Імітаційні моделі

 

Математичне (аналітичне) моделювання добре відоме студентам з навчальних дисциплін «Математичне програмування»,  
«Дослідження операцій» тощо. Математичне моделювання полягає в побудові математичної моделі та дослідженні її аналітичними, числовими чи якісними методами для отримання деякої характеристи- 
ки (характеристик) досліджуваної реальної системи. Математична модель — це логічний чи математичний опис компонентів і функцій, які відбивають суттєві властивості об’єкта чи процесу, що моделюється. Слід підкреслити, що будь-яка модель — це умовний образ реально існуючих закономірностей, певне наближення до об’єктивної дійсності. Тому спрощення під час побудови математичних моделей, зокрема для дослідження економічних процесів, є не тільки вимушеними, а й навмисними, оскільки одночасне охоплення всіх аспектів реальності не завжди доцільне і нерідко перевищує можливості дослідників. Значне місце серед математичних моделей займають економіко-математичні моделі.

Макетне (наочне) моделювання в історичному плані належить до найраніших методів експериментального дослідження, що його застосовувала людина. Воно полягає в побудові макету об’єкта, що вивчається, і визначенні на основі його аналізу тих чи інших корисних (прийнятних) властивостей оригіналу. У цьому контексті під макетом розуміють просторове зображення чи геометричну копію будь-чого (виробу, споруди тощо). Макет і оригінал можуть відрізнятися як геометричними розмірами, так і властивостями матеріалу, з якого вони виготовлені. Для дослідження економічних явищ макетне моделювання мало придатне.

Аналогове моделювання. Метод дослідження, який використовує пряму, безпосередню аналогію між величинами, властивими одному явищу, і формально такими ж та що входять таким же чином в рівняння процесів величинами, притаманними іншому явищу. Має місце універсальна властивість природи: процеси різної фізичної природи описуються одними й тими ж математичними рівняннями. У табл. 1.3 наведено приклади механічної та електричних систем аналогій, а в табл. 1.4. — аналогії полів.

Таблиця 1.3

МЕХАНІЧНА ТА ЕЛЕКТРИЧНІ СИСТЕМИ АНАЛОГІЙ

Механічна   система	Аналогічні електричні системи
	1-ша система	2-га система
Маса	Індуктивність	Ємність
Переміщення	Заряд	Потокозчеплення
Швидкість	Струм	Напруга
Сила	Електрорушійна сила	Струм

 

Таблиця 1.4

АНАЛОГІЇ ПОЛІВ

Стаціонарне електричне поле струму в провідному середовищі	Стаціонарне поле фільтрації   рідини	Стаціонарне поле   температур
Закон Ома   ;  — цільність струму;	Закон Дарсі   ; h — п’єзоелектрична   напруга	Основне рівняння   теплопроводності ; ;

 

На основі концепції  аналогії будуються аналогові моделі певної фізичної природи (наприклад, моделювання стаціонарного електричного струму в провідному середовищі), на яких досліджуються шляхом встановлення відповідних параметрів у створеній моделі процеси, що відбуваються в іншому фізичному середовищі (наприклад, процеси в стаціонарному полі фільтрації рідини чи в стаціонарному полі температур). Аналогове моделювання стало основою створення аналогових обчислювальних машин (АОМ), які використовувалися не тільки в техніці, а й для розв’язання економічних задач. У таблиці 1.5. наведено приклади двох АОМ такого призначення.

Таблиця 1.5

ПРИКЛАДИ АНАЛОГОВИХ ОБЧИСЛЮВАЛЬНИХ МАШИН

Тип машини	Призначення машини	Кількісні характеристики розв’язуваних задач
«Оптімум-2»	Для розв’язання транспортної задачі лінійного   програмування	Максимальна кількість: пунктів виробництва  — 20, пунктів споживання — 60. Займана площа — 2,5 м2.
«АСОР-1» («Ритм»)	Для автоматизації розрахунків укрупнених задач сіткового планування та   керування	Максимальна кількість: робіт у графіку — 200, подій у графіку — 140. Займана площа — 8 м2.

