Обзор систем компьютерного моделирования

Обновлено: 07.07.2024

По мере роста предприятия система его управления усложняется. В организациях описание этой системы и происходящих бизнес-процессов если и существует, то представлено в большинстве случаев в несопоставимых и разрозненных форматах, находится в неактуальном состоянии. В итоге сотрудники не понимают, какие процессы вообще протекают в организации, снижается степень участия персонала в этих процессах. Увеличивается разрыв между реальными действиями сотрудников и общей стратегией компании. Это приводит к медленному реагированию на изменения внешних условий, что влияет на эффективность бизнеса и, как следствие, на его прибыль. В настоящей же экономической ситуации это непростительная роскошь.

Оптимизация подобных издержек является очевидным внутренним резервом для роста эффективности организации. И здесь на помощь компаниям могут прийти современные технологии описания деятельности организации, результат которых - информационная модель. Как правило, разработка информационной модели организации осуществляется "сверху вниз", начиная с формирования миссии компании, корпоративных целей, выработки стратегии, которая определяет необходимый набор функций для достижения поставленных целей. Полная информационная модель становится для предприятия системой его управления.

«BPM предлагает методологию и инструментальные средства, которые связывают построенные модели процессов с операционной деятельностью компании, предоставляют механизмы контроля и мониторинга процессов, - отмечает Лиана Меликсетян, директор по развитию бизнеса, Software AG в Росси и СНГ (компания недавно объявила о приобретении IDS Scheer AG). - Последнее особенно ценно при построении системы управления качеством или когда совершенствование бизнес-процессов на основе количественных показателей существенно влияет на эффективность бизнеса.

Сегодня на российском рынке можно найти определенное количество программных продуктов, которые помогают упростить процесс описания деятельности организации. Среди российских разработок здесь можно выделить Business Studio ("Современные технологии управления"), "Бизнес-инженер" ("Битек"), "Инталев: Корпоративный навигатор" ("Инталев"), "ОРГ-Мастер Про" ("Бизнес Инжиниринг Групп"). Из наиболее популярных зарубежных программных продуктов необходимо отметить ARIS Business Performance Edition (IDS Scheer AG), CA ERWin Process Modeler, ранее BPWin (CA), Hyperion Performance Scorecard (Oracle), IBM WebSphere Business Modeler (IBM), SAP Strategic Enterprise Management (SAP).

"Следует обратить внимание на то, что российские разработки в первую очередь предназначены для описания/проектирования деятельности компании. Они, как правило, предоставляют возможность описания практически любой предметной области. Зарубежные же производители больше ориентированы на исполнение. В большинстве случаев их продукты являются одним или несколькими модулями в линейке программного обеспечения, предоставляемого производителем", - комментирует Алексей Федосеев, генеральный директор группы компаний "Инталев".

Системы бизнес-моделирования в России

Позволяет сформировать перечень показателей KPI, привязать их к элементам бизнес-процесса и спрогнозировать.

1 500,00 долл. США , Advanced –

11 500,00 долл. США.

IBM WebSphere Business Modeler Publishing Server

Продукты модуля ARIS Design Platform (ARIS Business Architect, ARIS Business Designer, ARIS Business Publisher и пр.) позволяют моделировать, оптимизировать и публиковать бизнес-процессы.

Продукты модуля ARIS Strategy Platform (ARIS BSC, ARIS BSC Portal) позволяют разработать сбалансированную систему показателей, связать ее с организационной и процессной структурой или другой информацией о деятельности предприятия.

Получение большого набора отчетности по разработанным моделям. Все отчеты могут быть выгружены в MS Word, Excel, html-файлы, текстовые файлы и т.д.

Поддерживает интеграцию с 1C, SAP, Oracle, MS BizTalk Server, DMS (Lotus, Documentum, Web Sphera), Ultimis, а также с другими средствами моделирования и анализа бизнес-процессов – AllFusion, ERStudio, Power Designer, OracleDesigner, Rational Rose и др.

Система встроенной регламентной отчетности. Генератор шаблонов Report Template Builder. Разработанные модели могут быть импортированы в среду имитационного моделирования Arena для их анализа в режиме реального времени.

