Основные этапы имитационного моделирования

Выделяются следующие этапы имитационного моделирования:

1. Формулирование проблемы и определение целей исследования.

2. Разработка концептуальной модели объекта.

3. Формализация имитационной модели.

4. Сбор и анализ входных данных для эксперимента.

5. Испытание и исследование свойств имитационной модели

6. Планирование и проведение имитационного эксперимента. Анализ

результатов и их использование для принятия решений.

Этап 1. Формулировка проблемы и определение целей исследования

На этом этапе выполняются следующие действия:

– сбор данных об объекте моделирования и составление содержательного описания объекта моделирования;

– изучение проблемной ситуации, определение диагноза и постановка

задачи;

– обоснование необходимости моделирования, уточнение его целей и

выбор метода моделирования.

Этап 2. Разработка концептуальной модели объекта

Эта модель является логико-математическим описанием системы, соответствующим сформулированной проблеме. На этом этапе надо определить общий замысел модели и переход от реальной системы к логической схеме ее функционирования. Выполняется описание объекта в терминах математических понятий и алгоритмизации функционирования его компонент. Концептуальное описание - это упрощенное алгоритмическое отображение реальной системы. При его разработке определяется основная структура модели, которая включает статическое и динамическое описание системы. Кроме того, определяются границы системы, приводится описание внешней среды, и определяются ее влияния на систему. Дальше выделяются и описываются существенные элементы, формируются переменные, параметры, функциональные зависимости как для отдельных элементов и процессов, так и для всей системы, ограничения и целевые функции. На этом этапе уточняется также методика всего имитационного эксперимента. При создании небольших моделей этот этап объединяется с этапом составления содержательного описания системы.

Этап 3. Формализация имитационной модели

Разработка формализованного описания системы осуществляется на основе ее концептуального описания. Далее оно будет превращаться в программу-имитатор в соответствии с технологией программирования.

Концептуальное или формальное описание модели сложной системы необходимо превратить в программу-имитатор, в соответствии с некоторой технологией программирования, с применением языков и систем моделирования. Для реализации имитационной модели надо выбрать соответствующие инструментальные средства.

Этап 4. Сбор и анализ входных данных для эксперимента

На этом этапе осуществляется апробация, исследование модели и проверка модели. Проводится верификация модели, оценка адекватности, исследование свойств имитационной модели и других процедур тестирования модели. Получить информацию о реальной системе возможно из существующей документации по системе.

Этап 5. Испытание и исследование свойств имитационной модели.

На этом этапе проводится верификация модели, оценка адекватности, исследование свойств имитационной модели и других процедур комплексного тестирования разработанной модели. После того, как имитационная модель реализована на компьютере, необходимо проверить достоверность модели.

Этап 6. Планирование и проведение имитационного эксперимента. Анализ результатов и их использование для принятия решений.

При организации направленного вычислительного эксперимента на имитационной модели могут быть выбраны разные аналитические методы для обработки результатов: регрессионный и дисперсионный анализ, градиентный и другие методы оптимизации. Имитационное исследование является трудоемким итеративным процессом, требующим, чтобы разработчик моделей был и искусным системным аналитиком, и технологом, владеющим современными компьютерными технологиями создания и исследования имитационных моделей. Он должен уметь корректно применять методы математической статистики и другие математические и вычислительные процедуры для идентификации имитационных моделей и для обработки результатов экспериментального исследования.

При анализе результатов моделирования проводится их интерпретация, а затем они используются для принятия решений.

В качестве основных инструментальных средств имитационного моделирования, широко используемых в России, относятся ReThink (Gensym), Pilgrim (***), РДО (МГТУ), Workflow Analyzer(MetaSoftware).

К основным типам имитационных моделей относятся:

1. Разветвляющаяся модель.

2. Модель с кооперативными связями.

3. Многопродуктовая модель бизнес-процесса.

Каждый бизнес-процесс соответствует какому-либо виду продукта (услуги) и использует общие ресурсы (рис. 2). Модель позволяет анализировать использования ресурсов в нескольких бизнес-процессах. При этом анализируется достаточность ресурсов, степень их загрузки, интенсивность использования, финансовые потоки.

Рис. 2. Многопродуктовая модель бизнес-процессов.

Разветвлящаяся модель бизнес процесса. Это модель альтернативных процессов, определяющая правила выбора последовательности функций в зависимости от состояния внешней среды (рис. 3). Типовые разветвления бизнес-процессов могут быть заранее формализованы. В более сложных случаях требуется применение бизнес-правил, которые в соответствии с конкретной ситуацией выбирает последовательность действий.

Рис. 3. Модель бизнес-процесса с разветвлениями.

Модель бизнес-процесса с кооперативными связями (рис. 4). Задача сокращения длительности цикла бизнес-процесса решается, как правило, путем объединения нескольких функций в рамках одной консолидированной функции, выполняемой одним исполнителем (подразделением, самостоятельной организационной единицей), что позволяет сокращать межоперационные переходы, очереди ожидания, контрольные операции. С позиции кооперативного взаимодействия с партнерами в рамках одного бизнес-процесса определяются возможности передачи ряда функций специализированным организациям: при этом решаются задачи определения выгодности выполнения функций собственными силами или покупки (аренды) соответствующих продуктов или услуг на стороне, причем в первом случае производство полуфабрикатов может составлять и самостоятельные бизнес-процессы.

Рис. 4 Модель бизнес-процесса с кооперативными связями.

Под имитационным экспериментом будем понимать задание значений исходных параметров, таких как интенсивность поступления рабочих объектов, временные и стоимостные характеристики отдельных операций, объемы используемых ресурсов, и выполнение прогона имитационной модели в течение модельного времени с наблюдением и получением результатной статистики. Далее предполагается проведение статистического анализа полученных результатов, на основе которого делаются выводы и рекомендации по совершенствованию модели бизнес-процесса.

Типичными сценариями имитационного экспериментирования являются варианты задания в качестве входных переменных интенсивности создания рабочих объектов, а выходных – объемы требуемых ресурсов, или наоборот в качестве входных переменных задание объемов ресурсов, а в качестве выходных переменных – возможные значения интенсивности (таблица 1).

Таблица 1.

	Ресурсы заданы	Ресурсы варьируются
Интенсивность объектов задана	Какова степень загрузки ресурсов?	Каков должен быть объем ресурсов?
Интенсивность объектов варьируется	Какова может быть предельная интенсивность объектов?	Каков должен быть объем ресурсов для неординарных ситуаций?

Целями проведения имитационных экспериментов могут быть:

1. Сравнения средних и дисперсии различных альтернатив процессов при одинаковых исходных данных (один сценарий на несколько моделей).

2. Отыскание оптимальных значений переменных на некотором множестве возможных значений (несколько сценариев на одну модель).

3. Определение зависимостей между различными факторами процессов и последующим дисперсионным и регрессионным.