Имитационное моделирование. 7

СОДЕРЖАНИЕ

Введение...................................................................................................................2

1. Связь имитационного моделирования и разработки управленческого решения …...............................................................................................................4

2. Процесс имитационного моделирования........................................................13

3. Дискретные и непрерывные имитационные модели.....................................27

4. Моделирующий алгоритм. Имитационная модель........................................30

5. Имитационная модель банковской системы...................................................31

6. Методы построения математических  моделей  для решения управленческих  задач...........................................................................................33

Заключение............................................................................................................34

Литература.............................................................................................................35

Введение

Принятие решений  – важнейшая часть работы менеджеров любого звена  на каждом предприятии. Именно потому понимание тонкостей  процесса принятия решений в различных условиях, знание, а также применение различных методов и моделей принятия решений играет важную роль в повышении эффективности работы управленческого персонала.

Для принятия правильных решений нужно применять научный  способ. В науке управления научный способ предполагает присутствие определенной структуры процесса принятия решений и внедрение разных способов и моделей принятия решений.

Проведение  операционных исследований, построение математической модели способствуют проведению анализа ситуации и выбору рационального решения по управлению ею.  Либо же доказать уже предложенные решения. Цель, которая преследуется в процессе изучения операций, содержится в том, чтобы выявить лучший метод при решении определенной задачи организационного управления в ситуации, когда есть ограничения технико-экономического или иного характера. 

В последние 30-40 лет способы моделирования экономики  разрабатывались чрезвычайно интенсивно. Они были направлены  на теоретические  цели экономического анализа и на практические цели планирования, управления, прогноза. Модели экономики объединяют такие  процессы, как  планирование, управление и т. д. Но в соответствующих моделях  упор делается на какой-либо один процесс(к примеру, процесс планирования), тогда как все другие представляются упрощенно.

Концепция имитационного  моделирования системы состоит  в отображении изменений ее состояния  с течением времени. Имитационное моделирование  — это интеллектуальная деятельность, которая нацелена на решение проблем, возникающих на производстве, с применением человеко-машинных процедур. При имитационном моделировании логическая структура моделируемой системы отображается в модели. При этом процессы  функционирования системы, а также динамика взаимодействия ее элементов имитируются на модели.

Целью данной курсовой работы является изучение решения управленческих задач, используя методы имитационного  моделирования.

Задачи курсовой работы:

-изучить связь  имитационного моделирования и  разработок управленческих решений

-рассмотреть  процесс имитационного моделирования

-рассмотреть  процесс имитационного моделирования  на конкретном примере

1. Связь имитационного моделирования и разработки управленческого решения

Форма имитации - представление объекта средствами, которые отличны от его реального содержания. Имитационное моделирование является очень широким понятием, имеющим чрезвычайно огромный смысл для лиц, которые занимаются созданием и функционирование фактически всех систем. Идея имитационного моделирования дает возможность проводить эксперименты с системами в тех случаях, когда делать это на реальном объекте является нереально либо нецелесообразно. Руководитель сегодня должен иногда обращаться к методам имитационного моделирования. Имитационное моделирование является одним из самых эффективных способов исследования систем, а также количественной оценки характеристик их функционирования.

  При использовании имитационного моделирования динамические процессы объекта заменяются на процессы, которые имитируются в абстрактной модели. Но, при этом, соблюдаются главные правила функционирования оригинала. В процессе имитации фиксируются определенные события и состояния либо измеряются выходные воздействия, учитывая которые вычисляются характеристики качества функционирования системы.¹

     Имитационное  моделирование позволяет исследовать  процессы, которые происходят в  системе, фактически на любом  уровне детализации. В имитационной  модели является возможным реализовать  фактически любой алгоритм управленческой  деятельности либо поведения системы.  Модели, которые допускают исследование аналитическими способами, тоже могут анализироваться с помощью имитационных способов.  Все это служит предпосылкой того, что имитационные методы моделирования сегодня становятся  главными методами исследования сложных систем.

