71. Концепцията за симулационни модели, тяхната класификация и обхват. Принципи, етапи и езикови средства на симулационното моделиране.
Симулациямоделиране(от англ. simulation) е често срещан тип аналогова симулация, реализирана с помощта на набор от математически инструменти, специални симулиращи компютърни програми и технологии за програмиране, които позволяват чрез аналогови процеси да се проведе целенасочено изследване на структурата и функциите на реален сложен процес в паметта на компютъра в режим „симулация“, за да се оптимизират някои от неговите параметри.
Имитациямоделе специален софтуерен пакет, който ви позволява да симулирате дейността на някакъв сложен обект. Той стартира паралелно взаимодействащи изчислителни процеси в компютъра, които са аналози на изследваните процеси по отношение на техните времеви параметри (с точност до времеви и пространствени мащаби). В страните, които заемат водеща позиция в създаването на нови компютърни системи и технологии, научното направление на компютърните науки използва точно такава интерпретация на симулационното моделиране и в магистърските програми в тази област има съответна академична дисциплина.
СимулациятаМоделиранетое чисто компютърна работа, която не може да се извърши с импровизирани средства. Следователносинонимкомпютърмоделиране.често се използва за този тип моделиране.
Трябва да се създаде симулационен модел. Това изисква специален софтуер -systemsimulation(симулационна система). Спецификата на такава система се определя от технологията на работа, набор от езикови инструменти, сервизни програми и техники за моделиране.
Симулационният модел трябва да отразяваголям брой параметри, логика и модели на поведение на симулирания обект във времето(времева динамика)и в пространството(пространствена динамика).Моделирането на икономически обекти е свързано с концепцията зафинансова динамикана обект.
От гледна точка на специалист (икономист-информатик, математик-програмист или икономист-математик),симулациятамоделиранетона контролиран процес или контролиран обект е информационна технология на високо ниво, която осигурява два вида действия, извършвани с помощта на компютър:
1) работа по създаването или модификацията на симулационен модел;
2) работа на симулационния модел и интерпретация на резултатите.
Симулация(компютър)моделиранеикономическипроцесиобикновено се използва в два случая:
• за управление на сложен бизнес процес, когато симулационният модел на управляван икономически обект се използва като инструмент в контура на адаптивна система за управление, създадена на базата на информационни (компютърни) технологии;
• при провеждане на експерименти с дискретно-непрекъснати модели на сложни икономически обекти за получаване и проследяване на тяхната динамика при извънредни ситуации, свързани с рискове, пълномащабното моделиране на които е нежелателно или невъзможно.
Възможно е да се отделят следните типични задачи, решавани от средствата за симулационно моделиране в управлението на икономически обекти:
• моделиране на логистични процеси за определяне на времеви и разходни параметри;
• управление на процеса на реализиране на инвестиционен проект на различни етапи от жизнения му цикъл, като се вземат предвид възможните рискове и тактики за отпускане на средства;
• анализ на клиринговите процеси в работата на мрежата от кредитни организации (включително приложение към процесите на взаимно прихващане в условията на българската банкова система);
• прогнозиране на финансовите резултати на предприятието за определен период от време (с анализ на динамиката на салдото по сметките);
• бизнес реинженеринг на предприятие в несъстоятелност (промяна на структурата и ресурсите на предприятие в несъстоятелност, след което с помощта на симулационен модел е възможно да се направи прогноза за основните финансови резултати и да се дадат препоръки относно осъществимостта на един или друг вариант за реконструкция, инвестиция или кредитиране на производствени дейности);
• Анализ на адаптивните свойства и жизнеспособността на регионалната компютърна банкова информационна система (например системата за електронни сетълменти и плащания, която беше частично неработеща в резултат на природно бедствие след катастрофалното земетресение от 1995 г. на централните острови на Япония, показа висока жизнеспособност: операциите бяха възобновени след няколко дни);
• оценка на параметрите на надеждност и забавяне в централизирана икономическа информационна система с колективен достъп (на примера на система за продажба на самолетни билети, като се вземе предвид несъвършенството на физическата организация на базите данни и повреди на оборудването);
• анализ на оперативните параметри на разпределена многостепенна ведомствена система за управление на информация, като се вземат предвид разнородната структура, пропускателната способност на комуникационните канали и несъвършенството на физическата организация на разпределена база данни в регионалните центрове;
• симулация на действията на куриерска (куриерска) хеликоптерна група в район, засегнат от природно бедствие или голяма промишлена авария;
• анализ на мрежовия модел PERT(Техника за оценка и преглед на програмата) за проекти за подмяна и настройка на производствено оборудване, като се отчита появата на неизправности;
• анализ на работата на автотранспортна фирма, занимаваща се с търговски превози на товари, като се вземат предвид спецификите на стоковите и паричните потоци в региона;
• изчисляване на параметрите на надеждност и забавяне на обработката на информацията в банковата информационна система.
Симулационната система, която осигурява създаването на модели за решаване на горните задачи, трябва да има следните свойства:
• възможността за използване на симулационни програми във връзка със специални икономически и математически модели и методи, базирани на теорията на управлението;
• инструментални методи за провеждане на структурен анализ на сложен икономически процес;
• способност за моделиране на материални, парични и информационни процеси и потоци в рамките на един модел, в общо моделно време;
• възможността за въвеждане на режим на постоянно усъвършенстване при получаване на изходни данни (ключови финансови показатели, времеви и пространствени характеристики, рискови параметри и др.) и провеждане на екстремен експеримент.