Источник: "Абис Софт", CNews Analytics, 2009

Как выбрать систему для бизнес-моделирования

Перед тем, как начать выбирать программный продукт, необходимо понять три основных момента: что требуется описать; в каком объеме; как будет контролироваться исполнение. При ответе на первый вопрос следует определить, какие области системы управления предстоит описывать, необходимо ли комплексное описание всей системы. Ответ на второй вопрос должен дать представление о том, будет ли система управления описываться для отдельного бизнеса, подразделения или для всей организации в целом. Третий вопрос определит ограничения, которые могут накладываться на программный продукт для того, чтобы в дальнейшем могла быть осуществлена его интеграция с исполнительной системой.

Имея ответы на данные вопросы, можно значительно сузить круг возможных программных продуктов. Далее уже следует выбирать продукт, основываясь на таких критериях, как возможность многопользовательской работы, способы представления результатов, интерфейс и эргономичность, наличие документации и технической поддержки, требования к аппаратному и программному обеспечению, стоимость.

«ВТБ Лизинг» внедряет управление данными как ценным бизнес-активом

Если у компании уже разработана стратегия и ее нужно контролировать, то, как считают в "Абис Софт", из рассмотренных зарубежных продуктов для этого наилучшим образом подходит решение Hyperion Performance Scorecard от Oracle. Если основной упор делается на бизнес-процессы, протекающие в компании, тогда, по мнению экспертов, оптимален продукт компании IBM - IBM WebSphere Business Modeler.

Нужно уточнить, что выбор программного обеспечения таких производителей, как IBM, Oracle, SAP, определяется выбором ERP-системы соответствующего производителя. Их ПО для бизнес-моделирования – это подсистемы комплексных продуктов. Из российских продуктов, особенно если требуется сделать описание всей компании (холдинга) в целом, а не только отдельно взятой бизнес-единицы (подразделения или филиала), "Инталев: Корпоративный навигатор" обладает наибольшими возможностями для проектирования и в большинстве случаев экономически более выгоден.

"Учитывая, что российском рынке фактически присутствуют два близких класса систем – Business Modeling Software (BMS) и Business Process Management (BPM), существует определенная путаница с их назначением. Парадокс заключается в том, что компаниям необходимы обе системы одновременно: BMS позволит представить работу всей компании в виде связанной бизнес-модели и сформировать подробные инструкции по исполнению бизнес-процессов для сотрудников. BPM поможет автоматизировать ряд бизнес-процессов компании (обычно небольшое количество самых критичных процессов) с помощью технологий Workflow и SOA. Производители BPM систем зачастую лукавят, когда говорят, что средства моделирования, заложенные в их систему, позволяют решать традиционные для BMS систем задачи", - отмечает со своей стороны Дмитрий Пинаев, исполнительный директор группы компаний "Современные технологии управления".

«Интересно, что первые попытки перенести описание процесса на BPM-систему порождают массу вопросов и уточнений, о которых бизнес-аналитики изначально не задумывались, - комментирует Лиана Меликсетян. - Одно дело нарисовать модель процесса, другое – заставить ее работать на практике. Вопрос, который встает рано или поздно: как не выполнять одну и ту же работу дважды – не поддерживать модели бизнес-процессов одновременно в двух инструментариях. Возможно это противоречие надуманное, никакого конфликта методологий и технологий мы не видим. Здесь нет двойной работы, поскольку модели, которые строятся с использованием этих инструментариев, рассчитаны на разные аудитории».

Исходя из своей практики, в Software AG говорят, что задача часто требует нескольких предоставлений одного и того же процесса. С одной стороны, это техническая модель, которая непосредственно исполняется BPM-системой - она ориентирована на ИТ-специалистов, отвечающих за сопровождение информационной среды компании. С другой стороны, это бизнес-модель, предназначенная для конечных пользователей. Она позволяет наглядно представить статус исполнения процесса и служит источником для формирования метрик. Для заказчика очень важно, чтобы вендоры обеспечили технологическую совместимость этих инструментальных средств, подчеркивают в Software AG.

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Гартман Т. Н., Советин Ф. С.

Выполнен аналитический обзор современных пакетов моделирующих программ для компьютерного моделирования химико-технологических систем. Их сравнение показало незначительное отличие – набор расчётных модулей практически одинаковый. Выбрана моделирующая программа CHEMCAD как наиболее удобная для расчётнотехнологического проектирования, так как позволяет наиболее эффективно решить задачи компьютерного моделирования и оптимизации химико-технологических систем.

Текст научной работы на тему «Аналитический обзор современных пакетов моделирующих программ для компьютерного моделирования химико-технологических систем»

УДК 519.673:620.9.97 Т. Н.Гартман, Ф.С. Советин

Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева, Москва, Россия.

АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР СОВРЕМЕННЫХ ПАКЕТОВ МОДЕЛИРУЮЩИХ ПРОГРАММ ДЛЯ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СИСТЕМ

Выполнен аналитический обзор современных пакетов моделирующих программ для компьютерного моделирования химико-технологических систем. Их сравнение показало незначительное отличие - набор расчетных модулей практически одинаковый. Выбрана моделирующая программа CHEMCAD как наиболее удобная для расчетнотехнологического проектирования, так как позволяет наиболее эффективно решить задачи компьютерного моделирования и оптимизации химико-технологических систем.

The state-of-art review of modern simulators for computer modeling of process sistems is executed. Their comparison showed insignificant difference - a set of modules almost identical. The simulator CHEMCAD as the most convenient for settlement & technological design as allows to solve most effectively problems of computer modeling & optimization of technological lines is selected.

Развитие теории компьютерного моделирования химикотехнологических систем (ХТС) открывает новые возможности решения задачи построения компьютерных моделей химических производств. К настоящему времени созданы обширные комплексы программ для компьютерного моделирования ХТС, так называемые пакеты моделирующих программ (ПМП), или симуляторы химических производств, представляющие собой программы для инженерных расчетов различных химико-технологических процессов (ХТП). Они объединяют базы данных химических компонентов и расширенных методов расчета термодинамических свойств с гибкими методами расчета аппаратов. ПМП обладают хорошими вычислительными средствами для выполнения расчётов всех материальных и тепловых балансов, необходимых для моделирования большинства статических и некоторых динамических процессов. Экспертные системы и расширенная обработка входных данных, а также проверка ошибок обеспечивают его высокую эффективность и надежность. Данные ПМП предназначены для выполнения поверочно-оценочных и проектных расчетов различных аппаратов, а также сложных многостадийных ХТС с большим числом единиц оборудования и рециклических потоков [1].

Проектирование современных ХТС переработки природного углеводородного сырья и оптимальная эксплуатация действующих производств невозможна без применения ПМП, имеющих высокую точность описания параметров технологических процессов и позволяющих без значительных материальных и временных затрат производить исследования этих процессов. Такие модельные исследования имеют огромное значение не только для проектирования, но для улучшения функционирования существующих производств, так как позволяют учесть влияние внешних факторов (изменение состава сырья, изменение требований к конечным и промежуточным продуктам и т.д.) на показатели работы действующих производств. В настоящее время инженерам-технологам доступно большое число программных

средств моделирования химико-технологических процессов. На отечественном рынке наиболее доступны разработаннные иностранными фирмами ПМП: CHEMCAD, Aspen, PRO II, а также Hysys [2]. Существуют также много других ПМП (отечественных и зарубежных), которые в настоящее время практически не используются. Их обзор приведён в [3].

В основу всех средств компьютерного моделирования заложены общие принципы расчетов материальных и тепловых балансов химических производств. Любая компьютерная система моделирования включает, в основном, набор следующих основных подсистем, обеспечивающих решение задачи моделирования ХТП[1-2,4]:

• Набор термодинамических данных по чистым компонентам (база данных) и средства, позволяющие выбирать определенные компоненты для описания качественного состава рабочих смесей

• Средства представления свойств природных углеводородных смесей, главным образом - нефтей и газоконденсатов, в виде, приемлемом для описания качественного состава рабочих смесей, по данным лабораторного анализа

• Различные методы расчета термодинамических свойств, таких как коэффициента фазового равновесия, энтальпии, энтропии, плотности, растворимости газов и твердых веществ в жидкостях и фугитивности паров.

• Набор моделей для расчета процессов в отдельных единицах оборудования ХТС

• Средства для формирования ХТС из отдельных элементов.

• Средства для расчета сложных ХТС, состоящих из множества подсистем(большого числа элементов), определенным образом соединенных между собой. Сравнение возможностей ПМП приведено в табл. 1.

Современные средства компьютерного моделирования, которые могут быть использованы для разработки, анализа и проектирования новых производств и для анализа работы существующих, весьма многообразны. Они позволяют автоматизировать практически все стадии инженерного труда и свести к минимуму затраты рабочего времени, трудовых ресурсов и денежных средств. При этом поставленная задача решается оптимально, с учетом накопленного опыта и данных. Совершенно очевидно, что конкурентное развитие техники и технологии невозможно без широкомасштабного использования таких средств моделирования как в проектных и исследовательских организациях, так и на производстве.

