Имитационное моделирование экономических процессов в среде Arena : учебно-методическое пособие

132 Pages·2011·2.72 MB·Russian

by  Е. Н. Гусева

Министерство образования и науки Российской Федерации

Е. Н. Гусева

Имитационное моделирование
экономических процессов
в среде Arena

Учебно-методическое пособие

2-е издание, стереотипное

Москва
Издательство «ФЛИНТА»
2011
УДК 330.115
ББК 65.39
Г96

Р е ц е н з е н т:
канд. техн. наук, доцент П. В. Стащук

Гусева Е.Н.
Г96 Имитационное моделирование экономических процессов
в среде Arena : [электронный ресурс] учеб.-метод. пособие /
Е.Н. Гусева. – 2-е изд. стереотип. – М.: ФЛИНТА, 2011. –
132 с.

ISBN 978-6-9765-1195-8

Пособие содержит материал практического характера
по дисциплине «Имитационное моделирование экономи-
ческих процессов», основные методы и приемы разработки
компьютерных моделей в среде Arena. Оно адресовано
студентам очного и заочного отделений высших учебных
заведений, обучающимся по направлениям подготовки:
080801 – прикладная информатика в экономике, 080700 –
бизнес-информатика.

УДК 330.115
ББК 65.39

ISBN 978-6-9765-1195-8 © Гусева Е.Н., 2011

2
ОГЛАВЛЕНИЕ

§ 1. Система имитационного моделирования Arena.....................4
§ 2. Порядок разработки моделей...................................................8
§ 3. Пользовательский интерфейс системы Arena.......................12
§ 4. Построение модели процесса обработки документов................28
§ 5. Разработка модели производственного цеха.......................51
§ 6. Модель поточного производства...........................................61
§ 7. Элементы программирования интерфейса моделей в среде
Visual Basic......................................................................................86
§ 8. Моделирование нагрузки специалистов научного отдела.102
§ 9. Анимация движущихся объектов в Arena...........................112
§ 10. Моделирование систем массового обслуживания...........124
Список литературы.......................................................................129

3
§ 1. Система имитационного моделирования Arena
Система имитационного моделирования Arena разработа-
на корпорацией Rockwell Automation Incorporation. Arena являет-
ся универсальной программой для решения широкого круга за-
дач. К таким задачам относятся: моделирование бизнес-
процессов, сложных экономических систем. Кроме того, Arena
представляет собой удобную образовательную среду для разра-
ботки учебных имитационных моделей. Освоить функции про-
граммы помогает бесплатная библиотека, содержащая более
двухсот учебных моделей и подробная справочная система с
комментариями и примерами реализации. Особенно важным фак-
тором для использования программы в учебном процессе вуза
является тот факт, что полнофункциональная версия этого про-
дукта Arena 12.00.00 является бесплатной для образовательных
учреждений.
Arena может быть использована для:
 исследования и анализа бизнес-процессов промышленных
предприятий, страховых компаний, банковской сферы;
 прогнозирования рентабельности внедрения новых тех-
нологий и капитальных вложений в оборудование;
 анализа сложных производственных процессов, вклю-
чающих интенсивные операции по транспортировке мате-
риалов;
 определения оптимальных режимов производственных
линий и программ обслуживания клиентов в системах
массового обслуживания;
 совершенствования сложных экономических процессов и
систем на глобальном и локальном уровне;
4
 эффективного управления складскими запасами, снабже-
ния и перевозок;
 создания моделей сложных динамических систем.
Под имитационным моделированием в системе Arena понима-
ют создание компьютерной модели реальной или предполагаемой
системы: физической, технологической, финансовой и проведение
на построенной модели экспериментов с целью описания наблюдае-
мых результатов и предсказания будущих параметров системы.
Очевидно, что замена реального эксперимента имитацион-
ным моделированием позволяет сократить затраты, необходимые
для проведения исследований. Кроме того, в некоторых ситуациях
эксперименты на реальных системах могут быть либо невозможны,
либо нецелесообразны. Программа позволяет:
 избежать дорогостоящих ошибок, вызываемых реализацией ис-
ключительно интуитивных решений;
 разработать процессы, ориентированные на учет неопределен-
ности и случайности как внешних условий, так и самой моде-
лируемой системы;
 обнаружить скрытые резервы и устранить факторы, негативно
влияющие на внутренние процессы системы.
Основа технологий Arena – язык моделирования SIMAN и
система Cinema Animation. SIMAN, впервые реализованный в
1982 г., чрезвычайно гибкий и выразительный язык моделирования.
Он постоянно совершенствуется путем добавления в него новых
возможностей. Для отображения хода моделирования используется
анимационная система Cinema animation, известная с 1984 г.
Интерфейс Arena включает в себя всевозможные средства
для работы с данными, в том числе электронные таблицы, базы дан-
ных, интерфейсы ODBC, OLE DB, ADO, а также поддержку формата
DXF. Общий вид системы Arena показан на рис. 1.
5
Рис.1. Общий вид системы Arena
Имитационное моделирование в Arena позволяет проверять
гипотезы о причинах возникновения тех или иных наблюдаемых яв-
лениях. При этом SIMAN позволяет представлять процессы в раз-
личных масштабах времени, выделять переменные, наиболее важные
для успешного функционирования моделируемой системы, а также ана-
лизировать имеющиеся между ними связи.
Модель, написанная на SIMAN, включает две составляю-
щие: MODEL frame и EXPERIMENT frame.
6
The Model Frame: описание логики работы системы по-
средством специальных блоков (создания и удаления сущностей, об-
работки, задержки, маршрутизации).
The Experiment Frame: описание компонентов процесса, по-
средством специальных элементов (сущностей, ресурсов, очередей,
атрибутов и т.д.).
Взаимодействие указанных составляющих в ходе компиляции
показано на рис.2.

