Программные среды моделирования

7.5.1. Характеристика систем имитационного моделирования

Современные тенденции в области имитационного моделирования связаны с развитием проблемно-ориентированных систем, созданием встроенных средств для интеграции моделей в единый модельный комплекс. Технологический уровень современных систем моделирования характеризуется большим выбором базовых концепций формализации и структуризации моделируемых систем, развитыми графическими интерфейсами и анимационным выводом результатов. Имитацион­ные системы обладают средствами передачи информации из баз данных и других систем или имеют доступ к процедурным языкам, что позволяет легко выполнять вычисления, связанные с планированием факторных экспериментов, автоматизи­рованной оптимизацией и др.

Анализ рынка информационных технологий позволяет выявить основные тен­денции в области современных систем моделирования. В качестве доминирующих базовых концепций формализации и структуризации в современных системах моделирования используются:

□ для дискретного моделирования — системы, основанные на описании процессов (process description) или на сетевых концептах (network paradigms), такие как Extend, Arena, ProModel, Witness, Taylor, Gpss/H-Proof и др.;

□ для систем, ориентированных на непрерывное моделирование — модели и методы системной динамики, такие как Powersim, Vensim, Dynamo, Stella, Ithink и др.

Причем в мощных системах с целью расширения их функциональности под­держиваются альтернативные концепции формализации. Так, например, в систе­мы Powersim, Ithink встроен аппарат дискретного моделирования и, наоборот, в системах Extend, ProcessModel реализована поддержка непрерывного модели­рования.

Большинство систем моделирования имеют удобный, легко интерпретируемый графический интерфейс, системные потоковые диаграммы или блок-схемы реали­зуются на идеографическом уровне, то есть рисуются, параметры моделей опреде­ляются через подменю. Для подготовленных пользователей сохраняются элементы программирования (на языках общего назначения или объектно-ориентированных) отдельных элементов модели или специализированных блоков — так называемое авторское моделирование (например, в системе Extend существует встроенный язык Modi, предназначенный для создания специализированных блоков).

Имитационные системы становятся все более проблемно-ориентированными. Известны системы моделирования производственных систем различного на­значения (ТОМАС, SIRE и др.), медицинского обслуживания (MEDMODEL), телекоммуникаций (COMNET) и др. Для этого в проблемно-ориентированные си­стемы моделирования включаются абстрактные элементы, языковые конструкции и наборы понятий, взятые непосредственно из предметной области исследований. Определенные преимущества имеют системы моделирования, декларирующие свою проблемную ориентацию, например пакет Rethink, ориентирующийся на реинжиниринг. Все это, конечно, влияет на доступность и привлекательность имитационного моделирования.

В современных системах моделирования появляется некоторый инструмента­рий для создания стратифицированных моделей. Стратифицированные модели представляют собой машинно-ориентированные понятия, предполагающие кон­струирование баз данных и знаний, над которыми определены вычислительные процессы решения задач системного анализа и принятия решения. Разработчики систем моделирования используют различные подходы для реализации страти­фицированных моделей. Ряд программных продуктов, такие как AUTOMOD, ProModel, TAYLOR, WITNESS и др., поддерживает интеграцию моделей на основе создания вложенных структур. В системах Arena, Extend реализован подход к стра­тификации, основанный на построении иерархических многоуровневых структур. Наиболее перспективным является структурно-функциональный подход, реали­зованный, например, в системах моделирования Ithink, Rethink и базирующийся на методологии структурного анализа и проектирования. В такой технологии есть возможность для реализации нескольких уровней представления моделей: высоко­уровневое представление в виде блок-схем, представление с использованием CASE- средств, а на нижнем уровне модели могут отображаться, например, потоковыми схемами и диаграммами.

Новая методология научного исследования в компьютерном моделировании, предполагающая организацию и проведение вычислительного эксперимента на имитационной модели, требует серьезной математической и информационной поддержки процесса системного моделирования, особенно в части вычислительных процедур, связанных с планированием эксперимента, оптимизацией, организаци­ей работы с большим объемом данных в процедурах принятия решений. Многие системы моделирования оснащены средствами интеграции с другими программ­ными средами, осуществляют доступ к процедурным языкам, связанным с кодом имитационной модели, для реализации специальных вычислений, доступа к базам данных (подход Simulation Data Base).

В более мощных пакетах осуществляется интеграция через дополнительное программное обеспечение со специализированными блоками различного назначе­ния. Это могут быть блоки анализа входных данных, гибкие средства анализа чув­ствительности, позволяющие осуществлять многократные прогоны с различными входными данными (в системах GPSS/H-PROOF, ProModel и др.). Перспективно создание систем моделирования с функционально широкими, ориентированны­ми на специфику имитационного моделирования блоками оптимизации (в этом смысле показательны системы WITNESS, TAYLOR). Реализуемый в ряде систем многопользовательский режим, применение интерактивного распределенного мо­делирования, разработки в области взаимодействия имитационного моделирования с Интернетом, расширяют возможности имитационного моделирования, позволяя отрабатывать совместные или конкурирующие стратегии различным компаниям. Характеристики современных систем моделирования сведены в табл. 7.1.

