Имитационноемоделирование

ДевятковТимурВладимирович,к.т.нЗав.ЛабораториейимитационногомоделированияАкадемиинаукРеспубликиТатарстан.

Чтотакоемоделирование?

Иногдачеловекуприходитсярешатьзадачиотносительнодостаточнобольшихобъектов.Втакомслучаеонприбегаеткмоделированию.Например, глобускакмодельпланетыЗемля,упрощаетобъяснениенекоторыхгеографическихявлений,делаетихболеенагляднымиидоступнымидлявосприятия.Примеровмоделей,которыеиспользуетчеловеквсвоейжизни,немало.

Моделирование– этометодизученияобъектовприпомощисозданияиисследованияихмоделей.Такимобразом,базойдляпроцессамоделированияявляетсяименномодель,своегородауменьшеннаякопияизучаемогообъекта.Ноневсегдаречьидеттолькообуменьшениимасштаба.

Пользамоделирования

• Оноупрощаетизучениеобъекта.• Онопозволяетсосредоточитьсянаосновном(присозданиимоделимыможем

схематичноизобразитьобъект,выделивтолькоглавные,изучаемыемоменты).• Оноспособствуетнаучениюиизучению.• Результат,полученныйвходеизучениямодели,можетбытьперенесеннареально

существующийобъект(ноприсоблюдениивсехусловийсозданияэтоймодели).

Примерымоделирования

Примерымоделирования

Примерымоделирования

Примерымоделирования

Примерымоделирования

Примерымоделирования

Видымоделирования

Всилумногозначностипонятия«модель»внаукеитехникенесуществуетединойклассификациивидовмоделирования:классификациюможнопроводитьпохарактерумоделей,похарактерумоделируемыхобъектов,посферамприложениямоделирования(втехнике,физическихнауках,кибернетикеи т. д.).

• Информационноемоделирование• Компьютерноемоделирование• Математическоемоделирование• Математическоемоделирование

социально-историческихпроцессов• Математико-картографическое

моделирование• Молекулярноемоделирование• Цифровоемоделирование• Логическоемоделирование• Педагогическоемоделирование• Психологическоемоделирование• Статистическоемоделирование• Структурноемоделирование• Физическоемоделирование• Экономико-математическое

моделирование• Имитационноемоделирование• Эволюционноемоделирование• Графическоеигеометрическое

моделирование• Натурноемоделирование• Метамоделирование

Процессмоделирования

Процессмоделированиявключаеттриэлемента:• субъект(исследователь),• объектисследования,• модель,определяющую(отражающую)отношенияпознающегосубъектаи

познаваемогообъекта.

• Первыйэтаппостроениямоделипредполагаетсборнекоторыхзнанийобобъекте-оригинале.

• Навторомэтапемодельвыступаеткаксамостоятельныйобъектисследования.• Натретьемэтапеосуществляетсяпереносзнанийсмоделинаоригинал.• Четвёртыйэтап— практическаяпроверкаполучаемыхспомощьюмоделейзнаний.• Моделирование — циклическийпроцесс.

Имитационноемоделирование(ситуационноемоделирование)—метод,позволяющийстроитьмодели,описывающиепроцессытак,каконипроходилибывдействительности.Такуюмодельможно«проиграть» вовременикакдляодногоиспытания,такизаданногоихмножества.

Имитационноемоделирование— этометодисследования,прикоторомизучаемаясистемазаменяетсямоделью,сдостаточнойточностьюописывающейреальнуюсистему,скоторойпроводятсяэкспериментысцельюполученияинформацииобэтойсистеме.Экспериментированиесмодельюназываютимитацией(имитация—этопостижениесутиявления,неприбегаякэкспериментамнареальномобъекте).

Кимитационномумоделированиюприбегают,когда:• дорогоилиневозможноэкспериментироватьнареальномобъекте;• невозможнопостроитьаналитическуюмодель:всистемеестьвремя,причинные

связи,последствие,нелинейности,стохастические(случайные)переменные;• необходимосымитироватьповедениесистемывовремени.Цельимитационногомоделированиясостоитввоспроизведенииповеденияисследуемойсистемынаосноверезультатованализанаиболеесущественныхвзаимосвязеймеждуеёэлементамиилидругимисловами — разработкесимулятора(simulation) исследуемойпредметнойобластидляпроведенияразличныхэкспериментов.

Практическоеиспользованиеимитационныхисследований

Системы сервиса и обслуживания

Операционное моделирование

Логистика поставок

Информационные системы и системы связи

Промышленные предприятия

Транспортные системы

Инфраструктурные проекты

Видыимитационногомоделирования

Триподходаимитационногомоделирования

Видыимитационногомоделирования

Подходыимитационногомоделированиянашкалеабстракции

Видыимитационногомоделирования

Агентное моделирование — относительноновое(1990-е-2000-егг.)направлениевимитационноммоделировании,котороеиспользуетсядляисследованиядецентрализованныхсистем,динамикафункционированиякоторыхопределяетсянеглобальнымиправиламиизаконами(каквдругихпарадигмахмоделирования),анаоборот,когдаэтиглобальныеправилаизаконыявляютсярезультатоминдивидуальнойактивностичленовгруппы.Цельагентных моделей — получитьпредставлениеобэтихглобальныхправилах,общемповедениисистемы,исходяизпредположенийобиндивидуальном,частномповеденииеёотдельныхактивныхобъектовивзаимодействииэтихобъектоввсистеме.Агент— некаясущность,обладающаяактивностью,автономнымповедением,можетприниматьрешениявсоответствииснекоторымнаборомправил,взаимодействоватьсокружением,атакжесамостоятельноизменяться.

