых случаях и смешивать эти стили при созлании малелей. Часть! Общие вопросы имитационного моделирования Глава 1. Модели. Наука и искусство моделирования Глава 2. Виды моделей Глава 3. Имитационное моделирование Глава 4.
Имитационное моделирование в среде Алушт оус. Общие понятия 12 Часть Г Общие вопросы имитационного моделирования В частяи 1 излагаются основные сведения об имитационном моделировании. Главная цель этой вводной части — определить, что такое модель и что может дать ее анализ, представить общую схему жизненного цикла модели, охарактеризовать его отдельные этапы, показать на простом примере основные концепции моделирования в среде Апу1.орс. В главе 1 обсуждаются общие вопросы моделирования. Вводятся такие базовые понятия, как модель, абстрагирование при построении моделей, адекватность модели. В главе 2 рассматриваются различные типы моделей. Глава 3 посвящена изложению основных принципов имитационного моделирования, в ней рассматриваются примеры имитационных моделей и основные этапы процесса моделирования: разработка модели, эксперимент с моделью, задачи верификации модели и ее калибровки, различные задачи анализа модели.
В главе 4 общие принципы и понятия, связанные с разработкой и анализом моделей, поясняются на примерах моделей, уже разработанных в среде АпуЫя1с. Здесь объясняется, из каких структурных единиц состоит модель, как она представлена на экране компьютера, как запустить модель, что можно увидеть при анализе модели. В конце этой главы объясняются основные концепции имитационного моделирования в среде Алушт.оя1с. После проработки частно 1 читатель сможет запускать и исследовать модели, разработанные в АпуЬщ~с. Много таких моделей находится в разделе Ехавшая программной системы АпуЕоя1с.
Глава 1 Модели. Наука и искусство моделирования Название этой главы фактически совпадает с названием известной монографии Роберта Шеннона 1РШ71!. Моделирование состоит из трех этапов, на которых от разработчика модели требуются как формальные. так и неформальные умения. Первый этап — анализ реального явления и построение его упрощенной модели, второй этап — анализ построенной модели формальными средствами (например, с помощью компьютера), и, наконец, на третьем этапе выполняется интерпретация результатов, полученных на модели, в терминах реального явления Первый и третий этапы не могут быть формализованы, их выполнение требует интуиции, творческого воображения и понимания сути изучаемого явления, т.
е. качеств, присущих работникам искусства. В данной главе эти вопросы рассматриваются более подробно. 1.1. Модели процессов и систем Современная парадигма научного исслелования состоит в том, что реальные объекты заменяются их упрощенными прелстаалениями, абстракциями, выбираемыми таким образом, чтобы в них была отражена суть явления„те свойства исходных объектов, которые существенны для решения поставленной проблемы. Построенный в результате упрощения объект называется моделью. Модель — это упрошенный аналог реального обьекта или явления, представляющий законы поведения входящих в объект частей и их связи. Построение модели и ее анализ называется моделировалиел~. В научной работе моделирование является одним из главных элементов научного познания.
В практической деятельности цель построения мсдели — решение некоторой проблемы реального мира, которую дорого либо невозможно решать, экспериментируя с реальным объектом. На рис. 1.! схематично представлены эти два пути: прямой путь решения проблемы, основанный на экспериментах с реальным объектом, может быть заменен "окольным" путем, на котором эксперименты проволятся с абстрактной моделью. Практика показывает, Часть!.
Общие вопросы имитационного моделирования 14 что диаграмма рис. 1.1 коммугативна при правильно выбранном уровне абстракции. Иными словами, оба пути могут привести к решению проблемы, но с помощью моделирования такое решение находится значительно проще и лешевле. Модель Преотрмоеаннаамодель Энь~мрименлн анапиа модели Мир модепеи Реальный мир Эиоперимешы е реем:ном мир» Решение проблемы Проблема Рис. 1лц Соотношение мира моделей н мира реальных явлений Обычно исхолная проблема состоит в анализе существующего или предполагаемого обьекта для принятия решения по его управлению. Например, таким объектом может быть географически распределенная система поставщиков сырья, заводов, склалов готовой продукции и их транспортные связи.
Другой пример — порт для разгрузки танкеров с несколькими терминалами, емкостями лля загрузки нефти, пулом нефтеналивных цистерн лля вывоза нефти. При построении модели как заменителя реальной системы выделяются те аспекты, которые существенны для решения проблемы, и игнорируются те аспекты, которые усложняют проблему, делают анализ очень сложным или вообще невозможным. Проблема анализа всегда ставится в мире реальных объектов.
