Имитационное моделирование

Четвертый принцип утверждает, что системная динамика — сугубо прагматический аппарат, который способен наиболее адекватно отразить нетривиальное поведение сети взаимодействующих фрагментов, обратных связей и нелинейных пар. Его целесообразно применять при анализе сложных ситуаций для бизнес-процессов, поведение которых не поддается точному математическому описанию.

3.2. Фондовые потоки

Концепция взаимодействующих фондовых потоков (ВФП), следуя базовым принципам системной динамики, позволяет выдвинуть смелое предположение, что поведение практически любого бизнес-процесса может быть описано в терминах перемещаемых ресурсов, то есть анализ его поведения может быть сведен к анализу взаимодействующих «фондовых потоков».

ВФП как концепция идет еще дальше и стремится практически всю деятельность по концептуальному проектированию бизнес-процессов вывести на изобразительный и понятийный уровень потоковых моделей, которые:

      способны отображать причинно-следственные связи;

      графически достаточно просты и прозрачны;

      пригодны для интерпретации не только непрерывных, но и дискретных взаимодействий.

Нотация ВФП достаточно проста и строится на основе следующих четырех базовых графических элементов:

      время;

      прямоугольник — фонд;

      стилизованная стрелка с кружочком — поток (с конвертором);

      изолированный кружочек — конвертор;

      простая стрелка — коннектор.

3.2.1. Время

Время является первичной переменной для имитационной модели динамической системы: ее значение генерируется системным таймером и изменяется дискретно, т. е., начиная с некоторого начального значения, время за каждый такт увеличивается на заранее заданную величину, которая служит единицей модельного времени. Число тактов и единица времени являются параметрами «прогона» модели и определяются заранее.

3.2.2. Фонд

Фонд - переменная, равная объему (количеству) некоторого «продукта», накопленного в некотором хранилище за время «жизни» модели с начального по текущий момент.

Так, фонд может накапливать модельные единицы денежной наличности, материальных запасов, инвентаря, служащих и т. д. Фонды можно использовать для накопления и нематериальных модельных единиц, таких как уровень квалификации, производительность, мотивация, инфляционные ожидания, качество и т. д. И хотя эти нематериальные накопления можно оценивать, как правило, лишь в качественных категориях («высокая» производительность, «слабая» мотивация, «низкое» качество и т. д.), они часто оказываются существенными факторами, воздействующими. Продукт может поступать в фонд и/или извлекаться из него. Поэтому значение фонда в текущий момент времени можно вычислить как сумму его значения в предыдущий момент и величины, равной разности величин входящего и исходящего потоков продукта за единицу модельного времени.

3.2.3. Поток

Поток - переменная, равная объему (количеству) продукта, который поступает или извлекается из соответствующего фонда в единицу модельного времени. Значение этой переменной может изменяться в зависимости от внешних воздействий на нее. В частности, поток можно представить как функцию от значений других потоков и фондов. Примеры потоков: наем сотрудников, поступление заказов, выплаты зарплаты и т. д. Действия изменяют текущие уровни фондов, пополняют их или исчерпывают. Труднее отобразить действия, накапливающие или исчерпывающие нематериальные фонды, такие как изучение, формирование или падение. Поток удобно ассоциировать с трубопроводом, который наполняет модельными единицами некоторый резервуар-фонд, или его опорожняет. Поток снабжается регулятором, управляющим с помощью значения вычисляемого алгебраического выражения интенсивностью наполнения или опорожнения фонда.

Фонды характеризуют статическое состояние системы, а потоки - е динамику. Если,  например, представить себе, что в какой-то момент времени все процессы в системе остановятся, то фонды будут иметь те значения, которые были на момент остановки, а потоки будут равны нулю. С другой стороны, о величине потока можно судить только за определенный промежуток времени.

3.2.4. Конвертор

Конвертор - преобразователь проще всего ассоциировать с переменной, формирующей текущее значение при вычислении алгебраического выражения (подобно выражению, формируемому при регулировании интенсивности потока). Конверторы, в частности, используются для задания и хранения постоянных значений. Так, конвертор мог бы использоваться для хранения значения необходимого количества служащих компании и выступать в качестве регулятора интенсивности потока найма.

3.2.5. Коннектор

Коннектор (соединитель) можно ассоциировать с проводом, передающим информацию с целью регулирования интенсивности потоков. Коннекторы могут воздействовать на потоки или конверторы, но никогда на фонды. Однако уровень фондов зачастую косвенно все же регулируется информацией, передаваемой коннекторами и управляющей интенсивностью входных или выходных потоков. Например, коннектор может использовать информацию относительно текущего числа служащих в компании и, передавая ее потоку найма, контролировать норму приема.

Глава 4. Основные преимущества и недостатки имитационного моделирования

4.1. Достоинства

Сегодня успех имитационного моделирования определяется, прежде всего вычислительными возможностями современных информационных технологий, предоставляющих пользователю широкий набор инструментов моделирования, удобный интерфейс и, главное, берущих на себя практически всю нагрузку по ординарным вычислениям. Моделируя протекание различных бизнес-процессов с учетом их взаимодействия и влияния факторов внешней среды, можно использовать полученные результаты для оценки текущего состояния, а также с достаточно высокой точностью предсказывать будущие состояния и тенденции развития.

4.2. Недостатки

Наряду с достоинствами, имитационное моделирование обладает и существенными недостатками, затрудняющими повсеместное внедрение этого, казалось бы универсального подхода.

1) Построение имитационных моделей, действительно адекватных реальным бизнес-процессам, представляет собой довольно трудоемкий процесс, требующий зачатую существенного времени, а их детальный разносторонний анализ порой требует от бизнес-аналитика и специальной дополнительной подготовки. Дж. Форрестер указывает, что для создания хорошей модели внутрифирменного планирования может понадобиться от 3 до 11 лет.

2) Имитационные модели не обеспечивают нахождения оптимального решения и тем более не могут применяться для доказательства оптимальности того или иного пути решения. Хотя, с этим утверждением можно поспорить. Для доказательства абсурдности некоторых очевидных решений, имитационные модели очень удобны.

3) Применение имитационного моделирования часто оказывается единственно возможным для решения задачи в связи с ее чрезмерной сложностью или в ситуации, когда о бизнес-процессе известно очень мало. Результаты, которые дает имитационная модель, обычно являются численными, а их точность определяется количеством знаков после запятой, выбираемым экспериментатором. В связи с этим возникает опасность «обожествления чисел», т. е. приписывания им большей значимости, чем они на самом деле имеют.

Тем не менее, несмотря на перечисленные недостатки, имитационное моделирование остается единственным и действенным инструментом исследования нетривиального поведения. Далее мы познакомимся с плодотворными подходами, которые, на мой взгляд, наиболее показательно воплощают как достоинства, так и возможные недостатки современных идей аналитической поддержки моделирования поведения.

Глава 5. Практическая часть

Контур «дрейфующая цель»

В 1948 году Винер опубликовал работу с описанием принципов кибернетики — науки о контроле и обмене информацией у животных и машин. Два основных понятия кибернетики — это контроль и обмен информацией. Винер подчеркивал, что особое значение в деятельности систем имеют негативные петли обратной связи. Система получает негативную информацию от внешней среды, перерабатывает ее, производит внутренние изменения, сравнивает результат с новой информацией от среды и вновь изменяется пока не достигнет поставленной цели.

Примером такой системы может служить термостат, запрограммированный на поддержании определенной температуры в помещении. Как только температура изменится, термостат получает негативную информацию, включается, чтобы изменить температуру до нужной и будет продолжать работать до тех пор, пока вместо негативной получит позитивную информацию — заданная температура достигнута.

Для того чтобы понимать природу системы, вовсе необязательно знать ее внутреннее строение. Вполне достаточно того, чтобы знать, как она реагирует на петли негативной обратной связи, т.е. какова ее цель и что она пытается достигнуть. Внутреннее содержание такого «черного ящика» может быть невероятно сложным, но поведение системы может быть хорошо прогнозируемо.