Видыимитационногомоделирования

Дискретно-событийноемоделирование— подходкмоделированию,предлагающийабстрагироватьсяотнепрерывнойприродысобытийирассматриватьтолькоосновныесобытиямоделируемойсистемы,такие,как:«ожидание»,«обработказаказа»,«движениесгрузом»,«разгрузка»идругие.Дискретно-событийноемоделированиенаиболееразвитоиимеетогромнуюсферуприложений — отлогистикиисистеммассовогообслуживаниядотранспортныхипроизводственныхсистем.Этотвидмоделированиянаиболееподходитдлямоделированияпроизводственныхпроцессов.ОснованДжеффриГордономв1960-хгодах.

Видыимитационногомоделирования

Системнаядинамика—парадигмамоделирования,гдедляисследуемойсистемыстроятсяграфическиедиаграммыпричинныхсвязейиглобальныхвлиянийоднихпараметровнадругиевовремени,азатемсозданнаянаосновеэтихдиаграмммодельимитируетсянакомпьютере.Посути,такойвидмоделированияболеевсехдругихпарадигмпомогаетпонятьсутьпроисходящеговыявленияпричинно-следственныхсвязеймеждуобъектамииявлениями.Спомощьюсистемнойдинамикистроятмоделибизнес-процессов,развитиягорода,моделипроизводства,динамикипопуляции,экологиииразвитияэпидемии.МетодоснованДжеемФоррестером в1950годах.

АнализсистемИМ,эксплуатируемыхвмире

№ Наименование Разработчик1 ExtendSim

Текущая версия 8.0.1ImagineThat,Inc.6830ViaDelOro,Suite.230SanJose, CA95119USAwww.imaginethatinc.com

2 AutomodТекущая версия – 12.0

AppliedMaterials5245YeagerRoadSaltLakeCityUT84116-2877USAwww.appliedmaterials.com/services-software/library/applied-automod

3 ProModel Текущая версия –6.1

ProModel Corporation 2835CarpenterRoadAnnArbor,Michigan48108www.promodel.com

4 ArenaТекущая версия - 13.5

ROCKWELLAUTOMATION(Pittsburghlocation)2100CorporateDrive,Suite550Wexford, PA15090 www.arenasimulation.com

5 GPSS/H, ProofAnimation2D,3D

Wolverine SoftwareCorporation3131MountVernonAvenueAlexandria,VAwww.wolverinesoftware.com

6 SLX 2.07 GPSS World

Текущая версия – 5.2.2MinutemanSoftwareCor/P.OBox131HollySpringsNC 27540-0131USAwww.minutemansoftware.com

8 SIMSCRIPTIII CACIProductsCompany1455 FrazeeRoadSuite700SanDiego,CA92108www.caciasl.com9 SIMPROCESS

10 СИМУЛА-67 Simula ResearchLaboratory'sP.O.Box 134,1325Lysaker,Norwayhttp://simula.no

11 Платформа ARIS IDSScheerAG,SoftwareAG www.softwareag.com/ru

12 SIMIO Simio LLC504BeaverStreetSewickley,PA15143www.simio.com

13 SIMUL8,SIMUL8-Planner

Visual8Corporation 55APortStreetEastMississauga,ON,L5G4P3www.visual8.com/simul8.html

Основныезарубежныеязыкиимитационногомоделирования

№ Наименование Данные о разработчике1 Имитационные программные комплексы для

организации ситуационных центровДепартамент систем ИМ IBS, г. Москва

2 Профессиональный инструмент моделирования Компания AnyLogic, г. Санкт-Петербург 3 Комплексы имитационных моделей для

тренажеровГруппа компаний Транзас, г. Санкт-Петербург,

4 Имитационно-аналитические модели сил и средств вооруженной борьбы

ВНИИНС г. Москва

5 Система распределенного ИММера КТИ ВТ СО РАН, Новосибирск 6 Системы автоматизации имитационных

исследований расширяющих возможности GPSSWorld

Элина-Компьютер,Казань

7 Общецелевые системы ИМ Object GPSS и FutureGPSS

г. Северодонецк, Украина, (автор -Королев А.Г.)

8 Операционное моделирование и комплексымоделей управления воздушным пространством

ГосНИИ АС,Москва

9 Моделирующая системаActor Pilgrim МФПА, Москва 10 Среда моделированияRand Model Designer СпбТУ, Санкт-Петербург11 Разработка мультиагентных систем УрФУ, Екатеринбург

Языкиимитационногомоделирования,созданныевРоссииистранахСНГ

Примерыимитационныхмоделей

Примерыимитационныхмоделей

Примерыимитационныхмоделей

Примерыимитационныхмоделей