     Имитационные  модели являют собой модели  по типу так называемого "черного  ящика". Это значит, что они  обеспечивают выдачу выходных  характеристик  системы, если  на ее взаимодействующие подсистемы  поступают входные воздействия. Потому для получения нужной информации или результатов следует реализовать модели, а не "решать" их. Имитационные модели не способны формировать свое собственное решение в  виде, который имеет место в аналитических моделях. Они могут служить только средством для анализа поведения системы в условиях, которые создает исследователь. Это и есть основной плюс имитационного моделирования. Ведь целесообразность применения имитационного моделирования становится очевидной при наличии какого- либо  из последующих критериев:

- нет законченной математической постановки задачи;

- нет разработанных аналитических методов решения данной математической модели;

-аналитические  методы есть, но математические  процедуры сложные, поэтому при  имитационном моделировании можно получить более простой способ решения;

-кроме оценки  определенных параметров, желательно  осуществить на имитационной  модели наблюдение за ходом  процесса в течение некоторого  времени;

-имитационное  моделирование единственная возможность  по причине  трудностей с проведением эксперимента, наблюдения при реальных условиях;

-для долгого  действия системы, процесса иногда  нужно  сжатие временной шкалы;  имитационное моделирование дает  возможность абсолютного  контроля  времени изучения системы; ведь  оно вполне  может быть замедлено или ускорено по желанию тех, кто занимается исследованием;

     Идея имитационного  моделирования  привлекательна  и  руководителям и  исследователям  систем из-за своей простоты. Метод  имитационного моделирования сегодня  применяют для решения многих практических задач. По результатам опроса 1000 крупнейших фирм США установили, что методами, которые в большей степени используются при анализе их деятельности, являются методы именно имитационного моделирования.

     Институциональные  изменения, характеризующиеся переходом в постиндустриальную стадию развития и информационное общество, диктуют новейшие запросы к организации управленческой тактики, носящей ясно выраженный информационный характер.²

Информация занимает место  одного из основных товаров. Управленческая деятельность переходит из опосредованной по отношению к основному производственному процессу в статус выпускающей такой специфический товар, как  информацию.

При переходной и рыночной экономики управленческая активность связана с  диапазоном рисков. В данной связи нужно сосредоточиться на управленческом прогнозировании в контексте нейтрализации либо минимизации вероятных рисков.

Прогнозирование в управлении приобретает не столько образ  процесса сбора, анализа и обработки  большого потока информации для выявления действенного управленческого сценария, сколько является процессом формирования и анализа проблемного поля с учетом возможных рисков. Исходя из анализа  вариантов решения проблемы минимизации рисков выявлено, что одним из  способов проведения "социального эксперимента" на предмет принятия оптимального решения является имитационное моделирование, в процессе которого создается статистика возможных выходных характеристик деятельности. 

Взаимодействие человеческого  и технического факторов позволяет рациональнее использовать всевозможные  ресурсы для того, чтобы обосновать управленческие решения.

Имитационное моделирование  используют  для исследования и  проектирования  сложных систем и процессов. Например,  предприятия, информационные сети, и т.д. Модель предстает в виде алгоритма, где определяются все  существенные элементы, связи в системе и задаются начальные значения параметров, соответствующие "нулевому" моменту времени.

Дальнейшие изменения, которые  происходят в системе по закону причин и следствий, вычисляются с помощью средств логической обработки данных при выполнении этого алгоритма.

Данный способ не нуждается  составления уравнений и не требует  их решения. Следственно, он может снискать широкое использование в почти всех сферах человечной деятельности без дополнительных особых знаний.

При проведении имитационного  эксперимента компьютер  имитирует  функционирование системы и вычисляет  характеристики свойств, которые она  проявляет.

Имитационный эксперимент  чем-то похож на  натуральный эксперимент. Но, в отличие от натурного эксперимента, позволяет экспериментировать с системами, которых нет.  Кроме того предсказывать поведение имеющихся систем в будущем, изучать их поведение в чрезвычайной обстановке. Он гораздо экономичнее и быстрее натурных экспериментов. В сравнении с социальным натуральным экспериментом, необходимость в котором  возникает в процессе управления практически постоянно, следует заметить, что это большой риск, сочетающийся с этическими проблемами.

