Simulatsioonimodelleerimise põhimeetodid. Simulatsioonimudelid
Simulatsioonimodelleerimine on võimas tööriist reaalsete süsteemide käitumise uurimiseks. Simulatsiooni modelleerimismeetodid võimaldavad koguda vajalikku teavet süsteemi käitumise kohta, luues selle arvutimudeli. Seda teavet kasutatakse seejärel süsteemi kujundamisel.
Simulatsiooni modelleerimise eesmärk on reprodutseerida uuritava süsteemi käitumist selle elementide vaheliste kõige olulisemate seoste analüüsi tulemuste põhjal. ainevaldkond erinevate katsete läbiviimiseks.
Simulatsioonimodelleerimine võimaldab simuleerida süsteemi käitumist aja jooksul. Lisaks on eeliseks see, et aega mudelis saab kontrollida: kiirete protsesside puhul aeglustada ja aeglase varieeruvusega süsteemide modelleerimisel kiirendada. Võimalik on jäljendada nende objektide käitumist, millega reaalsed katsed on kallid, võimatud või ohtlikud.
Simulatsiooni modelleerimist kasutatakse, kui:
1. Reaalse objekti peal katsetamine on kallis või võimatu.
2. Analüütilist mudelit on võimatu üles ehitada: süsteemil on aeg, põhjuslikud seosed, tagajärjed, mittelineaarsused, stohhastilised (juhuslikud) muutujad.
3. On vaja simuleerida süsteemi käitumist ajas.
Imitatsioon kui meetod mittetriviaalsete probleemide lahendamiseks on saanud esialgne areng seoses arvutite loomisega 1950. - 1960. aastatel.
Imitatsiooni on kahte tüüpi:
1. Monte Carlo meetod (statistiline katsemeetod);
2. Simulatsiooni modelleerimise meetod (statistiline modelleerimine).
Praegu on simulatsioonimudelitel kolm valdkonda:
1. Agendipõhine modelleerimine on suhteliselt uus (1990.-2000. aastad) suund simulatsioonimodelleerimisel, mille abil uuritakse detsentraliseeritud süsteeme, mille dünaamikat ei määra mitte globaalsed reeglid ja seadused (nagu teistes modelleerimisparadigmades), vaid pahe. vastupidi. Kui need globaalsed reeglid ja seadused on grupiliikmete individuaalse tegevuse tulemus.
Agendipõhiste mudelite eesmärk on saada arusaamine nendest globaalsetest reeglitest, süsteemi üldisest käitumisest, tuginedes eeldustele selle üksikute aktiivsete objektide individuaalse, privaatse käitumise ja nende objektide vastasmõju kohta süsteemis. Agent on teatud üksus, millel on aktiivsus, autonoomne käitumine, mis suudab teha otsuseid vastavalt teatud reeglistikule, suhelda keskkonnaga ja muutuda ka iseseisvalt.
2. Diskreetsete sündmuste modelleerimine on lähenemine modelleerimisele, mis teeb ettepaneku sündmuste pidevast olemusest abstraheerida ja võtta arvesse ainult simuleeritud süsteemi peamisi sündmusi, nagu "ootamine", "tellimuse töötlemine", "lastiga liikumine", " mahalaadimine” ja teised. Diskreetne sündmuste modelleerimine on kõige arenenum ja sellel on tohutult palju rakendusi – alates logistikast ja järjekorrasüsteemidest kuni transpordi ja tootmissüsteemid. Seda tüüpi modelleerimine sobib kõige paremini tootmisprotsesside modelleerimiseks.
3. Süsteemidünaamika on modelleerimisparadigma, kus uuritava süsteemi jaoks koostatakse graafilised diagrammid põhjuslikud seosed ja ühtede parameetrite globaalsed mõjud teistele aja jooksul ning seejärel simuleeritakse nende diagrammide põhjal loodud mudel arvutis. Tegelikult aitab seda tüüpi modelleerimine rohkem kui kõik teised paradigmad mõista objektide ja nähtuste vaheliste põhjus-tagajärg seoste pideva tuvastamise olemust. Süsteemidünaamikat kasutades ehitatakse üles äriprotsesside, linnaarenduse, tootmismudelite, rahvastikudünaamika, ökoloogia ja epideemia arengu mudelid.
Mudeliehituse põhimõisted
Simulatsioonimodelleerimine põhineb aja jooksul arenenud süsteemi toimimise protsessi taasesitamisel arvutite abil, võttes arvesse interaktsiooni väliskeskkonnaga.
Mis tahes simulatsioonimudeli (IM) alus on:
· uuritava süsteemi mudeli väljatöötamine nende interaktsioonide kaudu ühtseks tervikuks liidetud allsüsteemide privaatsete simulatsioonimudelite (moodulite) baasil;
· objekti informatiivsete (integreerivate) tunnuste valik, nende saamise ja analüüsi meetodid;
· väliskeskkonna mõju süsteemile mudeli ehitamine väliste mõjutegurite simulatsioonimudelite komplektina;
· simulatsioonimudeli uurimise meetodi valimine vastavalt simulatsioonikatsete planeerimise meetoditele (IE).
Tavapäraselt võib simulatsioonimudelit esitada töö-, tarkvara- (või riistvara) plokkide kujul.
Joonisel on näidatud simulatsioonimudeli struktuur. Simulatsiooniplokk välismõjud(BIVV) moodustab juhuslike või deterministlike protsesside rakendamise, mis simuleerivad väliskeskkonna mõju objektile. Tulemuste töötlemise üksus (RPB) on loodud uuritava objekti informatiivsete omaduste saamiseks. Selleks vajalik info pärineb plokist matemaatiline mudel objekt (BMO). Juhtseade (BUIM) rakendab simulatsioonimudeli uurimise meetodit, mille põhieesmärk on automatiseerida IE läbiviimise protsessi.
Simulatsioonimodelleerimise eesmärk on konstrueerida objektist IM ja läbi viia sellel IE, et uurida funktsioneerimis- ja käitumismustreid, võttes arvesse antud piiranguid ja sihtfunktsioone simulatsiooni ja väliskeskkonnaga interaktsiooni tingimustes.
Simulatsioonimudelite koostamise põhimõtted ja meetodid
Kompleksse süsteemi toimimise protsessi võib käsitleda selle olekute muutumisena, mida kirjeldavad selle faasimuutujad
Z1(t), Z2(t), Zn(t) n - mõõtmete ruumis.
Simulatsiooni modelleerimise ülesandeks on saada vaadeldava süsteemi liikumistrajektoor n-mõõtmelises ruumis (Z1, Z2, Zn), samuti arvutada välja mõned süsteemi väljundsignaalidest sõltuvad ja selle omadusi iseloomustavad näitajad. .
IN sel juhul Süsteemi “liikumist” mõistetakse üldises tähenduses – kui mis tahes selles toimuvat muutust.
Süsteemide toimimise protsessimudeli koostamiseks on teada kaks põhimõtet:
1. Δt põhimõte deterministlike süsteemide jaoks
Oletame, et süsteemi algseisund vastab väärtustele Z1(t0), Z2(t0), Zn(t0). Δt põhimõte hõlmab süsteemi mudeli teisendamist sellisele kujule, et Z1, Z2, Zn väärtused ajal t1 = t0 + Δt saab arvutada algväärtuste kaudu ja hetkel t2 = t1+ Δt väärtuste kaudu. eelmises etapis ja nii edasi iga i-nda sammu jaoks (t = const, i = 1 M).
Süsteemide puhul, kus määravaks teguriks on juhuslikkus, on Δt põhimõte järgmine:
1. Juhusliku vektori esimeses etapis määratakse tingimuslik tõenäosusjaotus (t1 = t0+ Δt), tähistame seda (Z1, Z2, Zn). Tingimuseks on, et süsteemi algseisund vastaks trajektooripunktile.
2. Süsteemi trajektooripunkti koordinaatväärtused (t1 = t0+ Δt) arvutatakse juhusliku vektori koordinaatväärtustena, mis on määratud eelmises etapis leitud jaotusega.
3. Vektori tingimuslik jaotus leitakse teises etapis (t2 = t1 + Δ t), eeldusel, et vastavad väärtused saadakse esimeses etapis jne, kuni ti = t0 + i Δ t saab väärtus (tM = t0 + M Δ t).
