Имитационно моделиране

Имитационното моделиране е метод за изграждане на модел и описващи процеси по начини, по които биха протекли в действителност.

Същност

То е изследователски метод, при който системата на изследване е заменена от модела с достатъчна точност. Целта е да се експериментира с модела, за да се набави информация за реалната система. Експериментирането с модела се нарича имитация. Имитационното моделиране е частен случай на математическото моделиране. Понякога се използват аналитични и числени методи. За уточняване на използваната терминология е необходимо да се отбележи,че понякога в литературата вместо термините "имитация","имитационен модел", "имитационно моделиране" се срещат съответните им синоними: "симулация", "симулационен модел", "цифрово моделиране"; "имитационна система", "електронна имитация", "машинна имитация" и по-тесните по смисъл термини: "статистическо моделиране", "метод Монте Карло", "автоматно моделиране" и други.

Особености

Имитационният модел е формализирано описание на изучаваното явление в цялата му пълнота. Най-често представлява общо логико-математическо представяне на дадена система или операция, запрограмирано за решаване от компютърна система. Имитационното моделиране, както и всеки числен метод, има недостатък, че полученото решение винаги носи частен характер, отговаряйки на фиксирани значения на параметрите на системата, входната информация и началните условия. Независимо от това, имитационното моделиране е най-ефективният метод за изследване на сложни системи (понякога и практически единствено достъпното средство за получаване на необходимата информация за поведението на системата). Друг недостатък е, че построяването на имитационен модел на дадена система е твърде сложен и трудоемък процес, изискващ освен това висока и разностранна квалификация. Имитационните модели могат да се изграждат като детерминирани или вероятностни модели. В последният случай те имат значителни предимства, тъй като опитът да се отчете в аналитическите модели влиянието на случайните фактори привежда към твърде значителни и не винаги преодолими трудности, докато въвеждането на случайни смущения не внася принципни усложнения. По тази причина вероятностните аналитични модели се използват за изучаване на сравнително прости системи, а изследването на сложни случайни процеси се провежда като правило на имитационни модели. Имитационното моделиране е числен метод на математическото моделиране, заключаващ се в имитация на процеси, чрез възпроизвеждане на елементарните явления и актове на процеса в последователност,отразяваща реалните взаимовръзки и взаимозависимости. Позволява да се изследват сложни системи от произволен тип. Дава възможността за отчитане на нелинейности, динамика, вероятностна природа на явленията. Дава възможности да се осъществява т.нар. ненатурен експеримент в ускорен мащаб на времето.

Приложение

Стопански системи

Имитационното моделиране на дадена стопанска система представлява целесъобразно изградена искуствена система, която:

Отразява най-съществените страни на реалната система, като:

• описва най-съществените (за целите на изследването) елементи и връзки в реалната система;
• има поведение, достатъчно близко (за целите на изследването) до поведението на реалната система.

Дава възможност за получаване на нова информация за реалната система, като:

• позволява да се проследи поведението й в бъдещи или минали периоди, при ускорен мащаб на времето;
• замества в известен смисъл (за целите на изследването) реалната система и позволява да се извършат числени експерименти с модела вместо с реалната система.

Имитацията е най-добрият метод за изследване на системи с голяма сложност, особено в случаите, когато от една страна получаването на математическо описание на системата по аналитичен път е твърде затруднено,а от друга срана -непосредственото експериментиране върху нея е невъзможно, опасно, твърде скъпо или твърде бавно. За повечето стопански системи прякото експериментиране е дотолкова затруднено, че практически няма значение като научен метод. От друга страна, необходимостта от включване в техните математически описания на нелинейни зависимости, многочислени случайни величини с различна природа, едновременното описание на дискретни и непрекъснати процеси,отчитането на тяхната нестационарност и др. води до непреодолими трудности при аналитическото им описание, но не създава принципни затруднения при тяхното имитационно моделиране. Като правило,се прилага в тези случаи,когато аналитичното решение на проблема е невъзможно, а непосредственото експериментиране с реалната система по едни или други причини е нецелесъобразно. Подобни ситуации възникват,преди всичко, при изучаването на т.нар.сложни системи,в които е трудно или невъзможно предварително да се предскажат последствията от едни или други управляващи решения, структурни или функционални [измениние|изменения],а също така различни въздействия от страна на околната среда. Следователно, най-важното предимство на имитационните модели на стопански системи е,че те дават възможност да се решават задачи,нерешими по друг начин,чрез извършване на експерименти с модела вместо с реалната система. Обективна пречка за широкото използуване на имитационното моделиране в стопански системи е голямата сложност и трудоемкост на тяхното изграждане. Понякога до 90% от времето определено за изпълнението на даден проект, се заемат от изграждане на модела. Съществено съкращаване на необходимите време, сили и средства може да се постигне само чрез висока степен на автоматизация в процеса на изграждане на имитационното моделиране в стопански системи.

Човешка дейност

Имитационното моделиране е намерило приложение на практика във всички области на човешката дейност. Непрекъснато се появяват публикации за имитационни модели на най-различни по своята природа системи (имитационно моделиране на атомни реактори, химични технологии и екологични процеси и пр. Според нивото на моделиране системите могат да се посочат:

• Имитационни модели на производствено-икономически системи (предприятия, складове, системи за масово обслужване, транспортни процеси, конвейерни производства и пр.)

Като правило тези модели се използват за решаване на въпроси,свързани с рационалната организация на моделираната система, или с нейното оперативно управление.

• Имитационни модели на фирми и корпорации.
• Имитационни модели на национално ниво.

По-голямата част от разработените модели са построени във вид на системи от едновременни уравнения, синтезирани с иконометрични методи. Значително внимание се отделя на изграждането на моделите (разработка на алгоритми и програми, подпомагащи изследователя).

• Имитационни модели на глобално ниво.

Възможен подход е чрез обединяване на голям брой национални и регионални модели да се създаде модел на световната икономика, позволяващ да се извършват различни имитационни експерименти.

Вижте още

• Урбанизационна симулация
• Метод Монте Карло
• Метод Монте Карло във финансите
• Мрежи на Петри
• Имитационен модел

Източници

• Имитационное моделирование
• Доц. Антон Петров, Лекции по компютърни архитектури, Факултет по математика и информатика СУ, 2010
• Andrew Hunt, David Thomas, The Pragmatic Programmer: From Journeyman to Master
• Доц д-р Христов, Х., „Измерване ефективността на публичните организации” , статия.
• Kaplan R., D. Norton, The Balanced Scorecard: translating strategy into action, 1996.
• Kaplan R., D. Norton, The strategy-focused organization: how balanced scorecard companies thrive in the new business environment, 2001.

Външни препратки

• The Basics of Monte Carlo Simulations
• Инструменти за цифрово моделиране
• Статистическо моделиране