Организация лабораторного практикума по имитационному моделированию

Имитационное  моделирование управленческих процессов Центра семьи.

 

1. Анализ объекта моделирования.
1. Характеристика объекта моделирования.
2. Организационная структура объекта моделирования.
3. Анализ процесса функционирования объекта моделирования.

 

2. Организация объекта моделирования.
1. Представление модели в виде системы массового обслуживания.
2. Расчёт основных характеристик.
3. Программная реализация модели.

 

3. Моделирование деятельности «Центр семьи».
1. Анализ результатов моделирования.
2. Определение оптимальной структуры объёма моделирования.

 

Заключение.

 

Список использованной литературы.

* * *

1.2. Организационная структура с  описанием функций.

1.3. Контексты диаграмм и детализация.

2.2. Расчет основных характеристик  системы.

2.3. Программа.

3.2. Оптимальная программа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

Федеральное агентство по образованию

САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  УНИВЕРСИТЕТ

ИМ. Н.Г. ЧЕРНЫШЕВСКОГО

Институт дополнительного  профессионального образования

Кафедра естественно-математических дисциплин

ОРГАНИЗАЦИЯ ЛАБОРАТОРНОГО

ПРАКТИКУМА ПО ИМИТАЦИОННОМУ

МОДЕЛИРОВАНИЮ

(ИНФОРМАТИКА)

Выпускная квалификационная работа

слушателя группы 04.1,

доцента ПАГС

Воронина Владимира Евгеньевича

Научный руководитель

к.ф.-м.н., доцент

Иванов Александр Сергеевич

К защите допускается

зав. кафедрой

д.физ-мат.н., профессор

____________________В.П. Рябухо

«___»_______________2010 г.

САРАТОВ

2010

2

СОДЕРЖАНИЕ

СОДЕРЖАНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

ВВЕДЕНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

ВЫБОР ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СРЕДСТВ  ПРОГРАММНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ

ИМИТАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ  В СРЕДЕ GPSS WORL D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 1

ТЕМАТИКА ЛАБОРАТОРНЫХ РАБО Т . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 0

ЗАКЛЮЧЕНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 4

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСО  К . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2 6

3

ВВЕДЕНИЕ

Имитационное моделирование, как известно, является эффективным

инструментом исследования сложных систем на различных этапах их

жизненного цикла, включая  проектирование, разработку и эксплуатацию.

Новые направления в применении имитационного моделирования связаны  с

их использованием для  решения задач прогнозирования  и принятия решений

в процессе управления сложными системами [5, 7].

В Поволжской академии государственной  службы имени П.А.

Столыпина обучение методам  имитационного моделирования

управленческих процессов, а также методам планирования и обработки

результатов имитационных экспериментов  ведется на специальностях

«Прикладная информатика (в  управлении)» и «Менеджмент организации». В

рамках данной учебной  дисциплины проводятся лекционные, семинарские  и

лабораторные занятия, кроме  того, студенты специальности «Прикладная

информатика (в управлении)»  выполняют курсовую работу.

Целью изучения дисциплины "Имитационное моделирование

управленческих процессов" является ознакомление студентов с  новейшими

достижениями в теории и практике имитационного моделирования,

применяемыми в управлении, методами описания и анализа процессов

управления, с особенностями  различных типов задач принятия решений как в

условиях определенности, так и в условиях неопределенности; с методами

построения компьютерных моделей экономических и социальных систем,

планирования машинных экспериментов  и анализа полученных результатов.

В результате изучения дисциплины студент должен знать сферы

эффективного применения имитационных моделей; основные этапы

моделирования и задачи, решаемые на каждом из этих этапов; методы

планирования, реализации и  анализа результатов модельных  экспериментов;

возможности современных  средств разработки имитационных моделей.

4

Изучив данную дисциплину, студент должен уметь грамотно формулировать

задачи бизнес-моделирования, выбирать наиболее эффективные виды

моделей для решения этих задач, а также должен уметь осуществлять

поставку и решение  задачи имитационного моделирования  конкретной

экономической или социальной системы.

В процессе изучения данной дисциплины используются знания и

навыки, полученные в рамках изучения дисциплин "Информатика  и

программирование", "Информационные системы", "Информационные

технологии", "Компьютерное моделирование", "Разработка и  стандартизация

программных средств и  информационных технологий", "Проектирование

информационных систем".

Учебным планом данной дисциплины предусмотрено проведение

лекционных, семинарских  и лабораторных занятий, значительный объем

самостоятельной работы студентов, а также выполнение курсовой работы.

Текущий контроль знаний предусмотрен в виде систематически проводимого

опроса студентов на семинарских  занятиях и отчетов по лабораторным

работам. Итоговый контроль знаний предусмотрен в виде экзамена.

В рамках данного курса  рассматриваются следующие темы. Тема 1.

Место и роль моделирования  в теории и практике управления. Тема 2. Этапы

процесса имитационного  моделирования. Тема 3. Основы технологии

имитационного моделирования. Тема 4. Языки и системы имитационного

моделирования. Тема 5. Сферы  эффективного применения имитационного

моделирования. Системы массового  обслуживания. Тема 6. Моделирование

систем массового обслуживания в среде GPSS World. Тема 7. Планирование

модельных экспериментов. Тема 8. Реализация плана модельных

экспериментов. Тема 9. Обработка  и анализ результатов моделирования.

Особый интерес и сложность  при разработке данного учебного курса

представляет организация  лабораторного практикума. Это обусловлено

необходимостью решения  целого комплекса взаимосвязанных  задач, таких

5

как: выбор инструментальных средств имитационного моделирования,

используемых в лабораторном практикуме; определение уровня сложности  и

прикладной направленности практических задач моделирования, решаемых

студентами на лабораторных занятиях; использование кредитно-модульной

системы оценки успеваемости студентов. Важной задачей является также

организация самостоятельной  работы студентов с использованием

выбранных инструментальных средств моделирования.

