Загальні поняття імітаційного моделювання у середовищі AnyLogic
AnyLogicТМ – це середовище імітаційного моделювання, підґрунтям якого є дослідження в теорії моделювання і новітні інформаційні технології. Мова моделювання AnyLogicТМ є ефективною при моделюванні великих систем підвищеного рівня складності. Основними програмними модулями моделі AnyLogicТМ є активні об’єкти, з допомогою яких можливо моделювати будь-які об’єкти реального миру. Імітаційне моделювання це розробка й виконання на комп’ютері програмної системи, яка відбиває поведінку і структуру об’єкта, що моделюється. Комп’ютерний експеримент з моделлю полягає в виконанні програми з різними значеннями параметрів (вхідних даних) й аналізі отриманих результатів. Модель – це спрощений аналог реального об’єкту або явища, який відбиває закони поведінки складових частин об’єкту і зв’язки між ними. В практичної й науковій діяльності моделювання є одним з визначних елементів наукового дослідження. Ціллю моделювання є вирішення певної проблеми реального життя, яку неможливо або дорого вирішувати за допомогою експерименту з реальним об’єктом. Сьогодні моделювання стає єдиним можливим засобом знаходження оптимального або припустимого вирішення проблем в складних системах, засобом підтримки прийняття відповідальних рішень у практичному житті. Для розробки адекватної моделі – моделі, яка в потрібній мірі відбиває об’єкт застосовуються рівні абстракції, які відповідають необхідним властивостям об’єкту у даній моделі. Використовуються такі рівні абстракцій: § низький рівень абстракції, – характеризується великою кількістю деталей, мікрорівнем; призначений для вирішення задач операційного рівня. Використовується для моделювання окремих об’єктів, індивідуальної поведінки об’єктів, фізичних зв’язків між окремими об’єктами, які мають малі розміри, знаходяться на малих відстанях друг від друга, переміщуються з невеликими швидкостями тощо. До таких систем можливо віднести мікромоделі транспортних систем, виробництво тощо; § середній рівень абстракції, – характеризується середньою кількістю деталей, мезорівнем; призначений для вирішення задач тактичного рівня. Використовується для моделювання енергетичних систем, роботи сервісних центрів тощо; високий рівень абстракції, – характеризується мінімальною кількістю деталей, макрорівнем; призначений для вирішення задач стратегічного рівня. Використовується для моделювання складних агрегатів, причинних залежностей, тенденцій, впливу зворотних зв’язків. На цьому рівні можуть розв’язуватися задачі керування проектами, транспортних макромоделей, мереж зв’язку тощо. Моделі можливо класифікувати за різними ознаками: статичні й динамічні, безперервні й дискретні, детерміновані й стохастичні, аналітичні й імітаційні тощо. Статичні моделі моделюють характеристики й моделі, які є незмінними в часі. Статичні моделі описують системи з усталеними процесами, рівняннями балансового типу, з граничними стаціонарними характеристиками. Динамічні моделі описують процеси в яких зміна параметрів впродовж функціонування моделі є суттєвими. Моделювання динамічних систем складається з моделювання правил переходу системи з одного стану в інший. При цьому, під станом системи розуміють набір значень її суттєвих параметрів і змінних, а зміна станів системи є зміною цих параметрів відповідно законів, які визначають зв’язки між змінними й їх взаємні залежності. Середовище імітаційного моделювання AnyLogic дозволяє розробляти й аналізувати статичні й динамічні моделі. В AnyLogic є засоби для аналітичного задавання рівнянь, які описують зміну станів протягом часу, надає можливість обліку модельного часу й його просування. Також є мова для відбиття логіки роботи процесу й опису прогресу в системі під впливом будь-яких подій. Безперервні моделі моделюють процеси функціонування яких відбувається безперервно протягом певного часу. До таких систем можливо віднести моделі, які описують рух в реальних координатах, моделі хімічного виробництва тощо. Безперервні моделі використовуються на різних рівнях абстракції. Крім реальних процесів руху, безперервні моделі використовуються в моделях системної динаміки, в яких опис відбувається за допомогою взаємозалежних безперервних змінних, що описують кількість, інтенсивність зміни цих кількостей й їх взаємний вплив. Співвідносини таких змінних описуються за допомогою диференційних рівнянь. На більш високому рівні абстракції для певних систем можливо вважати, що зміни в них відбуваються миттєво, в дискретні моменти часу. Таки моделі називаються дискретними моделями. В багатьох випадках в реальних системах присутні обидві типи процесів і якщо вони є суттєвими, то при побудуванні моделі необхідно враховувати ці особливості функціонування. Такі моделі називаються гібридними моделями. Середовище імітаційного моделювання AnyLogic дозволяє розробляти безперервні, дискретні й гібридні моделі фактично на будь-якому рівні абстракції. Детерміновані моделі використовуються, якщо час зміни параметрів моделі точно відомий і не змінюється протягом експерименту. Стохастичні моделі враховуютьймовірний характерпараметрів модельованих об’єктів. Аналіз таких моделей відбувається в результаті обробки статистичних даних при багаторазовому повторенні експерименту для різних значень вхідних ймовірних величин. AnyLogic вміщує: засоби для генерування ймовірних величин і статистичної обробки результатів комп’ютерних експериментів, засоби автоматичного накопичення реалізацій і визначення характеристик статистичних об’єктів, генератори випадкових чисел для різних розподілів ймовірностей, Використання абстракцій для моделювання фізичних об’єктів передбачає використання певних математичних апаратів. Якщо опис моделі можливо виконати в формі алгебраїчних, інтегральних або диференційних рівнянь і отримати рішення аналітично, то такі моделі називаються аналітичними моделями. Однак моделювання для більшості реальних систем не може бути виконано аналітичними методами, тому що ці системи є нелінійними й математичні співвідносини доповнюються логіко-семантичними операціями, для котрих аналітичного розв’язання не існує. Тому моделювання таких систем виконується методами імітаційного моделювання в котрій підсистеми й зв’язки між ними представлено структурною моделлю, а процес функціонування – в вигляді правил і рівнянь, котрі описують роботу системи і імітуються на комп’ютері. Імітаційне моделювання складається з двох досить великих етапів: · розробка моделі; · аналіз результатів для прийняття рішення. Кожен з цих етапів потребує великої роботи для створення адекватної моделі. Загалом всю роботу по створенню адекватної моделі можливо описати, як показано в табл. 1.5.
Таблиця 1.5 – Етапи комп’ютерного імітаційного моделювання
|