Δ t põhimõte on universaalne ja rakendatav paljude süsteemide jaoks. Selle puuduseks on see, et see on masina aja osas ebaökonoomne.
2. Eriolekute printsiip (δz printsiip).
Teatud tüüpi süsteeme silmas pidades saab eristada kahte tüüpi olekuid δz:
1. Tavaline, milles süsteem on suurema osa ajast, kusjuures Zi(t), (i=1 n) muutuvad sujuvalt;
2. Eriline, teatud ajahetkedel süsteemile iseloomulik ja süsteemi olek muutub nendel hetkedel järsult.
Eriolekute põhimõte erineb Δt printsiibist selle poolest, et ajasammud ei ole sel juhul konstantsed, on juhuslik väärtus ja arvutatakse vastavalt informatsioonile eelmise erioleku kohta.
Eriolekutega süsteemid on näiteks järjekorrasüsteemid. Eritingimused kuvatakse taotluste vastuvõtmisel, kanalite vabastamisel jne.
Simulatsioonimodelleerimise põhimeetodid.
Peamised simulatsioonimodelleerimise meetodid on: analüütiline meetod, staatilise modelleerimise meetod ja kombineeritud meetod (analüütilis-statistiline) meetod.
Analüütilist meetodit kasutatakse protsesside simuleerimiseks peamiselt väikeste ja lihtsad süsteemid, kus juhuslikkuse tegurit pole. Meetodit nimetatakse tinglikult, kuna see ühendab endas protsessi simuleerimise võimalused, mille mudel saadakse analüütiliselt suletud lahendusena või arvutusmatemaatika meetoditega saadud lahendusena.
Statistilise modelleerimise meetod töötati algselt välja statistilise testimise meetodina (Monte Carlo). See on arvuline meetod, mis seisneb tõenäosuslike tunnuste hinnangute saamises, mis langevad kokku analüütiliste ülesannete lahendamisega (näiteks võrrandite lahendamine ja kindla integraali arvutamine). Seejärel hakati seda meetodit kasutama protsesside simuleerimiseks, mis toimuvad süsteemides, mille sees on juhuslikkuse allikas või mis on allutatud juhuslikele mõjudele. Seda nimetatakse statistilise modelleerimise meetodiks.
Kombineeritud meetod (analüütilis-statistiline) võimaldab kombineerida analüütilise ja statistilised meetodid modelleerimine. Seda kasutatakse mudeli väljatöötamisel, mis koosneb erinevatest moodulitest, mis esindavad nii statistiliste kui ka analüütiliste mudelite kogumit, mis interakteeruvad ühtse tervikuna. Veelgi enam, moodulite komplekt võib sisaldada mitte ainult dünaamilistele mudelitele vastavaid mooduleid, vaid ka staatilistele matemaatilistele mudelitele vastavaid mooduleid.
Enesetesti küsimused
1. Määratlege, mis on optimeerimise matemaatiline mudel.
2. Milleks saab optimeerimismudeleid kasutada?
3. Määrake simulatsioonimodelleerimise tunnused.
4. Iseloomusta statistilise modelleerimise meetodit.
5. Mis on “musta kasti” mudel, kompositsioonimudel, struktuurimudel, “valge kasti” mudel?
Mudel on süsteemi abstraktne kirjeldus, mille detailsuse astme määrab uurija ise. Inimene teeb otsuse selle kohta, kas teatud süsteemi element on oluline ja kas see lisatakse süsteemi kirjeldusse. See otsus tehakse, võttes arvesse mudeli väljatöötamise eesmärki. Modelleerimise edukus sõltub sellest, kui hästi suudab uurija tuvastada olulisi elemente ja nendevahelisi seoseid.
Arvatakse, et süsteem koosneb paljudest omavahel seotud elementidest, mis on kombineeritud täitmiseks spetsiifiline funktsioon. Süsteemi definitsioon on suuresti subjektiivne, s.t. see ei sõltu ainult mudeli töötlemise eesmärgist, vaid ka sellest, kes täpselt süsteemi määratleb.
Niisiis algab modelleerimisprotsess mudeli väljatöötamise eesmärgi määratlemisega, mille alusel süsteemi piirid Ja nõutav üksikasjalikkuse tase simuleeritud protsessid. Valitud detailsuse tase peaks võimaldama abstraheerida reaalse süsteemi toimimise aspektidest, mis ei ole teabe puudumise tõttu täpselt määratletud. Lisaks peab süsteemi kirjeldus sisaldama süsteemi efektiivsuse kriteeriume ja hinnatud alternatiivseid lahendusi, mida saab käsitleda mudeli osana või selle sisenditena. Mudeli väljundina käsitletakse alternatiivsete lahenduste hinnanguid etteantud tulemuslikkuse kriteeriumide alusel. Tavaliselt nõuab alternatiivide hindamine süsteemi kirjelduse muutmist ja seega ka mudeli ümberstruktureerimist. Seetõttu on praktikas mudeli koostamise protsess iteratiivne. Kui alternatiivide hinnangute põhjal on võimalik soovitusi anda, võib alustada modelleerimistulemuste rakendamist. Samal ajal peaksid soovitused selgelt sõnastama nii peamised otsused kui ka nende rakendamise tingimused.
Simulatsiooni modelleerimine(laiemas tähenduses) on reaalse süsteemi mudeli konstrueerimise ja selle mudeliga katsete tegemise protsess, et kas mõista süsteemi käitumist või hinnata (kehtestatud piirangute piires) erinevaid strateegiaid, mis tagavad selle süsteemi toimimise. .
Simulatsiooni modelleerimine(kitsamas tähenduses) on süsteemi dünaamilise käitumise esitus selle liigutamise teel ühest olekust teise vastavalt üldtuntud tööreeglitele (algoritmidele).
Seega on simulatsioonimudeli loomiseks vaja tuvastada ja kirjeldada süsteemi olekut ja selle muutmise algoritme (reegleid). Seejärel kirjutatakse see mõne modelleerimisvahendi (algoritmiline keel, erikeel) abil ja töödeldakse arvutis.
Simulatsioonimudel(IM) on süsteemi loogilis-matemaatiline kirjeldus, mida saab kasutada digitaalarvutis katsete ajal.
MI abil saab kavandada, analüüsida ja hinnata süsteemide toimimist. Masinakatsed viiakse läbi IM-iga, mis võimaldab teha järeldusi süsteemi käitumise kohta:
· selle konstruktsiooni puudumisel, kui tegemist on projekteeritud süsteemiga;
· selle toimimist segamata, kui tegemist on olemasoleva süsteemiga, millega katsetamine on võimatu või ebasoovitav (suured kulud, oht);
· süsteemi hävitamata, kui eksperimendi eesmärk on välja selgitada sellele avaldatav mõju.
Simulatsioonimudeli moodustamise protsessi saab lühidalt kujutada järgmiselt ( Joonis 2):
Joonis 2. Simulatsioonimudeli moodustamise skeem
Järeldus: IM-i iseloomustab formaliseeritud protsessidiagrammiga kirjeldatud nähtuste taasesitamine, säilitades nende loogilise struktuuri, ajas vaheldumise jada ja mõnikord ka füüsilise sisu.
Simulatsioon modelleerimine (IM) arvutis leiab lai rakendus komplekssete diskreetsüsteemide (CDS) ja neis toimuvate protsesside uurimisel ja juhtimisel. Selliste süsteemide hulka kuuluvad majandus- ja tööstusrajatised, meresadamad, lennujaamad, nafta- ja gaasipumbakompleksid, niisutussüsteemid, tarkvara keerukad juhtimissüsteemid, arvutivõrgud ja paljud teised. IM laialdast levikut seletatakse sellega, et lahendatavate probleemide suurus ja keeruliste süsteemide formaliseeritavuse puudumine ei võimalda kasutada rangeid optimeerimismeetodeid.
Under imitatsioon mõistame arvulist meetodit arvutikatsete läbiviimiseks matemaatiliste mudelitega, mis kirjeldavad keerukate süsteemide käitumist pikema aja jooksul.
