ANYLOGIC – УНИВЕРСАЛЬНАЯ СРЕДА ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ДЛЯ РАЗНЫХ ТИПОВ СИСТЕМ

Сейчас много промышленных производств представляют собой сложные динамические системы, характеризующиеся высоким уровнем неопределенности исходной информации и сложностью их поведения. Для решения многих проблем, связанных с управлением такими системами, а также для их упрощения целесообразно использовать имитационное моделирование. Имитационное моделирование - это метод исследования, при котором система исследуемого заменяется моделью, с достаточной точностью описывает реальную систему, с ней проводятся эксперименты с целью получения информации об этой системе [1].

Современное имитационное моделирование производственных процессов позволяет воспроизводить последовательность выполнения операций или этапов производственного процесса путем моделирования его отдельных элементов, а также определить лучший тип производственной линии с получением оптимальных показателей, возможностью выполнить тестирование с множеством параметров производства, включая пропускную способность потока и количество необходимого оборудования. Это позволяет определить тип производства, который будет наиболее эффективным для изготовления изделия, и факторов, влияющих на конечные показатели качества создаваемого продукта. Благодаря имитационному моделированию и проведению экспериментов с применением модели можно добиться повышения эффективности использования оборудования, оптимизации производства, сокращения времени производственного цикла, увеличение объемов производства и улучшение качества изделий.

Одной из наиболее эффективных программных платформ создания модели и проведения имитационных экспериментов является сегодня система AnyLogic.

Целью работы является определение возможностей применения системы AnyLogic в процессе моделирования различных типов систем.

Система AnyLogic – популярная во всем мире программа для построения имитационных моделей систем различной природы. AnyLogic является кросс-платформенным программным обеспечением, работающим под управлением таких операционных систем как Windows, Mac OS и Linux. AnyLogic включает в себя графический язык моделирования, а также с помощью языка Java позволяет расширять созданные модели (рис. 1). Интеграция компилятора Java в AnyLogic предоставляет более широкие возможности при создании моделей, а также создание Java апплетов, которые могут быть открыты любым браузером. Эти апплеты позволяют легко размещать модели AnyLogic на веб-сайтах.

Рисунок 1. Пример модели в программной среде AnyLogic

Графическая среда моделирования AnyLogic включает в себя следующие элементы:

- Stock & Flow Diagrams применяется при разработке моделей, используя метод системной динамики (рис. 2).

Рисунок 2. Среда AnyLogic диаграмма потоков и накопителей

- Statecharts в основном используется в агентных моделях для определения поведения агентов. Но также часто используется в дискретнособытийном моделировании, например для симуляции машинных сбоев (Рис. 3).

Рисунок 3. Среда AnyLogic карты состояний

- Action charts используется для построения алгоритмов. Применяется в дискретно-событийном моделировании (маршрутизация звонков) и агентном моделировании (для логики решений агента) (рис. 4).

Рисунок 4. Среда AnyLogic диаграмма деятельности

- Process flowcharts (процессные диаграммы) основная конструкция, используемая для определения процессов в дискретно-событийном моделировании (рис. 5).

Рисунок 5. Среда AnyLogic диаграмма процессов

С помощью системы AnyLogic есть возможность оптимизировать и построить модели участков и цехов изготовления деталей и линий сборки сложных изделий путем имитации всех элементов технологических процессов еще до начала запуска их реального производства.

Преимуществами программного средства AnyLogic является то, что эта среда моделирования поддерживает проектирование, разработку и документирование модели, позволяет выполнить компьютерные эксперименты с моделью, включая различные виды анализа - от анализа чувствительности параметров модели к их оптимизации по выбранному критерию (рис. 6).

Рисунок 6. Пример работы в среде AnyLogic

Данный программный продукт имеет возможность создавать модели с помощью всех трех современных подходов: дискретно-событийного, агентного и системной динамики. Эти три метода могут использоваться в любой комбинации на базе одного программного обеспечения, чтобы смоделировать систему любой сложности.

В AnyLogic есть разные визуальные языки моделирования: диаграммы процессов, диаграммы состояния, блок-схемы и диаграммы потоков и накопителей.

Еще одной особенностью AnyLogic является представление моделей в виде набора активных объектов, которые взаимодействуют и параллельно функционируют. Такой подход к моделированию является понятным и естественным во многих приложениях, так как системы реальной жизни состоят из совокупности активностей, которые взаимодействуют с другими объектами.

