Часть IV. Современные парадигмы

В ИМИТАЦИОННОМ МОДЕЛИРОВАНИИ.................................... ……………… 233

Глава 12. Динамические системы............................................................... ……………… 235

12.1. Простая динамическая система: система управления бойлером.. ………………235

12.2. Блок-диаграмма системы управления в пакете Simulink............... ………………237

12.3. Реализация модели динамической системы в среде AnyLogic..... ………………238

12.4. Построение моделей с иерархической структурой........................ ………………241

12.5. Блочный метод реализации моделей динамических систем

в среде AnyLogic....................................................................................... ………………242

Корневой активный объект Model.......................................................... ………………307

Анимация модели..................................................................................... ………………309

15.9. Заключение....................................................................................... ………………310

Глава 16. Использование различных парадигм при разработке моделей ……………. 311

16.1. Агентные и системно-динамические модели................................. ………………311

16.2. Модель, разработанная в рамках различных подходов................. ………………314

16.3. В каких случаях нужно строить агентные модели........................ ………………316

16.4. Заключение......................................................................................... ………………318

ЧАСТЬ V. ПРИМЕРЫ МОДЕЛЕЙ ДЛЯ РАЗЛИЧНЫХ

ОБЛАСТЕЙ ПРИМЕНЕНИЯ.............................................................. ……………… 319

Глава 17. Стратегическое планирование.................................................... ……………… 321

Глава 18. Динамика развития города (Urban Dynamics)............................. ……………… 325

18.1. Город как сложная система............................................................... ………………325

18.2. Пример агентной модели развития города (Urban Dynamics Agent Based)……...327

18.2.1. Общее описание модели..................................................... ………………327

18.2.2. Модель.................................................................................. ………………329

18.2.3. Использование модели для анализа возможных решений ……………..331

Глава 19. Информатика и коммуникация.................................................. ……………… 332

19.1. Алгоритм распределенного завершения......................................... ………………332

19.1.1.Постановка проблемы......................................................... ………………332

19.1.2.Алгоритм.............................................................................. ………………333

19.1.3.Модель базовых вычислений............................................. ………………334

19.1.4.Модель алгоритма распределенного завершения............ ………………339

19.2. Заключение......................................................................................... ………………342

Глава 20. Модели коллективного поведения.............................................. ……………… 343

20.1. Задача о синхронизации цепи стрелков (Firing Squad Problem)... ………………343

20.2. Постановка проблемы....................................................................... ………………343

20.3. Идея решения..................................................................................... ………………344

20.4. Описание модели............................................................................... ………………345

20.4.1.Модель Генерала................................................................ ………………345

20.4.2. Модель Сержанта................................................................ ………………346

20.4.3. Модель стрелка.................................................................... ………………347

20.4.4. Корневой объект................................................................. ………………347

20.4.5. Визуализация поведения цепи стрелков.......................... ………………348

20.5. Анимация модели.............................................................................. ………………348

20.6. Упражнения с моделью..................................................................... ………………349

20.7. Модель Heat Bugs (Тепловые жуки)................................................. ………………350

20.7.1. Формальная постановка задачи......................................... ………………351

20.7.2.Модель................................................................................. ………………351

20.7.3. Модель жука......................................................................... ………………352

20.7.4. Модель среды....................................................................... ………………352

20.8. Заключение......................................................................................... ………………353

Глава 21. Медицина.................................................................................... ……………… 354

21.1. Модель отделения скорой помощи.................................................. ………………354

21.1.1.Цели моделирования......................................................... ………………355

21.1.2. Статистика........................................................................... ………………356

21.1.3. Модель.................................................................................. ………………356

21.2. Заключение........................................................................................ ………………358

Глава 22. Логистика и транспорт................................................................ ……………… 360

22.1. Оптимизация использования танкерного флота компании......... ………………360

22.1.1.Постановка задачи............................................................. ………………360

22.1.2. Оценка необходимого числа танкеров............................. ………………361

22.1.3. Подход к решению задачи.................................................. ………………362

22.1.4. Имитационная модель в системе поддержки принятия решений …………….363

22.2. Заключение........................................................................................ ………………364

Глава 23. Обучение физике и механике....................................................... ……………… 365

23.1. Модель маятника (Pendulum)........................................................... ………………365

23.1.1. Постановка проблемы........................................................ ………………365

23.1.2.Описание модели............................................................... ………………366

23.1.3. Анимация............................................................................. ………………366

23.2. Ограниченный маятник (Constrained Pendulum)........................... ………………367

23.2.1. Постановка проблемы........................................................ ………………367

23.2.2. Имитационная модель ограниченного маятника……………………………….368

23.2.3.Анимация............................................................................ ………………369

23.3. Броуновское движение (Billiard_Balls)............................................ ………………369

23.3.1.Постановка проблемы....................................................... ………………369

23.3.2. Модель.................................................................................. ………………370

23.3.3. Модель шара........................................................................ ………………370

