IV Этап: программная реализация модели. Сложность реальных экономических и социальных систем приводят к тому, что при создании имитационных моделей с использованием обычных языков программирования

Сложность реальных экономических и социальных систем приводят к тому, что при создании имитационных моделей с использованием обычных языков программирования высокого уровня сложность и объем моделирующих программ весьма велики. Для программной реализации имитационной модели сложной системы сред­ствами Visual Basic, Pascal. C++, Fortran и тому подобных языков про­граммирования требуется значительный период времени, продолжитель­ность которого иногда измеряется годами. Поэтому на начальном этапе своего развития, в 1970-1980-х гг., когда еще не существовало специа­лизированных инструментальных средств, имитационное моделирова­ние в основном применялось в научной деятельности, а попытки ис­пользовать этот вид моделирования в реальном управлении экономиче­скими и социальными системами носили эпизодический характер.

В середине 1970-х гг. стали появляться первые достаточно техноло­гичные инструментальные средства имитационного моделирования, например, система GPSS - General Purpose Simulation System. Современные модификации этой системы успешно применяются и в настоя­щее время. В период 1980-1990-х гг. в разных странах были разработа­ны более двадцати различных систем имитационного моделирования, наибольшую известность из которых получили системы GASP-IV, SIMULA-67, GPSS-V и SLAM-II. Появление этих систем способствова­ло расширению круга задач управления, успешно решаемых с исполь­зованием имитационных моделей.

Система GASP-IV содержала:

1. датчики псевдослу­чайных чисел,

2. язык программирования, похожий на Fortran,

3. набор ме­тодов событийного моделирования дискретных подсистем модели и моделирования непрерывных подсистем с помощью уравнений пере­менных состояния.

Средства моделирования системы SIMULA-67 были подобны имеющимся в GASP-IV, но предо­ставляемый пользователю язык структурного программирования был больше похож на Алгол-60.

Эффективность моделей, создаваемых с помощью систем GASP-IV и SIMULA-67, во многом зависела от ис­кусства разработчика модели - специалиста, имеющего высокую математическую подго­товку.

Система GPSS-V содержала средства формализован­ного описания параллельных дискретных процессов с помощью опера­торов собственного языка. Координация параллельных процессов осу­ществлялась автоматически в едином модельном времени. В GPSS-V имелись средства управления моделью и автоматической обработки ре­зультатов. Основными недостатками GPSS-V были, во-пер­вых, отсутствие возможности включать в модель непрерывные динами­ческие компоненты, даже используя внешние программные модули, на­писанные на PL/1, Fortran или языке Ассемблера, и, во-вторых, малое быстродействие моделей, обусловленное тем, что система была чисто интерпретирующей.

Наиболее развитой среди названных выше инструментальных средств имитационного моделирования была система SLAM-II позволяющая создавать сложные модели дискретно-непрерывных процессов. Мето­дология, заложенная в систему SLAM-II, с одной стороны, расширила область применения имитационного моделирования, но, с другой сторо­ны, эта система сложнее в освоении пользователем, по сравнению с GPSS.

В период с 1990-х гг. и по настоящее время создавались новые систе­мы имитационного моделирования различного назначения, например, Process Charter, Expend+BPR, ReThink, РДО, СИМПАС, Pilgrim, а также развивались и совершенствовались ранее созданные.

Система Process Charter ориентирована в основном на дискретное моделирование, хорошо приспособлена для решения задач распределе­ния ресурсов, имеет интеллектуальное средство построения блок-схем моделей - простой в использовании инструмент разработчика имитаци­онных моделей.

Пакет Expend+BPR создан как средство анализа бизнес-процессов и использовался в NASA. Это инструментальное средство поддержи­вает дискретное и непрерывное моделирование, отличается интуитив­но понятной средой построения моделей с помощью блоков, имеет множество встроенных блоков и функций для облегчения создания моделей, имеет гибкие встроенные средства анализа чувствительнос­ти, а также встроенный язык программирования для расширения функ­циональности.

Пакет ReThink обладает свойствами Expend+BPR и имеет хороший графический транслятор для создания моделей.

Описанные пакеты отличаются от более ранних средств имитаци­онного моделирования возможностью графического конструирования моделей.

Особый интерес представляют новые отечественные системы моде­лирования, созданные в конце прошлого столетия в России: РДО (РГТУ им. Н.Э. Баумана), СИМПАС (РГТУ им. Н.Э. Баумана), Pilgrim (МЭСИ).

Пакет РДО (РДО - Ресурсы-Действия-Операции) применяется при моделировании сложных технологий и производств, обладает развиты­ми средствами компьютерной графики.

Система СИМПАС (СИМПАС - Система-Моделирования-на-ПАСкале) в качестве основного инструментального средства использует язык программирования Паскаль. Система ориентирована на моделирование информационных процессов, компьютеров сложной архитектуры и ком­пьютерных сетей.

Система Pilgrim ориентирована на совместное моделирование мате­риальных, информационных и «денежных» процессов, она обладает широким спектром возможностей имитации временной, пространствен­ной и финансовой динамики моделируемых объектов, позволяет созда­вать дискретно-непрерывные модели. Достоинства системы: наличие интерфейса с базами данных; наличие развитой CASE-оболочки, поз­воляющей конструировать многоуровневые модели в режиме структур­ного системного анализа; возможность использования новых блоков, разрабатываемых при необходимости пользователем на языке C++; воз­можность компиляции модели, обеспечивающая высокое быстродейст­вие моделей.

Особое место среди средств моделирования занимают универсаль­ные математические компьютерные системы, например, MATLAB, Mathematica, Maple, Derive и Mathcad, предоставляющие разработчику мощные и разнообразные средства создания имитационных моделей систем самой разной природы. В этих системах наряду с мощнейшими встроенными функциями математического анализа различных объектов и визуализации результатов такого анализа имеются развитые специа­лизированные средства моделирования динамических систем. В част­ности, в системе MATLAB для моделирования динамических систем используется инструмент визуального моделирования Simulink. Совме­стно с пакетом Mathcad может быть использована среда визуального мо­делирования VisSim.

Среди наиболее известных систем рассматриваемого класса систе­ма Simulink явилась важным шагом к наглядному блочному моделиро­ванию. Библиотека компонентов Simulink состоит из наборов специа­лизированных блоков, относящихся к разным предметным областям. К недостаткам комплекса Simulink + MATLAB относится громоздкость и достаточно высокая стоимость.

Комплекс средств моделирования VisSim + Mathcad является более доступным по цене и обеспечивает столь же неограниченную функцио­нальность. Кроме того, математическое моделирование в среде систе­мы Mathcad значительно проще, чем в среде MATLAB.

Система моде­лирования динамических систем VisSim (название образовано от слов Visual Simulation - визуальное моделирование) предназначена для ре­шения задач моделирования, относящихся к следующим классам: ли­нейные системы, нелинейные системы, непрерывные во времени про­цессы, дискретные во времени процессы, гибридные системы, системы с изменяемыми во времени параметрами, многоцелевые и многокомпонентные системы. Сис­тема VisSim не имеет явной ориентации на какой-то класс моделирова­ния. Это универсальная система, допускающая достаточно простое рас­ширение и обеспечивающая легкую адаптацию под решение тех или иных конкретных задач пользователя. В то же время можно считать, что наиболее удобна данная система для решения задач в области автомати­ческого регулирования и управления, а также при моделировании раз­личных физических, экономических и прочих явлений и систем.

После выбора подходящих инструментальных средств следует решение задач

1. раз­работки программы,

2. ее отладки,

3. тестирования

4. оценки пригодности модели для достижения цели моделирования.