Имитационное моделирование  в управлении может восприниматься как своего рода "тренажер", дающий руководителю любого уровня возможность  прогнозирования деятельности организации  при влиянии  контролируемых и  неконтролируемых факторов среды. С  помощью простых инструментов имитационного моделирования есть возможность просчитать вероятность определенного результата при учете влияния сразу нескольких факторов. Оперативность и простота способа позволяет составлять варианты большого количества ситуаций при всевозможных комбинациях изначальных факторов.

Непрерывный процесс накопления результатов моделирования ведет  к  образованию конечного массива  типовых управленческих ситуаций с  конечным числом стандартных образов  поведения. Есть возможность регламентировать большую часть управленческой деятельности.

Это способствует понижению "стрессоемкости" процесса управления для руководителя и для подчиненных. Также способствует повышению оперативности  и эффективности управленческой деятельности. Возникают дополнительные  новые возможности по делегированию полномочий.

Имитационное моделирование- универсальным методом, способный  обеспечить точный анализ  и визуальное представление альтернативных вариантов  управленческого поведения.

Этот инструмент способствует решению еще одной серьезной проблемы - это расчет стоимостной оценки результатов деятельности руководителя. Это становится вероятным вследствие учета таких действующих факторов управленческой деятельности, которые обладают самостоятельными стоимостными оценками. Имитационная модель позволяет соединить влияние сразу всех этих факторов  во времени и  пространстве.

Способность расчета стоимостной  оценки управленческой деятельности способствует совершенствованию системы оплаты труда. Это проявляется  в отношении  тех категорий кадровой структуры, для которых раньше это было совершенно нереально. Вознаграждение представителей данных категорий высчитывалось исходя из временного фактора либо по методу "время бесконтрольности", когда оценивается не работа, а ее исполнитель.  Ограниченность ресурсов компании приводит к тому, что возникает неизменная надобность в их рациональном распределении. Прозрачность и научная аргументированность расчета вознаграждения всякой категории кадровой структуры является главным условием такого распределения, а еще содействует понижению социальной напряженности, которая связана с необоснованным уровнем вознаграждения.

          Входные и выходные данные имитационного эксперимента находятся в связи с нормативными базами  показателей деятельности. Нормативные базы показателей деятельности являются аналогами  хранилищ при структурном моделировании.

   Имеется вероятность обрисовать, испытать и изменить будущую систему  перед моментом реализации, что приведет еще и к понижению издержек. Системная модель дозволяет  поставить разработку сообразно времени и результатам, что актуально с точки зрения издержек и адекватности обеспечиваемому процессу. Улучшается свойство разрабатываемой модели, что выражается в оптимизации структуры встроенной базы данных.

  Стадия координации и систематизации управленческой информации содержится в упорядочении массивов избранной информации в  структурированную базу данных информационной управленческой среды. На данном шаге упор делается на обеспечение процесса формирования модели - информационное, программное, техническое, математическое, методическое и ресурсное.

На базе системной модели, целью которой было решить главные  противоречия процесса моделирования  информационного обеспечения процесса управления, основывается техно модель, более лучший макет рабочей модели.³

 Создание технической модели проходит в 2 шага:

 -проектирование архитектуры системы, включающее разработку отдельных компонентов(автоматизированных рабочих мест), взаимодействие функций и требований, определение информационных критериев:

 -детальное конструирование, включающее разработку спецификаций,   разработку требований интеграции компонентов, а еще построение моделей иерархии управленческих модулей и межмодульных взаимодействий и конструирование внутренней структуры модулей.

Процесс внедрения новейшего  класса систем управления предприятиями  предполагает отбор всепригодных систем типа классов MRP(Manufacturing Resource Planning) и ERP(Enterprise Resource Planning).

  Прогрессивные методологии разрешают формировать проектируемые либо действительно имеющиеся информационные управленческие системы как иерархию диаграмм потоков данных(методология DFD - Data Flow Diagrams), обрисовывающих асинхроничный процесс преображения информации от её ввода в систему по выдачу управленческого воздействия.

  Диаграммы верхних уровней иерархии(рис. 2)определяют главные процессы либо подсистемы с внешними входами и выходами.

