Сущность метода имитационного моделирования кратко

Обновлено: 03.07.2024

Выделяют такие основные виды моделирования: физическое, структурно-функциональное, математическое, концептуальное, имитационное. Физическое моделирование основывается на сходстве физических явлений и, как следствие, на соотношении подобия. Структурно-функциональные модели является условным образом системы объектов и процессов, структура которых описывается с помощью таблиц, блок-схем, диаграмм, графиков, рисунков, анимационных фрагментов, гипертекстов со специальными правилами их объединения и превращения. При имитационном моделировании эта модель может быть также программой, которая позволяет воссоздавать (имитировать) процессы функционирования системы и влияния на нее разных, как правило, случайных, факторов, с помощью последовательности вычислений и графического отображения их результатов - количественных и качественных характеристик бизнес-системы, ее структур, динамики ее развития, ее стабильности и целостности.

Динамический анализ предполагает рассмотрение во времени множества одновременно выполняющихся бизнес-процессов, в то время как статический анализ исследует выполнение одного бизнес-процесса вне связи с занятостью ресурсов в других процессах. Актуальность применения методов динамического анализа в бизнес - реинжиниринге обусловлена необходимостью сокращения межоперационных задержек, связанных с использованием ресурсов в множестве процессов.

При проектировании новых бизнес-процессов в качестве основных инструментов динамического анализа выступают методы и средства имитационного моделирования, поскольку статистика реального выполнения бизнес-процессов просто не существует. При анализе существующей организации бизнес-процессов имитационные модели дают возможность исследовать влияние случайностей на выполнение взаимосвязанных операций, которые трудно вычленить в общем потоке статистической информации.

Под имитационным моделированием будем понимать процесс разработки имитационной модели и последующего имитационного экспериментирования.

Имитационная модель предполагает генерацию в ускоренном масштабе времени по определенным законам распределения рабочих объектов, которые задерживаются для обработки по заданным законам распределения в функциональных блоках структурной модели бизнес-процесса. Формально простейшая имитационная модель может быть описана следующим образом (рис. 1):

Рис. 1. Формальное представление имитационной модели

An - средний интервал времени между n и n+1 рабочими объектами,

Sn – среднее время обслуживания (задержки) n-го рабочего объекта,

Wn – среднее время ожидания обслуживания в очереди n-го рабочего объекта.

Общее описание рабочего объекта можно представить:

, где An, Sn –случайные числа, генерируемые по некоторому закону распределения, а Wn – вычисляется моделью.

В результате последовательного прохождения рабочих объектов по функциональным блокам за заданное модельное время (любой моделируемый период времени) накапливается статистика о производительности системы (числе рабочих объектов), о временных и стоимостных характеристиках рабочих объектов, об использовании основных ресурсов.

Требования к имитационным моделям. Для построения и исследования моделей сложных систем необходимо определить требования к ним, формы представления и вид описания модели, характер реализации модели и метод исследования. В зависимости от целевой направленности модели, задаются специальные требования к самим моделям.

К имитационным моделям предъявляются такие требования:

– целостность, информативность, многоуровневость, множественность (многомодельность), расширяемость, универсальность (абстрактность);

– возможность построения самой модели и ее исследования;

– возможность материализации модели в виде реальной системы в

Модель должна замещать собой действительность с той степенью абстракции, которая полезна для поставленной цели. В первую очередь она должна отображать те существенные свойства и стороны объекта, которые определены практическим заданием. Необходимо правильно обозначить и сформулировать проблему и четко задать цель исследования.

Главным требованием к моделям является их адекватность реальной действительности, чтобы быть уверенным, что результаты точно отображают действительное положение вещей. Модель должна быть надежной, простой и понятной пользователю, а также и технологичной, то есть легкой и удобной в управлении. Необходимо также, чтобы она была функционально полной с точки зрения возможностей решения необходимых задач, и адаптивной к изменениям, позволяя легко переходить к другим модификациям, обновлять данные и ее в результате взаимодействия с пользователем. При создании модели необходимо, чтобы затраты временных, трудовых, материальных ресурсов на построение моделей и проведение экспериментов были в допустимых пределах или оправданы относительно особых обстоятельств.

Особенности имитационного моделирования. При имитационном моделировании структура системы отображается в модели, а процессы ее функционирования проигрываются (имитируются) на построенной модели. Выделяют статическое описание структуры системы, для чего нужно выполнять структурный анализ процессов, и описание динамики взаимодействий элементов системы, для чего нужно построить функциональную модель динамических процессов.