Для разработки процедур и алгоритмов компьютерного моделирования сложных крупнотоннажных химических производств непрерывного действия целесообразно выбрать комплекс программ CHEMCAD, т.к. он обладает следующими свойствами:

• требуемое количество программных модулей;

• полнота описания физико-химической сущности процессов;

• надёжная сходимость алгоритмов вычислений.

Работы 7 посвящены применению моделирующей программы CHEMCAD для разработки компьютерных моделей следующих ХТС:

• производства синтетического жидкого топлива из природного газа (5 отделений, 214 модулей аппаратов, 361 поток, в том числе 6 внешних рециклических потоков);

• производства метанола из природного газа (4 отделения, 132 модуля аппарата, 234 потока, в том числе 6 внешних рециклических потоков);

• совместного производства синтетического жидкого топлива и метанола из природного газа (7 отделений, 255 модулей аппаратов, 441 поток, в том числе 12 внешних рециклических потоков).

Табл. 1 Сравнение возможностей современных ПМП

РАСЧЕТНЫЕ МОДУЛИ CHEMCAD ASPEN PRO HYSYS

1. Проведён аналитический обзор современных пакетов моделирующих программ для компьютерного моделирования химических производств.

2. Сравнение современных пакетов моделирующих программ, доступных на отечественном рынке, показало их незначительное отличие, набор модулей практически одинаковый.

3. Установлено, что наиболее удобной для расчётнотехнологического проектирования химических производств является моделирующая программа СИЕМСЛБ.

1. Литовка Ю. В. Получение оптимальных проектных решений и их анализ с использованием математических моделей. Тамбов. ТГТУ. 2006. 98 с.

2. Гартман Т. Н, Клушин Д. В. Основы компьютерного моделирования химико-технологических процессов. М.: ИКЦ «Академкнига», 2008. 415 с.

3. Островский Г. М., Волин Ю. М. Три этапа компьютерного моделирования химико-технологических систем // Теоретические основы химической технологии. Т. 40, № 3. 2006 г. с. 302-312.

4. Вержичинская С. В., Дигуров Н. Г. Синицин С. А. Химия и технология нефти и газа. М. 2009. 400 с.

5. Гартман Т. Н., Советин Ф. С., Новикова Д. К. Разработка компьютерной модели многостадийного производства метанола из природного газа. // Химическая промышленность сегодня № 3. 2012. Стр. 45-53.

6. Кафаров В.В., Мешалкин В.П. Анализ и синтез химикотехнологических систем. М.: Химия, 1991. 432 С.

7. Гартман Т. Н., Советин Ф. С., Новикова Д. К., Сеннер С. А. Синтез интегрированной химико-технологической системы получения синтетического жидкого топлива и метанола из природного газа с применением проблемноориентированного комплекса программ СНЕМСАБ// Химическая техника. №9.2011 г. С. 41-44.

УДК 519.673:620.9.97 М.И. Третьяков

Российский химико-технологический университет им. Д.И.Менделеева, г. Москва, Россия

ОПТИМИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО УЗЛА ГАЗИФИКАЦИИ ШИРОКОЙ ФРАКЦИИ ЛЕГКИХ УГЛЕВОДОРОДОВ.

Разработана компьютерная модель узла газификации широкой фракции легких углеводородов. Определены оптимальные параметры функционирования предложенной технологической схемы. Оценена возможность повышения производительности установки.

The computer model for process system of gasification of light hydrocarbons wide fraction is developed. Optimum parameters of the offered process system functioning are defined. Possibility of productivity increase for the technological line is estimated.

С развитием химической промышленности, энергетики, транспорта особое значение приобрели добыча и переработка нефти и газа с целью получения многих веществ, необходимых в народном хозяйстве [1]. Широкая фракция легких углеводородов (ШФЛУ), наряду с прямогонным бензином

Моделирование является одним из способов познания мира.

Понятие моделирования достаточно сложное, оно включает в себя огромное разнообразие способов моделирования: от создания натуральных моделей (уменьшенных и или увеличенных копий реальных объектов) до вывода математических формул.

Для различных явлений и процессов бывают уместными разные способы моделирования с целью исследования и познания.

Объект, который получается в результате моделирования, называется моделью . Должно быть понятно, что это совсем не обязательно реальный объект. Это может быть математическая формула, графическое представление и т.п. Однако он вполне может заменить оригинал при его изучении и описании поведения.

