Имитационные модели, и их использование в теории управления

- Системная модель информационного обеспечения процесса управления строится, включает функциональную модель будущей системы, информационную модель, а также технические требования.

- Формирование системной модели является необходимым в силу того, что начальные этапы разработки также нуждаются в формализации. Описательных процедур недостаточно для эффективного структурирования управленческой информации, и в этом смысле системная модель является "опытным образцом" будущей информационной среды.

Этапы построения имитационных моделей:

1. Определение цели моделирования
2. Разработка концептуальной модели
3. Формализация модели
4. Программная реализация модели
5. планирование модельных экспериментов
6. Реализация плана эксперимента
7. Анализ и интерпретация результатов моделирования
8. Классификация имитационных моделей.

Вместе с тем, описание динамики системы или её поведения составляет основу любой имитационной модели. В качестве исходных предпосылок используются результаты, полученные на этапе разработки концептуальной модели¹.

Рисунок 1

К ним относятся¹:

• определение принадлежности моделируемой системы к одному из известных классов;
• описание рабочей нагрузки системы;
• выбор уровня детализации представления системы в модели и её декомпозиция

Этап формализации предполагает

• выбор метода представления динамики системы (на основе событий, процессов или транзактов);
• формальное описание случайных факторов, подлежащих учёту в модели;
• выбор механизма изменения и масштаба модельного времени.
• Событие представляет собой мгновенное изменение некоторого элемента системы.

Событие характеризуется

• условиями возникновения
• дисциплиной обслуживания данного события
• нулевой длительностью

События подразделяют на две категории:

• события следования
• события изменения состояний (например, проектирование пользовательского интерфейса)

Если нас интересует не только логика смены состояний моделируемой системы, но и временные параметры её работы, механизм событий служит основой  для представления в модели работ, процессов и транзактов.

Работа (активность) –  это единичное действие системы  по обработке (преобразованию) входных данных).

Каждая из работ характеризуется  временем выполнения и потребляемыми  ресурсами. С помощью моделей, описанных  выполнения и потребляемыми ресурсами.

С помощью моделей, описанных  переменных работ, могут решаться задачи по оценке  качества распределения ресурсов системы, её   производительности и надёжности.

Под процессом понимают логически связанный набор работ. Некоторые процессы могут рассматриваться, в свою очередь, как работы в процессе более высокого уровня. Любой процесс  характеризуется совокупностью статических и динамических характеристик.

Статические характеристики:

• длительность
• результат
• потребляемые ресурсы
• условия запуска (активизации)
• условия останова (прерывания)

Динамической характеристикой  процесса является его состояние (активен или находится в состоянии ожидания)

При описании моделируемой системы в терминах работ и  процессов используют два вида событий

1. События следования (временные параметры).
2. События изменения состояний (логика взаимодействия).

Ещё один способ имитационного  моделирования в управлении основан на использовании понятия транзакта.

Транзакт – это  некоторое сообщение (заявка на обслуживание), которое поступает на вход системы  и подлежит обработке. Каждый транзакт характеризуется соответствующим  алгоритмом обработки и необходимыми для его реализации ресурсами системы. Прохождение транзакта по системе можно рассматривать как последовательную активизацию процессов, реализующих его обработку («обслуживание заявки»)¹.

В заключении данного  раздела, необходимо сделать следующие выводы:

1. Управленческая деятельность  в настоящее время сопряжена  с определенным значительным  спектром рисков, которые могут  повлиять положительным или отрицательным  образом на деятельность организации; 

2.  Руководители организации  должны акцентировать особое внимание на управленческом прогнозировании через систему имитационного моделирования с целью прогнозирования результативности в контексте нейтрализации или минимизации возможных рисков.

3.  Для достижения  положительной динамики достижения  целей имитационного моделирования работа должна быть системной и постоянной.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РАЗДЕЛ III.  МЕХАНИЗМЫ ВНЕДРЕНИЯ ИМИТАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ В УПРАВЛЕНЧЕСКУЮ ПРАКТИКУ

Имитационное  моделирование является относительно новым и быстро развивающимся  методом исследования поведения систем управления организацией.

Этот метод  состоит в том, что с помощью  ЭВМ воспроизводится поведение  исследуемой системы управления, а исследователь, управляя ходом процесса имитации и обозревая получаемые результаты, делает вывод о ее свойствах и качестве поведения.

Вместе с  тем, необходимо понимать, что управленческие эксперименты внедряются в ЭВМ с  помощью математических моделей, которые  так или иначе описывают поведение  системы управления для того, чтобы  определить интересующие руководителя функциональные характеристики.

Появление имитационного  моделирования в управлении и превращение его в эффективное средство анализа сложных систем было, с одной стороны, обусловлено потребностями практики, а с другой стороны, обеспечено развитием метода статистических испытаний (метода Монте-Карло), открывшего возможность моделирования случайных факторов, которыми изобилуют реальные системы, а также развитием электронной вычислительной техники, являющейся базой для проведения статистических управленческих экспериментов.