Принципитесимулациятамоделиранетосъвпадат с принципите на системно изследване и моделиране като цяло:
1 Принципът на информационната достатъчност.При пълната липса на информация за изследваната система е невъзможно да се изгради неин модел. При наличие на пълна информация за системата нейното моделиране е безсмислено. Съществува определено критично ниво на априорна информация за системата (нивото на информационна достатъчност), при достигането на което може да се изгради адекватен модел.
2 Принцип на осъществимост.Създаденият модел трябва да осигури постигането на поставената цел на изследването с постигането на поставената цел на изследването с вероятност, значително различна от нула, и за ограничено време. Обикновено се задава определена прагова стойностPyна вероятността за постигане на целта на моделиранеP(1),, както и приемливо времево ограничение t за постигане на тази цел. Моделът се счита за приложим, ако условиетоP(t)>Py.може да бъде изпълнено
3Принцип на множеството модели.Този принцип, въпреки поредния си номер, е ключов. Въпросът е, че създаденият модел трябва да отразява преди всичко онези свойства на реална система (или явление), коитовлияятна избрания показател за ефективност.Съответно, когато се използва конкретен модел, са известни само някои аспекти на реалността. За по-пълното му изследване са необходими редица модели, които позволяват отразяване на разглеждания процес от различни ъгли и с различна степен на детайлност.
4 Принцип на агрегиране.В повечето случаи една сложна система може да бъде представена като състояща се от агрегати (подсистеми), за адекватното математическо описание на които се оказват подходящи някои стандартни математически схеми.
Симулационното моделиране се осъществява чрез набор от математически инструменти, специални компютърни програми и техники, които позволяват с помощта на компютър да се извърши целенасочено моделиране в режим "симулация" на структурата и функциите на сложен процес и да се оптимизират някои от неговите параметри. Набор от софтуерни инструменти и техники за моделиране определя спецификата на системата за моделиране - специален софтуер.
За разлика от други видове и методи на математическо моделиране сС помощта на компютри симулационното моделиране има своя специфика: стартиране на взаимодействащи изчислителни процеси в компютър, които по времеви параметри - с точност до мащабите на времето и пространството - са аналози на изследваните процеси.
Имитациятамоделиранетокато специална информационна технология се състои от следните основни стъпки.
1.Структуренанализпроцеси.Структурата на сложен реален процес се формализира чрез декомпозирането му на подпроцеси, които изпълняват определени функции и имат взаимни функционални връзки според легендата, разработена от работната експертна група. Идентифицираните подпроцеси от своя страна могат да бъдат разделени на други функционални подпроцеси. Структурата на общия моделиран процес може да бъде представена като графика с йерархична многослойна структура. В резултат на това се появява формализирано изображение на симулационния модел в графична форма.
Структурният анализ е особено ефективен при моделиране на икономически процеси, където (за разлика от техническите) много от съставните подпроцеси нямат физическа основа и протичат виртуално, тъй като оперират с информация, пари и логиката (законите) на тяхната обработка.
2.Формализираноописаниемодел.Графично представяне на симулационния модел, функциите, изпълнявани от всеки подпроцес, условията за взаимодействие на всички подпроцеси и поведението на симулирания процес (времева, пространствена и финансова динамика) трябва да бъдат описани на специален език за последващ превод. Има различни начини да направите това:
• ръчно описание на език като GPSS, Pilgrim и дори Visual Basic.Последният е много прост, върху него е възможно да се програмират елементарни модели, но не е подходящ за разработване на реални модели на сложни икономически процеси, тъй като описанието на модела с помощта на Pilgrim е десетки до стотици пъти по-компактно от подобен алгоритмичен модел във Visual Basic;
• автоматизирано описание с помощта на компютърен графичен дизайнер по време на структурен анализ, т.е. с много малко програмни усилия. Такъв конструктор, който създава описание на модела, е част от системата за моделиране в Pilgrim.
3.Изгражданемодел(изграждане). Обикновено това е превод и редактиране на връзки (сглобяване на модела), проверка (калибриране) на параметри.
Излъчването се извършва в различни режими:
• в режим на интерпретация, типичен за системи като GPSS, SLAM-II и ReThink;
• в режим на компилация (типично за системата Pilgrim).
Всеки режим има свои собствени характеристики. '
Режимътинтерпретацияе по-лесен за изпълнение. Специална универсална програма за интерпретатор, базирана на формализирано описание на модела, стартира всички симулиращи подпрограми. Този режим не води до отделен симулатор, който може да бъде прехвърлен или продаден на клиента (ще трябва да продадете както модела, така и системата за симулация, което не винаги е възможно).
Режимъткомпилацияе по-труден за прилагане при създаване на система за моделиране. Това обаче не усложнява процеса на разработване на модела. В резултат на това можете да получите отделна симулационна програма, която работи независимо от симулационната система като отделен софтуерен продукт.
Проверката(калибриране) на параметрите на модела се извършва съгласно легендата, навърху който е изграден моделът, с помощта на специално подбрани тестови случаи.
4.Провеждане наекстремниекспериментза оптимизиране на определени параметри на реалния процес.
Концепцията за симулационно моделиране изисква читателят да е запознат с метода Монте Карло, с методологията за проверка на статистически хипотези, с устройството на софтуерни сензори на случайни (псевдослучайни) променливи и с особеностите на законите за разпределение на случайни променливи при моделиране на икономически процеси.