23.3.4. Поведение шара................................................................... ………………371

23.3.5.Дополнительный код......................................................... ………………372

23.3.6.Модель корневого объекта................................................ ………………373

23.3.7. Анимация............................................................................. ………………373

23.3.8. Изменение радиуса шаров и параметра g......................... ………………373

23.3.9. Динамическое изменение числа шаров............................ ………………374

23.4. Модель плоской кинематики........................................................... ………………375

23.4.1.Постановка задачи............................................................. ………………375

23.4.2.Описание модели............................................................... ………………376

23.4.3. Анимация работы трехзвенного механизма..................... ………………378

23.5. Заключение........................................................................................ ………………380

Заключение................................................................................................. ……………… 381

Литература................................................................................................. ……………… 383

Приложение. Описание компакт-диска....................................................... ……………… 385

Инструкция по загрузке, установке и активизации AnyLogic............. ………………385

Предметный указатель............................................................................... ……………… 387

Предисловие

■

Слишком часто в нашей жизни эксперименты ставятся на реальных систе­мах, будь то экономика страны, отдельная организация или система управ­ления сложным перекрестком. Лицо, принимающее решение, надеется при этом на свою проницательность, интуицию и удачу. Чаще всего это ни к чему хорошему не приводит. "Хотели как лучше, а получилось как всегда" — вот обычная характеристика таких решений.

Невысокая эффективность управленческих решений, сделанных на основе интуиции, объясняется тем, что причины и следствия в сложных системах разнесены во времени и пространстве, поэтому человеку трудно предсказать, какие последствия вызовет то или иное решение. В тех случаях, когда для оценки принимаемых решений эксперимент с реальными системами невоз­можен либо слишком дорог, используется моделирование.

Данная книга предназначена всем тем, кто хочет освоить имитационное мо­делирование как с точки зрения методологии, так и практически. Имитаци­онное моделирование — это разработка компьютерных моделей и постановка экспериментов на них. Целью моделирования в конечном счете является принятие адекватных (т. е. обоснованных, целесообразных и реализуемых) управленческих решений. Компьютерное моделирование становится сегодня обязательным этапом в принятии ответственных решений во всех областях деятельности человека в связи с усложнением систем, в рамках которых че­ловек должен действовать и которыми он должен управлять. Знание кон­цепций, принципов и возможностей имитационного моделирования, умение строить и использовать модели являются необходимыми требованиями к инженеру, менеджеру, бизнес-аналитику.

В данной книге описаны основные концепции и проблемы имитационного моделирования с демонстрацией построения моделей с помощью инструмен­тальной системы AnyLogic. Программный инструмент AnyLogic — продукт нового поколения для разработки и исследования имитационных моделей. Он является единственным российским профессиональным инструментом имитационного моделирования, успешно конкурирующим на мировом рынке. AnyLogic был разработан недавно на основе новых идей в области информационных технологий, теории параллельных взаимодействующих

процессов и теории гибридных систем. Эти новые идеи позволяют строить сложные имитационные модели, сохраняя контроль над разработкой. AnyLogic оказался очень удобным, гибким и мощным средством для реше­ния с помощью имитационного моделирования широкого круга проблем для систем и процессов самой различной природы в производстве и бизне­се. Возможность использования одного инструмента при изучении различ­ных парадигм и стилей моделирования делает этот инструмент незамени­мым при начальном изучении этого предмета в вузах.

Имитационное моделирование — чрезвычайно широкая область. Поэтому изложение в данной книге не может исчерпать всего предмета. Цель кни­ги — обеспечить читателя таким багажом методологических и практических знаний, чтобы он мог самостоятельно строить свои модели не только в сре­де AnyLogic, но и с помощью других инструментов моделирования. Однако акцент делается именно на AnyLogic. К изданию прилагается диск, на кото­ром читатель найдет программную систему AnyLogic, а также разобранные и прокомментированные примеры. Книга не покрывает всех возможностей программного пакета AnyLogic. Для этого существуют Справочные материа­ лы по его использованию, которые доступны по кнопке Справка главного меню программной системы.

Данную книгу нужно не просто читать, ее нужно прорабатывать за компью­тером. Здесь рассматриваются десятки законченных примеров имитацион­ных моделей из самых различных областей, начиная от простейших до дос­таточно сложных. Для каждой модели приводится подробная постановка проблемы, обсуждается структура модели, разбирается сама модель в среде AnyLogic. Все модели, описываемые в книге, являются работающими, чита­тель может повторить все шаги процесса разработки моделей на своем ком­пьютере, запустить каждую модель на выполнение, провести ее анализ и модификацию. Именно таким образом можно не только теоретически, но и практически освоить увлекательную и полезную область — имитационное моделирование систем.

Издание предназначено для студентов, инженеров, бизнес-аналитиков, ме­неджеров, консультантов — для всех тех, кто интересуется методами обос­нованного принятия решений и анализа сложных систем. Книга также может служить основой для семестрового курса по имитационному модели­рованию систем.