Имитационная система ИСТРА.

1. Понятие имитационной системы.

Под имитационной системой здесь понимается упорядоченный комплекс алгоритмов, программ, формальных и неформальных процедур, позволяющий создавать имитационные модели на ЭВМ и использовать их для решения конкретных задач. Создание имитационных систем знаменует собой новый этап в использовании имитационного моделирования. Ранее проблемы построения рациональных алгоритмов моделирования объектов различного класса, совершенствования входного языка и методики проведения имитационных экспериментов рассматривались разрозненно. В имитационной системе все эти задачи решаются во взаимной связи. Имитационные системы - это мощный современный аппарат для исследования сложных производственных объектов, опирающийся на достигнутый уровень развития математических методов, возможности ЭВМ и накопленный опыт человека управления этими объектами.

2. Назначение и исходные предпосылки.

Имитационная система ИСТРА ориентирована на исследование и оптимизацию крупных объектов транспорта во взаимодействии с производством. Однако достаточно универсальные принципы построения позволяют использовать ее для решения задач на любом виде транспорта, а также для моделирования производственных объектов другого рода.

Система построена таким образом, чтобы учитывать следующие условия:

1) система должна предоставлять возможность создавать модели различных видов транспорта, так как в промышленности последние работают зачастую в едином комплексе и существенно влияют друг на друга;

2) модели должны допускать использование частично-формализованных знаний (знаний опытного характера);

3) система должна быть проблемно ориентированной, с тем чтобы избежать отрицательных последствий излишней универсальности, и в то же время позволять решать достаточно широкий круг задач заданного класса;

4) модели должны достаточно хорошо отображать технологические и информационные процессы, а также процессы иерархического управления;

5) имитационная система должна допускать возможность оптимизации моделей по различным критериям;

6) необходимо достаточно полное описание факторов случайного характера;

7) необходимость специальных процедур, «сужающих» исходное множество вариантов и сокращающих итерационный процесс имитационного исследования;

8) простота входного языка и наглядность выдаваемых результатов.

Система ИСТРА включает в себя универсальную абстрактную модель, способную при идентификации (параметризации) настраиваться на любой, объект из заданного класса. Для этого структурные и функциональные характеристики, значения которых отличают объекты один от другого, входят не в структуру модели и не в описание ее функции, а являются легко заменяемыми исходными данными для моделирования. Такими исходными данными (настроечными характеристиками) являются параметры элементов транспортной системы и связей между ними. Общая схема использования системы ИСТРА представлена на рис. 1.

Рис. 1.

Схема использования ИСТРЫ для моделирования транспортных систем

Обратные связи говорят о том, что в процессе экспериментов может возникнуть необходимость уточнения исходных данных и даже цели исследования. Так, например, принятая в начале исследования цель может изменяться в ходе имитации под влиянием новых факторов, полученных из модели или реальной жизни.

ИСТРА позволяет строить модели основных видов транспорта (рис. 2), хотя структура понятий и алгоритмов более ориентирована на железнодорожный.

Рис. 2.

Виды транспорта, моделируемые при помощи системы ИСТРА

Система ИСTPA позволяет формировать модели, ориентированные на решение целого ряда различных задач (рис.3). Если модель детерминированная, то в каждом эксперименте воспроизводится про­цесс функционирования моделируемой системы и выдаются результаты, позволяющие достаточно полно оценить ее. Когда модель стохастическая (учитывает случайные процессы), требуется набор экспериментов при одних и тех же исходных данных, но с разными значениями датчика случайных чисел. Поиск рационального решения по тому или иному параметру осуществляется проведением ряда итерационных экспериментов с использованием специальных ускоряющих процедур (например, разработанного для этой системы "имитационного спуска").

Рис. 3.

Решение задач с помощью системы ИСТРА

Имитационная система ИСТРА дает возможность строить: разнохарактерные модели, в том числе:

детерминированные;

слабоуправляемые вероятностные, близкие по принципам функционирования к системам массового обслуживания;

сильноуправляемые, когда функционал задается на множестве движений модели в явном или неявном ("растворенном" в технологическом процессе) виде.