При программной реализации имитационного моделирования элементам системы ставятся в соответствие некоторые программные компоненты, а состояние этих элементов описывается с помощью переменных. Моделирующий алгоритм имитирует функционирование отдельных элементов, которые взаимодействуют или обмениваются информацией. Есть алгоритм изменения переменных, описывающий состояния системы. Динамика реализуется с помощью механизма течения модельного времени. Чтобы создать имитационную модель надо представить реальную систему (процесс), как совокупность взаимодействующих элементов, и алгоритмически описать функционирование отдельных элементов. После этого надо описать процесс взаимодействия разных элементов между собой и с внешней средой.

Ключевым моментом в имитационном моделировании является выделение и описание состояний системы набором переменных состояний, каждая комбинация которых описывает конкретное состояние. Изменяя значения этих переменных, можно имитировать переход системы из одного состояния в другой. Таким образом, имитационное моделирование - это представление динамического поведения системы с помощью ее перехода от одного состояния к другому в соответствии с определенными операционными правилами. Эти изменения состояний могут происходить или непрерывно, или в дискретные моменты времени.

Для имитации параллельных событий, вводят глобальную переменную t, названную модельным (или системным) временем. Она обеспечивает синхронизацию всех событий в системе. Существуют два основных способа изменения модельного времени: пошаговый - с фиксированными интервалами его изменения, и событийный, при котором величина шага измеряется переменным интервалом до последующего события.

Пошаговое продвижение времени применяется, если закон изменения переменных во времени описывается интегро-дифференциальными уравнениями, которые решаются численными методами. При этом динамика модели является дискретным приближением реальных непрерывных процессов.

Событийный метод применяется, когда события распределены неравномерно на часовой оси и появляются через значительные интервалы времени, когда изменяется состояние системы. Модельное время изменяется от текущего до ближайшего момента наступления последующего события. На практике этот метод получил наибольшее распространение.

Имитационное моделирование — это метод исследования, при котором изучаемая система заменяется моделью, с достаточной точностью описывающей реальную систему, с которой проводятся эксперименты с целью получения информации об этой системе. Экспериментирование с моделью называют имитацией (имитация — это постижение сути явления, не прибегая к экспериментам на реальном объекте).

Имитационное моделирование — это частный случай математического моделирования. Существует класс объектов, для которых по различным причинам не разработаны аналитические модели, либо не разработаны методы решения полученной модели. В этом случае аналитическая модель заменяется имитатором или имитационной моделью.

Имитационным моделированием иногда называют получение частных численных решений сформулированной задачи на основе аналитических решений или с помощью численных методов [1] .

Имитационная модель — логико-математическое описание объекта, которое может быть использовано для экспериментирования на компьютере в целях проектирования, анализа и оценки функционирования объекта.

Содержание

Применение имитационного моделирования

К имитационному моделированию прибегают, когда :

дорого или невозможно экспериментировать на реальном объекте;
невозможно построить аналитическую модель: в системе есть время, причинные связи, последствие, нелинейности, стохастические (случайные) переменные;
необходимо сымитировать поведение системы во времени.

Цель имитационного моделирования состоит в воспроизведении поведения исследуемой системы на основе результатов анализа наиболее существенных взаимосвязей между её элементами или другими словами — разработке симулятора (англ. simulation modeling ) исследуемой предметной области для проведения различных экспериментов.

Имитационное моделирование позволяет имитировать поведение системы во времени. Причём плюсом является то, что временем в модели можно управлять: замедлять в случае с быстропротекающими процессами и ускорять для моделирования систем с медленной изменчивостью. Можно имитировать поведение тех объектов, реальные эксперименты с которыми дороги, невозможны или опасны. С наступлением эпохи персональных компьютеров производство сложных и уникальных изделий, как правило, сопровождается компьютерным трёхмерным имитационным моделированием. Эта точная и относительно быстрая технология позволяет накопить все необходимые знания, оборудование и полуфабрикаты для будущего изделия до начала производства [источник не указан 212 дней] . Компьютерное 3D моделирование теперь не редкость даже для небольших компаний [источник не указан 212 дней] .

Имитация, как метод решения нетривиальных задач, получила начальное развитие в связи с созданием ЭВМ в 1950-х — 1960-х годах.

Можно выделить две разновидности имитации:

Метод имитационного моделирования (статистическое моделирование).