7.5.2. AnyLogic — универсальная среда имитационного моделирования

AnyLogic является уникальной средой имитационного моделирования, разра­ботанной российской компанией «Экс Джей Текнолоджис». Уникальность этого

программного продукта проявляется практически во всех аспектах:

□ Полная переносимость между платформами. Среда AnyLogic написана на языке Java, что обеспечивает ее функционирование в любой операционной системе, на любой аппаратной платформе.

□ Независимость моделей. После создания модели она может быть сгенерирована как отдельный Java-апплет и запущена вне среды AnyLogic.

□ Возможность написания собственных модулей и функций на языке Java.

□ Визуальное моделирование. Все модели можно «складывать» мышью на экране компьютера, что сводит к минимуму необходимость ручного ввода и програм­мирования.

□ Объектно-ориентированных подход обеспечивает многократное использование кода.

□ Возможность создания пользовательских библиотек обеспечивает многократное использование моделей.

□ Возможность интерактивной анимации моделей.

□ Поддержка всех трех походов к имитационному моделированию: системной ди­намики, дискретно-событийного моделирования и агентного моделирования.

□ Возможность совмещать внутри одной модели все три подхода. Если перечис­ленные ранее пункты можно обнаружить в тех или иных системах имитаци­
онного моделирования, то возможность совмещения подходов внутри одной модели свойственна только среде AnyLogic, что выводит ее на первое место по функциональности в ряду систем имитационного моделирования.

AnyLogic обладает удобным и интуитивно понятным пользовательским ин­терфейсом. Во время «проигрывания» модели в любой момент можно получить значение любой переменной или характеристику петли обратной связи, просто щелкнув на ней мышью (рис. 7.13).

K⁴

Также просто в среде AnyLogic создаются дискретно-событийные модели — для этого достаточно просто скомпоновать элементы на экране компьютера (рис. 7.14).

В заключение надо сказать, что, являясь безусловным лидером в мире систем имитационного моделирования, AnyLogic кроме профессиональных имеет еще и учебные лицензии (для университетов и школ), которые в 15-20 раз дешевле.

7.5.3. Моделирование бизнес-процессов

Рис. 7.13. Получение значения переменной во время прогона модели в среде AnyLogic

Структурно-функциональное моделирование бизнес-процессов может быть од­ним из этапов построения имитационной модели или выступать в качестве важного инструмента в работе системного аналитика и системного архитектора при созда­
нии информационных систем широкого спектра. Моделирование бизнес-процессов применяют как при создании корпоративных стандартов, разработке технологий или оптимизации структуры организации, так и при создании корпоративных веб­сайтов или интернет-магазинов. Широкий спектр областей применения этого типа моделирования, а также сравнительная простота реализации породила множество программных продуктов, в том числе выпускаемых под свободной лицензией.

Среди свободного программного обеспечения, моделирующего бизнес-процес­сы, можно назвать такие программы, как Bonita BPM (модель бизнес-процесса, созданная в этой программе, показана на рис. 7.15) или ProcessMaker (моделиро­вание в этой программе иллюстрирует рис. 7.16).

Rfjectfoo ^

Notification

Approve RetiKWii

•О

с

-Ф-

■

Ateptietfii^ill

Рис. 7.15. Моделирование бизнес-процесса в среде Bonita BPM

Среди проприетарного программного обеспечения в России наибольшую из­вестность и популярность имеет программный продукт AllFusion Process Modeler (более известный под своим старым названием BPWin). Этот продукт полностью ориентирован на моделирование по стандартам семейства IDEF.

При моделировании в Process Modeler прототипом всегда является процесс (например, процесс оформления заказа). Процесс обозначается прямоугольни­ком, у которого три стороны — это входы в процесс (верх, левая сторона, нижняя сторона), а четвертая (правая) сторона является результатом работы процесса. При этом каждый из входов имеет свое назначение: слева в процесс подается то, что подлежит обработке (информация, материалы); сверху входят норма­тивные документы, шаблоны, управляющие воздействия; снизу к процессу под­ключается тот, кто осуществляет управление процессом (персонал, устройство, управляющая система). На выходе процесса формируется результат. Первая диа­грамма, описывающая моделируемый процесс, всегда выглядит довольно просто (рис. 7.17).

После создания диаграммы процесса-прототипа начинается декомпозиция: исходный процесс разбивается на несколько составляющих его подпроцессов; чаще всего это последовательные процессы, в которых результат одного процесса подается на вход другого (рис. 7.18), но процессы могут быть и параллельными.