Активным объектом в AnyLogic называется объект, который самостоятельно функционирует, а также взаимодействует с окружением. Активный объект может состоять из любого количества других активных объектов. Также, в соответствии с законами функционирования системы, они могут динамически порождаться и исчезать. Таким образом может проходить моделирование социальных групп, транспортных систем и холдингов компаний.

Выбор конкретной парадигмы моделирования на платформе AnyLogic зависит в каждом конкретном случае от специфики объекта исследования, целей исследователей, степени агрегации системы в зависимости от поставленной цели.

На сегодня существует множество прикладных приложений применения системы - от моделей функционирования предприятий (структурных подразделений предприятий) к моделям, касающиеся экономической и политической безопасности стран. Одним из наиболее распространенных классов имитационных моделей, реализованных по всему миру на платформе AnyLogic, есть модели различных логистических сетей и транспортных систем. Значительные положительные результаты получены в области бизнес- и управленческих систем; в оперативном и стратегическом управлении предприятиями, производством, цепочками поставок.

Наряду с более традиционными направлениями использования инструментария AnyLogic в последнее время появляются достаточно оригинальные приложения в рамках новых направлений исследований экономических систем и процессов - например, в пределах поведенческой и информационной экономики.

Прогнозирование поведения пользователей различных продуктов и услуг достаточно обоснованно исследуются на базе комплекса моделей, освещенных в [2]. Модели получили промышленное внедрение на различных объектах. В частности, интересным кажется сравнительный анализ результатов имитационных экспериментов, проведенный для однотипных объектов но на уровне различных административно-территориальных единиц и для различных социальных слоев населения.

На основании концепции моделирования эволюционных процессов в информационной экономике в работе [3] представлена разработанная мультиагентная модель эволюции популяции экономических агентов. К преимуществам проведенного исследования следует отнести результаты анализа чувствительности эволюционного процесса к вариации параметров размера популяции, негативного и положительного отбора, ценовых факторов, что позволило автору описать эволюционные режимы системы, которые отличаются характером динамики популяции.

Приведенные примеры свидетельствуют, что использование среды AnyLogic полезно в ситуациях с большим количеством элементов со сложными связями между ними, а также с непредсказуемым развитием событий.

Таким образом, AnyLogic является единственным инструментом имитационного моделирования, который поддерживает все подходы к созданию имитационных моделей: процессно-ориентированный (дискретно-событийный), системно-динамический и агентный, а также любую их комбинацию. Одним из наиболее важных преимуществ AnyLogic является возможность быстрого построения многоагентных моделей, которую не дает ни один из существующих инструментов. Только агентные модели позволяют получить представление об общем поведении системы.

Анализируя наиболее часто использующиеся программы для создания имитационных моделей в любой сфере деятельности, мы приходим к выводу, что наиболее оптимальным и многофункциональным является среда AnyLogic, поскольку она не только поддерживает относительно новый метод моделирования — агентный, но и позволяет строить модели различного уровня, используя любой из четырех известных подходов.

Подводя итоги, можно утверждать, что AnyLogic является мощной инструментальной средой разработки имитационных моделей в различных областях: производство, логистика, телекоммуникации, экологические системы, медицина, военная промышленность и др. Среда AnyLogic поддерживает проектирование модели, разработку, документирование проектов, выполнение имитационных экспериментов. Особенно ценной для инженеров-разработчиков является возможность выполнять оптимизацию режимов и параметров модели; анализировать устойчивость системы; выполнять прогнозирование ее динамики.

Список литературы:

1. Куприяшкин А.Г. основы моделирования систем [текст]: учеб. пособие / А. Г. Куприяшкин; Норильский индустр. ин-т. – Норильск: 2015. – 135 с.
2. Каталевский Д.Ю. Солодов В.В., Кравченко К.К. Моделирование поведения  с. 34-43- 2012. - Т.7, №1-4. - Искусственные общества. - потребителей.
3. Кононова Е.Ю., Ковпак Э.А., Сухомлин П.В. Мультиагентная модель экономической эволюции: анализ чувствительности траекторий / Е.Ю. Кононова; Э.А. Ковпак; П.В. Сухомлин // Бизнес информ. – 2015. – № 4. – с. 105-112.