Характеристика современных инструментов для имитационного моделирования при исследовании механизмов управления социально-экономическими процессами и системами

УДК 338.27

Назаров Александр Алексеевич

старший преподаватель кафедры бухгалтерского учета и электронного бизнеса Чувашского государственного университета имени И.Н. Ульянова

ХАРАКТЕРИСТИКА СОВРЕМЕННЫХ ИНСТРУМЕНТОВ ДЛЯ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРИ ИССЛЕДОВАНИИ МЕХАНИЗМОВ УПРАВЛЕНИЯ СОЦИАЛЬНО-ЭКОНОМИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ И СИСТЕМАМИ [1]

Nazarov Alexander Alekseyevich

Senior Lecturer, Accounting and E-business Department, Chuvash State University

DESCRIPTION OF MODERN TOOLS OF SIMULATION MODELING WHEN STUDYING THE MECHANISMS OF SOCIO-ECONOMIC SYSTEMS AND PROCESSES MANAGEMENT [1]

Аннотация:

В статье представлен обзор прикладного программного обеспечения и интегрированных систем программирования, призванных существенно облегчить моделирование социально-экономических систем, проведение экспериментов и выведение результатов в виде как таблиц, так и визуальных интерпретаций.

Ключевые слова:

имитационное моделирование, системная динамика, агент-ориентированное моделирование, дискретно-событийное моделирование, управление социально-экономическими системами, программное обеспечение для имитационного моделирования, вычислимые модели, прогнозирование.

Summary:

The article presents an overview of applied software and integrated software engineering systems designed to simplify considerably the process of modeling of socio-economic systems, experimentation and display of the results in both tabular form and visual interpretation one.

Keywords:

simulation modeling, system dynamics, agent-based modeling, discrete event simulation, management of social and economic systems, simulation software, computable model, prediction.

Благодаря интенсивному и широкому развитию информационных технологий, связанных с развитием высокопроизводительных компьютерных систем, стало намного проще решать задачи, требующие огромных временных и финансовых ресурсов. Особенно это касается сфер, в которых натурные эксперименты невозможны в силу нарушения фундаментальных принципов проведения научных экспериментов (с точки зрения воспроизведения всех условий среды). Также следует отметить, что аналитическое решение математических моделей и само их построение, включающее обратные связи, нелинейность, недостаток числа уравнений в системе для получения однозначного решения и даже рекурсивность формул в рамках одной системы, делают этот процесс непригодным для выработки адекватных выводов по реальным микро- и макроэкономическим системам [2].

Тем не менее в подобных ситуациях не требуются фундаментальные выводы по всему классу изучаемых моделей. Достаточно и конкретного численного эксперимента, чтобы судить о возможности или невозможности практической реализации идеи либо об оптимальности или неоптимальности функционирования существующей системы, а также предположений и определенных направлений для повышения эффективности системы в рамках ограничений в ресурсах. Такие численное решение и визуальное представление результатов могут дать модели, формируемые по принципам и методам имитационного моделирования [3].

В данной статье представлен обзор прикладного программного обеспечения и интегрированных систем программирования, призванных существенно облегчить построение модели, проведение экспериментов и выведение результатов как в табличном виде, так и в виде визуальных моделей. Условно программное обеспечение для имитационного моделирования социально-экономических систем можно разбить на следующие четыре группы.

1. К первой относятся интегрированные программные среды и отдельные универсальные языки программирования высокого уровня (Pascal, Basic, C, C++ и др.). В этом случае строится алгоритмическая модель решаемой задачи, описывается либо в качественном виде, либо в виде блок-схемы, далее алгоритм кодируется при помощи стандартного синтаксиса выбранного языка программирования.

2. Ко второй группе относится программное обеспечение с применением специализированных языков моделирования (GPSS, SIMULA, SIMSCRIPT, CSL, SOL, GASP, SLAM и др.), написанных на универсальных языках. В данных программных инструментах для имитационного моделирования реализованы способы взаимодействия и динамика системы через отношения составных элементов во времени и пространстве. Данная группа языков требует от пользователя знаний и подготовки в области имитационного моделирования, чтобы описать механизмы организации модели в терминах выбранного языка. Программное обеспечение имеет обширный круг практического приложения, само программное обеспечение компактно и нетребовательно к вычислительным ресурсам ЭВМ.

3. К третьей группе относятся специализированные программные среды с включением всего цикла создания имитационной модели от разработки визуальной схемы функционирования до визуального вывода процесса и результатов моделирования (Arena, AnyLo gic, GPSS World, VisSim). При этом программная среда менее требовательна к знаниям пользователя в области программирования и управление имитационной моделью осуществляется через специальные формы. В таких средах реализован удобный интерфейс ввода управляющих параметров для проведения экспериментов и получения оптимального значения целевых критериев.