О

Budgeted Steip

О-

П ^sAddtask

s

Л Addtext

Honzonta! line i ,Veiticalline К IDeieteaDlines

Process Supervisor ,ⁱWebEnby I CaseTtader

Order Entry System

Рис. 7.17. Начальная стадия моделирования в Process Modeler

Каждый из декомпозированных процессов может снова быть декомпозирован. Декомпозиция продолжается до тех пор, пока не достигается результат, сформули­рованный целью моделирования: процессы становятся настолько элементарными, что могут быть описаны языком программирования или встроены в качестве эле-

ментов в имитационную модель. Рабочее окно AllFusion Process Modeler показано на рис. 7.19.

* U * T И5АТ

;;п .a- ** I..........

!;§, 'Ш -¾ - M Ъ №

Б И SetOrder ' Identify Opportunities

Assess Market Place lderttfy Product Opportunities j ^S"H1 Develop Marketing Plan ф« MarketProducI \ гШ Provide awareness irtormation Advertise Product Manage Product Laynch Develop Sates Programme

■ЙЙИ 1

Produce Proposals Negotiate Contracts i Liaise with Customer

} Щ Manage Cystomer Accounts j * И Sell additional services S-B Manage Order/Enquiry i i --Hf Manage Customer Queries

Рис. 7.19. Окно программы Process Modeler

Кроме AllFusion Process Modeler в России применяют отечественные раз­работки, позволяющие моделировать бизнес-процессы. Среда моделирования бизнес-процессов Орг-Мастер является современным программным продуктом,

оснащенным дополнительными сервисными возможностями по сравнению с All- Fusion Process Modeler:

□ встроенный генератор отчетов (AllFusion Process Modeler работает с Crystal Report);

□ режим улучшенного визуального представления диаграмм (параллельно диа­граммам в формате IDEF создаются более удобные для чтения визуальные образы).

На рис. 7.20 приведена подобного рода «улучшенная» диаграмма, облегчающая понимание моделируемого процесса.

Накладная (по учету движения деталей внутризаводского характера)

Вопросы для самопроверки

1. Дайте определение модели.

2. Какие виды моделирования вы знаете?

3. Что такое «компьютерное моделирование»? «Компьютерная модель»?

4. Каковы основные функции компьютера при компьютерном моделировании?

5. Какие параметры модели вам известны?

6. Каким образом оценивается точность модели?

7. Чем точность модели отличается от адекватности?

8. Какие способы классификации моделей вам известны?

9. Чем прагматическая модель отличается от познавательной?

10. Прагматической или познавательной является модель бизнес-процессов в ор­ганизации? Дайте объяснение.

11. Чем отличается теоретическая модель от эмпирической? Приведите примеры.

12. Что такое «аналитическая модель» и чем она отличается от алгоритмической?

13. Чем материальная модель отличается от информационной? Является ли чер­теж детали материальной моделью? Является ли материальной компьютерная модель?

14. Является ли мысленное представление объекта моделью? Если да, то к какому типу моделей вы его отнесете?

15. Каковы основные этапы построения компьютерной модели?

16. Почему так важна формулировка цели моделирования?

17. В чем заключается анализ результатов моделирования?

18. Что такое «имитационное моделирование»?

19. Каковы особенности имитационного моделирования? В каких случаях необ­ходимо применять имитационные модели?

20. Какие подходы к построению имитационных моделей вам известны?

21. Чем агентное моделирование отличается от дискретно-событийного?

22. Каковы особенности в проведении каждого этапа имитационного моделиро­вания?

23. Назовите по крайней мере две системы, применяющиеся для дискретно-со- бытийного моделирования.

24. Назовите по крайней мере две системы, применяющиеся для непрерывного моделирования.

25. В каких областях человеческой деятельности обычно применяется имитаци­онное моделирование?

26. В чем заключается преимущество российского продукта для имитационного моделирования AnyLogic перед его зарубежными аналогами?

27. Что такое «моделирование бизнес-процессов»? Для чего оно применяется?

28. В чем заключается моделирование бизнес-процессов в соответствии со стан­дартами IDEF?

29. Какие системы бизнес-моделирования вам известны?

30. В чем заключается преимущество российского продукта для построения моде­лей бизнес-процессов Орг-Мастер перед его зарубежными аналогами?

Литература

1. Алямовский A. A. SolidWorks. Компьютерное моделирование в инженерной практике. СПб.: БХВ, 2005.

2. Власова Е. А., Дума Р. В., Емельянов А. А. Имитационное моделирование эконо­мических процессов. M.: Финансы и статистика, 2002.

3. Дубейковский В. Я. Эффективное моделирование с AllFusion Process Modeler. M.: Диалог-МИФИ, 2007.

4. Дьяконов В. П. Matlab+Simulink в математике и моделировании. M.: Солон-пресс, 2005.