Детализация происходит при поддержке диаграмм нижнего  уровня(рис. 3).  
В связи с таковым подходом возникает вероятность формирования базы данных типовых управленческих сценариев на базе прецедентного метода.  
Представленная декомпозиция продолжается, формируя многоуровневую иерархию диаграмм, до того времени, пока  не станет достигнут уровень  декомпозиции, на котором процессы становятся простыми и детализировать их дальше нецелесообразно. Исходя из вышесказанного, допустим, что управленческую деятельность можно выразить как "информационный конвейер" и составить  управленческую технологию"конвейеризации" .

 Этот процесс моделирования  полностью совпадает по сущности  с настоящим процессом регламентации  управленческой деятельности, когда идет детализация её содержания сообразно уровням"функция-работы-операции-комплексы приемов-приемы-…". В свою очередь, классификаторы функций являются информационной основанием для принятия решений об экономическом обосновании вознаграждения работника управления.  
Для целей повышения эффективности процесса моделирования управленческого поведения с точки зрения информационного структурирования отлично подходят методологии, направленные на данные и на стратегическое планирование бизнес-процессов. С позиций нацеленных на данные методологий наиболее необходимыми в моделировании являются входные и выходные информационные потоки, анализ которых первичен, а процедурные составляющие строятся как производные от структур данных. Практически процесс моделирования содержится в определении структур данных, соединении их в прототип иерархической структуры модели и наполнении данной структуры подробной логикой обработки данных.

2. Процесс имитационного моделирования

  Процесс последовательной разработки имитационной модели начинается с создания простой модели. Эта модель постепенно усложняется. Усложнение происходит в соответствии с требованиями, которые предъявляет решаемая проблема.

 Выделяют  следующие этапы в процессе  имитационного моделирования:

-формулирование  проблемы (проблема описывается,  определяются цели предстоящего  исследования)

-разработка модели (логико-математическое описание системы, которая моделируется, описание происходит в соответствии с постановкой проблемы)

-подготовка данных (сбор данных, идентификация, спецификация)

-трансляция модели (модель  переводится на язык для ЭВМ)

-верификация (устанавливается   правильность машинных программ)

-валидация (оценка необходимой  точности и соответствия имитационной  модели реальной системе)

-стратегическое и тактическое  планирование (определяются условия  проведения  эксперимента с имитационной  моделью)

-экспериментирование (прогон  имитационной модели на ЭВМ,  чтобы  получить требуемую  информацию)

-проведение анализа результатов (изучение полученных результатов, чтобы подготовить выводы и рекомендации по решению задачи)

-реализация и документирование ( осуществление рекомендаций, которые  были получены благодаря  имитации,  заполнение документации по модели  и ее использованию)

      Первой задачей имитационного исследования является определение проблемы, а также точное формулирование целей предстоящего исследования. Обычно, определение проблемы- непрерывный процесс, который обычно происходит на протяжении всего исследования. Оно пересматривается по мере раскрытия исследуемой проблемы и возникновения новых ее аспектов.

Как только сформулировано первое определение проблемы, начинается этап построения модели  системы. Модель включает статическое и динамическое описание системы. В статическом описании определяются элементы системы,  их характеристики. В динамическом  описании определяются взаимодействия элементов системы, в результате которых происходят изменения ее состояния во времени.

Процесс формулирования модели во многом является искусством. Разработчик модели обязан иметь понимание о структуре системы, обнаружить критерии её функционирования и суметь отметить в них наиболее немаловажное, исключив ненужные подробности. Модель обязана быть легкой  для ее осмысления и в то же время достаточно трудной, чтобы реалистично показывать соответствующие черты настоящей системы. Более необходимыми являются принимаемые разработчиком решения сравнительно такого, верны ли принятые упрощения, допущения; какие составляющие и взаимодействия между ними обязательно нежно включить в модель. Степень детализации модели зависит от цели её построения. Нужно рассматривать лишь те составляющие, какие имеют немаловажное значение для решения исследуемого вопроса. Как на шаге формулирования трудности, так и на шаге моделирования необходимо плотное взаимодействие  разработчика модели и её пользователями. «Первый эскиз» модели обязан быть построенным, проанализированным и обсужденным.  Почти во всех вариантах это требует от разработчиков огромной ответственности и готовности продемонстрировать вероятное неведение исследуемой системы. Но эволюционный процесс моделирования позволит быстрее выявить допущенные разработчиками неточности и точно их конкретизировать. Также, плотное взаимодействие на шаге формулирования проблемы и разработки модели формирует у пользователя убежденность в правильности модели и потому способствует обеспечению успешной реализации результата  имитационного исследования.

      На шаге разработки модели определяются запросы к входным данным. Определенные из данных могут уже быть в арсенале разработчиков модели, в то время как для сбора остальных нужны будут время и стремления. Традиционно значения этих входных данных задаются на базе некоторых гипотез либо предшествующего моделированию анализа. В определенных вариантах значения входного параметра оказывают небольшое воздействие на итоги прогонов модели. Чувствительность получаемого результата к изменению входных данных может быть оценена методом проведения серии имитационных прогонов для разных значений входных характеристик. Имитационная модель, следственно, может употребляться для убавления издержек времени и средств на уточнение входных данных.

Имитационные  модели рассчитаны на машинную обработку. Поэтому, кроме самой модели, необходимы средства ввода ее в ЭВМ, соответствующие программы обработки данных и выдачи результатов. Единый комплекс образуют: средства ввода данных, сами данные, модели, описывающие взаимосвязь данных и манипуляции с ними, программы обработки модели, программы выдачи результатов обработки на ЭВМ.

Имитационное  моделирование - это сложный участок  интеллектуальной деятельности, нацеленный на решение производственных проблем  с применением человеко-машинных процедур, но и чрезвычайно интересный. Путем имитационного моделирования решаются задачи проектирования объектов, выбора пропускной способности, правил управления, оценки реальности разработанных программ и планов и др.

Положительными  характеристиками метода имитационного  моделирования являются:

- возможность  построения алгоритма любых ситуаций,

- сравнительно  незначительные временные затраты  на анализ ситуации,

- учет факторов  внешней среды вероятностного  характера,

- возможность  анализа и поиска решений сложнейших  производственных систем,

- решение задач  производства, не поддающихся формализации,

- исключение  экспериментов в производственных  условиях.

Особенность моделей  машинной имитации состоит в том, что нередко появляется возможность вмешиваться в процесс счета лицам, принимающим решение. Это достигается режимом диалога с ЭВМ. Здесь очень удобны дисплеи. Рекомендации по эффективному использованию ЭВМ при разработке управленческих задач состоят в следующем.

При автоматизации принятия решений актуальным является объединение  разработки моделей (в том числе  имитационных) с общей разработкой АСУ. Именно вследствие того, что эти две составляющие одной проблемы решаются порознь, сегодня преобладает решение задач информационных в организационных системах управления.⁴

Любая модель служит инструментом для лиц, принимающих решение, которые должны уметь им пользоваться (от руководителей до рядовых сотрудников, диспетчеров). Это надо учитывать при разработке моделей.

Использование моделей следует  заранее предусматривать, определяя  методы работы в автоматизированном режиме и органическое их включение в систему.

Кроме технических проблем, возникают и психологические  проблемы. При создании моделей для  систем управления следует в комплексе  учитывать психологические особенности людей и характеристики ЭВМ. Именно эта увязка обеспечивает создание человеко-машинного комплекса.

Не всегда пользователи моделей - специалисты по вычислительной технике  и программированию, поэтому рекомендуются в подобных случаях максимально простые способы общения с ЭВМ, например, на естественном языке.

После разработки  модели и сбора начальные входные данные, последующей задачей является перевод модели в форму, доступную для ЭВМ.  Для программирования имитационной модели может употребляться универсальный язык. Но использование специального имитационного языка имеет значительные достоинства. Кроме сокращения времени программирования внедрение имитационного языка упрощает разработку модели, ведь язык охватывает комплект терминов для формализованного описания системы.

В период верификации и  валидации исполняется оценка функционирования имитационной модели. На шаге верификации определяется, подходит ли запрограммированная для ЭВМ модель плану разработчика. Это традиционно осуществляется методом ручной проверки  вычислений, а еще может иметь место применение статистических способов. Введение адекватности имитационной модели исследуемой системе исполняется на шаге валидации. Валидация модели традиционно выполняется на разных уровнях. Рекомендуется делать валидацию на уровне входных данных,  подсистем, их взаимосвязей. Валидация имитационных моделей довольно трудна, но она является значительно наиболее легкой задачей, чем валидация моделей остальных типов, к примеру моделей линейного программирования. В имитационных моделях есть соотношение между элементами модели и элементами настоящей системы, потому испытание адекватности разработанной модели подключает сравнение её структуры со структурой системы, а еще сопоставление того, как прошла реализация элементарных функции и решений в модeли и систeме.

Условия провeдения машинных прогонов модели определяются на шaгах стратегического и тактического планирования.  Стратегическое планирование ставит задачей разработку действенного плана эксперимента, в итоге которого или выясняется взаимозависимость между управляемыми переменными, или находится комбинация значений управляемых перeменных, минимизирующaя либо мaксимизирующая отклик имитационной модели. В тактическом планировании решается вопрос о том, как в рамках плана опыта вести любой моделирующий прогон, чтобы получилось взять большое количество информации из выходных данных. Важную позицию в тактическом планировании занимают определение начальных условий имитационных прогонов и способы понижения дисперсии среднего значения отклика модели. Последующие этапы в процессе имитационного исследования -  машинный эксперимент и анализ результатов - включают прогон имитационной модели на компьютере и интерпретацию выходных данных. При применении результата  имитационного эксперимента для подготовки выводов либо испытания гипотез о функционировании реальной системы используются статистические методы.

  Последним шагом в процессе имитационного исследования являются осуществление приобретенных решений и протоколирование имитационной модели и её применения. Ни один из имитационных проектов не считается законченным до того момента, пока  их результаты не будут применены в процессе принятия решений. Успех при реализации во многом зависит от того, как верно разработчик  модели выполнил все предыдущие этапы действий имитационного исследования. В том случае, если разработчик и пользователь работали в  контакте и достигли взаимопонимания при разработке модели и её исследовании, то итоги проекта  будут удачно внедряться. А если  они не были во взаимодействии, то, невзирая на элегантность и адекватность имитационной модели, трудно станет сделать эффективные рекомендации.

Вышеназванные этапы имитационного изучения изредка выполняются в  данной последовательности, начиная с определения проблем и заканчивая документированием. В ходе имитационного исследования могут быть  сбои в прогонах модели, ошибки, от которых в предстоящем приходится отказываться, переформулировки целей исследования, повторные оценки и перестройки модели. Этот  процесс позволяет создать имитационную модель, которая дает точную оценку альтернатив и упрощает процесс принятия решения.

В сущности, каждая модель процесса является имитационной, ведь она имитирует поведение этого процесса во времени. Совместно с тем, в  литературе термин имитационное моделирование предполагает внедрение моделей, воссоздающих логику функционирования объекта, при этом возможны всевозможные методы формализации связи между переменными, так как внедрение всех математических соотношений принципиально не усложняет задачу имитационного изучения. Такое расширение класса моделей сообразно сопоставлению с аналитическими моделями, расписанными в теории динамических систем, помогает  приблизить моделируемый предмет к действительности, не искажая его упрощениями, важными для получения  правильных математических результатов. То же  относится и к моделированию методов управления, которые опять-таки очень приближаются к настоящим.

Для создания имитационных моделей динамических систем на компьютере, включающих предмет с действующими на него возмущениями и различные  средства разбора результатов моделирования, изобретены серьезные программные  системы. Реализованные в них принципы визуального программирования разрешают пользователю в обычных ситуациях не связываться с формированием программного кода, собирая"экспериментальную установку" из требуемых блоков методом их соединения на экране монитора средствами графики. Благодаря функциям соединения блоков в подсистемы моделированию подлежат системы фактически любой сложности, включающие не  отдельные управляемые технологические процессы, а также автоматизированные участки изготовления и даже автоматизированные технологические комплексы в целом. При необходимости применения  блоков, не являющихся стандартными, пользователь может составить свою програму и пополнить библиотеку необходимым ему модулем. Ключевой целью управления технологическими процессами является компенсация возмущающих воздействий, какие традиционно носят случайный характер. Имитация  измерительных помех  такого рода исполняется с внедрением генераторов псевдослучайных чисел и соответственных формирующих фильтров (см. рис.1).