Хотя модель и может быть точной копией оригинала, но чаще всего в моделях воссоздаются какие-нибудь важные для данного исследования элементы, а остальными пренебрегают. Это упрощает модель. Но с другой стороны, создать модель – точную копию оригинала – бывает абсолютно нереальной задачей. Например, если моделируется поведение объекта в условиях космоса. Можно сказать, что модель – это определенный способ описания реального мира.

Создание модели.
Изучение модели.
Применение результатов исследования на практике и/или формулирование теоретических выводов.

Видов моделирования огромное количество. Вот некоторые примеры типов моделей:

Математические модели . Это знаковые модели, описывающие определенные числовые соотношения.

Графические модели. Визуальное представление объектов, которые настолько сложны, что их описание иными способами не дает человеку ясного понимания. Здесь наглядность модели выходит на первый план.

Имитационные модели. Позволяют наблюдать изменение поведения элементов системы-модели, проводить эксперименты, изменяя некоторые параметры модели.

Над созданием модели могут работать специалисты из разных областей, т.к. в моделировании достаточно велика роль межпредметных связей.

Совершенствование вычислительной техники и широкое распространение персональных компьютеров открыло перед моделированием огромные перспективы для исследования процессов и явлений окружающего мира, включая сюда и человеческое общество.

Компьютерное моделирование – это в определенной степени, то же самое, описанное выше моделирование, но реализуемое с помощью компьютерной техники.

Для компьютерного моделирования важно наличие определенного программного обеспечения.

При этом программное обеспечение, средствами которого может осуществляться компьютерное моделирование, может быть как достаточно универсальным (например, обычные текстовые и графические процессоры), так и весьма специализированными, предназначенными лишь для определенного вида моделирования.

Очень часто компьютеры используются для математического моделирования. Здесь их роль неоценима в выполнении численных операций, в то время как анализ задачи обычно ложится на плечи человека.

Обычно в компьютерном моделировании различные виды моделирования дополняют друг друга. Так, если математическая формула очень сложна, что не дает явного представления об описываемых ею процессах, то на помощь приходят графические и имитационные модели. Компьютерная визуализация может быть намного дешевле реального создания натуральных моделей.

С появлением мощных компьютеров распространилось графическое моделирование на основе инженерных систем для создания чертежей, схем, графиков.

Если система сложна, а требуется проследить за каждым ее элементом, то на помощь могут придти компьютерные имитационные модели. На компьютере можно воспроизвести последовательность временных событий, а потом обработать большой объем информации.

Однако следует четко понимать, что компьютер является хорошим инструментом для создания и исследования моделей, но он их не придумывает. Абстрактный анализ окружающего мира с целью воссоздания его в модели выполняет человек.

Одной из важных проблем в области разработки и создания современных сложных технических систем является исследование динамики их функционирования на различных этапах проектирования, испытания и эксплуатации. Сложными системами называются системы, состоящие из большого числа взаимосвязанных и взаимодействующих между собой элементов. При исследовании сложных систем возникают задачи исследования как отдельных видов оборудования и аппаратуры, входящих в систему, так и системы в целом.

К разряду сложных систем относятся крупные технические, технологические, энергетические и производственные комплексы.

При проектировании сложных систем ставится задача разработки систем, удовлетворяющих заданным техническим характеристикам. Поставленная задача может быть решена одним из следующих методов:

методом синтеза оптимальной структуры системы с заданными характеристиками;
методом анализа различных вариантов структуры системы для обеспечения требуемых технических характеристик.

Оптимальный синтез систем в большинстве случаев практически невозможен в силу сложности поставленной задачи и несовершенства современных методов синтеза сложных систем. Методы анализа сложных систем, включающие в себя элементы синтеза, в настоящее время достаточно развиты и получили широкое распространение.

Любая синтезированная или определенная каким-либо другим образом структура сложной системы для оценки ее показателей должна быть подвергнута испытаниям. Проведение испытаний системы является задачей анализа ее характеристик. Таким образом, конечным этапом проектирования сложной системы, осуществленного как методом синтеза структуры, так и методом анализа вариантов структур, является анализ показателей эффективности проектируемой системы.

Среди известных методов анализа показателей эффективности систем и исследования динамики их функционирования следует отметить:

аналитический метод;
метод натуральных испытаний;
метод полунатурального моделирования;
моделирование процесса функционирования системы на ЭВМ.

Строгое аналитическое исследование процесса функционирования сложных систем практически невозможно. Определение аналитической модели сложной системы затрудняется множеством условий, определяемых особенностями работы системы, взаимодействием ее составляющих частей, влиянием внешней среды и т.п.

