Студопедия

КАТЕГОРИИ:


Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Математическое и имитационное моделирование для описания динамики сложной информационной системы




Системная динамика – направление в изучении сложных систем, исследующее их поведение во времени и в зависимости от структуры элементов системы и взаимодействия между ними. В том числе: причинно-следственных связей, петель обратных связей, задержек реакции, влияния среды и других. Особенное внимание уделяется компьютерному моделированию таких сис­тем.

Философия системной динамики базируется на предположении, что поведение (или история развития во времени) организации главным образом определяется ее информационно-логической структурой. Она отражает не только физические и технологические аспекты производственных процессов, но, что гораздо важнее, политику и традиции, которые явно или неявно определяют процесс принятия решений в организации. Другой аспект философии системной динамики заключается в предположении, что организация более эффективно представляется в терминах лежащих в ее основе потоков, нежели в терминах отдельных функций. Потоки людей, денег, материалов, заявок и оборудования, а также интегрированных потоков информации могут быть выявлены во всех организациях.

Методология системной динамики использует модифицированные методы представления потоковых диаграмм, математического и имитационного моделирования для визуального представления текущей ситуации. Как потоковые диаграммы, так и системы уравнений выражают управленческие связи в помощью двух категорий: накопителей и потоков. Накопители представляют собой такие объекты реального мира, в которых сосредотачиваются некоторые ресурсы: знания (идеи), фонды, источники рабочей силы и т.п. Потоки – это все активные компоненты системы: потоки усилий (попыток), информационные потоки, расходные платежи и т.п.

Если система управления представима в виде сети накопителей и потоков, то соответствующая системно-динамическая модель может быть реализована в виде компьютерной программы. С помощью такой программы можно провести экспериментальное тестирование предлагаемых изменений управленческой политики.

Методология системной динамики включает качественную и количественную стадии. На качественной (квалитативной) стадии исследователь описывает модель и определяет характеристики взаимодействий. На количественной стадии, в ходе компьютерной симуляции, исследователь определяет, насколько верна его модель и тестирует свои гипотезы о поведении системы.

Преимущества системно-динамического моделирования

1. Возможность быстро просчитывать различные варианты будущего (моделировать сценарии), изменяя исходные данные, полученные экспертным путем.

2. Выявление наиболее критических факторов, таким образом, можно ранжировать по степени важности угрозы и возможности, появляющиеся в моделируемой среде.

3. Использование большого количества причинно-следственных связей между элементами имитационной модели, которые объективно существуют в моделируемой среде.

4. Наглядность вводимых данных и получаемых результатов.

Сильная сторона технологии системной динамики – универсальность применения, вытекающая из универсальности описаний многих реальных процессов дифференциальными уравнениями. Общее в этих процессах – это движение по подсистемам и во времени разного рода ресурсов: финансовых, материальных, в меньшей степени человеческих (как более трудно формализуемых). Важно, что это движение ресурсов, контролируемое с точки зрения желаемых целей и недопущения выхода траектории движения за многочисленные ограничения. Интерактивность технологии позволяет вносить управляющие воздействия в нужном направлении, т.е. система операциональна.

Компьютерное моделирование – одно из наиболее эффективных имеющихся в настоящее время средств поддержки и уточнения человеческой интуиции. Хотя модель и не является совершенно точным представлением реальности, она может быть использована для принятия более обоснованных решений, чем те, которые мог бы принять человек. Это гибкое средство, которое усиливает возможности человека, использующего ее для более глубокого понимания проблемы.

Преимущества компьютерной модели, сконструированной и используемой для поддержки принятия решений, состоят в следующем:

1. Она заставляет лицо, принимающее решение, (ЛПР) точнее и полнее формулировать словесные описания причин возникновения проблемы, которые он неизбежно хранит в своей голове.

2. В процессе формального построения модели аналитик вскрывает и устраняет многочисленные внутренние противоречия и сомнения, имеющиеся в его предположениях о модели.

3. Когда производится «прогон» модели, становится возможным логическое «тестирование». С помощью модели легко оцениваются следствия из многообещающих, но умозрительных решений. Наблюдения за поведением модели способствуют появлению новых гипотез о структуре реального объекта.

4. При достижении приемлемого уровня надежности, становятся возможными формальные эксперименты по выработке управленческой политики, быстро раскрывающие вероятные следствия из различных управленческих альтернатив. На модели легко могут быть исследованы ситуации типа «что, если...».