Приведенные пример с термостатов есть контур «уравновешивание».

Этот контур можно уподобить бизнес-ситуации продвижения деловой активности некоторого экономического агента от текущего состояния «как есть» (as is) к желаемому (плановому, стратегическому) состоянию «как должно быть» (to be). Значение состояния «как есть» соотносится с состоянием «как должно быть» через величину некоторого «разрыва» (gap), который сокращается по мере реализации решений, ведущих к увеличению (или уменьшению) уровня операционного фонда.

Подобная бизнес-ситуация иллюстрирует использование в практике менеджмента широко известной модели анализа разрыва (gap analysis) простого, но достаточно эффективного метода анализа стратегии, где в динамике автоматически определяется текущая разница между наиболее оптимистическими ожиданиями и самыми скромными прогнозами деятельности. Текущая величина разрыва может служить индикатором интенсивности организационной активности по сокращению и возможной ликвидации разрыва.

5.1. PowerSim

Заданная модель «Дрейфующая цель» описывается с помощью трех диаграмм:

      Control Panel,

      Model,

      Causal Loop Diagram.

Control Panel

Эта диаграмма предназначена для конечного пользователя: здесь отображаются результаты эксперимента в виде графиков, таблиц и прочих информационных дисплеев, а также есть инструменты для изменения пользователем параметров модели. Ввиду особенностей системы изменять параметры необходимо во время симуляции. Когда эксперимент закончится, можно начать следующий уже с измененными параметрами.

В данной модели изменяемыми параметрами являются стартовый планируемый доходи стартовый реальный доход. Эти параметры влияют на то, с каких значений фонды как должно быть и как есть начнут сближаться друг к другу. Изменить параметры можно с помощью соответствующих бегунков (выделены серой рамкой).

На графиках отражается зависимость фондов как должно быть, как есть и конвектора разрыв от времени на протяжении всего периода симуляции — 53 дня. Ниже в таблице приведены значения всех элементов модели в конкретный момент времени. Спидометр «разрыв» дублирует значение соответствующего конвектора, спидометр «время» отражает текущее значение модельного времени; оба спидометра позволяют следить за динамикой процесса. На модели так же есть однострочные таблички, которые показывают последнее значение соответствующего элемента.

Model

На данной диаграмме представлены схематические описания модели в соответствии с нотацией ВФП. Внесение сюда каких-либо поправок влечет изменения в самой модели.

С помощью потоковой метафоры, модель «дрейфующая цель» демонстрирует «офизиченную» динамическую ситуацию, когда баланс между желаемым и текущим уровнем жидкости в резервуаре обеспечивается авторегулированием (корректировкой) желаемого уровня. Этот желаемый уровень и есть та «дрейфующая цель», достижению которой добивается в динамике текущий уровень.

Бизнес-метафора же демонстрирует уже деятельность некоторой торговой компании. В начале года компания устанавливает планируемый доход на конец прошлого года и в течение года текущего, осуществляя продажи, формирует реальный доход. Если есть отклонения и они весьма существенны, то план «как должно быть» корректируется, исполняя роль «дрейфующей цели» в стратегическом анализе деятельности компании методом анализа разрывов (gap analysis). После выявления стратегического разрыва, возможно, потребуется разрабатывать новую стратегию или модифицировать имеющуюся с целью обеспечения конкурентного преимущества компании.

Causal Loop Diagram

Эта диаграмма отображает причинно-следственные связи и нужна исключительно для иллюстрации процесса.

Используя нотацию диаграмм причинно-следственных связей, можно попытаться свести простейшие взаимодействия между концептами бизнеса лишь к двум типам: позитивным взаимодействиям и взаимодействиям негативным.

Позитивное взаимодействие обычно изображают стрелкой со знаком «плюс». Это выражает ситуацию увеличения значения пассивного концепта под воздействием увеличивающегося значения концепта активного. Негативное взаимодействие обычно изображают стрелкой со знаком «минус».