Simulatsioonikatse on SDS-is pika aja jooksul (minut, kuu, aasta jne) toimuva protsessi kuvamine, mis tavaliselt võtab arvuti tööajast mitu sekundit või minutit. Küll aga on probleeme, mille puhul on vaja modelleerimisel teha nii palju arvutusi (reeglina on need juhtimissüsteemidega seotud probleemid, modelleerimise tugi optimaalsete otsuste tegemiseks, testimine tõhusaid strateegiaid juhtimine jne), et IM töötab tegelikust süsteemist aeglasemalt. Seetõttu on võimalus lühikest aega simuleerida pikk periood SDS-i toimimine ei ole kõige olulisem asi, mida simulatsioon pakub.
Simulatsiooni võimalused:
1. IM-ga tehakse masinakatseid, mis võimaldavad teha järeldusi süsteemi käitumise kohta:
· ilma selle konstruktsioonita, kui tegemist on projekteeritud süsteemiga;
· selle toimimist segamata, kui tegemist on olemasoleva süsteemiga, millega katsetamine on võimatu või ebasoovitav (kallis, ohtlik);
· ilma selle hävitamiseta, kui katse eesmärk on määrata maksimaalne mõju süsteemile.
2. Eksperimentaalselt uurida keerulisi interaktsioone süsteemi sees ja mõista selle toimimise loogikat.
4. Uurige väliste ja sisemiste juhuslike häirete mõju.
5. Uurige süsteemi parameetrite mõju jõudlusnäitajatele.
6. Katsetada uusi juhtimis- ja otsustusstrateegiaid operatiivjuhtimises.
7. Ennusta ja planeeri süsteemi toimimist tulevikus.
8. Viia läbi personali koolitus.
Simulatsioonikatse aluseks on simuleeritud süsteemi mudel.
IM töötati välja keerukate stohhastiliste süsteemide – diskreetsete, pidevate, kombineeritud – modelleerimiseks.
Simulatsioon tähendab järjestikuste ajahetkede täpsustamist ja mudeli oleku arvutab arvuti järjestikku igal nendel ajahetkedel. Selleks on vaja kehtestada reegel (algoritm) mudeli üleminekuks ühest olekust teise ehk teisendus:
, ,
Kus - mudeli olek -ndal ajahetkel, mis on vektor.
Võtame arvesse:
- väliskeskkonna oleku vektor (mudeli sisend) ajahetkel,
- kontrollvektor ajahetkel.
Seejärel määratakse IM määrates operaatori, mille abil saab hetke hetke oleku, juhtimisvektorite ja väliskeskkonna põhjal määrata mudeli oleku järgmisel ajahetkel:
, .
Kirjutame selle teisenduse korduval kujul:
, .
Operaator defineerib keeruka süsteemi simulatsioonimudeli koos selle struktuuri ja parameetritega.
Tähtis väärikus IM - võimalus võtta arvesse modelleeritava objekti kontrollimatuid tegureid, mis on vektorid:
.
Siis on meil:
, .
Simulatsioonimudel on süsteemi loogilis-matemaatiline kirjeldus, mida saab kasutada arvutis katsete tegemisel.
Joonis 3. Keerulise süsteemi IM-i koosseis
Tulles tagasi keeruka süsteemi simulatsioonimodelleerimise probleemi juurde, tõstkem IM-is tinglikult esile: juhitava objekti mudel, juhtimissüsteemi mudel ja sisemiste juhuslike häirete mudel (Joonis 3).
Juhitava objekti mudeli sisendid jagunevad juhitud kontrollitavateks ja kontrollimatuteks kontrollimatuteks häireteks. Viimased genereerivad juhuslike arvude andurid vastavalt etteantud jaotusseadusele. Juhtimine on omakorda juhtimissüsteemi mudeli väljund ja häired on juhuslike arvude andurite väljund (sisehäirete mudel).
Siin on juhtimissüsteemi algoritm.
Simulatsioon võimaldab uurida simuleeritud objekti käitumist pikema aja jooksul – dünaamiline simulatsioon. Sel juhul, nagu eespool mainitud, tõlgendatakse seda ajahetke arvuna. Lisaks saate uurida süsteemi käitumist teatud ajahetkel - staatiline simulatsioon, käsitletakse seejärel olekunumbrina.
Dünaamilise simulatsiooni korral võib aeg muutuda konstantsete ja muutuvate sammudega ( Joonis 4):
Joonis 4. Dünaamiline simulatsioon
Siin g i– sündmuste hetked VTS-is, g * i– sündmuste hetked dünaamilise simulatsiooni käigus konstantse sammuga, g ' ma- sündmuste hetked muutuva sammuga.
Pideva sammuga on realiseerimine lihtsam, kuid täpsus väiksem ja mudeli oleku arvutamisel võib esineda tühje (ehk lisa) ajapunkte.
Muutuvate sammudega liigub aeg sündmuselt sündmusele. See meetod on protsessi täpsem reprodutseerimine, tarbetuid arvutusi pole, kuid seda on keerulisem rakendada.
Põhisätted, mis tuleneb öeldust:
1. MI on numbriline meetod ja seda tuleks kasutada siis, kui muid meetodeid ei saa kasutada. Keeruliste süsteemide puhul on see praegu peamine uurimismeetod.
2. Imitatsioon on eksperiment, mis tähendab, et selle läbiviimisel tuleb lähtuda eksperimendi planeerimise ja selle tulemuste töötlemise teooriast.
3. Mida täpsemalt kirjeldatakse modelleeritava objekti käitumist, seda täpsemat mudelit on vaja. Mida täpsem on mudel, seda keerulisem see on ning nõuab rohkem arvutiressursse ja aega uurimistööks. Seetõttu on vaja otsida kompromissi mudeli täpsuse ja selle lihtsuse vahel.
Näiteid lahendatavatest ülesannetest: süsteemikavandite analüüs edasi erinevad etapid, olemasolevate süsteemide analüüs, kasutamine juhtimissüsteemides, kasutamine optimeerimissüsteemides jne.
Imitatsioonitehnoloogiad põhinevad konstruktsioonil erinevaid näiteid reaalsed süsteemid, mis vastavad teatud olukorra professionaalsele kontekstile. Koostatakse antud hetke nõuetele vastavad simulatsioonimudelid ning koolitatav sukeldub nendega töötamisse. Meetodites eksisteeriva simulatsiooni ja simulatsiooni-mängu modelleerimisega kaasneb reaalsuses toimuvate üsna adekvaatsete protsesside reprodutseerimine. Seega võimaldab koolitus saada tõelist töökogemust, hoolimata sellest, et ametialane tegevus.
Rollid
Õppeprotsessis eeldatakse mänguprotseduure, mis pakuvad ülesehitatud simulatsioonimudeleid, mis tähendab, et on ette nähtud ka rollide jaotus: õpilased suhtlevad omavahel ja õpetajaga, imiteerides professionaalset tegevust. Seetõttu on simulatsioonitehnoloogiad jagatud kaheks osaks – mängimine ja mittemängimine ning pakutud olukorra analüüs aitab kindlaks teha tüübi. Selleks on vaja süsteem selgeks teha välised tingimused mis julgustavad teid tegutsema. See tähendab, et kõik probleemid, nähtused, omavahel seotud faktid, mis olukorda iseloomustavad, peavad olema simulatsioonimudelitega.
Teatud sündmus või konkreetne organisatsiooni tegevuse periood nõuab juhilt adekvaatsete korralduste, otsuste ja toimingute tegemist. Juhtumiuuringute analüüsi metoodika on reaalse või kunstlikult loodud olukorra üksikasjalik ja süvendatud uurimine, tuvastades iseloomulikud omadused. See aitab kaasa õpilaste arengule otsingus süstemaatiline lähenemine probleemi lahendamisele, ekslike lahenduste võimaluste väljaselgitamisele, optimaalsete lahenduste kriteeriumide analüüsimisele. Nii luuakse professionaalseid ärikontakte, tehakse ühiselt otsuseid ja kõrvaldatakse konflikte.
Olukorrad
Olukorrad eristatakse nelja tüüpi: esmalt käsitletakse probleemsituatsiooni, kus õpilased peavad leidma põhjused, püstitama ja lahendama, seejärel hinnatakse olukorda tehtud otsuste põhjal. Pärast seda ehitatakse üles olukord, mis illustreerib näidetega kõiki antud kursuse välja toodud teemasid ning võetakse aluseks just lahendatud ülesanded ning teema lõpetatakse situatsiooniharjutusega, kus simulatsioonimudelid lahendavad analoogia meetodil lihtsaid ülesandeid. - need on nn treeningsituatsioonid.
Konkreetset tüüpi olukorrad on erinevad: need on klassikalised ja reaalajas, juhtumisituatsioon, olukord ärikirjavahetuse analüüsiga, aga ka tegevus vastavalt juhistele. Valiku määravad paljud tegurid: õppe eesmärgid, koolituse tase, kättesaadavus tehnilisi vahendeid ja illustreeriv materjal - kõik oleneb õpetaja individuaalsest stiilist, kelle loovust ei piira range regulatsioon ei sortide valikul ega analüüsimeetodites. Siin on simulatsioonimudelite väljatöötamise esimesed etapid.
Praktilised ülesanded
Praktikas on kontekstuaalse lähenemise ideed kõige paremini ellu viidud, kuna need koosnevad konkreetsest ja reaalsest elusituatsioonid: juhtum, lugu, mida simulatsioonimudel sisaldab, näide sündmuste kirjeldusest, mis toimusid või olid täiesti võimalikud, lõppedes vigadega tootmisprobleemide lahendamisel. Ülesanne on selle kursuse ideede ja kontseptsioonide rakendamisel neid vigu tuvastada ja analüüsida.
Selline plaan erialane haridusüsna realistlik ja tõhus võrreldes puhtteoreetiliselt käsitletavate üksikute küsimuste sõnastusega. Olukorraõppe suunitlus on selline, et oskusi ja teadmisi õpetatakse mitte õppeainena, vaid vahendina erinevate spetsialisti tegevuses tekkivate probleemide lahendamiseks. Treeningsituatsioonid põhinevad reaalsetel professionaalsetel tootmisfragmentidel, võttes arvesse kõiki inimestevahelised suhted, mis on ettevõtte edukaks toimimiseks äärmiselt oluline. Koolitatavad saavad tulevase kutsetegevuse põhijooned ja konteksti.
Olukordade valik
See on üks raskemaid õpetamisülesandeid. Näidisõppesituatsioon vastab tavaliselt järgmistele nõuetele:
- Stsenaarium põhineb reaalsusel või on võetud elust. See ei tähenda, et oleks vaja esitada arvukate detailide ja tehnoloogiliste peensustega tootmisfragment, mis õpilase tähelepanu põhiprobleemi lahendamiselt kõrvale tõmbaks. Ka tootmisžargoon on sel juhul sobimatu.
- Õppesituatsioon ei tohiks sisaldada rohkem kui viis kuni seitse punkti, mida õpilased kommenteerivad õpitava mõistega kooskõlas olevaid termineid kasutades. Simulatsioonimudel, mille näidet on raske lahendada, ei õpeta tõenäoliselt õpilasi kiiresti.
- Kuid õpisituatsioonis ei tohiks olla ka primitiivsust: lisaks uuritava probleemi viiele kuni seitsmele punktile peab tekstis olema kaks-kolm konnektiivi. Tavaliselt ei paigutata elus probleeme järjekindlaks lahendamiseks eraldi riiulitele. Tööprobleemid on tavaliselt seotud sotsiaalsete või psühholoogiliste probleemidega. Kursuseideede rakendamine on õppetöös eriti oluline.
Haridussituatsiooni tekst
Näiteks müügijuht ettevõttes Lotus Flower, mis on spetsialiseerunud hügieenitoodetele, kosmeetikale ja parfüümidele. Ta tuli sellesse kohta kuus kuud tagasi edutamise tõttu. Vestlus peajuhiga tema töötulemuste põhjal toimub kümne päeva pärast.
Enne seda õnnestus Irinal kaks aastat ettevõtte eraldi sektsioonis, näiteks hügieenitoodete müügiga, ja see meeldis talle väga. Ta oli lugupeetud, müüjate seas populaarne ja sai palju püsikliente.
Olukorra areng
Loomulikult tundis ta edutamise üle rõõmu ja asus uuel ametikohal entusiastlikult tööle. Millegipärast aga ei läinud hästi. Tal polnud aega kontoris töötada, sest ta oli peaaegu kogu aeg saalis ja jälgis müüjate tegevust. Ma pidin isegi töö koju viima. Ja ometi polnud tal aega midagi teha: juhtkonna palve näituseks ja müügiks ideid koostada sai täidetud viimasel päeval, sest midagi huvitavat ei olnud eelnevalt välja mõeldud, loovus pole nii lihtne asi. Haige masinakirjutaja ei suutnud Irina ideedega pabereid uuesti trükkida. Seetõttu ei täitnud Irina ülesannet ülemuste määratud tähtajaks. Just sel hetkel aitaksid teda kõige rohkem simulatsiooniõppe mudelid.
Pärast seda läks kõik viltu. Olles veetnud aega püsikliendiga vesteldes, ei mõelnud Irina oma kõnele, kui kolleeg pidulikult tunnistuse vastu võttis, ja jäi isegi tseremooniale hiljaks. Seejärel lahkusid tema alluvad mitu korda teda hoiatamata töölt. Personaliosakond tuletas talle korduvalt meelde vajadust koostada koolitusprogramm, kuidas kasutada meditsiiniline kosmeetika, kuid Irinal ei õnnestunud meditsiiniinstituudi õpetajaga ühendust saada. Ta jäi alati hiljaks, et tutvustada isegi nooremaid müüjaid juhtivatele ametikohtadele. Ja Irina pole veel koostanud kvartaliaruannet sortimendi prognoosiga. Ja ta ei vastanud isegi mitmele kirjale klientidelt, kes soovisid kaupa posti teel kätte saada. Ja kirsiks tordil hiljutine tüli ühe tema varem väga lugupeetud müüjaga hinnasiltide pärast. Selgub, et heaks juhiks olemine polegi nii lihtne.
Olukorra analüüs
Simulatsioonimudel on ennekõike olukorra lugemine. Siin tekib järgmine pilt kuuest punktist koos alapunktidega.
- Minu uuel töökohal on toimunud muudatusi. Millised on nende ohjeldavad ja motiveerivad jõud?
- Enne muutusi - tunde olemasolu enesehinnang ja teadmised müügimehhanismist.
- Motivatsioon soovis läbi lüüa, aga ka säilitada müügivõimeid – rollikonflikt.
- Juhtimisstiil on täielik suutmatus anda osa volitustest alluvatele. Kokkupõrkeid alluvatega ei saa vältida.
- Uues rollis: ei määranud ametikoha spetsiifikat, koormuse suurust, ei otsustanud lihtne probleem kordustrükkidega, koonerdab planeerimise ja kontrolliga, lubab alluvatel tööle ilmumata jätta, rikub personali koolitusplaani, ei oska oma aega organiseerida ja prioriteete seada, kaotab loovuse – uusi ideid pole.
- Usaldatud personali juhtimisstiil: lubab vertikaalset konflikti, sekkub alluvate asjadesse, puudub enesekindlus, juhib juhtkonna abita.
Probleemide tuvastamine
Simulatsioonimudelite struktuur eeldab, et teine samm on esilekerkivate probleemide tuvastamine nende järjepidevaks lahendamiseks. Siin peate järgima samu punkte, võttes arvesse tehtud analüüsi, kuid arvestades olukorda erineva eesmärgiga.
- Muudatused: kas on võimalusi muutuste juhtimiseks ja milliseid, kuidas vähendada vastupanuvõimet toimunud muutustele.
- Juhtimisstiilid: miks Irina valitud stiil ebaõnnestub ja mille kasuks on parem sellest loobuda.
- Motivatsioon: mida ütleb juhtimisteooria Irina ja müüjate stiimulite kohta.
- Tööeesmärkide spetsiifika: kas Irina teab kõiki üksikasju uus töökoht millised olid eesmärgid ja kuidas neid tuleks saavutada.
- Planeerimine ja kontroll: kas Irina planeeris oma tegevust juhina, kas neid kontrolliti?
- Konflikt: mis on tekkinud konflikti põhjus ja probleem ning kuidas seda lahendada.
Temaatilised lingid
Simulatsioonimudelite kasutamine aitab üles ehitada olukorra selle algusest (motiivid), paljastades selle alguse motiivid kuni üleminekuni uuele kvaliteedile. Mis see saab, sõltub sellest, kuidas analüüs läbi viiakse ja millised järeldused tehakse. Ükski olukord pole täielik ilma teemade ühendamiseta. Kõige sagedamini ei reprodutseeri simulatsioonimudelid reaalsust kõigis aspektides, kuid mängus peab olema mitu sellist seost. Siin on need järgmised.
- Irina ei näinud juhi ja müüja töös erinevusi.
- Irina oli oma uueks ametikohaks halvasti ette valmistatud.
- Irinal puuduvad juhtimisest põhjapanevad teadmised.
Ühendavate motiivide arendamine
Mida on võimalik ja mida tuleb teha seoses teemade ühendamisega?
- Esiteks on vajalik teabe edastamine. Irina ülemused on kohustatud talle kohe pärast ametisse nimetamist esitama konkreetsed töönõuded. Irina peab alluvatele oma juhtimisstiili tööl teadvustama.
- Teiseks on vaja koolitada Irinat juhtimise põhitõdesid, tema alluvaid müügimeetodeid ning loomulikult peavad Irina ja tema alluvad läbima inimestevahelise suhtluse koolituse.
- Kolmandaks on vaja selgelt planeerida Irina funktsionaalsed kohustused juhina ja kogu osakonna tegevus tervikuna.
- Neljandaks peab olema korralik personalijuhtimine: Irina vajab abi eesmärkide ja prioriteetide paikapanemisel nii hetkeliselt kui ka pikaajaliselt ehk personaliosakonnal on mõttekas planeerida täiendkoolitusi töötajatele, kellest ettevõte on huvitatud.
Kogu see teema on otseselt seotud ainult info edastamisega.
Kui mäng jõuab kokkuvõtete tegemise ja järelduste tegemise faasi, saab selgeks, mis on simulatsioonimudelid ja kuidas need kasulikud on. Järeldused on peaaegu kõigi jaoks väga täpsed ja konkreetsed, sest olukorda analüüsiti peensusteni.
- Esiteks peab juht oma ülemustega kokku leppima töö spetsiifika ja edastama tulemused oma alluvatele.
- Teiseks peavad kõik prioriteedid ja eesmärgid olema juhile selged ning selgitatud ka ülejäänud personalile.
Irina peab juhtimises valdama juhtimisvõtteid oma aeg, kontrollis ja planeerimises, inimeste ja igasuguste konfliktide juhtimises, ringluses uut teavet meeskonna seas ja selle arengus.
Irina peab personaliosakonnast üksikasjalikult tutvuma koolitusprotseduuride ja töötajate täiendõppega, et neid võimalikult õigesti rakendada. Ta peab ennast parandama professionaalne tase iseseisvalt ja edaspidi läbima õpinguid. Need soovitused võivad ettevalmistamata inimest hirmutada, nii et peate need viivitamatult jagama kolmeks osaks: viivitamatu rakendamine, keskmise kiireloomulisuse soovitused ja viimane punkt - selgelt pikaajaline. Irinal ja tema ülemustel on mõttekas arutada ebaõnnestumiste põhjuseid ja teha kõik, et need ei korduks.
Olles selliselt kunstlikult konstrueeritud olukorda analüüsinud, saab iga õpilane aru, mis on simulatsioonimudelid.
Majandusarengu mudelid
Sotsiaal-majanduslikul arengul on teistest erinevad simulatsioonimudelid. Selleks oli vaja eraldi nimetust, et konkreetselt teada selle või teise situatsioonilise tehiskonstruktsiooni rakendusala. Dünaamilised simulatsioonimudelid on loodud spetsiaalselt jõudluse ennustamiseks majandussüsteemid. Pealkiri rõhutab, et dünaamika on kõige rohkem peamine omadus sellised konstruktsioonid ja need põhinevad süsteemidünaamika põhimõtetel.
Ehitamise etappidel on järgmine toimingute jada: esiteks koostatakse kognitiivne struktureerimisskeem, seejärel valitakse statistilised andmed ja skeemi täpsustatakse. Järgmine samm on moodustada, kus kirjeldatakse kognitiivseid seoseid, seejärel koostatakse IDM tervikuna. Mudel silutakse ja kontrollitakse ning lõpuks tehakse mitme muutujaga arvutused, sealhulgas ennustavad.
Skriptimismeetod
Stsenaariumianalüüs, mis tähendab teatud projekti simulatsioonimudelit, on vajalik selleks, et välja arvutada projekti arendamisel tekkivad ohud ja võimalused nende ületamiseks. Investeeringut ohustav risk võib vastupidiselt ootustele väljenduda antud projektile mõeldud rahavoo kõrvalekaldes ning mida suurem on kõrvalekalle, seda suurem on risk. Iga projekt demonstreerib projekti tulemuste võimalikku ulatust, seetõttu on neile tõenäosushinnangu andmisel võimalik hinnata rahavoogusid, võttes arvesse eksperthinnanguid kõigi nende voogude tõenäosusliku genereerimise kohta või kõigi voo komponentide kõrvalekallete suurust. eeldatavad väärtused.
Hea on see, et sellise põhjal eksperthinnangud Võimalik on konstrueerida vähemalt kolm võimalikku arengusituatsiooni: pessimistlik, kõige realistlikum (tõenäoline) ja optimistlik. Simulatsioonimudelid- siin on ainult üks erinevus reaalsusest - tegevust ei too mitte süsteem ise, vaid selle mudel. Süsteemide simulatsioonimudelid tulevad appi juhtudel, kui reaalsete katsete tegemine on vähemalt ebamõistlik ning maksimaalselt kulukas ja ohtlik. Simulatsioon on viis süsteemide uurimiseks vähimagi riskita. Praktiliselt võimatu on hinnata näiteks investeerimisprojektide riski ilma simulatsioonideta, kus kasutatakse ainult prognoosiandmeid kulude, müügimahtude, hindade ja muude riske määravate komponentide kohta.
Finantsanalüüs
Mudeleid kasutatakse paljude probleemide lahendamiseks finantsanalüüs, sisaldavad juhuslikke muutujaid, mida otsustajad ei saa kontrollida. Need on stohhastilised simulatsioonimudelid. Simulatsioon võimaldab tuletada võimalikke tulemusi juhuslike muutujate tõenäosusjaotuste põhjal. Stohhastilist simulatsiooni nimetatakse sageli ka Monte Carlo meetodiks.
Kuidas modelleeritakse investeerimisprojektide riske? Tehakse rida arvukaid katseid, mis hindavad puhtalt empiiriliselt erinevate tegurite (st algväärtuste) mõju astet tulemustele, mis neist täielikult sõltuvad. Simulatsioonikatse läbiviimine jaguneb tavaliselt teatud etappideks.
Luues seosed alg- ja lõppnäitajate vahel matemaatilise ebavõrdsuse või võrrandi kujul, astutakse esimene samm katsetamise teel. Seejärel peate andma masinaseadused, mis jagavad põhiparameetrite tõenäosusi. Järgmisena viiakse läbi mudeli põhiparameetrite kõigi väärtuste arvutisimulatsioon ning arvutatakse alg- ja lõppnäitajate jaotuste omadused. Lõpuks analüüsitakse arvuti abil saadud tulemusi ja tehakse otsus.
Määratleme sisse üldine vaade Kuidas eksperimentaalne meetod reaalse süsteemi uurimiseks selle simulatsioonimudeli abil, mis ühendab endas eksperimentaalse lähenemise tunnused ja spetsiifilised arvutitehnoloogia kasutamise tingimused.
See definitsioon rõhutab, et simulatsioon on arenduse tõttu masinmodelleerimise meetod infotehnoloogiad, mis viis seda tüüpi arvutimudelite tekkeni. Definitsioon keskendub ka imitatsiooni eksperimentaalsele olemusele ja rakendab simulatsiooni uurimismeetodit (katse viiakse läbi mudeliga). Simulatsioonis oluline roll ei mängi mudelil mitte ainult katse läbiviimist, vaid ka planeerimist. See määratlus ei selgita aga, mis on simulatsioonimudel ise. Vastame küsimusele, mis on simulatsioonimodelleerimise olemus?