5. Формально операционная модель завершена всегда, но в содержательном смысле никогда не завершена до конца. В отличие от многочисленных методов планирования, которые обычно используются эпизодически и время от времени (они обеспечивают поддержку решения только в момент подготовки отчета, но не раньше и не позже), модель органична и интерактивна. Модель доступна в любой момент времени и предоставляет средства для лучшего понимания проблемы.

6. Анализ устойчивости модели – это та область, обсуждение которой подводит эмпирическое исследование к важным вопросам. Если истинные значения многих параметров неизвестны (это обычное явление при корпоративном стратегическом планировании), то первое, с чего следует начать исследование, это анализ поведения модели при колебаниях значений параметров.

7. Операционная модель может служить средством коммуникации между людьми, которые не участвовали в ее построении. При изменении управленческой политики и модельных параметров и последующем анализе результатов этих изменений, эти люди могут лучше понять динамику развития реальных систем.

Под системой с обратными связями понимается совокупность связанных между собой циклов с обратными связями. Поведение переменной, входящей в один цикл с обратной связью, может влиять на поведение другой переменной, входящей в другой цикл. Сложные задачи управления, представляемые в виде таких систем, могут состоять из большого числа циклов. Именно такие сложные системы с большим числом циклов и составляют предмет изучения системной динамики. По мере усложнения системы соответственно возрастает сложность получения формального аналитического решения. Поэтому для анализа таких систем применяется имитационное моделирование.

Имитационное моделирование

Модель есть целенаправленное представление исследуемого объекта, реальное или воображаемое. Имитационная модель есть модель, которая воспроизводит поведение объекта за определенный период времени; в этом смысле имитационная модель является динамической. Значения всех переменных, входящих в имитационную модель, вычисляются в каждый момент модельного времени. Затем, через определенный интервал, на основе старых значений вычисляются новые значения переменных, и т.д. Таким образом, имитационная модель «развивается» по определенной траектории в течение заданного отрезка модельного времени.

Для построения имитационных моделей динамических систем используются переменные четырех типов: время, фонд, поток и конвертор.

Переменная «время» является первичной 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.

Переменная типа «фонд» равна объему (количеству) некоторого «продукта», накопленного в некотором хранилище за время «жизни» модели с начального по текущий момент. 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. Помимо очевидных примеров, таких как фонды материальных и людских ресурсов, переменные этого типа могут характеризовать объемы накопленной информации, служить оценкой субъективных вероятностей наступления некоторых событий к определенному моменту времени, выражать меру влияния одних субъектов некоторого процесса на других. Средние величины всех видов также можно рассматривать как информационные фонды специального вида.

Переменная типа «поток» равна 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. Простейший пример цикла с обратной связью образует входящий поток, величина которого зависит от значения фонда, в который этот поток поступает.

Фонды характеризуют статическое состояние системы, а потоки – ее динамику. Если 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.

Помимо фондов и потоков, при построении имитационных моделей динамических систем используются вспомогательные переменные – конверторы. Эти переменные могут быть равны константам или значениям математических функций от других переменных (в том числе и от переменной «время»), т.е. позволяют преобразовывать («конвертировать») одни числовые значения в другие.

Недостатки системно-динамического моделирования

Системная динамика сводит весь спектр возможных решений к небольшому набору стандартизированных архетипов.

Системная динамика не учитывает в своих моделях качественных изменений системы. В системной динамике нет места процессу перехода системы в принципиально новое качество.

Отсюда и следующий большой недостаток системной динамики – она способна показать пути решения проблем в организации, но в конечном итоге стремится к некому балансу, сохранению стабильного status quo. Системная динамика не может дать ответ, как организации развиваться стратегически. Точно также системная динамика не в состоянии предсказать развитие, если в будущем будут возникать любого рода случайности или качественные изменения среды, например, технологические революции или экономические кризисы.

Контрольные вопросы

1. Что дает агрегативное описание функционирования системы?

2. Опишите функционирование системы в терминах операторов входов-выходов.

3. Сформулируйте этапы процесса формирования информационного обеспечения системы.

4. Опишите агрегат как случайный процесс.

5. Сформулируйте преимущества и недостатки системно-динамического моделирования.




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2014-01-13; Просмотров: 544; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.027 сек.