Современные инструментальные средства имитационного моделирования

Общими тенденциями, реализуемыми при разработке современных инструментальных средств и систем имитационного моделирования сложных динамических систем, являются:

- обеспечение визуального конструирования (программирования) моделей с использованием стандартных графических компонентов на основе технологии drag and drop (идеографическое моделирование);

- совмещение средств и систем имитационного моделирования с интеллектуальными системами поддержки принятия решений (экспертные системы, САПР и т. п.);

- обеспечение возможностей анимации при отображении процессов функционирования моделируемых систем;

- интеграция с CASE-технологиями, конструирование многоуровневых моделей систем в рамках методологии структурного или объектного системного анализа. Некоторые достаточно часто используемые современные инструментальные средства имитационного моделирования и их характеристики представлены в таблице 11.1.

Таблица 11.1 – Современные инструментальные средства ИМ

Название	Разработ чик	Область применения	Класс моделей	Использование графических компонентов для визуального конструирования моделей	Под держка анима ции	Интеграция с CASE- средствами и экспертными системами
ARENA	Systems Modeling Corporation	Пакет моделирования производственных и бизнес- процессов	Дискретные модели	Имеется палитра стандартных блоков и процессов	Да	Импорт функциональных моделей из BpWin
EXTEND	Imagine That, Inc.	Пакет моделирования экономических процессов, стратегическое планирование	Дискретные модели	Блоки функциональных преобразований	Да	Нет
GPSS WORLD	Minuteman Corporation	Язык моделирования систем массового обслуживания, производство, транспорт	Дискретные модели	Нет	Да	Нет
ITHINK ANALYST	High Performanc e System, Inc.	Пакет моделирования финансовой деятельности, реинжиниринг	Непрерывные и дискретные модели	Потоковые диаграммы	Да	Да
ReTHINK	GENSyM, Inc.	Пакет моделирования бизнес-процессов на производстве и в организации, реинжиниринг	Дискретные и непрерывные модели	Блоки функциональных преобразований и процессов	Да	Совмещается с экспертной системой G2
MATLAB+ Simulink	Math- Works, Inc	Многофункциональная среда моделирования радиоэлектронных информационных и управляющих систем	Непрерывные и дискретные модели	Блоки функциональных преобразований, карты состояний	Да	Использование нотаций UML при описании системной динамики
POWERSIM	Powersim Corporation	Пакет ситуационного моделирования, реинжиниринг	Непрерывные модели	Потоковые диаграммы	Да	Нет
OPNET COMNET	MIL3 CACIP roduct	Пакеты моделирования локальных и глобальных сетей, телекоммуникационных систем	Дискретные модели	Имеется специализированный графический редактор	Да	Нет
РДО	МГТУ им. Н. Э. Баумана	Многофункциональный пакет моделирования процессов управления и производства	Дискретные и непрерывные модели	Имеется развитый графический редактор	Да	Совмещается с экспертными системам и интеллектуальными САПР
Pilgrim	МЭСИ	Многофункциональный пакет моделирования физических, информационных и финансовых процессов	Дискретные и непрерывные модели	Имеется развитый графический редактор	Да	Да

Остановимся кратко на современных возможностях совмещения средств имитационного моделирования и CASE-технологий. Обычно к CASE-средствам относят любой программное средство, автоматизирующее ту или иную совокупность этапов жизненного цикла программного обеспечения и обладающее следующими основными особенностями:

− мощными графическими средствами для структурно-функционального или объектного описания и документирования разрабатываемой ИС;

− интеграцией отдельных компонентов CASE-средств, обеспечивающей управляемость процессом разработки ИС и преемственность его различных этапов;

− использованием специальным образом организованного хранилища проектных метаданных – репозитария (хранение вариантов проекта и его компонентов, накопление и синхронизация информации от различных разработчиков и т. п.).

В широком понимании практически все из представленных выше средств, имея развитые возможности визуального конструирования моделей из готовых функциональных блоков, реализуют автоматизированный подход к разработке программ имитации процессов и систем. В более узком смысле речь должна идти об интеграции ИМ и стандартных общепринятых средств автоматизированного проектирования ИС. Используемые сегодня графические модули анализа и проектирования существующих CASE-средств (BpWin, Desing/IDEF, Visio, Silverrun, Rational Rose и др.) обеспечивают создание и редактирование концептуальных и функциональных моделей системы. Эти модели обычно строятся в форме иерархически связанных диаграмм (ERD, IDEF, DFD, UML), реализующих основные принципы системного анализа на ранних стадиях проектирования ИС. В этом плане вполне естественным выглядит желание разработчиков продолжить технологический процесс проектирования и преобразовать эти модели в эквивалентную ИМ системы, обеспечивающую проведение количественного анализа (оценку эффективности) рассматриваемого варианта.

Рассмотрим конкретный пример реализации такого подхода. Одним из наиболее эффективных современных инструментов имитационного моделирования является средство Arena (разработчик компания Systems Modeling). Пакет Arena позволяет строить ИМ систем, проигрывать их и анализировать результаты имитации.