- tõeline süsteem;
- Arvuti, millel simulatsioon läbi viiakse, on suunatud arvutuslik eksperiment.
loogilised või loogilis-matemaatilised mudelid, mis kirjeldavad uuritavat protsessi.
kõrgem, reaalne süsteem määratleti kui ajas toimivate interakteeruvate elementide kogum.
< A, S, T > , Kus
A
S
T
Simulatsioonimodelleerimise eripäraks on see, et simulatsioonimudel võimaldab teil simuleeritud objekte reprodutseerida:
- käitumisomaduste säilitamisega (süsteemis toimuvate sündmuste ajas vaheldumise jadad), s.o. interaktsioonide dünaamika.
:
- süsteemi staatiline kirjeldus, mis on sisuliselt selle struktuuri kirjeldus. Simulatsioonimudeli väljatöötamisel on vaja rakendada modelleeritavate protsesside struktuurset analüüsi.
- funktsionaalne mudel
.
osariigid olekumuutujate kogum, mille iga kombinatsioon kirjeldab konkreetset olekut. Seetõttu on nende muutujate väärtusi muutes võimalik simuleerida süsteemi üleminekut ühest olekust teise. Seega on simulatsioon esitus dünaamiline käitumine süsteem liigutades seda ühest olekust teise vastavalt teatud reeglid. Need olekumuutused võivad toimuda kas pidevalt või diskreetsetel ajahetkedel. Simulatsioonimodelleerimine on süsteemi oleku aja jooksul toimuvate muutuste dünaamiline peegeldus.
Simulatsioonis kuvatakse mudelis reaalse süsteemi loogiline struktuur ja ka simuleeritakse alamsüsteemide interaktsioonide dünaamika simuleeritud süsteemis.
Mudelaja mõiste
t 0 mida nimetatakse
t 0 :
- samm sammu haaval
- sündmusepõhine
Millal samm-sammult meetod (põhimõtet).
- pidev;
- diskreetne;
- pidev-diskreetne.
IN
IN
pidev-diskreetsed mudelid
Modelleerimisalgoritm
Uuringu simulatsiooni iseloom eeldab kohalolekut
algoritmiline, nii mittealgoritmiline.
modelleerimisalgoritm
Simulatsioonimudel on modelleerimisalgoritmi tarkvaraline teostus. See on koostatud automatiseeritud modelleerimistööriistade abil. Allpool käsitletakse simulatsiooni modelleerimise tehnoloogiat, modelleerimisvahendeid, keeli ja modelleerimissüsteeme, mille abil simulatsioonimudeleid rakendatakse.
Simulatsiooni modelleerimise üldine tehnoloogiline skeem
Üldjoontes on simulatsioonimodelleerimise tehnoloogiline skeem toodud joonisel 2.5.
Riis. 2.5. Simulatsiooni modelleerimise vooskeem
- tõeline süsteem;
- loogilis-matemaatilise mudeli konstrueerimine;
- modelleerimisalgoritmi väljatöötamine;
- simulatsiooni (masina) mudeli ehitamine;
- simulatsioonikatsete planeerimine ja läbiviimine;
- tulemuste töötlemine ja analüüs;
- järeldused reaalse süsteemi käitumise kohta (otsuste tegemine)
Simulatsioonimudel sisaldab pideva ja diskreetse tegevuse elemente, seetõttu kasutatakse seda vajadusel dünaamiliste süsteemide uurimiseks pudelikaela analüüs, Uuring toimimise dünaamika,
Simulatsioonimodelleerimine on tõhus uurimisvahend stohhastilised süsteemid, ebakindluse tingimustes,.
Mis juhtub, kui?
Simulatsioonimudelis on erinevad, sealhulgas kõrged, detailsuse tase simuleeritud protsessid. Sel juhul luuakse mudel samm-sammult, evolutsiooniliselt.
Defineerime simulatsiooni meetodüldiselt nagu eksperimentaalne meetod reaalse süsteemi uurimiseks selle simulatsioonimudeli abil, mis ühendab endas eksperimentaalse lähenemise tunnused ja spetsiifilised arvutitehnoloogia kasutamise tingimused.
See definitsioon rõhutab, et simulatsioon on masinmodelleerimise meetod, mis on tingitud infotehnoloogia arengust, mis tõi kaasa seda tüüpi arvutimodelleerimise tekkimise. Definitsioon keskendub ka imitatsiooni eksperimentaalsele olemusele ja rakendab simulatsiooni uurimismeetodit (katse viiakse läbi mudeliga). Simulatsioonimodelleerimisel ei mängi olulist rolli mitte ainult katse läbiviimine, vaid ka mudelil katse planeerimine. See määratlus ei selgita aga, mis on simulatsioonimudel ise. Vastame küsimusele, mis on simulatsioonimodelleerimise olemus?
Simulatsiooni modelleerimise käigus (joonis 2.1) tegeleb uurija nelja põhielemendiga:
- tõeline süsteem;
- simuleeritud objekti loogilis-matemaatiline mudel;
- simulatsiooni (masina) mudel;
- Arvuti, millel simulatsioon läbi viiakse, on suunatud
arvutuslik eksperiment.
Teadlane uurib reaalset süsteemi, töötab välja reaalse süsteemi loogilis-matemaatilise mudeli.
kõrgem, reaalne süsteem määratleti kui aja jooksul toimivate interakteeruvate elementide kogum.
Kompleksse süsteemi liitolemust kirjeldab selle mudeli esitus kolme komplekti kujul:
< A, S, T> , Kus
A– palju elemente (nende arv hõlmab väliskeskkonda);
S– elementidevaheliste lubatavate ühenduste kogum (mudelstruktuur);
T– kaalutud ajapunktide kogum.
Simulatsiooni modelleerimise funktsioon on see, et simulatsioonimudel võimaldab teil simuleeritud objekte reprodutseerida:
- säilitades samal ajal nende loogilise struktuuri;
- käitumuslike omaduste (süsteemis toimuvate sündmuste ajalise vaheldumise jada) säilimisega, s.o. interaktsioonide dünaamika.
Simulatsioonimodelleerimisel kuvatakse mudelis adekvaatselt simuleeritud süsteemi struktuur ning konstrueeritud mudelil mängitakse (simuleeritakse) selle toimimise protsesse. Seetõttu seisneb simulatsioonimudeli koostamine modelleeritava objekti või süsteemi struktuuri ja toimimisprotsesside kirjeldamises. Simulatsioonimudeli kirjelduses on kaks komponenti:
- süsteemi staatiline kirjeldus, mis on sisuliselt selle struktuuri kirjeldus. Simulatsioonimudeli väljatöötamisel on vaja kasutada modelleeritavate protsesside struktuurianalüüsi.
- süsteemi dünaamiline kirjeldus või selle elementide interaktsiooni dünaamika kirjeldus. Selle koostamisel nõuab see tegelikult konstruktsiooni funktsionaalne mudel simuleeritud dünaamilised protsessid.
Meetodi idee selle vaatevinklist tarkvara juurutamine, on järgmine. Mis siis, kui süsteemi elementidele oleks määratud mingid tarkvarakomponendid ja nende elementide olekud kirjeldataks olekumuutujate abil. Elemendid definitsiooni järgi interakteeruvad (või vahetavad informatsiooni), mis tähendab, et saab realiseerida üksikute elementide toimimise algoritmi ehk modelleerimisalgoritmi. Lisaks eksisteerivad elemendid ajas, mis tähendab, et olekumuutujate muutmiseks on vaja määrata algoritm. Dünaamika simulatsioonimudelites on realiseeritud kasutades mudeli aja edasiarendamise mehhanism.
Simulatsioonimeetodi eripäraks on võime kirjeldada ja reprodutseerida süsteemi erinevate elementide vahelist koostoimet. Seega, simulatsioonimudeli loomiseks peate:
- esitada reaalne süsteem (protsess) interakteeruvate elementide kogumina;
- kirjeldada algoritmiliselt üksikute elementide toimimist;
- kirjeldada erinevate elementide omavahelist ja väliskeskkonnaga suhtlemise protsessi.
