Технологические возможности систем моделирования

Технология системного моделирования -основа целенаправленной деятельности, смысл которой в обеспечении возможности эффективного выполнения на ЭВМ исследований функционирования сложной системы. Имитационная модель -специфическое, сложное программное изделие, ее разработка должна вестись с применением высокотехнологичных систем моделирования. Действия исследователя организуются на всех этапах имитационного моделирования, начиная с изучения предметной области и выделения моделируемой проблемной ситуации и кончая построением и реализацией планов машинных экспериментов и обработкой результатов.

Технология системного моделирования объединяет современные методы и средства, используемые на всех этапах имитационного моделирования, и включает современные способы формализации моделируемых процессов, средства программирования и трассировки моделей, технологию проведения испытаний, поддержку имитационного эксперимента. Начальные этапы имитационного моделирования трудно поддаются автоматизации. Самая большая степень автоматизации традиционно приходится на этап программирования (и этап эксплуатации) имитационной модели. Принципиальным недостатком систем моделирования прошлых лет было то, что автоматизации подлежал только этап программирования имитационной модели. Технология имитационного моделирования должна охватывать весь цикл системного моделирования, от постановки проблемы и формирования концептуальной модели —до анализа результатов вычислительного эксперимента и принятия решения. Актуально, для современного уровня развития технологии системного моделирования автоматизировать этап проведения испытаний имитационной модели и обработки результатов эксперимента.

Опыт эксплуатации различных систем моделирования показывает, что функциональные свойства любой системы моделирования определяется наличием развитых средств, поддерживающих реализацию следующих основных функций:

Подготовка, редактирование и модификация в ходе трассировки программы-имитатора и основных модельных характеристик;

Интерактивное взаимодействие системы с исследователем в процессе имитации;

Управление направленным вычислительным экспериментом на имитационной модели.

Рассмотрим с помощью, каких инструментов реализуются в системах моделирования эти основные функции.

Подготовка, редактирование и модификация в ходе трассировки программы-имитатора и основных модельных характеристик. Для поддержки этих функций в системе моделирования, как правило, представлены:

поддержка создания формализованных описаний;

создание модели (языки плюс графический интерфейс);

развитые средства визуализации и редактирования программы и модельных характеристик;

эффективные средства трансляции, компилирования программы-имитатора;

средства трассировки (отладки) и диагностики: выдача сообщений в процессе составления модели и по ходу имитации;

трассировка (в реальном времени), верификация по ходу имитации, ручная имитация;

развитые средства визуализации модельных характеристик по ходу и по окончании прогона;

средства сбора и выдачи результатов моделирования, возможность управления ими. Присутствуют как стандартные формы вывода выходной статистики, так и средства для создания нестандартных средств обработки и вывода результатов моделирования. (Как правило, все языки моделирования имеют стандартные средства сбора и вывода результатов моделирования в табличной или графической форме. Эти средства не всегда достаточно гибки и не во всех случаях удовлетворяют пользователя. Поэтому должна быть предусмотрена возможность подключения нестандартных средств обработки и вывода результатов моделирования, разработанных пользователем);

передача выходных данных в другие среды (в том числе в базы данных);

средства для анализа входных данных (Input Analyzer);

средства для реализации арифметических, математических, логических функций, расширяющие алгоритмические возможности языка моделирования;

и другие.

Интерактивное взаимодействие системы с исследователем в процессе имитации:

интерактивные средства взаимодействия с пользователем: удобный графический интерфейс, выдача стандартной и формируемой пользователем выходной статистики и др. модельных характеристик в том числе по ходу имитации (в реальном времени) и в процессе трассировки;

возможность доступа пользователя к модельным характеристикам, доступ к графикам, таблицам, модельным характеристикам с промежуточной статистикой,

управление ходом имитации, управление прогоном (задание начальных условий, условий завершения имитационного прогона, возобновление имитации и др.) (Средства управления имитационными экспериментами позволяют автоматизировать установку начального состояния модели, определить условия завершения прогона, выбрать режимы работы управляющей программы, хранить и восстанавливать промежуточные состояния программы-имитатора, проводить анализ чувствительности. Наличие таких средств значительно упрощает проведение имитационных экспериментов с моделями);

наличие специальных средств испытания имитационных программ;

анимация (animation) (современные графические системы, позволяющие наблюдать за поведением "реальной" системы на модели);

и т.п.

Управление направленным вычислительным экспериментом на имитационной модели. Для управления имитационным исследованием в системе моделирования должно присутствовать: развитое математическое и программное обеспечение (библиотеки, макросы), средства для организации статистических исследований, средства вторичного моделирования: файловые структуры, базы данных результатов моделирования, выход в другие программные среды или собственные инструменты для реализации и поддержки направленных вычислительных экспериментов.

Как правило, наборы этих инструментов ориентированы на: анализ чувствительности (проведение многократных прогонов с различными входными данными, регулировка параметров, а также сбор и обработка выходной статистики);

статистическую поддержку моделирования (макросы, библиотеки и т.п.);

накопление данных по серии прогонов и организация их в файловые структуры или базы данных, организации связи с системой управления базой данных;

оптимизация (Output Analyzer — инструмент реализации направленного вычислительного эксперимента);

транспорт данных в другие интеллектуальные среды.