Анализ средств имитационного моделирования для разработки многопользовательских программных комплексов учебного назначения (деловых игр)

Анализ средств имитационного моделирования для разработки многопользовательских программных комплексов учебного назначения

В.Е. Морозов

Московский государственный институт электроники и математики

В настоящее время многопользовательские программные комплексы учебного назначения находят все более широкое применение в самых разных областях: в экономике, политике, в социологии, экологии, администрировании, образовании, истории и других. Имитационные деловые игры используются для подготовки высококвалифицированных специалистов в соответствующих областях, а также для решения задач исследования и прогнозирования намечаемых нововведений. Разрабатываются имитационные игры и для общения между специалистами в разных сферах деятельности. Использование термина "имитационная игра" связано с

/-Ч о о

характеристиками этого метода. С одной стороны, под имитацией понимается замена непосредственного экспериментирования с реальными объектами созданием и манипулированием их моделями для получения ответов на те или иные вопросы. С другой стороны, существуют собственно игровые методы, в которых участники принимают на себя определенные роли, вступают в непосредственное взаимодействие друг с другом, стремясь достигнуть своих целей. Имитационная игра объединяет эти два подхода. Она основывается на конкретных ситуациях, взятых из реальной жизни, и представляет собой упрощенную, динамическую модель действительности.

Таким образом, в основе деловой игры лежит имитационная модель, которая реализуется благодаря действиям участников игры. Необходимой составляющей для построения имитационной модели является программа-интерпретатор, которая позволит имитировать поведение системы, ее свойства и характеристики в необходимом для исследования составе, объеме и области изменения параметров, то есть позволит описать модель для обучения группы людей, осуществляющих коллективное управление сложным производственным или экономическим объектом. Выбор оптимальной системы имитационного моделирования при разработке многопользовательских программных комплексов учебного назначения достаточно непростая задача, особенно ввиду обилия соответствующих продуктов,

представленных в данный момент на рынке. Далее будет приведен анализ современных систем моделирования, на основании которого можно будет сделать выбор инструментальной среды моделирования для деловых игр.

Технологический уровень современных систем моделирования характеризуется большим выбором базовых концепций формализации и структуризации моделируемых систем, развитыми графическими интерфейсами и анимационным выводом результатов. Имитационные системы имеют средства для передачи информации из баз данных и других систем и доступ к процедурным языкам, что позволяет легко выполнять вычисления, связанные с планированием факторных экспериментов, автоматизированной оптимизацией и др.

Анализ рынка информационных технологий позволяет выявить основные тенденции в области современных систем моделирования, наиболее существенные из которых будут рассмотрены ниже.

В качестве доминирующих базовых концепций формализации и структуризации в современных системах моделирования используются:

• для дискретного моделирования - системы, основанные на описании процессов (process description) или на сетевых концептах (network paradigms), -(Extend, Arena, ProModel, Witness, Taylor, Gpss/H-Proof и др.);

• для систем, ориентированных на непрерывное моделирование - модели и методы системной динамики, -

Причем, в мощных системах, с целью расширения их функциональности присутствуют альтернативные концепции формализации. Так, например, в системе Ithink встроен аппарат дискретного моделирования, и, наоборот, в системах Extend, ProcessModel реализована поддержка непрерывного моделирования. В Powersim, реализованы в полной мере оба этих подхода.

Имитационные системы становятся все более проблемно-ориентированными. Известны системы моделирования производственных систем различного назначения (TOMAC, SIRE и др.), медицинского обслуживания (MEDMODEL), в области телекоммуникаций (COMNET) и др. Для этого в проблемно-ориентированные системы моделирования включаются абстрактные элементы, языковые конструкции и наборы понятий, взятые непосредственно из предметной области исследований. Определенные преимущества имеют системы моделирования, декларирующие свою

проблемную ориентацию, например, пакет Rethink, ориентирующийся на реинжиниринг (характеристики некоторых систем приведены в таблице 1).

В некоторых современных системах моделирования существует инструментарий для создания стратифицированных моделей. Стратификация систем, являясь общим принципом системного моделирования, реализуется в технологии имитационного моделирования либо путем детализации, итерационной процедуры эволюции имитационной модели, - либо путем создания комплекса взаимосвязанных моделей, с развитыми информационными и имплицитными связями между моделями. Стратифицированные модели представляют собой машинно-ориентированные понятия, предполагающие конструирование баз данных и знаний, над которыми определены вычислительные процессы решения задач системного анализа и принятия решения. Разработчики систем моделирования используют различные подходы для реализации стратифицированных моделей. Ряд программных продуктов, такие как AUTOMOD, ProModel, TAYLOR, WITNESS и др. поддерживают интеграцию моделей на основе создания вложенных структур. В системах Arena, Extend реализован подход к стратификации, основанный на построении иерархических многоуровневых структур. Наиболее перспективным является структурно-функциональный подход, реализованный, например, в системах моделирования Ithink, Rethink, базирующийся на методологии структурного анализа и проектирования. При такой технологии есть возможность для реализации нескольких уровней представления моделей:

высоко-уровневое представление в виде блок-схем, с использованием CASE- средств;

низко-уровневое, где модели могут отображаться, например, потоковыми схемами и диаграммами.