TEXT TEXT

NAME.MOD NAME.EXP

MODEL EXPERIMENT

NAME.M NAME.E

NAME.E
LINKER

NAME.P

SIMAN
NAME.OUT

Рис. 1. Процедура выполнения компиляции модели

Процесс моделирования организован следующим образом.
Сначала пользователь шаг за шагом строит в визуальном редакторе
системы Arena модель. Затем система генерирует по ней соответст-
вующий код на SIMAN. После этого автоматически запускается Cinema
animation.
7
По завершении моделирования программа генерирует разно-
образные отчеты, структура данных которых может быть определена
пользователем.
§ 2. Порядок разработки моделей
В связи с тем, что Arena относится к средствам визуального
моделирования, этапы моделирования отличаются от традиционных
стадий (рис. 3).
Концептуальная (содержательная) модель, показанная на рис. 3 –
это описательная модель, определяющая состав и структуру модели-
руемой системы, свойства элементов и причинно-следственные свя-
зи, присущие анализируемой системе и существенные для достижения
целей моделирования.
В концептуальной модели обычно в словесной форме приводят-
ся сведения о природе и параметрах (характеристиках) элементарных
явлений исследуемой системы, о виде и степени взаимодействия
между ними, о месте и значении каждого элементарного явления в
общем процессе функционирования системы.
Следующим шагом на пути создания концептуальной модели
служит выбор уровня детализации модели (стратификация). Модель
системы представляется в виде совокупности частей (подсистем, эле-
ментов). В эту совокупность включаются все части, которые обеспе-
чивают сохранение целостности системы, с одной стороны, а с дру-
гой – достижение поставленных целей моделирования.

8
Концептуальный
Разработка концептуаль- этап
ной модели
Подготовка области
исходных данных
Этап интерпрета-
Семантическая интерпре- ции
тация
Синтаксическая
интерпретация
Количественно-
качественная интерпрета-
Эксперименталь-
Планирование вычисли- ный этап
тельных экспериментов
Моделирование
Интерпретация результа-
тов моделирования

Рис. 3. Этапы моделирования в среде Arena
9
В дальнейшем производится окончательная детализация, ло-
кализация (выделение системы из окружающей среды), структуризация
(указание и общее описание связей между выделенными элементами
системы), укрупненное описание динамики функционирования системы
и ее возможных состояний.
При создании концептуальной модели практически парал-
лельно формируется область исходных данных (информационное про-
странство системы). На данном этапе выявляются количественные ха-
рактеристики (параметры) функционирования системы и ее элементов,
численные значения которых составят исходные данные для моделиро-
вания.
Следующий этап технология разработки моделей в среде
моделирования Arena основывается на механизме интерпретации ис-
ходных объектов (элементов системы, процессов, явлений и т.п.).
В аспекте моделирования интерпретация – это экстраполяция
исходных положений какого-либо объекта на содержательную основу
среды Arena, исходные положения которой определены независимо от
моделируемого объекта. Иными словами, интерпретация – это ус-
тановление взаимно однозначного соответствия между некоторым
физическим объектом и объектами Arena.
Полный спектр этапов интерпретации, отражающий переход от
исследуемого объекта к конкретной модели, включает три вида интер-
претаций: семантическую (смысловую), синтаксическую (структурную)
и количественно – качественную.
Семантическая интерпретация предполагает задание смысла
объектов Arena (сущностей, ресурсов, блоков и т.п.) в терминах
предметной области объекта моделирования (элементов системы, меха-
низмов, машин, персонала и т.п.).
10