Simulatsioonimodelleerimise põhipunkt on tuvastada ja kirjeldada osariigid süsteemid. Süsteem on iseloomustatud olekumuutujate kogum, mille iga kombinatsioon kirjeldab konkreetset olekut. Seetõttu on nende muutujate väärtusi muutes võimalik simuleerida süsteemi üleminekut ühest olekust teise. Seega on simulatsioon esitus dünaamiline käitumine süsteemi liigutades ühest olekust teise vastavalt teatud reeglitele. Need olekumuutused võivad toimuda kas pidevalt või diskreetsetel ajahetkedel. Simulatsioonimodelleerimine on süsteemi oleku aja jooksul toimuvate muutuste dünaamiline peegeldus.
Simulatsioonimodelleerimisel kuvatakse mudelis reaalse süsteemi loogiline struktuur ning simuleeritakse ka alamsüsteemide interaktsioonide dünaamikat simuleeritud süsteemis.
Mudelaja mõiste. Diskreetsed ja pidevad simulatsioonimudelid
Simuleeritud protsesside dünaamika kirjeldamiseks simulatsioonis on see rakendatud mudeli aja määramise mehhanism. See mehhanism on sisse ehitatud modelleerimissüsteemi juhtimisprogrammidesse.
Kui süsteemi ühe komponendi käitumist simuleerida arvutis, siis simulatsioonimudelis saaks toimingute sooritamist läbi viia järjestikku, arvutades ümber ajakoordinaadi.
Reaalse süsteemi paralleelsete sündmuste simulatsiooni tagamiseks on kasutusele võetud mingi globaalne muutuja (tagades kõigi süsteemi sündmuste sünkroniseerimise) t 0 mida nimetatakse mudeli (või süsteemi) aeg.
Muutmiseks on kaks peamist viisi t 0 :
- samm sammu haaval(rakendatakse mudeli aja muutmise fikseeritud intervalle);
- sündmusepõhine(kasutatakse muutuvaid mudeliaja muutumise intervalle, samas kui sammu suurust mõõdetakse intervalliga kuni järgmise sündmuseni).
Millal samm-sammult meetod aeg liigub edasi väikseima võimaliku konstantse sammupikkusega (põhimõtet). Need algoritmid ei ole nende rakendamiseks arvutiaja kasutamise osas kuigi tõhusad.
Fikseeritud sammu meetodit kasutatakse järgmistel juhtudel:
- kui ajas muutumise seadust kirjeldatakse integro-diferentsiaalvõrranditega. Tüüpiline näide: integro-diferentsiaalvõrrandite lahendamine numbrilise meetodi abil. IN sarnased meetodid modelleerimise etapp on võrdne integreerimise sammuga. Mudeli dünaamika on reaalsete pidevate protsesside diskreetne lähendus;
- kui sündmused jaotuvad ühtlaselt ja saab valida ajakoordinaadi muutmise sammu;
- kui teatud sündmuste toimumist on raske ennustada;
- kui üritusi on palju ja need ilmuvad rühmadena.
Muudel juhtudel kasutatakse sündmustepõhist meetodit näiteks siis, kui sündmused jaotuvad ajateljel ebaühtlaselt ja ilmnevad oluliste ajavahemike järel.
Sündmuspõhine meetod (“eriseisundite” põhimõte). Selles muutuvad aja koordinaadid, kui süsteemi olek muutub. Sündmuspõhiste meetodite puhul on aja nihke sammu pikkus maksimaalne võimalik. Mudeli aeg muutub praegusest hetkest järgmise sündmuse lähima hetkeni. Sündmuspõhise meetodi kasutamine on eelistatav, kui sündmuste sagedus on madal. Siis kiirendab suurem sammupikkus mudeliaja möödumist. Praktikas on sündmustepõhine meetod kõige levinum.
Seega, tulenevalt arvutis toimuva infotöötluse järjestikusest olemusest, teisendatakse mudelis toimuvad paralleelsed protsessid vaadeldava mehhanismi abil järjestikusteks. Seda esitusviisi nimetatakse kvaasiparalleelseks protsessiks.
Lihtsaim klassifitseerimine simulatsioonimudelite põhitüüpidesse on seotud nende kahe mudeli aja suurendamise meetodi kasutamisega. On olemas simulatsioonimudelid:
- pidev;
- diskreetne;
- pidev-diskreetne.
IN pideva simulatsiooni mudelid muutujad muutuvad pidevalt, modelleeritava süsteemi olek muutub aja pideva funktsioonina ning reeglina kirjeldatakse seda muutust diferentsiaalvõrrandisüsteemidega. Vastavalt sellele sõltub mudeli aja edenemine diferentsiaalvõrrandite lahendamise numbrilistest meetoditest.
IN diskreetsed simulatsioonimudelid muutujad muutuvad diskreetselt teatud simulatsiooniaja (sündmuste toimumise) hetkedel. Diskreetsete mudelite dünaamika on üleminekuprotsess järgmise sündmuse alguse hetkest järgmise sündmuse alguseni.
Kuna reaalsetes süsteemides on pidevaid ja diskreetseid protsesse sageli võimatu eraldada, pidev-diskreetsed mudelid, mis ühendavad neile kahele protsessile iseloomulikud aja edenemise mehhanismid.
Modelleerimisalgoritm. Simulatsioonimudel
Uuringu simulatsiooni iseloom eeldab kohalolekut loogilised või loogilis-matemaatilised mudelid, kirjeldatud protsessi (süsteemi), mida uuritakse.
Keerulise süsteemi loogilis-matemaatiline mudel võib olla nagu algoritmiline, nii mittealgoritmiline.
Et olla masinrakendatud, on keeruline süsteem üles ehitatud loogilis-matemaatilise mudeli alusel modelleerimisalgoritm, mis kirjeldab süsteemi elementide struktuuri ja interaktsiooni loogikat.
Simulatsioonimudel on modelleerimisalgoritmi tarkvaraline teostus. See on koostatud automatiseeritud modelleerimistööriistade abil. Allpool käsitletakse simulatsiooni modelleerimise tehnoloogiat, modelleerimisvahendeid, keeli ja modelleerimissüsteeme, mille abil simulatsioonimudeleid rakendatakse.
Simulatsioonimeetodi võimalused
Simulatsiooni modelleerimismeetod võimaldab lahendada väga keerukaid probleeme, võimaldab simuleerida keerulisi ja mitmekesiseid protsesse, suur summa elemendid. Selliste mudelite individuaalseid funktsionaalseid sõltuvusi saab kirjeldada tülikate matemaatiliste seostega. Seetõttu kasutatakse simulatsioonimudelit tõhusalt keeruka struktuuriga süsteemide uurimise probleemide lahendamiseks konkreetsete probleemide lahendamiseks.
Simulatsioonimudel sisaldab pideva ja diskreetse tegevuse elemente, seetõttu kasutatakse seda vajadusel dünaamiliste süsteemide uurimiseks pudelikaela analüüs, Uuring toimimise dünaamika, kui on soovitav jälgida protsessi kulgu simulatsioonimudelil teatud aja jooksul.
Simulatsioonimodelleerimine on tõhus uurimisvahend stohhastilised süsteemid, kui uuritavat süsteemi võivad mõjutada paljud juhuslikud tegurid keeruline iseloom. On võimalus läbi viia uuringuid ebakindluse tingimustes, puudulike ja ebatäpsete andmetega .
Simulatsiooni modelleerimine on oluline tegur otsuseid toetavad süsteemid, sest võimaldab teil uurida suurt hulka alternatiive (lahendusvalikuid), esitada mis tahes sisendandmete jaoks erinevaid stsenaariume. Simulatsioonimodelleerimise peamine eelis on see, et uurija saab alati vastuse küsimusele "uute strateegiate testimiseks ja otsuste tegemiseks võimalike olukordade uurimisel". Mis juhtub, kui?...” Simulatsioonimudel võimaldab ennustada, millal me räägime uuritakse kavandatava süsteemi või arendusprotsesside kohta (st juhtudel, kui tegelikku süsteemi veel ei eksisteeri).