 

Ситуаційне  моделювання (ділові ігри) — це метод, в основу якого покладено відтворення в спеціальних лабораторних умовах певних ситуацій з метою розв’язання складних задач чи в навчальних цілях, які можуть мати місце в реальних системах. Назва походить від слова латинського походження ситуація (situs — становище), що означає збіг умов і обставин, які утворюють певне становище. Побудова ситуаційної моделі полягає в тому, що повний опис неосяжної множини ситуацій функціонування реального об’єкта за певними правилами замінюється певною кількістю узагальнених ситуацій, кожна з яких з певною мірою вірогідності відтворює один з можливих станів системи. Ситуаційна модель може бути реалізована або за допомогою ЕОМ (наприклад, засобами імітаційного моделювання), або шляхом програвання в реальних умовах спеціальних сценаріїв (ділові ігри, воєнні ігри).

Ділові ігри (господарські ігри, економічні ігри) — метод імітації вироблення і прийняття управлінських  рішень у різних виробничих ситуаціях  шляхом проведення симульованої гри  згідно із заданим сценарієм (чи системою правил) окремими групами людей або людини і ЕОМ. Сама ділова гра може розглядатися як деяке спрощене відтворення реального економічного чи виробничого процесу. У загальному випадку ділові ігри можуть використовуватися:

1. при навчанні та доборі господарських керівників різного рангу;
2. при навчанні студентів у вузах;
3. при колективному прийнятті управлінських рішень;
4. з дослідницькою метою для вивчення деяких сторін економічної поведінки людей, зокрема реакції на ті чи інші зміни в організаційній формі управління, на можливі заохочення та стягнення.

Імітаційне  моделювання, як інструмент експериментального дослідження складних систем, охоплює методологію створення моделей систем, методи алгоритмізації та засоби програмних реалізацій імітаторів, планування, організацію і виконання на ЕОМ експериментів з імітаційними моделями, машинну обробку даних та аналіз результатів. При цьому динамічні й стохастичні характеристики реальних процесів відображаються в моделі за допомогою спеціально сконструйованих процедур.

Під час вивчення теоретичного матеріалу теми необхідно  звернути увагу на основні напрями використання імітаційного моделювання. Слід зазначити, що діапазон застосування імітації на ЕОМ над- 
звичайно широкий — від конкретних форм діяльності підприємств до імітації економіки країни в цілому.

Серед головних напрямів використання імітаційного моделювання необхідно розглянути такі:

1) прогнозування  розвитку національних економік;

2) створення  важливих народногосподарських  проектів;

3) розробка  і впровадження інформаційних  систем різного призначення;

4) створення  системи оборони країни і планування  військових операцій;

5) охорона  навколишнього середовища;

6) навчання  та підготовка кадрів.

Машинна імітація являє собою цілий науковий напрям. Активне впровадження машинної імітації у сферу розв’язання різноманітних  завдань організації і управління виробництвом, інтенсивна експлуатація імітаційних методів у всіх галузях інженерно-економічної діяльності, широке залучення ідей і методів машинного моделювання до підготовки наукових і виробничих кадрів — важливі народногосподарські завдання, успішне виконання яких багато в чому визначить ефективність суспільного виробництва в цілому.

Надзвичайно важливу роль методи машинної імітації мають відігравати при розв’язанні проблем комп’ютеризації інформаційних процесів на підприємствах і в установах, при створенні інформаційних систем економіко-організаційного управління. Наприклад, у [8] підкреслено, що стратегія розвитку сучасних інформаційних систем, зокрема систем підтримки прийняття рішень, має забезпечити аналітику формулювання і розв’язання такого класу задач.

1. Аналітичні — обчислення необхідних показників і статистичних характеристик бізнес-діяльності на основі ретроспективної (зверненої у минуле) інформації з баз даних.
2. Візуалізація даних — наглядне графічне та табличне відображення наявної інформації.
3. Здобуття знань — визначення взаємозв’язків і взаємозалежностей бізнес-процесів на базі існуючої інформації.
4. Імітаційні — проведення на ЕОМ експериментів з математичними моделями, які описують поведінку складних систем. Задачі цього класу застосовуються для аналізу можливих наслідків прийняття того чи іншого рішення (аналіз типу «Що, якщо?..»).
5. Синтез управління — визначення допустимих керуючих дій, які забезпечують досягнення поставлених цілей.
6. Оптимізаційні — засновані на інтеграції імітаційних, управлінських, оптимізаційних та статистичних методів моделювання і прогнозування.