4. К четвертой группе программного обеспечения относятся стандартные специализированные математические среды с включением пакета имитационного моделирования (пакет Simulink системы Matlab, Mathcad, Mathematica, SPSS, Statistica). В данном программном обеспечении инструмент имитационного моделирования рассматривается как отдельная надстройка и поставляется в виде инсталляционного пакета как расширение стандартных функций. Как и стандартные математические пакеты, подобная надстройка предоставляет возможность ввода, вывода и расчета функций, построения графиков и др.

В таблице 1 рассмотрены основные существующие на данный момент интегрированные программные системы для имитационного моделирования AnyLogic, Arena, Simulink.

Таблица 1 - Сравнение программного обеспечения для разработки имитационных моделей

Характеристика Система

АпуЬодю 7.3 81ти!1пк 9.1 Arena 15.0

Продукт Инструмент имитационного моделирования, который поддерживает все подходы к созданию имитационных моделей: дискретно-событийный, системно-динамический и агентный. Гибкость и мощность языка моделирования АпуЬодю позволяют учесть каждый аспект моделируемой системы с любым уровнем детализации. Графический интерфейс AnyLogic, инструменты и библиотеки дают возможность быстро реализовывать модели для широкого спектра задач от моделирования производства, логистики, бизнес-процессов до стратегических моделей развития компании и рынков [4] Графическая среда имитационного моделирования, позволяющая при помощи блок-диаграмм в виде направленных графов строить динамические модели, включая дискретные, непрерывные, гибридные, нелинейные и разрывные системы. Интерактивная среда Simulink дает возможность использовать готовые библиотеки блоков для моделирования электросиловых, механических и гидравлических систем, а также применять развитый модельно-ориентированный подход при разработке систем управления, средств цифровой связи и устройств реального времени [5] Является интегрированной программной средой для дискретно-событийного моделирования и построения бизнес-процессов. Пользователь может разрабатывать модель путем размещения модулей (из библиотеки), которые представляют собой процессы или логику. Готовые модули интерпретируются как реальные процессы, потоки и действия, определяемые по аналогии самим разработчиком имитационной модели. Реализован удобный интерфейс вывода статистических данных - результата моделирования [6]

Язык интерфейса Русский Английский Английский

Поддержка и обучение Да (расширенная) Да Да

Визуализация процесса моделирования Да Да Да

Открытая архитектура Да Да Да

Анимация Да Да Да

Анализ данных Да Да Да

Характеристика Система

AnyLogic 7.3 81тиМпк 9.1 Arena 15.0

Библиотека моделей Да (расширенная) Да Да

Системные требования Microsoft Windows 10, 8, 7 SP1, х86-32 и х64 Apple Mac OS X 10.7.3 (Lion) или выше, Universal SuSE Linux, х 86-32 Ubuntu Linux 10.04 или выше, х 86-32 МАПАВ Э^иНпк требуется для всех продуктов автоматизированного проектирования и моделирования Microsoft Windows 10, 8, 7 SP1, х86-32 и х64 Apple Mac OS X 10.7.3 (Lion) или выше, Universal SuSE Linux, х 86-32 Ubuntu Linux 10.04 или выше, х 86-32

Аппаратные требования 500 Мб свободного дискового пространства 2 Гб памяти 500 Мб свободного дискового пространства 2 Гб памяти 500 Мб свободного дискового пространства 2 Гб памяти

Описанные специализированные интегрированные системы для имитационного моделирования обладают достаточной функциональностью и высокой эффективностью при разработке имитационных моделей реальных и гипотетических социально-экономических систем. На современном этапе развития имитационного моделирования все большую популярность завоевывают комбинированные способы построения имитационных моделей с точки зрения подходов к построению моделей. Этому условию достаточно полно отвечает интегрированная система AnyLogic, так как в ней реализованы данные механизмы и существует обширная готовая библиотека модулей и разработанных моделей. Конечно, выбор той или иной системы моделирования или инструмента зависит от многих условий. В некоторых случаях удобнее использовать универсальные языки моделирования для более тонкой настройки модели.

Ссылки и примечания:

1. Исследование выполнено при финансовой поддержке РГНФ (проект № 16-02-00600а).

2. Никитин В.В., Бобин Д.В., Назаров А.А. Моделирование интегрального показателя комплексной оценки объектов исследования // Вестник Чувашского университета. 2015. № 3. С. 172-177.

3. Nikitin V.V., Krasnov A.S., Nazarov A.A. Comparative estimation of Russia's regions investment potential on the base of the multivariate statistical analysis // European researcher. Series A. 2013. No. 1-1 (38). P. 20-27.

4. Почему AnyLogic? [Электронный ресурс]. URL: http://www.anylogic.ru/features (дата обращения: 20.12.2016).

5. Simulink [Электронный ресурс]. URL: http://matlab.ru/products/simulink (дата обращения: 20.12.2016).

6. Discrete Event Simulation Software [Электронный ресурс]. URL: https://www.arenasimulation.com (дата обращения: 20.12.2016).