Arena снабжена удобным объектно-ориентированным интерфейсом и обладает возможностями адаптации к различным предметным областям. Модели могут быть реализованы для исследования самых разных сфер деятельности – производственных технологических операций, складского учета, банковской деятельности, обслуживания клиентов в CALL-центрах и т. д. Основа технологий, применяемых в Arena, – язык SIMAN и система Cinema Animation. При разработке ИМ пользователь изначально строит в графическом редакторе модель, затем система генерирует по ней код на SIMAN, после чего подключается анимационный модуль Cinema Animation. Интерфейс системы обеспечивает также средства для работы с данными (электронные таблицы, ODBC, OLE и др.).

ИМ в среде Arena включает следующие основные элементы: источники и стоки (Create и Dispose), процессы (Process) и очереди (Queue). Источники – это элементы, от которых в модель поступает информация или объекты. Интенсивность поступления данных или объектов от источника обычно задается статистическим распределением временных интервалов. Сток – это устройство для приема информации или объектов. Понятие очереди близко к понятию хранилища данных — это место, где объекты ожидают обработки. Время обработки объектов (производительность) в разных процессах может быть различным. В результате при выполнении некоторых процессов могут накапливаться объекты, ожидающие своей очереди. Часто целью имитационного моделирования является минимизация именно количества объектов в очередях. Тип очереди и алгоритм обработки очереди в ИМ может быть конкретизирован. Процессы в среде Arena – это аналог действий или работ в функциональной модели. В ИМ может быть задана производительность процессов.

Для построения моделей Arena имеет набор средств, которые включают палитру инструментов, набор гидов и др. В палитре имеется два типа модулей «Flowchart» и «Data». Модули типа «Flowchart» (в том числе Create, Dispose и Process) служат для отображения объектов и могут быть перенесены на рабочее пространство (окно) модели мышью (drag and drop). Например, модуль Create является источником сущностей в системе. Так, если описывается изготовление изделий, то модуль Create может описывать поступление заготовок на конвейер. Модуль Process отвечает за обработку сущностей. Например, он может имитировать станок, обрабатывающий заготовки. Модуль Dispose является стоком сущностей из системы. Он может моделировать снятие готовых изделий с конвейера. Для задания свойств любому модулю типа «Flowchart» необходимо дважды щелкнуть по нему и в появившемся диалоговом меню задать значения параметров. Связи между модулями в рабочем окне модели устанавливаются автоматически (хотя могут и переопределятся вручную). Модули типа «Data» (например Queue, Resourse) не могут быть размещены в рабочее пространство модели и служат для настройки параметров модели. Для задания свойств модулю типа «Data» необходимо щелкнуть по нему один раз на панели инструментов и в нижнем окне внести значения параметров (например, Busy/Hour = 15, Idle/Hour = 15 и Per Use = 2.5). Для контроля проигрывания модели необходимо внести в модель модуль Simulate и задать параметры этого модуля (например, Run Length = 40, Hours/Day = 8). В результате проигрывания модели в пакете Arena автоматически генерируются отчеты в формате Crystal Reports.

Модель в Arena может быть достаточно сложной и включать сотни элементов различных типов. Модули, обрабатывающие сущности, могут иметь различные состояния, например, состояния «ожидание» или «работа». Каждому состоянию можно по ставить в соответствие определенное изображение и, тем самым, получить пространственно-временную анимацию процессов, воспроизводимых в ИМ.

Создавать ИМ, например, в сфере экономики, без предварительного структурнофункционального анализа бизнес-процессов не представляется возможным. Действительно, не поняв сути бизнес-процессов предприятия бессмысленно пытаться оптимизировать конкретные технологические процессы. Поэтому функциональные и имитационные модели не заменяют, а дополняют друг друга. При этом они должны быть тесно взаимосвязаны. Функциональная модель определяет исходную структуру ИМ. Имитационная модель дает количественную информацию для анализа системы, что позволяет проводить содержательную коррекцию вариантов ее построения, выбранных на ранних стадиях проектирования.

Для поддержки такой технологии инструментальное средство функционального моделирования BPwin 4.0 имеет возможность преобразования диаграмм IDEF3 в ИМ Arena (версии 3.6 и выше). Для преобразования функциональной модели системы, описываемой диаграммой IDEF3, в ИМ в среде Arena необходимо, чтобы BPwin 4.0 и Arena одновременно были запущены. В BPwin 4.0 следует открыть диаграмму IDEF3 и далее экспорт производится автоматически путем активизации соответствующей кнопки меню File/Export/Arena.

Поскольку ИМ имеет гораздо больше параметров, чем диаграмма IDEF3, в BPwin 4.0 имеется возможность задать эти параметры с помощью свойств, определяемых пользователем (UDP). В поставку BPwin 4.0 входят примеры моделей с предварительно внесенными настройками UDP для экспорта в Arena (Program Files/Computer Associates/BPwin 4.0/Samples/Arena/) и модель ArenaBEUDPs.bpl, в которой определены все необходимые для экспорта UDP и которую можно использовать в качестве шаблона для создания новых моделей. Как утверждают разработчики, совместное использование CASE-инструмента построения функциональной модели BPwin и системы имитационного моделирования Arena позволяет наиболее эффективно оптимизировать технологические процессы практически в любой сфере деятельности.