Этапы имитационного моделирования

Имитационное моделирование состоит из двух больших этапов: создания модели и анализа построенной модели с целью принятия решения. Но это только верхняя часть айсберга. Построение действительно полезной имитационной модели требует большой работы. Сначала разработчик модели должен определить, какие задачи будут решаться с ее помощью, т. е. моделированию в любой его форме должна предшествовать формулировка цели моделирования. От цели зависит то, какие процессы в реальной системе следует выделить и отразить в модели, а от каких процессов абстрагироваться, какие характеристики этих процессов учитывать, а какие — нет, какие соотношения между переменными и параметрами модели должны быть отражены в модели. Данный этап можно охарактеризовать как создание концептуальной (содержательной) модели. На нем происходит структуризация модели, т. е. выделение отдельных подсистем, определение элементарных компонентов модели и их связей на каждом уровне иерархии. В имитационном моделировании структура модели отражает структуру реального объекта моделирования на некотором уровне абстракции, а связи между компонентами модели являются отражением реальных связей. Элементы системы, их связи, параметры и переменные, а также их соотношения и законы их изменения должны быть выражены средствами среды моделирования, т. е. в этой среде должны быть определены переменные и параметры модели, построены процедуры вычисления изменения переменных и характеристик модели во времени. При необходимости для большего понимания процессов, протекающих в модели, должно быть разработано анимационное представление этих процессов. Затем построенная модель должна быть про верена с точки зрения корректности ее реализации. Следующий этап — это кали бровка или идентификация модели, т. е. сбор данных и проведение измерений тех характеристик в реальной системе, которые должны быть введены в модель в виде значений параметров и распределений случайных величин. Далее, необходимо выполнить проверку правильности модели (ее валидацию), ко торая состоит в том, что выход модели проверяется на нескольких тестовых режимах, в которых характеристики поведения реальной системы известны либо очевидны. Последним этапом работы с моделью является компьютерный эксперимент, т. е. собственно то, ради чего и создавалась модель. В простейшем случае компьютерный эксперимент — это выполнение модели при различных значениях ее существенных параметров (факторов) и наблюдение ее поведения с регистрацией характеристик поведения. Этот вид использования модели называется прогнозом, или экспериментом типа "что будет, если...". Компьютерное моделирование позволяет не только получить прогноз, но и определить, какие управляющие воздействия на систему приведут к благоприятному развитию событий. Более сложные эксперименты позволяют выполнить анализ чувствительности модели, оценку рисков различных вариантов управляющих решений, а также оптимизацию для определения параметров и условий рационального функционирования модели. Мы рассмотрим различные виды компьютерного эксперимента в следующих главах. В табл. 3.1 перечислены этапы компьютерного имитационного моделирования.

N	Название этапа	Результат
1	Понимание системы	Понимание того, что происходит в системе, подлежащей анализу, какова ее структура, какие процессы в ней протекают
2	Формулировка цели	Список задач, которые предполагается решить с по мощью будущей модели. Список входных и выходных параметров модели, список исходных данных, критерии завершенности будущего исследования
3	Разработка концептуальной структуры модели	Структура модели, состав существенных процессов, подлежащих отображению в модели, зафиксированный уровень абстракции для каждой подсистемы модели (список допущений), описание управляющей логики для подсистем
4	Реализация модели в среде моделирования	Реализованные подсистемы, их параметры и переменные, их поведение, реализованная логика и связи Подсистем
5	Реализация анимационного представления модели	Анимационное представление модели, интерфейс пользователя
6	Проверка корректности	6 Убеждение в том, что модель корректно отражает те реализации модели процессы реальной системы, которые требуется анализировать
7	Калибровка модели	Фиксация значений параметров, коэффициентов уравнений и распределений случайных величин, отражающих те ситуации, для анализа которых модель будет использоваться
8	Планирование и проведение компьютерного эксперимента	Результаты моделирования — графики, таблицы и т. п., дающие ответы на поставленные вопросы

Таблица 3.1. Этапы компьютерного имитационного моделирования

Один из важных вопросов — представление и анализ результатов моделирования. Для этого в инструментальной среде могут быть использованы специальные средства для обработки статистической информации, для представления в структурированном или графическом виде полученных данных, интеграция с внешними базами данных и т. п.

Часто имитационная модель используется в качестве модуля большей системы принятия решения, получающей в режиме реального времени данные мониторинга состояния управляемой системы, оценивающей, к каким последствиям может привести текущая ситуация, и предлагающей оптимальное (или просто рациональное) управляющее решение для минимизации отрицательных последствий развития системы в будущем. Для этого обычно требуется интеграция модели с другими информационными системами и разработка специального интерфейса пользователя.

Визуализация и анимация

Использование визуализации при имитационном моделировании систем трудно переоценить. Визуализация результатов моделирования (использование графиков, таблиц, диаграмм) помогает восприятию и интерпретации результатов моделирования. Но наибольший эффект — вплоть до эффекта присутствия — дает анимированное представление поведения системы и ее частей в виде некоторой формы виртуальной реальности. В среде AnyLogic легко может быть создан виртуальный мир, подчиняющийся законам, которые разработчик вложил в модель. Имитационные модели с использованием анимации (анимированной визуализации поведения системы) являются основной частью тренажеров.

Глава 4