Достаточно широкое применение метода имитации при исследовании поведения  системы управления обусловлено  следующими причинами:

• сложностью модели поведения системы;
• наличием множества случайных факторов, которые ограничивают эффективность применения традиционных аналитических методов исследования, а в ряде случаев вообще исключают возможность их применения, в результате чего имитационное моделирование оказывается единственным способом исследования;
• новыми возможностями, которые позволяют осуществлять: наблюдение за поведением системы в таких условиях, в которых натурный эксперимент просто невозможен (либо в силу чисто физических причин, либо в силу ограниченности временных и стоимостных ресурсов);
• проведение имитационных управленческих экспериментов в широком диапазоне изменения параметров системы и внешней среды, что позволяет получить полезную информацию в условиях информационной неопределенности, всегда сопутствующей начальным этапам решения системотехнических задач; прогнозирование поведения системы позволяет получать к тому же ответ в сжатом масштабе времени;
• детальное наблюдение за поведением имитируемой системы позволяет лучше понять содержание самой системы и разработать такие предложения по ее улучшению, которые были бы невозможны без имитации;
• имитационное моделирование позволяет дать представление о том, какие из параметров системы являются наиболее существенными;
• имитационное моделирование может быть использовано как педагогический прием для обучения студентов и инженеров основным навыкам теоретического анализа, статистического анализа и теории принятия решений¹.

Но, как и  у любого инструмента исследования, у метода имитации в управлении есть преимущества и недостатки.

К недостаткам  можно отнести:

• в ряде случаев имитационные модели оказываются достаточно сложными, что требует больших временных и стоимостных затрат на реализацию данного процесса;
• «имитационный мир», как и реальная действительность, оказывается трудно постижимым, ибо сложная имитационная модель приводит к такому числу разнообразных исходов, что в результате получаемую информацию не так легко интерпретировать;
• анализ результатов имитации основан только на использовании математической статистики, а, как известно, для получения статистической достоверности результатов, достаточной для обоснования выбора варианта управления, варианта построения системы и других, требуется многократное повторение имитационных управленческих экспериментов, что в ряде случаев требует больших временных затрат. Однако, несмотря на это, все равно остающиеся флюктуации результатов заставляют проявлять осторожность при подведении итогов управленческих имитационных управленческих экспериментов;
• имитационное моделирование процессов управления пока не располагает хорошо методически обоснованными принципами построения моделей для широкого класса систем управления, а поэтому каждый конкретный случай требует значительной специальной проработки.

Однако следует отметить, что, несмотря на отмеченные недостатки, метод имитационного моделирования в управленческом процессе как инструмент исследования систем управления вызывает большой научный интерес и в настоящее время интенсивно разрабатывается.

При имитационном моделировании  на ЭВМ можно выделить следующие  основные этапы исследования:

• формулировка проблемы;
• построение математической модели функционирования системы;
• составление и отладка программы для ЭВМ, включая и разработку процедур моделирования различных случайных факторов;
• планирование имитационных управленческих экспериментов;
• проведение управленческих экспериментов и обработка результатов исследования¹.

Рассмотрим более подробно содержание каждого из этапов.

- Формулировка проблемы. Она предполагает определение либо вопросов, на которые надо ответить, либо гипотез, которые надо проверить, либо воздействий, которые надо оценить, что в целом определяет цель имитации, в соответствии с которой должны быть определены и критерии, по которым оценивают результаты имитации.

- Построение математической модели. Она включает в себя определение входных, выходных, управляющих переменных и их взаимосвязи в общем алгоритме функционирования системы с целью оценки значений выбранных критериев.

В случае машинной имитации математическая модель часто представляется в виде алгоритмического описания моделируемого  процесса. Основой для этого является содержательное описание процесса функционирования системы. При построении модели необходимо учитывать два противоречивых фактора.

Усложнение модели, то есть включение в модель большого числа  переменных, что приводит к большим  временным затратам на составление, отладку модели, увеличивается и само время проведения имитационных управленческих экспериментов, а в некоторых случаях и возникают трудности с интерпретацией результатов.

В результате может быть утрачена ценность полученных результатов  в силу их большого времени запаздывания. Упрощение модели может привести к потере содержательности, модель становится неадекватной системе.

На этом этапе определяются, какие из переменных являются случайными, какие детерминированными. После  определения структуры модели производится оценка значений ее параметров, чему предшествует этап сбора необходимой исходной информации. Данный этап должен обязательно закончиться проверкой адекватности модели объекту. Общей методики проверки адекватности не существует.

Модель считается адекватной объекту исследования при наличии  утвердительных ответов на ряд вопросов:

- нет ли в модели несущественных переменных, которые не улучшают

способность предсказывать  поведение системы?

- все ли существенные входные и управляющие переменные включены в модель?

Составление машинной программы. Решаются следующие задачи:

- составление самой программы с использованием как универсальных алгоритмических языков, так и проблемно-ориентированных на решение задач имитации;

- разработка программных процедур имитации различных случайных факторов, имеющихся в системе;

- отладка программы.

Планирование управленческих экспериментов. Решаются следующие основные задачи:

- выбор способов ускорения сходимости статистических оценок интересующих нас критериев к истинным значениям;

- определение объема имитационных управленческих экспериментов;

- составление плана проведения управленческих экспериментов, что особенно важно при решении задач оптимизации на основе имитации. Решение вышеуказанных задач и составляет содержание этапа планирования управленческих экспериментов¹.