В примере с портом зто может быть проблема оптимального использования существующих ресурсов (организация движения танкеров в акватории порта и использования железнодорожных нефтеналивных цистерн) лля организации перекачки нефти из танкеров и ее отправки потребителям. Глава 5. 5Исдели. Наука и иснуоотео моделирования 55 Рис. 5.2. Модель порта дле разгрузки танкерое Принимать решения по управлению ресурсами„перестраивая реальную систему, экономически нецелесообразно. Другой путь решения — сформулировать эту проблему для молели.
которую составят схема порта, объемы нефтеналивных емкостей, скорости разгрузки, средняя интенсивность прибытия танкеров, среднее время оборачиваемости цистерн и т. п. Пример такой модели привелен на рис. 1.2. Откройте апплет Тапкег 1)п!оаг)1пй Арр!е! (НТМ1. документ), находящийся в папке Моде! Ехащр!еа / Раи 1/ Тапкег Ьп1оат!!по Арр)ег Ейеж Запустите апплет, щелкнув по кнопке !!В !' слева вверху. Анимационная картинка дает наглядное представление происходящих в системе процессов и их взаимодействия. В соответствии с рис. 1.1, на этой молели можно выполнить эксперименты, изменяя ее параметры с целью выбора подходящих объемов береговых накопителей нефти, эффективного расписания движения цистерн.
После получения такого расписания можно конкретизировать его лля конкретных цистерн, конкретных мест их загрузки и т. п. Реальные объекты и ситуации обычно сложны, и модели нужны 5шя того. чтобы ограничить эту сложность, лать возможность понять ситуацию, понять тенденции изменения ситуации (спрогнозировать булушее поведение анализируемой системы), принять решение по изменению булущего повеления системы и проверить его.
Если модель отражает свойства системы, существенные для решения конкретной проблемы, то анализ молели позволяет вывести характеристики, которые обьяснят известные и предскажут новые свойства исследуемой реальной системы без экспериментов с самой системой. С помощью молелирования получено множество впечатлтпощих результатов в науке, технике и на производстве. те Часть б Общие волросы имитационного моделирования 1.2. Моделирование для поддержки принятия управленческих решений Принятие разумных решений по рациональной организации и управлению современными системами становится невозможным на основе обычного здравого смысла или интуиции из-за возрастающей сложности систем. Еше в 1969 г. известный ученый, родоначальник системной динамики Джей Форрестер отмечал, что на основе интуиции для управления сложными системами чаще выбиршотся неверные решения, чем верные (3Г69(, и это происходит потому, что в сложной системе причинно-следственные отношения ее параметров не являются простыми и ясными.
В литературе имеется большое число примеров, показывающих, что люди неспособны предвидеть результат их возлействий в сложных сисгемах ~РАЗ). Примером может служить каскадное развитие аварий в энсргосистемах Северо-Запада США 16 августа 2003 г. и в Московском регионе 25 мая 2005 г., приведших к миллиардным потерям и затронувшим миллионы людей. Повышение производительности и надежности, уменьшение стоимости и рисков, оценка чувствительности системы к изменениям параметров, оптимизация структуры — все эти проблемы встают как при эксплуатации существующих, так и при проектировании новых технических и организационных систем. Трудность понимания причинна-следственных зависимостей в сложной системе приводит к неэффективной организации систем„ошибкам в их проектировании, большим затратам на устранение ошибок.
Сегодня моделирование становится единственным практическим эффективным средством нахождения путей оптимального (либо приемлемою) решения проблем в сложных системах, средством поддержки принятия ответственных решений. Моделирование особенно важно именно тогда„когда система состоит из многих параллельно функционирующих во времени и взаимолействующих подсистем.
Такие системы наиболее часто встречаются в жизни. Каждый человек мыслит последовательно, даже очень умный человек в конкретный момент времени обычно может думать только об одном деле. Поэтому понимание одновременного развития во времени многих влияющих друг на друга процессов является для человека трудной задачей. Имитационная модель помогает понять сложные системы, предсказать их поведение и развитие процессов в различных ситуациях и, наконец, дает возможность изменять параметры и лаже структуру модели, чтобы направить эти процессы в желаемое русло.
Модели позволшот оценить эффект планируемых изменений, выполнить сравнительный анализ качества возможных вариантов решений. Такое моделирование может осуществляться в реальном времени. что позволяет использовать его результаты в различных технологиях (от оперативного управления до тренинга персонала). Глава й Модели. Наука и искусство мсделирсвания 1.3. Уровни абстракции и адекватность модели Основной парадокс моделирования состоит в том, что изучается упрощенная модель системы, а полученные выводы применяются к исходной реальной системе со всеми ее сложностями.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