Виды имитационного моделирования

Области применения

Свободные системы имитационного моделирования

См. также

Примечания

Литература

Ссылки

Математическое моделирование
Программы математического моделирования

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое "Имитационное моделирование" в других словарях:

имитационное моделирование — (ITIL Continual Service Improvement) (ITIL Service Design) Методика, создающая детальную модель с целью предсказания поведение конфигурационной единицы или ИТ услуги. Имитационные модели могут быть реализованы с очень высокой точностью, но это… … Справочник технического переводчика

Имитационное моделирование — Имитационное моделирование: моделирование (знаковое, предметное) технических объектов, основанное на воспроизведении процессов, сопровождающих их существование. Источник: ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕХНИКИ И ОПЕРАТОРСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ. ЯЗЫК… … Официальная терминология

Имитационное моделирование — см. Машинная имитация, Стендовое экспериментирование … Экономико-математический словарь

ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ — Разработка, конструирование модели некоторого объекта для его исследования Словарь бизнес терминов. Академик.ру. 2001 … Словарь бизнес-терминов

имитационное моделирование — 3.9 имитационное моделирование: Моделирование (знаковое, предметное) технических объектов, основанное на воспроизведении процессов, сопровождающих их существование. Источник … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ — (. от франц. modele образец) метод исследования каких либо явлений и процессов методом статистических испытаний (метод Монте Карло) с помощью ЭВМ. Метод основан на розыгрыше (имитации) воздействия случайных факторов на изучаемое явление или… … Энциклопедический словарь по психологии и педагогике

Имитационное моделирование — это воспроизведение на модели той или иной реальной ситуации, ее исследование и, в конечном счете, нахождение наиболее удачного решения. Собственно И. м. сотоит из конструирования математической модели реальной системы и постановки на ней… … Терминологический словарь библиотекаря по социально-экономической тематике

Имитационное моделирование сложных систем — Эту статью следует викифицировать. Пожалуйста, оформите её согласно правилам оформления статей. Имитационные модели связаны не с аналитическим представлением, а с принципом имитации с помощью информационных и программ … Википедия

Имитационное моделирование Монте Карло — (метод Монте Карло) Аналитический метод решения проблемы посредством выполнения большого числа тестовых операций, называемых имитационным моделированием, и получения необходимого решения из объединенных результатов тестов. Метод вычисления… … Инвестиционный словарь

игровое имитационное моделирование — — [Л.Г.Суменко. Англо русский словарь по информационным технологиям. М.: ГП ЦНИИС, 2003.] Тематики информационные технологии в целом EN gaming simulation … Справочник технического переводчика

Имитационным моделированием иногда называют получение частных численных решений сформулированной задачи на основе аналитических решений или с помощью численных методов.

Применение имитационного моделирования [ ]

К имитационному моделированию прибегают, когда :

- дорого или невозможно экспериментировать на реальном объекте;

- невозможно построить аналитическую модель: в системе есть время, причинные связи, последствие, нелинейности, стохастические (случайные) переменные;

- необходимо сымитировать поведение системы во времени.

Цель имитационного моделирования состоит в воспроизведении поведения исследуемой системы на основе результатов анализа наиболее существенных взаимосвязей между ее элементами или другими словами — разработке симулятора исследуемой предметной области для проведения различных экспериментов.

Имитационное моделирование позволяет имитировать поведение системы во времени. Причём плюсом является то, что временем в модели можно управлять: замедлять в случае с быстропротекающими процессами и ускорять для моделирования систем с медленной изменчивостью. Можно имитировать поведение тех объектов, реальные эксперименты с которыми дороги, невозможны или опасны. С наступлением эпохи персональных компьютеров производство сложных и уникальных изделий, как правило, сопровождается компьютерным трёхмерным имитационным моделированием. Эта точная и относительно быстрая технология позволяет накопить все необходимые знания, оборудование и полуфабрикаты для будущего изделия до начала производства. Компьютерное 3D моделирование теперь не редкость даже для небольших компаний.

Подходы имитационного моделирования [ ]

Агентное моделирование — относительно новое (1990-е-2000-е гг.) направление в имитационном моделировании, которое используется для исследования децентрализованных систем, динамика функционирования которых определяется не глобальными правилами и законами (как в других парадигмах моделирования), а наоборот, когда эти глобальные правила и законы являются результатом индивидуальной активности членов группы. Цель агентных моделей — получить представление об этих глобальных правилах, общем поведении системы, исходя из предположений об индивидуальном, частном поведении ее отдельных активных объектов и взаимодействии этих объектов в системе. Агент — некая сущность, обладающая активностью, автономным поведением, может принимать решения в соответствии с некоторым набором правил, взаимодействовать с окружением, а также самостоятельно изменяться.

Системная динамика — парадигма моделирования, где для исследуемой системы строятся графические диаграммы причинных связей и глобальных влияний одних параметров на другие во времени, а затем созданная на основе этих диаграмм модель имитируется на компьютере. По сути, такой вид моделирования более всех других парадигм помогает понять суть происходящего выявления причинно-следственных связей между объектами и явлениями. С помощью системной динамики строят модели бизнес-процессов, развития города, модели производства, динамики популяции, экологии и развития эпидемии. Метод основан Джеем Форрестером в 1950 годах.