Новая методология научного исследования в компьютерном моделировании, предполагающая организацию и проведение вычислительного эксперимента на

U II U U 1 U

имитационной модели, требует серьезной математической и информационной поддержки процесса системного моделирования, особенно в части вычислительных процедур, связанных с планированием эксперимента, оптимизацией, организации работы с большим объёмом данных в процедурах принятия решений. Для этого многие системы моделирования обеспечены средствами для интеграции с другими программными средами, осуществляют доступ к процедурным языкам, связанным с

кодом имитационной модели, для реализации специальных вычислений и доступа к базам данных (подход Simulation Data Base). В более мощных пакетах осуществляется интеграция через дополнительное программное обеспечение со специализированными блоками различного назначения. Это могут быть блоки анализа входных данных, гибкие средства анализа чувствительности, позволяющие осуществлять многократные прогоны с различными входными данными (в системах GPSS/H-PROOF, ProModel и др.). Перспективно создание систем моделирования с функционально широкими, ориентированными на специфику имитационного моделирования, блоками оптимизации (в этом смысле показательны системы WITNESS, TAYLOR). Интеграция программных систем, может осуществляться и на других уровнях, например, имитационного моделирования плюс логистики, что актуально, в частности, при реализации ресурсных моделей балансового типа. Реализуемый в ряде систем многопользовательский режим, применение интерактивного распределенного моделирования, разработки в области взаимодействия имитационного моделирования с Интернетом, расширяют возможности имитационного моделирования, позволяя отрабатывать совместные или конкурирующие стратегии различным компаниям.

В результате проведенного анализа систем имитационного моделирования можно сделать вывод, что для разработки многопользовательских программных комплексов учебного назначения (деловых игр) наиболее оптимальным является выбор пакета Powersim компании Modell Data, который является одним из лучших программных продуктов для непрерывного моделирования и обладает следующими преимуществами:

Поддержкой многопользовательских моделей для коллективной работы;

Возможностью интеграции с другими программными средствами (ASP, PHP, C++Builder и др.);

Множеством встроенных функций, облегчающих построение модели;

Средствами обработки массивов, которые упрощают создание моделей со сходными компонентами.

В заключение хотелось бы отметить, что перспективы использования имитационного моделирования для разработки многопользовательских программных комплексов учебного назначения (деловых игр) достаточно широки. Методика имитационного моделирования с применением пакета Powersim дает возможность усложнять модель путем добавления к существующей структуре новых элементов, что позволяет глубже изучить процессы в моделируемой системе, а эволюционные методики оптимизации позволят работать в условиях нелинейности и нехватки информации, которые часто становятся на пути разработчиков.

Таблица 1

Технологические характеристики современных систем моделирования

Моделирующая среда и поддержка

Система Производитель Приложения Графическая Авторское Анимация Поддержка

моделирования ПО конструкция ИМ моделирование, программирование моделей (в реал. времени) анализа результатов

ARENA System Modeling Corporation Производство, анализ бизнес-процессов, дискретное моделирование Блок-схемы + + +

EXTEND Imagine That, Inc. Стратегическое Компоновочные + + Анализ

планирование, блоки, язык Мо< чувствительности

бизнес- непрерывные и

моделирование дискретные модели

GPSS/H-PROOF Wolverine Software Corporation Общего назначения, производство, транспорт и др. Блок-схемы + + ANOVA

ITHINK ANALYST High Performance Управление САБЕ-средства, + + Анализ

System, Inc. финансовыми потоками, реинжиниринг предприятий, банков, инвестиционных компаний и др. потоковые диаграммы чувствительности

PROCESS PROMODEL Общее Блок-схемы, -- -- +

MODEL Corporation производство, реинжиниринг дискретное моделирование

SIMUL8 Visual Thinking International Универсальное средство имитации дискретных процессов Объектно-ориентированное программирование + +

TAYLOR F&H SimulationInc. Производство, Блок-схемы, -- + +

SIMULATION стоимостный дискретное

SOFTWARE анализ моделирование

WITNESS Lanner Group Inc. Бизнес-планирование, производство, финансы + + + + Блок оптимизации

VENSIM Ventana Systems Модели системной динамики Потоковые диаграммы -- + +

POWERSIM Powersim Co. Непрерывное моделирование Потоковые диаграммы -- + +

DYNAMO Expectation Software Модели системной динамики вычислительного типа Блок-схемы