Итак, имитационная модель создается индивидуально для каждого процесса, причем любые изменения какой-либо части модели могут привести к существенным изменениям всей модели. Имитационная модель какого-либо объекта должна или быть точной копией этого объекта, или отображать некоторые существенные свойства объекта в абстрактной форме.

Рис. 1.2. Состав управленческой имитационной игры [68]

В работе [47] замечено, что имитационная модель в управлении промышленным предприятием может восприниматься как своеобразный «тренажер», позволяющий руководителю любого подразделения прогнозировать деятельность предприятия при наличии различных контролируемых и неконтролируемых факторов внешней и внутренней среды.

В подавляющем большинстве имитационные модели создаются при проектировании новых или реконструкции существующих производственных систем [124]. Основные цели, которые обычно преследует специалист по имитационному моделированию при исследовании таких систем, – это анализ плана производства и движения материальных потоков, а также выявление и устранение «узких мест» в организации технологических и производственных процессов [157].

Термин «парадигма» происходит от греческого слова «par'adeigma», что означает «пример, образец». Парадигмы (подходы) в имитационном моделировании – системы взглядов, концепций и приемов, стилей моделирования, используемых в качестве «фундамента» при построении моделей [22].

В настоящее время существуют пять наиболее распространенных подходов к имитационному моделированию:

1. Дискретно-событийное моделирование.

2. Системная динамика (непрерывное моделирование).

3. Агентное моделирование.

4. Динамические системы.

5. Метод Монте-Карло.

Каждая из этих парадигм применяется и продвигается специалистами различных школ [63, 111]. Кроме того, они соответствуют разным уровням абстракции (уровень, по которому можно определить, что важно, а что нет в процессе моделирования) при создании модели, что обуславливает применение того или иного подхода.

Дискретно-событийное моделирование – подход, основанный на концепции заявок (пассивных объектов, транзактов, entities), ресурсов и потоковых диаграмм (flowcharts), определяющих потоки транзактов и использование ресурсов [42]. Транзакты, например, детали, требующие обработки на станках. Ресурсы – станки, на которых эти детали обрабатываются. Дискретно-событийное моделирование было открыто Д. Гордоном из IBM (разработчик General Purpose Simulation System, GPSS) в 1960-х гг. Дискретно-событийное моделирование работает на низком и среднем уровнях абстракции [24].

Системная динамика – парадигма моделирования, где для исследуемой системы строятся графические диаграммы причинных связей и влияний одних параметров на другие во времени, а затем созданная на основе этих диаграмм модель «проигрывается» на компьютере [36]. Системная динамика была открыта профессором Sloan School of Management Д. Форрестером во второй половине 1950-х гг. [132]. В 1960-х гг. концепция системной динамики была применена им при моделировании систем на крупных промышленных предприятиях. Это направление получило название индустриальной динамики, широкое применение которой актуально и в настоящее время [80]. Системная динамика, заменяя индивидуальные объекты их агрегатами, предполагает наивысший уровень абстракции [22].

Агентное моделирование – направление в имитационном моделировании, исследующее поведение децентрализованных агентов и их влияние на поведение всей системы в целом. Агенты (Agents) – базовый элемент модели. Под агентом понимают объект, имеющий внутреннюю структуру, собственное поведение и возможность взаимодействия с окружением и другими объектами [23]. Агентное моделирование стало развиваться в середине 90-х гг. прошлого века. Оно может применяться практически на любом уровне абстракции. На самом низком уровне абстракции агентами могут быть пешеходы, автомобили, на среднем уровне – клиенты или продавцы, на высоком уровне – конкурирующая компания. Агентное моделирование часто применяется при моделировании поведения отдельных участников производственного процесса либо при моделировании взаимодействия предприятия с внешней средой (поставщиками, потребителями, конкурентами, рынками). Уровень детализации для данных ситуаций моделирования зависит от конкретной постановки задачи и интересующих выходных показателей моделирования.

Динамические системы – это сложные физические объекты, поведение которых описывается системами алгебро-дифференциальных уравнений, а также событиями, меняющими либо среду, либо модель, либо саму структуру объекта. Динамические системы находятся на самом нижнем уровне абстракции [64]. К этому классу относятся системы управления, физические и механические системы, объекты химической технологии и т.п.

Метод Монте-Карло – общее название группы численных методов, основанных на получении большого числа реализаций стохастического (случайного) процесса. Моделирование методом Монте-Карло является эффективным методом исследования простых систем с несложной логикой функционирования. Метод Монте-Карло был открыт в 1940-х годах Дж. Нейманом и С. Уламом. Суть данного метода состоит в том, что проводится розыгрыш случайного явления c помощью некоторой процедуры, которая дает случайный результат. После такого розыгрыша получают одну реализацию случайного явления. Осуществляя розыгрыш многократно, накапливают множество реализаций случайной величины, которые потом можно обрабатывать статистическими методами [128].

Повсеместное распространение ряда систем имитационного моделирования, специально предназначенных для построения имитационных моделей промышленного предприятия как широкого назначения, так и специализированных по отраслям промышленности, повлекло за собой широкое использование имитационного моделирования как средства анализа [21]. Системы моделирования значительно облегчают процесс создания модели по сравнению с универсальными языками программирования. Большинство из них имеют удобный графический интерфейс, системные потоковые диаграммы, что в значительной степени облегчает процесс разработки и реализации имитационных моделей. Кроме того, существует возможность просматривать результаты в виде различных графиков, таблиц, отчетов и компьютерной анимации.