Машинна імітація процесів управління виробництвом, зокрема для оптимізації планування виробництва в цехах і на дільницях машинобудівних підприємств, для оптимального керування страховими заділами деталей тощо, застосовується порівняно давно і досить успішно. Важлива роль відводиться машинній імітації в процесі автоматизації підприємства в цілому. У [9] зазначається, що автоматизація роботи підприємства — дуже відповідальний крок. Ця робота передбачає три етапи: етап інжиніринга — побудова моделі діяльності компанії; етап реінжиніринга — здійснення аналізу й удосконалення моделі; етап управління — моніторинг роботи фірми в рамках створеної моделі. При цьому засобами аналізу виступають різні методики, зокрема такі, як функціонально-вартісний аналіз, імітаційне моделювання. Наприклад, німецька фірма IDS Prjf. Sher створила систему ARIS Toolset, у якій для аналізу і оптимізації діяльності підприємства вмонтовано засоби тестування на повноту і несуперечливість, функціонально-вартісний аналіз, імітаційне моделювання тощо. Створена за допомогою ARIS модель може бути імпортована в одну з популярних систем управління виробництвом R/3.

 

Література  до теми

Основна

1. Ситник В. Ф., Орленко Н. С. Імітаційне моделювання: Навч. посібник. — К.: КНЕУ, 1998. — С. 3—11.

2. Сытник В. Ф. Основы машинной имитации производственних и организационно-экономических систем. — К.: УМК ВО, 1988. ¾ С. 3—8.

Допоміжна

1. Харин Ю. С., Малюгин В. И., Кирлица В. П. и др. Основы имитационного и статистического моделирования.: Учеб. Пособие. ¾ Минск: Дизайн ПРО, 1997. ¾ С. 5—17.
2. Бакаев А. А., Костина Н. И., Яровицкий Н. В. Имитационные модели в экономике. — К.: Наук. думка, 1978. — С. 5—15, 144—152, 232—248.
3. Максимей И. В. Имитационное моделирование на ЭВМ. — М.: Радио и связь, 1988. — С. 5—8.
4. Словарь по кибернетике / Под ред. В. С. Михалевича. — 2-е изд. — К.: Гл. ред. УСЭ, 1989. — 751 с.
5. Веников В. А. Теория подобия и размерности: Учеб. пособие для вузов. — М.: Высш. шк., 1976. — С. 5—47.
6. Сена Л. А. Единицы физических величин и их размерности: Учеб. пособие для вузов. — М.: Наука, 1977. — С. 51—98.
7. Арсентьев Ю. Д. Теория подобия в инженерных экономических расчетах. — М.: Высш. шк., 1967. — С. 7—59.
8. Архипенков С. Я. От переработки данных — к анализу // Банковские технологии. — 1998. — № 3. — С. 66—71.
9. Каменкова М., Громов А., Ферапонтов М. Бизнес-процесс: сначала организация, а только потом автоматизация // БОСС (Бизнес: организация, стратегия, системы). — 1998. — № 8. — С. 69—71.

1.2. практичне заняття

Мета  заняття. Перевірити розуміння особливості машинних експериментів порівняно з натурними. Ознайомитися з основними видами моделювання, що застосовуються в економіці, науці й техніці. Розглянути основні напрями використання машинної імітації. Ознайомитися з прикладами застосування машинної імітації під час моделювання економічних систем та економічних задач.

План

1. Історія розвитку методу імітаційного моделювання (машинної імітації).
2. Види моделювання та особливості їх використання.
3. Основні напрями використання машинної імітації.
4. Схема розв’язання задач в інтелектуальних системах та місце в ній машинної імітації.
5. Порівняння корисності методів дослідження операцій у науковій роботі.
6. Порівняння і оцінка методів, що найчастіше використовуються у внутрішньофірмовому плануванні.