Натуральные испытания сложных систем связаны с большими затратами времени и средств. Проведение испытаний предполагает наличие готового образца системы или ее физической модели, что исключает или затрудняет использование этого метода на этапе проектирования системы.

Широкое применение для исследования характеристик сложных систем находит метод полунатурального моделирования. При этом используется часть реальных устройств системы. Включенная в такую полунатуральную модель ЭВМ имитирует работы остальных устройств системы, отображенных математическими моделями. Однако в большинстве случаев этот метод также связан со значительными затратами и трудностями, в частности, аппаратной стыковкой натуральных частей с ЭВМ.

Исследование функционирования сложных систем с помощью моделирования их работы на ЭВМ помогает сократить время и средства на разработку.

Затраты рабочего времени и материальных средств на реализацию метода имитационного моделирования оказываются незначительными по сравнению с затратами, связанными с натурным экспериментом. Результаты моделирования по своей ценности для практического решения задач часто близки к результатам натурного эксперимента.

Метод имитационного моделирования основан на использовании алгоритмических (имитационных) моделей, реализуемых на ЭВМ, для исследования процесса функционирования сложных систем. Для реализации метода необходимо разработать специальный моделирующий алгоритм. В соответствии с этим алгоритмом в ЭВМ вырабатывается информация, описывающая элементарные процессы исследуемой системы с учетом взаимосвязей и взаимных влияний. При этом моделирующий алгоритм сроится в соответствии с логической структурой системы с сохранением последовательности протекаемых в ней процессов и отображением основных состояний системы.

Основными этапами метода имитационного моделирования являются:

моделирование входных и внешних воздействий;
воспроизведение работы моделируемой системы (моделирующий алгоритм);
интерпретация и обработка результатов моделирования.

Перечисленные этапы метода многократно повторяются для различных наборов входных и внешних воздействий, образуя внутренний цикл моделирования. Во внешнем цикле организуется просмотр заданных вариантов моделируемой системы. Процедура выбора оптимального варианта управляет просмотром вариантов, внося соответствующие коррективы в имитационную модель и в модели входных и внешних воздействий.

Процедура построения модели системы, контроля точности и корректировки модели по результатам машинного эксперимента задает и затем изменяет блок и внутреннего цикла в зависимости от фактических результатов моделирования. Таким образом, возникает внешний цикл, отражающий деятельность исследователя по формированию, контролю и корректировке модели.

Метод имитационного моделирования позволяет решать задачи исключительной сложности. Исследуемая система может одновременно содержать элементы непрерывного и дискретного действия, быть подверженной влиянию многочисленных случайных факторов сложной природы, описываться весьма громоздкими соотношениями и т.п. Метод не требует создания специальной аппаратуры для каждой новой задачи и позволяет легко изменять значения параметров исследуемых систем и начальных условий. Эффективность метода имитационного моделирования тем более высока, чем на более ранних этапах проектирования системы он начинает использоваться.

Следует, однако, помнить, что метод имитационного моделирования является численным методом. Его можно считать распространением метода Монте-Карло на случай сложных систем. Как любой численный метод, он обладает существенным недостатком – его решение всегда носит частный характер. Решение соответствует фиксированным значениям параметров системы и начальных условий. Для анализа системы приходится многократно моделировать процесс ее функционирования, варьируя исходные данные модели. Таким образом, для реализации имитационных моделей сложной модели необходимо наличие ЭВМ высокой производительности.

Для моделирования системы на ЭВМ необходимо записывать моделирующий алгоритм на одном из входных языков ЭВМ. В качестве входных языков для решения задач моделирования могут быть с успехом использованы универсальные алгоритмические языки высокого уровня, Си, Паскаль и др.

Анализ развития наиболее сложных технических систем позволяет сделать вывод о все более глубоком проникновении ЭВМ в их структуру. Вычислительные машины становятся неотъемлемой, а зачастую и основной частью таких систем. Прежде всего это относится к сложным радиоэлектронным системам. Среди них различные автоматические системы, в том числе системы автоматической коммутации (электронные АТС), системы радиосвязи, радиотелеметрические системы, системы радиолокации и радионавигации, различные системы управления.

При построении таких систем в значительной степени используются принципы и структуры организации вычислительных машин и вычислительных систем (ВС). Характерной особенностью является наличие в системах нескольких процессоров, объединенных различными способами в специализированную ВС. При этом осуществляется переход от «жесткой» логики функционирования технических систем к универсальной «программной» логике. В силу этого все более значительную роль в таких системах, наряду с аппаратными средствами, играет специализированное системное и прикладное программное обеспечение.

