ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В ПРОГНОЗИРОВАНИИ

СУЩНОСТЬ МОДЕЛИРОВАНИЯ

Одним из видов компьютерного моделирования является имитационное моделирование. В частности, оно может использоваться для оптимизации моделей путем нахождения лучшего решения проблемы или задачи из нескольких возможных вариантов. Эксперту важно представить характер изучаемого процесса, степень его «управляемости», характер предельных возможностей (множеств достижимости), т.е. организовать многократно повторенный машинный эксперимент с моделью. Для этой цели и были созданы модели, имитирующие реальность, изучаемый процесс.

Эксперт с помощью серии специально организованных вариантных расчетов на ЭВМ получает те знания, без которых выбрать альтернативный вариант стратегии он не может. Эти возможности ЭВМ были сразу оценены специалистами, и появились термины «имитационная модель» и «имитационная моделирование». Указывая, что данная модель имитационная, мы обычно подчеркиваем, что в отличие от других типов абстрактных моделей в этой модели сохранены и легко узнаваемы такие черты моделируемого объекта, как структура, связи между компонентами, способ передачи информации. Второй определяющей чертой термина является требование повторяемости, ибо один отдельно взятый эксперимент ничего не значит. Имитационный объект имеет вероятностный характер функционирования.

Объектом имитационного моделирования служит какая-либо модель. Модель — это важный инструмент решения управленческих задач, разработки прогнозов и принятия управленческих решений. По нашему мнению, модель — это упрощенное представление объекта, используемое для прогнозирования возможных состояний объекта в будущем и (или) путей их достижения. Любая модель представляет собой способ преобразования входной информации в выходную, является «карикатурой» на моделируемый объект и отражает лишь существенные с точки зрения разработчика модели свойства.

Выделение какой-либо системы в качестве объекта моделирования требует наличия: 1) некоторого объекта-оригинала, состоящего из множества элементов; 2) наблюдателя-исследователя; задачи, определяющей для наблюдателя границы рассмотрения объекта моделирования, выделения его существенных свойств. В процессе МОделирования важен вопрос о соотношении модели и объекта-оригинала. Теория, изучающая условия, при которых достигается взаимное соответствие между моделью и исследуемым объектом, называется теорией подобия. Подобие явлений означает, что данные о протекании процессов, полученные при изучении одного явления, можно распространить на все явления, подобные данному. Два объекта подобны, если характеризующие их величины аналогичны в сходных точках пространства в сходные моменты времени. Подобие объектов позволяет использовать имитационный аппарат при построении моделей этих объектов. Рассмотрим схему процесса создания и использования модели, т.е. моделирования (рис. 7.1). На ней сам процесс представлен стрелками, а информация, используемая на тех или иных этапах моделирования или действия на них,— выносками.

Рис. 7.1. Общая схема процесса моделирования

Имитационное моделирование — это процесс исследования, при котором изучаемая система заменяется моделью, с достаточной точностью описывающей реальную систему, и с ней 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). Такую модель можно «проиграть» во времени как для одного испытания, так и заданного их множества. При этом результаты будут определяться случайным характером процессов. По этим данным можно получить достаточно устойчивую статистику.

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 математическая модель заменяется имитатором, или имитационной моделью. Имитационная модель — это логико-математическое описание объекта, которое может быть использовано для экспериментирования на компьютере в целях проектирования, анализа и оценки функционирования объекта. К имитационному моделированию прибегают, когда: 1) затратно или невозможно экспериментировать на реальном объекте; 2) невозможно построить аналитическую модель; 3) 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, в разработке симулятора (simulation modeling) исследуемой предметной области для проведения различных экспериментов.

Имитационное моделирование позволяет имитировать поведение системы во времени. Причем 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 затратны, невозможны или опасны. Имитация как метод решения нетривиальных задач получила начальное развитие в связи с созданием ЭВМ в 1950—1960-х гг. Областями применения имитационных моделей являются бизнес-процессы, боевые действия, динамика населения, дорожное движение, ИТ-инфра-структура, логистика, рынок и конкуренция, сервисные центры и др.

Таким образом, моделирование является циклическим процессом. Это означает, что, завершив один цикл построения модели, можно (а иногда и необходимо) проделать второй, затем третий и т.д. При этом знания об исследуемом объекте будут расширяться и уточняться, а модель объекта постепенно совершенствоваться.