Базовые принципы и понятия имитационного моделирования

Базовые принципы и понятия имитационного моделирования
Как перед специалистами ставится задача предсказания поведения окружающего мира в тех или иных ситуациях. Для решения этой задачи можно применятьт наблюдение, вычленение базовых особенностей обратный звязей окружающего мира. При создании сложных объектов стоит проблема предсказания особенностей их работы в будущем. При этом необходимоиметь средства наблюдения, отслеживания течения внутренних процессов, применения моделирования с целью замедления или ускорения работы объекта.
Под моделью будем понимать объект (реальный или умозрительный) имитирующий реально существующий или разрабатываемы объект, обладающий особенностями и характеристиками реального объекта, в достаточной мере для предсказания его поведения и проведения экспериментов. При этом можно опитывать работу объекта с применением математических средств, алгоритмизации и программирования, рассуждений. Однако математическое представление изучаемого объекта является более конкретизированным, позволяет моделировать объект в движении. Такой подход позволяет своевременного предсказать деятельность изучаемого объекта при определенном стечении обстоятельств.
При применении анализа осуществляют изучение особенностей функционирования реального объекта (предприятия, орагнизации, устройства и т.д.) для определения например потенциальных возможностей, возможностей объединения усилий, возможные размеры дохода, качество использования средств производства и т.д. При этом учаются например загруженность сотрудников предприятия, денежные отчисления и т.д.
При применении синтеза, как правило объект еще не создан. В процессе моделирования этот объект проктируется, после чего предсказывается его структурная составляющия, элементная база, особенности взаимосвязанной работы элементов и т.д. Для приведенных примеров в качестве вводимых параметров могут использоваться площади производственных помещений, количество работников, объемы материального обеспечения, возможности оборудования и т.д. В результате синтеза решается проблема выбора структуры и ее особенностей, для достижения определенного уровня и качества функционирования разрабатываемого объекта, а также прилагаемые к нему требования.
Анализ и синтез различаются тем, что в одном случае (при анализе) в качестве вводимых данных применяются параметры и структура, при этом вычисляются особенности функционирования; в другом случае (при синтезе) наоборот.
Как правило и при анализе осуществляется математическое моделирование, ввиду дороговизны или достаточной сложности изучения реального объекта и проведения над ним экспериментов. Кроме того эксперименты с реальными объектами могут быть достаточно опасными (ядерной энергетии, тиктатинечкое оружие, клипатическое оружие, экономика регионов и т.д.).
Математическое моделирование может сочетать с математическим описанием.
Под математическим описанием будем понимать имитацию взаимного влияния структурных частей исследуемого объекта с применением математических средств, таблиц, алгоритмов.
При можелировании уже используется математическое описание.
При этом математическое опесание может содержать совокупность математических выражений, характиризующие особенности и настройки системы. Модель же в свою очередь упорядочивает эти выражения, обособляя выходные и входные параметры, зависимости между внутренними составляющиеми, функциональное назначение элеметоов объекта и объекта в целом.
Объект можно описать с применением различных моделей, акцентирующихся на тех или иных особенностях и назчениях реального обеъкта.
Математика рассматривает разрабатываемые модели как уравнения, решение которых необходимо осуществить. При этом может реализовываться решение как прямых, так и обратных задач.
Прямая задача по получаемых входным переменным должна предсказать значения выходных. Обратная задача в свою очередь, должна в своем решении предсказать значения входных переменных, для получения определенных выходных переменных.
Бывает так, что для решения обратной задачи необходимо последовательное решение нескольких прямых задач, с последующим определением наиболее оптимальных решений, соотвествующих определенному результату. То есть в качестве базовой задачи применяется прямая задача, прменяема при анализе систем и являет собой моделирование.
Обратная же задач является прероготивой синтеза. В практики встречаются случаи невозможности аналитического решения обратной задачи, в тех случаях когда исследуемый объект невозможно представить в виде математической формулы. Причиной этому может быть то, что исходные уравнения можно представить виде обратной функции. При этом можно использовать исскуственное упрощение исходного выражения, учитывая реальное соотношение исходных параметров, как следствие в этом случае синтез может давать неточное решение. Это решение можно уточнять с использованием исходного выражения (используя анализ), что позволяет учесть особенности которые игнорировались при синтезе.
Как правило на практике после удачной реализации решения задачи синтеза, приходится осуществлять решение задачи анализа результирующих данных.
При создании моделей наблюдаются достаточные различаия в подходах к моделированию организационных (предприятия, государственные организация, министерства, конференции, митинги, турниры и т.д.) и технических объектов (оборудование, автомобли, средства производства), так как в модель техничеких оъектов включаются та или иначе известные физические потулаты.
Организационные объеты имеют в своем составе структурные составляющие, протекающие внутри информационные, экономические потоки. Организации как правило используют человеческие, информационные, интелетуальные, денежные ресурсы. При этом организационные объекты ощущают внешние воздействия и сами воздействуют на среду обитания. Внешняя среда может мешать протеканию внутренних процессов и поток, мешать реализации функций организационного объекта.
В свою очередь организационные объекты осущесвляют воздействие друг на друга, являя в своей совокупности организационные системы.
В основе организационных объекто лежат преимущественно причинно-следственные зависимости, логические законы и т.д.