На этапах разработки, проектирования, отладки и испытания сложных систем с высоким удельным весом аппаратно-программных средств вычислительной техники ставится задача анализа и синтеза вариантов организации структуры аппаратных средств, а также разработки и отладки специализированного ПО большого объема. Эта задача может быть решена с помощью аппаратно-программного моделирования с использованием универсальных моделирующих комплексов, построенных на базе однородных ВС с программируемой структурой.

Аппаратно-программное моделирование можно считать частным случаем полунатурного моделирования. На первом этапе разрабатывается концептуальная модель заданного класса систем на основе анализа типовых процессов, структур и аппаратных блоков. Концептуальная модель реализуется на аппаратно-программных средствах моделирующего комплекса. При этом моделирующий комплекс может настраиваться на соответствующую структуру системы программным путем за счет возможности программирования структуры используемой микропроцессорной ВС. Часть аппаратных и программных средств микропроцессорной ВС моделирующего комплекса непосредственно отражает аппаратно-программные средства, входящие в исследуемую систему (аппаратное моделирование), другая часть реализует имитационную модель функциональных средств исследуемой системы, внешней обстановки, влияния помех и т.п. (программное моделирование).

Разработка аппаратно-программных моделирующих комплексов является сложной технической задачей. Несмотря на это, применение таких комплексов находит все большее распространение. При достаточной производительности вычислительных средств комплекса процесс исследования системы может вестись в реальном масштабе времени. В составе комплекса могут использоваться как универсальные микроЭВМ общего назначение, так и вычислительные средства, непосредственно входящие в исследуемую систему. Подобные моделирующие комплексы являются универсальными стендами для разработки и отладки аппаратно-программных средств, проектируемых систем заданного класса. Они могут использоваться в качестве тренажеров по обучению обслуживающего персонала.

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ОБЗОР ПРОГРАМНЫХ СРЕДСТВ МОДЕЛИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

1 Волжский политехнический институт (филиал) Волгоградский государственный технический университет Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

В современном мире управлению всевозможными процессами уделяется особое внимание. Отдается предпочтение автоматизированному производству и новым технологиям, а ручной труд постепенно теряет свою ценность. В связи с этим появились новые способы управления и функционирования. Одним из этих способов является моделирование, основанное на создание прообраза, или модели, исследуемого объекта с целью его изучения и последующей модернизации. Моделирование реализуется различными средствами. Программные средства моделирования – это пакеты программных сред и инструментов, созданные для анализа, описания и улучшения процессов и исследуемых объектов.

Моделирование находит активное применение в различных технологических процессах, бизнес-процессах, экономике и т.д. Целесообразно рассмотреть бизнес-процессы, так как они наиболее ярко иллюстрируют работу программных средств моделирования.

В настоящее время существует большое разнообразие программных средств моделирования. Рассмотрим некоторые из них, наиболее распространенные в мире и имеющие широкие возможности функционирования. Параллельно также проведем сравнительный анализ таких программных средств моделирования, как: ARISToolset, ITHINK, PowerSimStudio, Extend, GPSS/H, GPSSWorld.

Пакет ARISToolset (IDSScheerAG, Германия) имеет сильный графический интерфейс, большое число стандартных объектов для описания бизнес-процесса, дополнительные модули-интерфейсы, обеспечивающие интеграцию с системами MicrosoftProject, Erwin, Staffware и другими. ARISToolsetобладает невысокими требованиями к аппаратному(процессор IntelPentium 166 МГц, 64 Мб ОП, монитор с разрешением 640×480 (SVGA), 256цветов) и программному(Windows 95/98/2000/NTV40+ServicePack 4+MSY2KPatch, ServicePack 5 или 6) обеспечению. Это же можно сказать и об интерфейс ITHINK, для эффективного функционирования которого достаточно иметь процессор 486 или более мощный, 8 Мб RAM, Windows 95, наличие 13 Мб свободной памяти на жестком диске.

Программное средство ITHINK (HighPerformanceSystems, США) предназначено для анализа сложных систем организации управления, бизнеса, финансов, политики и др., представляет возможным моделирование всего производственно-сбытового цикла предприятия. ITHINK лёгок в изучении. Эта особенность присуща не только данному средству, но и пакету Extend. В отличие от названных выше интерфейсов программные средства ARISToolset , PowerSimStudio, GPSS/H, GPSSWorld имеют сложность в освоении. Последнее, в свою очередь, предназначено только для профессионалов в области моделирования.

