Сущность имитационного моделирования

Метод имитационного моделированияявляется экспериментальным методом исследования реальной системы по ее компьютерной модели, который сочетает особенности экспериментального подхода и специфические условия использования вычислительной техники. Имитационное моделирование является машинным методом моделирования, собственно без ЭВМ никогда не существовало, и только развитие информационных технологий привело к становлению этого вида компьютерного моделирования. В этом определении акцентируется внимание на экспериментальной природе имитации, применении имитационного метода исследования (осуществляется экспериментирование с моделью). Действительно, в имитационном моделировании важную роль играет не только проведение, но и планирование эксперимента на модели. Однако проблема построения имитационной модели является наиболее сложной[5].

В процессе имитационного моделирования исследователь имеет дело с четырьмя основными элементами:

• реальная система;

• логико-математическая модель моделируемого объекта;

• имитационная (машинная) модель;

• ЭВМ, на которой осуществляется имитация – направленный вычислительный эксперимент.

Рисунок 2.1 – Процесс имитационного исследования

Исследователь изучает реальную систему, разрабатывает логико-математическую модель реальной системы. На основе логико-математической модели строится моделирующий алгоритм, который описывает структуру и логику взаимодействия элементов в системе. Программная реализация моделирующего алгоритма есть имитационная модель.

Имитационная модель – специальный программный комплекс, позволяющий имитировать деятельность какого либо сложного объекта. Он запускает в компьютере параллельные взаимодействующие вычислительные процессы, которые являются по своим временным параметрам аналогами исследуемых процессов. Далее ставится и осуществляется направленный вычислительный эксперимент для сбора информации необходимой для принятия решения с целью воздействия на реальную систему.

Цель имитационного моделирования состоит в воспроизведении поведения исследуемой системы на основе результатов анализа наиболее существенных взаимосвязей между ее элементами или другими словами – разработке симулятора (англ. simulation modeling) исследуемой предметной области для проведения различных экспериментов.

Реальную систему можно представить как совокупность взаимодействующих элементов, функционирующих во времени. Составной характер сложной системы диктует представление ее модели в виде тройки: < A, S, T >,

где А – множество элементов (в их число включается и внешняя среда);

S – множество допустимых связей между элементами (структура модели);

Т – множество рассматриваемых моментов времени.

Особенностью имитационного моделирования является то, что имитационная модель позволяет воспроизводить моделируемые объекты:

– с сохранением их логической структуры,

– с сохранением поведенческих свойств (последовательности чередования во времени событий, происходящих в системе), т.е. динамики взаимодействий.

При имитационном моделировании структура моделируемой системы адекватно отображается в модели, а процессы ее функционирования проигрываются (имитируются) на построенной модели. Поэтому построение имитационной модели заключается в описании структуры и процессов функционирования моделируемого объекта или системы. Вописании имитационной модели выделяют две составляющие:

• Статическое описание системы, которое по существу является описанием ее структуры. При разработке имитационной модели необходимо выполнять структурный анализ моделируемых процессов.

• Динамическое описание системы, или описание динамики взаимодействий ее элементов. При его составлении фактически требуется построение функциональной модели моделируемых динамических процессов.

Идея метода, с точки зрения его программной реализации, состояла в следующем. Что если элементам системы поставить в соответствие некоторые программные компоненты, а состояния этих элементов описывать с помощью переменных состояния. Элементы, по определению, взаимодействуют (или обмениваются информацией), – значит может быть реализован алгоритм функционирования отдельных элементов – моделирующий алгоритм. Кроме того, элементы существуют во времени – значит надо задать алгоритм изменение переменных состояний.

Динамика в имитационных моделях реализуется с помощью механизма продвижения модельного времени. Отличительной особенностью метода имитационного моделирования является возможность описания и воспроизведения взаимодействия между различными элементами системы. Таким образом, чтобы составить имитационную модель, надо:

• представить реальную систему (процесс), как совокупность взаимодействующих элементов;

• алгоритмически описать функционирование отдельных элементов;

• описать процесс взаимодействия различных элементов между собой и с внешней средой.

Ключевым моментом в имитационном моделировании является выделение и описание состояний системы. Система характеризуется набором переменных состояний, каждая комбинация которых описывает конкретное состояние. Следовательно, путем изменения значений этих переменных можно имитировать переход системы из одного состояния в другое. Таким образом, имитационное моделирование – это представление динамического поведения системы посредством продвижения ее от одного состояния к другому в соответствии с хорошо определенными операционными правилами. Эти изменения состояний могут происходить либо непрерывно, либо в дискретные моменты времени. Имитационное моделирование – есть динамическое отражение изменений состояния системы с течением времени.

Можно сделать вывод, что при имитационном моделировании логическая структура реальной системы отображается в модели, а также имитируетс я динамика взаимодействий подсистем в моделируемой системе.

Поиск по сайту: