2.1. Метод имитационного моделирования

Метод имитационного моделирования – один из наиболее мощных методов исследования реально существующих и проектируемых объектов самой различной природы и степени сложности. Сущность этого метода состоит в построении так называемой имитационной модели исследуемого объекта и в целенаправленном экспериментировании с такой моделью для получения ответов на те или иные вопросы. Имитационные модели могут быть представлены самыми различными устройствами (приспособлениями), начиная от ЭВМ и кончая листом бумаги с карандашом. Однако, говоря о методе имитационного моделирования, как правило, имеют в виду метод, ориентированный на применение ЭВМ. Отмеченное обстоятельство обусловлено тем, что возможности метода имитационного моделирования наиболее полно проявляются при использовании именно ЭВМ. В литературе метод имитационного моделирования встречается также под названием метода машинного, программного, статистического, вероятностного, автоматного или динамического моделирования и метода машинной имитации.

Метод имитационного моделирования может рассматриваться как своеобразный экспериментальный метод исследования. От обычных, прямых экспериментальных методов он отличается тем, что при его использовании испытаниям подвергается не сам объект, а реализованная на ЭВМ имитационная модель объекта. Оперирование с имитационной моделью осуществляется при этом подобно тому, как это делалось бы (пусть даже чисто умозрительно) с исследуемым объектом; результаты моделирования обрабатываются и истолковываются так же, как если бы это были данные натурных испытаний объекта. При исследовании имитационной модели могут быть применены хорошо развитые методы планирования эксперимента и обработки экспериментальных данных.

Сугубо экспериментальный характер метода имитационного моделирования обусловлен тем обстоятельством, что имитационная модель объекта, предоставляя возможность экспериментирования с ней, не позволяет получить аналитическое решение задач исследования. Поясним сказанное на следующем примере. Предположим, что исследование некоторого реального объекта проводится с целью установления зависимости одного или нескольких показателей, оценивающих функционирование объекта, от параметров объекта и параметров внешних воздействий. Если исследуемый объект и внешние воздействия являются вероятностными по своей природе, то может ставиться задача нахождения аналогичной зависимости между средними значениями (математическими ожиданиями) указанных величин.

Как и в случае одиночного натурного испытания объекта, одиночное испытание («проигрывание») имитационной модели на ЭВМ позволяет получить лишь одно значение того или иного показателя, соответствующее данному варианту конкретных значений параметров объекта и внешних воздействий.  «Проигрывание» модели при различных вариантах значений этих параметров дает соответствующий ряд значений каждого из показателей.


Если  исследуемый объект и его имитационная модель имеют вероятностный характер функционирования, то для нахождения одного среднего значения какого-либо показателя необходимо осуществить многократное «проигрывание» модели при фиксированных средних значениях параметров объекта и внешних воздействий, а полученные случайные значения показателя подвергнуть статистической обработке.

Результаты имитационных экспериментов могут быть оформлены затем в виде графиков или таблиц, в которых каждому варианту значений (средних значений) параметров объекта и внешних воздействий поставлены в соответствие определенные зна

чения (средние значения) показателей, оценивающих функционирование объекта. Однако зависимости между теми же величинами в аналитическом виде с помощью имитационной модели не могут быть получены. Можно лишь попытаться путем дальнейшего анализа имеющихся данных подобрать аналитические выражения, аппроксимирующие экспериментально найденные зависимости. Невозможность непосредственного получения аналитического решения задач исследования является наиболее существенным недостатком рассматриваемого метода.

Несмотря на отмеченный недостаток, метод имитационного моделирования представляет собой более мощный инструмент исследования, чем классический аппарат математического анализа. Это объясняется тем, что имитационная модель исследуемого объекта может быть построена и экспериментально изучена и в том случае, если объект не поддается изучению аналитическими методами. Поскольку аналитическое исследование объекта всегда предпочтительнее любого другого способа его изучения, то к методу имитационного моделирования обычно обращаются лишь тогда, когда аналитическое решение задачи исследования данного объекта существенно затруднено или невозможно.

Как следует из определения сущности метода имитационного моделирования, процедура использования этого метода включает два основных этапа:

ü построение имитационной модели исследуемого объекта;

ü целенаправленное экспериментирование с такой моделью.

Очевидно, что от качества построенной модели во многом зависит эффективность решения задач исследования.