Simulatsioonimudel võib pakkuda simuleeritud protsesside erinevaid, sealhulgas kõrgeid detailsuse tasemeid. Sel juhul luuakse mudel samm-sammult, evolutsiooniliselt.
matemaatiliste mudelite ehitamine kirjeldada uuritavaid protsesse;Sisuliselt arvuti modelleerimine on järgmine: matemaatilise mudeli alusel viiakse läbi arvutuskatsete seeria arvuti abil, s.o. uuritakse objektide või protsesside omadusi, leitakse nende optimaalsed parameetrid ja töörežiimid ning täpsustatakse mudelit. Näiteks kui teil on võrrand, mis kirjeldab konkreetse protsessi kulgu, saate muuta selle koefitsiente, alg- ja piirtingimusi ning uurida, kuidas objekt käitub. Simulatsioonimudelid- need tehakse arvutis arvutuslikud katsed matemaatiliste mudelitega, mis simuleerivad reaalsete objektide, protsesside või süsteemide käitumist.
Reaalseid protsesse ja süsteeme saab uurida kahte tüüpi matemaatilisi mudeleid kasutades: analüütilist ja simulatsiooni.
Analüütilistes mudelites on reaalsete protsesside ja süsteemide (RPS) käitumine määratletud eksplitsiitse vormis. funktsionaalsed sõltuvused(lineaarsed või mittelineaarsed, diferentsiaal- või integraalvõrrandid, nende võrrandite süsteemid). Neid sõltuvusi on aga võimalik hankida ainult suhteliselt lihtsate RPS-ide puhul. Kui nähtused on keerulised ja mitmekesised, peab uurija kasutama keerulise RPSi lihtsustatud esitusi. Selle tulemusena muutub analüütiline mudel tegelikkusele liiga jämedaks ligikaudseks. Kui sellegipoolest on võimalik saada keeruliste RPS-ide jaoks analüütilisi mudeleid, muutuvad need sageli lahendamatuks probleemiks. Seetõttu on uurija sunnitud sageli kasutama simulatsioon.
Simulatsiooni modelleerimine on arvuline meetod arvutuslike katsete läbiviimiseks arvutis matemaatiliste mudelitega, mis simuleerivad reaalsete objektide, protsesside ja süsteemide käitumist ajas teatud perioodi jooksul. Sel juhul jaguneb RPS-i toimimine elementaarseteks nähtusteks, alamsüsteemideks ja mooduliteks. Nende elementaarnähtuste, alamsüsteemide ja moodulite toimimist kirjeldab algoritmide komplekt, mis simuleerib elementaarnähtusi, säilitades samas loogiline struktuur ja esinemisjärjestus ajas.
Simulatsiooni modelleerimine on meetodite kogum uurimisobjektide toimimise algoritmiseerimiseks, algoritmiliste kirjelduste tarkvaraliseks realiseerimiseks, arvutuskatsete korraldamiseks, planeerimiseks ja läbiviimiseks arvutis matemaatiliste mudelitega, mis simuleerivad RPS-i toimimist antud perioodil.
RPS-i toimimise algoritmiseerimine on kogu selle töö operatiivne kirjeldus funktsionaalsed alamsüsteemid eraldi moodulid, mille detailsusaste vastab mudeli nõuete kogumile.
"Simulatsiooni modelleerimine"(IM) on kahekordne termin. "Imitatsioon" ja "modelleerimine" on sünonüümid. Peaaegu kõik teaduse ja tehnoloogia valdkonnad on reaalsete protsesside mudelid. Et eristada matemaatilisi mudeleid üksteisest, hakkasid teadlased neile lisanimesid andma. Tähtaeg "simulatsiooni modelleerimine" tähendab, et tegemist on matemaatiliste mudelitega, mille abil ei ole võimalik süsteemi käitumist ette arvutada ega ennustada ning süsteemi käitumist on vaja ennustada arvutuslik eksperiment(imitatsioon) antud lähteandmetega matemaatilisel mudelil.
IM-i peamine eelis:
- oskus kirjeldada protsesside või süsteemide komponentide (elementide) käitumist suure detailsusega;
- puuduvad piirangud MI parameetrite ja RPS väliskeskkonna oleku vahel;
- oskus uurida komponentide interaktsiooni dünaamikat süsteemiparameetrite ajas ja ruumis;
Need eelised pakuvad simulatsiooni meetod laialdane kasutamine.
- Kui uurimisprobleemi täielikku sõnastust pole ja modelleeriva objekti tunnetusprotsess on käimas. Simulatsioonimudel toimib nähtuse uurimise vahendina.
- Kui analüüsimeetodid olemas, kuid matemaatilised protsessid on keerulised ja aeganõudvad ning simulatsioon annab lihtsama viisi probleemi lahendamiseks.
- Kui lisaks protsessi või süsteemi parameetrite (muutujate) mõju hindamisele on soovitav jälgida protsessi või süsteemi (PS) komponentide (elementide) käitumist teatud perioodi jooksul.
- Millal simulatsioon osutub ainsaks võimaluseks keeruka süsteemi uurimiseks, kuna nähtusi ei ole võimalik reaalsetes tingimustes jälgida (termotuumasünteesi reaktsioonid, kosmoseuuringud).
- Kui on vaja kontrollida protsesside kulgu või süsteemide käitumist, aeglustades või kiirendades nähtusi simulatsiooni käigus.
- Kui koolitada spetsialiste uue tehnoloogia jaoks, millal simulatsioonimudelid annab võimaluse omandada oskusi uute seadmete käitamiseks.
- Kui RPS-is uuritakse uusi olukordi. Sel juhul on simulatsiooni eesmärk katsetada uusi strateegiaid ja reegleid täismahuliste katsete läbiviimiseks.
- Kui sündmuste jada projekteeritavates alajaamades on eriti oluline ja mudelit kasutatakse alajaama toimimise kitsaskohtade ennustamiseks.
Kuid lisaks eelistele on IM-l ka puudusi:
- Hea MI väljatöötamine on sageli kulukam kui analüütilise mudeli loomine ja nõuab rohkem aega.
- Võib juhtuda, et MI on ebatäpne (nagu sageli juhtub) ja me ei saa mõõta selle ebatäpsuse ulatust.
- Sageli pöörduvad teadlased IM poole, mõistmata raskusi, millega nad kokku puutuvad, ja teevad seda tehes mitmeid metoodilisi vigu.
Sellegipoolest on MI üks enim kasutatavaid meetodeid sünteesi- ja analüüsiprobleemide lahendamisel. keerulised protsessid ja süsteemid.
Üks tüüpidest simulatsiooni modelleerimine on statistiline simulatsioon, mis võimaldab taasesitada keerukate juhuslike protsesside toimimist arvutis.
Juhuslikele häiretele alluvate keeruliste süsteemide uurimisel tõenäosuslikud analüütilised mudelid ja tõenäosuslikud simulatsioonimudelid.
Tõenäosuslikes analüütilistes mudelites võetakse juhuslike tegurite mõju arvesse juhuslike protsesside tõenäosuslike karakteristikute (tõenäosuse jaotuse seadused, spektraaltihedused või korrelatsioonifunktsioonid) täpsustamisega. Samas on tõenäosuslike analüütiliste mudelite konstrueerimine keeruline. arvutuslik probleem. Seetõttu kasutatakse suhteliselt lihtsate süsteemide uurimiseks tõenäosuslikku analüütilist modelleerimist.
Märgitakse, et juhuslike häirete sissetoomine sisse simulatsioonimudelid ei too kaasa põhimõttelisi komplikatsioone, seetõttu uuritakse praegu reeglina keerulisi juhuslikke protsesse simulatsioonimudelid.
Tõenäosuslikult simulatsiooni modelleerimine nad ei tööta mitte juhuslike protsesside omadustega, vaid PS parameetrite konkreetsete juhuslike arvväärtustega. Peale selle taasesitamisel saadud tulemused simulatsioonimudel vaadeldavast protsessist on juhuslikud teostused. Seetõttu on protsessi objektiivsete ja stabiilsete omaduste leidmiseks vajalik selle korduv reprodutseerimine, millele järgneb saadud andmete statistiline töötlemine. Seetõttu uuritakse keerulisi protsesse ja süsteeme, mis alluvad juhuslikele häiretele
- Õuntega küpsetatud makrelli retsept Ahjus küpsetatud makrelli retsept
- Hautatud kanamaks hapukoores mikrolaineahjus retsept koos fotodega Kuidas küpsetada maksa mikrolaineahjus
- Mädarõika eelroog - kaheksa retsepti, kuidas valmistada vürtsikat eelroa mädarõigast
- Kotletid tomatite ja juustuga ahjus Kotletid tomatite ja juustuviiludega