Рассмотрим пример организации производящей резиновые изделия. После осуществления производств резиновых изделий, они распространяются по объектам розничных продаж, наиболее оптимальной доступности. При моделировании функционирования предприятия по производству резиновых изделий можте быть необходимо осуществить нализ реализации производымых резиновых изделий, качественного их прозводства, исключения порчи продукции и позвможного падения их эксплуатационных качеств,а также выхода из строя, оптимального хранения, оптимизации доставки и использования средств достави до мест реализации, периодичности поставок и т.д. В процессе разработки модели предприятия по производству резиновых изделий возможно решение задач анализа (изучение производственных процессов), задач синтеза (поиск средств осуществения процессов: средства доставки, заработная плата сотрудникам и др.). При этом для каждой из задач необходимо разработать модель.
Алгорим производства и реализации резиновых изделий можно представить в следующем виде: произодство, складирование и обеспечение сохранности эсплуатационных качеств резиновых изделий, доставка в места роизничной торголвки, реализация резиновых изделий, получение положительного дохода.
При этом на этапе производства осуществляется производство резиновых изделий посредством переработки поставляемого сырья, последовательно в ряде производственных помещений с использованием технологических алгоритмов производства.
В процессе производства необходимо анализировать следующие входные данные: поставки сырья, качество работы оборудования на различных этапах производства, работа сотрудниов предприятия по производству резиновых изделий, накопление готовых резиновых изделий в производственных помещениях.
Каждому этапу соотвествуют регламинитированные технологические операции. Производство резиновых изделий занимает установленное время , , вовлеченных в производство сотрудников, объемы сырья, использование электронного оборудования на этапе непосредственного производства и проверки качества.
После производства пере поставками резиновых изделий в места реализации может потребоватья некоторое время хранить их на складе, например для достижения определенного объема выработанной продуции ли до востребования от точек распространения. При этом может быть необходимо контроль операций перемещения резиновых изделий в сместа производства и проверки качества на склад, оптимальное расположение на складе в соотвествии с соблюдением необходимых условий хранения (во избижании порчи готовой продукции), отслежинвие времени присутсвтвия резиновых изделий на складе. С целью решения перечисленных задач задействуются транспортные средства, сотрудники организации, склады и т.д. На перечесиленные процессы могут накладываться ограничения ввиду габаритов производимых резиновых изделий, использованием средств приозводитсва и хранения, особенностей хранения сырья и готовой продукции. Некоторые виды изделий необходимо хранить в особых условиях, разделяя их по средам хранения во избежании взаимного влияния.
Реализация изделий ведется через точки распространения города: сетевые магазины, гипермаркеты, объекты специализированных продаж, ларьки, автоматы. Производство и поставки могут быть разнесены по времени в течении дня или другого срока. Для решении этих задач использются транспорт, сотрудники предприятия или точек распространения продукции. Доставка согласуется с конкретными точками распространения и осуществляется в регламентированной последовательности, с предварительным определением маршрутов транспортировки изделий, с целью минимизации затрачиваемого времени, горючего и средств доставки.
Реализация резиновых изделий осуществляется в заранее регламентированное время суток, при этом интенсивность и объемы продаж зависят от времени суток. Изделия лежат на складах точек продаж или в местах непосредственной реализации в течении некоторого промежутка времени.
Уровень прибыли зависит от интенсивности реализации изделий и требует для расчетов учет некоторого количества параметров. Неотороые факторы имеють вариативные особенности, такие как продолжительноть рабочего дня сотрудников, продолжительность функционирования средств производства, количество изделий на складе, возможности поломки средств производства и стоимость их ремонта, временных характеристики пермещения изделий из производственных помещений на склад и в последующем в точки реализации, маршруть доставки по точкам реализаций, налоги, оклады сотрудников и т.д.
С целью повышения качества планирования необходима возможность проведения анализа каждого процесса, а также взаимсвязей эти процессов. При этом может быть необходимо проводить анализ дохода предприятия, особенности цикличности производств, оптимальность использования обородования и сырья для производства единицы изделия, износ и амортизация средств производства и т.д.
Оганизационные системы можно проективровать с использованием аналогии с проектированием технических систем.
Это может быть удобно, по стольу по скольку технические системы имеют достаточно совершенную базу, для изучения автоматического управления, состоящий из методов проектирования, общесистемных принципов, методологической основы. Разработана достаточно база для проектирования систем с учетом их природы и особенностей.
При проектировании организационных систем, по аналогии с техническими система определяется структура; параметры; переменные состояний, влияющие на выходные перемене; внешние воздействия. Анализирую внешние воздействия систезируют управляющие воздействия. Также как и для технических систем применяют решения задач анализа и синтеза.
Под анализом будем понимать определение изменений переменных состояния и выходных переменных при определенных управляющих воздействиях.
Под синтезом будем понимать конретизацию управляющих воздействий, приводящих к заплонированным значениям перменных состояния.
В результате проектирования осуществляется синтез, однако он связан как правило с применение математики и решением системы уравнений.
В некоторых случаях синтез можно выполнить аналитически.
Как правило анализ в свою очередь имеет более простое математичесое обоснование и решение.
При проектировании сложных систем, математичесое описание стараются упростить, в результате получая приблеженный синтез. Поэтому с использованием синтез необходимо проверить корректность сингтеза. При анализе изменяют моделируемую систему, с целью уточнения управляющего воздействия и синтезированных параметров.
Помимо изложено применения анализа, возожного его обособленное использование, при изучении поведения реализованных систем с использованием вариативных параметров и внешних воздействий.
Можно заключить, что анализ моежт являться видом исследования и является обязательным спутником синтеза на конечном этапе.

Рекомендуемая литература:
1. Бронов, С.А. Исследование операций: учеб. Пособие / С.А. Бронов; ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»; Анучно-учебная лаборатория систем автоматизрованного проектирования. – Красноярск: СФУ, 2010. - 57 с.




Автор: к.п.н., Магистр психологии Румянцев Сергей Александрович

← Назад в раздел