В данной работе изложен  наш подход к решению задачи организации

лабораторного практикума по имитационному моделированию.

6

ВЫБОР ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫХ СРЕДСТВ  ПРОГРАММНОЙ

РЕАЛИЗАЦИИ ИМИТАЦИОННЫХ МОДЕЛЕЙ

Выбор подходящих инструментальных средств является весьма важной

задачей организации лабораторного  практикума по имитационному

моделированию. Теоретически для создания имитационных моделей  можно

использовать самые разнообразные  программные средства от универсальных

языков программирования и горячо любимого менеджерами и  экономистами

табличного процессора Excel до специализированных систем имитационного

моделирования, таких как AnyLogic, Arena и GPSS World. От выбора

конкретного инструментального  средства зависит и сложность  освоения

интерфейса и особенностей языка программного комплекса и  сложность

задач, которые с его  помощью можно решить с приемлемыми  затратами

учебного времени, кроме  того следует принимать во внимание популярность

выбранного инструментального  средства среди профессиональных

разработчиков имитационных моделей [4].

Учитывая небольшой объем  учебных занятий , отводимых в  нашем вузе

на изучение курса «Имитационное  моделирование управленческих

процессов», средства имитационного  моделирования используемые в

учебном процессе должны быть просты в использовании, и скорость

разработки имитационной модели должна быть насколько это  возможно

высокой. В этой связи  использование универсальных языков

программирования при  изучении рассматриваемого курса в  нашем вузе

представляется нецелесообразным.

Особое место среди  средств моделирования занимают универсальные

математические компьютерные системы, например, MATLAB, Mathematica,

Maple, Derive и Mathcad, предоставляющие  разработчику мощные и

разнообразные средства создания имитационных моделей систем самой

разной природы. В этих системах наряду с мощнейшими встроенными

7

функциями математического  анализа различных объектов и  визуализации

результатов такого анализа  имеются развитые специализированные средства

моделирования динамических систем. В частности, в системе MATLAB для

моделирования динамических систем используется инструмент визуального

моделирования Simulink. Совместно  с пакетом MATHCAD может быть

использована среда визуального  моделирования VisSim.

Среди наиболее известных  систем рассматриваемого класса стоит

отметить систему Simulink, которая  явилась важным шагом к наглядному

блочному моделированию. Библиотека компонентов Simulink состоит  из

наборов специализированных блоков, относящихся к разным предметным

областям. К недостаткам  комплекса Simulink плюс MATLAB является

громоздкость и относительно высокая стоимость.

Комплекс средств моделирования VisSim плюс Mathcad является более

доступным по цене и обеспечивает практически столь же неограниченную

функциональность. Кроме  того, математическое моделирование  в среде

системы Mathcad, значительно  проще, чем в среде MATLAB. Система

моделирования динамических систем VisSim (название образовано от слов

Visual Simulation — визуальное  моделирование) предназначена для  решения

задач моделирования, относящихся  к следующим классам: линейные

системы, нелинейные системы, непрерывные во времени процессы,

дискретные во времени  процессы, гибридные системы, системы  с

изменяемыми во времени параметрами, многоцелевые и многокомпонентные

системы. Этот перечень наглядно показывает мощность и универсальность

системы, хотя его можно  было бы еще продолжить. Система VisSim не имеет

явной ориентации на какой-то класс моделирования. Это универсальная

система, допускающая достаточно простое расширение и обеспечивающая

легкую адаптацию под  решение тех или иных конкретных задач пользователя.

В то же время можно считать, что наиболее удобна данная система  для

решения задач в области  автоматического регулирования  и управления, а

8

также при моделировании  различных физических, экономических  и прочих

явлений и систем. Наряду с достоинствами системы данного  класса при

использовании их в лабораторном практикуме имеют и ряд недостатков. Во-

первых, они мало используются профессиональными разработчиками

имитационных моделей, поскольку  последние обычно отдают предпочтение

специализированным средствам  имитационного моделирования; во-вторых,

универсальные математические системы относительно дороги; в третьих, на

их освоение требуется  затратить довольно продолжительное  время. Исходя из

сказанного, мы приходим к  выводу, что целесообразнее использовать на

лабораторных занятиях специализированные системы имитационного

моделирования, такие как AnyLogic, Arena или GPSS World и окончательный

выбор инструментальных средств  моделирования следует сделать  из систем

данного класса.

Как и в ряде других вузов  мы сделали свой выбор в пользу системы

имитационного моделирования GPSS World. Неоспоримым фактом является

то, что язык GPSS является одним из наиболее популярных и используемых

средств имитационного моделирования  в России и во всем мире. Гениальная

разработка Дж. Гордона [9] уже почти пятьдесят лет все  увеличивает

количество своих почитателей. С историей возникновения и развития

семейства языков GPSS можно  ознакомиться во многих публикациях,

например, [1], [2]. Долголетие и мощь GPSS восхищают и поражают все

новыми и новыми применениями.

Конечно, язык GPSS имеет и  целый ряд недостатков – простейший

интерфейс пользователя, недостаточно функциональный редактор моделей,

слабо автоматизированная технология проведения исследований, устаревший

способ представления  и анализа результатов и т.д. Эти недостатки все более

явно проявляются в  настоящее время на фоне современных  средств

информационных технологий. И все это, в основном, из-за того, что язык был

разработан на самой заре информатизации. Сейчас созданы гораздо  более

9

современные, с точки зрения информационных технологий и

пользовательского интерфейса, программные продукты имитационного