ITHINK предъявляет требование к экспертным системам: любые данные на выходе должны выступать в виде дат начала операций, интерфейсов, чего нельзя сказать о пакете PowerSimStudio, где имеются разные способы представления результатов моделирования: временные графики, таблицы, гистограммы.

Программные средства моделирования различаются не только по функциональным возможностям, но и по стоимости. Придется потратить немало денежных средств, чтобы приобрести продукты Extend, ARISToolset, ITHINK.

PowerSimStudio (PowerSimSoftwareAS, Норвегия) обладает развитыми средствами визуального программирования. В его состав входят встроенные блоки анализа рисков и оптимизации бизнес-процесса, блок PowerSimStudio-SDK, обеспечивающий интеграцию программ на языках высокого уровня, организацию связи модели с информационными системами Oracle и SQL, и механизмы работы с текстовыми файлами, файлами Excel и хранилищами данных SAPBW. Дополнительно в PowerSimStudio есть возможность написания программ на языке VisualBasic и присутствуют иерархические способы разработки программ. Соответственно, в отличие от пакетов ARISToolset и ITHINK, интерфейс PowerSimStudio требует определенных параметров аппаратного обеспечения.

Программные пакеты Extend, GPSS/H и GPSSWorld служат для моделирования процессов модернизации и обслуживания. Системы GPSSWorld и Extend используются как для дискретных, так и для непрерывных процессов. В то время как GPSS/H предназначена только для дискретных процессов.

Программное средство моделирования Extend (ImagineThat, Inc., США) имеет мощный графический интерфейс (2D, 3D), позволяет создавать стохастические динамические модели любого предприятия. Extend обладает некоторыми недостатками по сравнению с другими программными средствами. Например, моделирование требует частичного написания кода при задании свойств блоков. К недостаткам можно отнести и то, что система Extend используется для моделирования процесса, который может быть представлен в виде «блок-схем».

Программный продукт GPSS/H (WolverineSoftware, США) предназначен для моделирования систем массового обслуживания и других систем, например, системы распределения ресурсов между потребителями. Благодаря блочной структуре GPSS/H может быть легко приспособлен для структурно-функционального моделирования не очень сложных систем. Это программное средство имеет функции, переменные, стандартные атрибуты, графики и статические блоки, что расширяет функциональные возможности пакета GPSS/H.

GPSSWorld – самая современная версия языка имитационного моделирования GPSS для персональных ЭВМ и OC Windows. Программное средство GPSSWorld обладает высочайшим уровнем интерактивности и визуального представления информации. GPSSWorld имеет анимационные возможности и является объектно-ориентированным языком, что позволяет наблюдать и фиксировать внутренние механизмы работы моделей. Интерактивность языка предоставляет возможность одновременного исследования и управления процессами моделирования. Возможно вычисление доверительных интервалов и дисперсионного анализа.

Таким образом, каждое рассмотренное программное средство моделирования обладает определенным набором преимуществ и недостатков. Конкретному предприятию нужно исследовать индивидуальные свойства протекающих процессов. В соответствии с ними нужно подобрать подходящее программное средство моделирования. В качестве таких свойств могут выступать следующие факторы: стоимость, аппаратное обеспечение, дискретность процесса и др. Также при выборе программного пакета предприятию необходимо учитывать свои цели и задачи.

Когаловский М. Р. Перспективные технологии информационных систем. — М.: ДМК Пресс; Компания АйТи, 2003. — 288 с.

Замятина О. М. Моделирование систем. –ТПУ; Томск, 2009. – 204с.

Бусленко Н. П. Моделирование сложных систем. – М.: Наука, 1978.

Киндлер Е. Языки моделирования. – М.: Энергия, 1985.

Максимей И. В. Имитационное моделирование на ЭВМ. – М.: Радио и связь, 1988.

Читайте также:

Обзор систем компьютерного моделирования

Аннотация научной статьи по химическим технологиям, автор научной работы — Гартман Т. Н., Советин Ф. С.

Похожие темы научных работ по химическим технологиям , автор научной работы — Гартман Т. Н., Советин Ф. С.

Текст научной работы на тему «Аналитический обзор современных пакетов моделирующих программ для компьютерного моделирования химико-технологических систем»

СРАВНИТЕЛЬНЫЙ ОБЗОР ПРОГРАМНЫХ СРЕДСТВ МОДЕЛИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