Имитационное моделирование

Имитационное моделирование (simulation) — метод, позволяющий строить модели, описывающие процессы так, как они проходили бы в действительности. Такую модель можно «проиграть» во времени как для одного испытания, так и заданного их множества. При этом результаты будут определяться случайным характером процессов. По этим данным можно получить достаточно устойчивую статистику.

Имитационное моделирование можно рассматривать как разновидность экспериментальных испытаний. В отличии от прототипа системы ("в железе") она:

• менее затратна;
• имеет возможность проводить эксперименты меняя ключевые параметры;
• динамична (может описывать поведение во времени).

Виды имитационного моделирования

• Моделирование функционирования применяют главным образом на стадии разработки концепции для формирования требований назначения и требований к показателям функционирования, а также для исследования альтернативных концепций и выбора предпочтительной концепции.

  Анализ особенностей поведения и действий часто называют системным анализом. Важный инструмент системного анализа - игры

• Моделирование эффективности системы - основной инструмент при принятии решений о выборе предпочтительной концепции системы. Для оценки эффективности также требуется спроектировать и построить модель среды функционирования. Обе модели должны допускать варьирование параметров, чтобы изучить как различные варианты эксплуатации, так и различные возможности системы.
• Моделирование условий применения сосредоточено на разработке режимов эксплуатации системы. На таких моделях отрабатываются статические и динамические характеристики компонентов и значимые особенности окружения. Оператор имитационной модели может ставить эксперименты типа "что, если" для нахождения наилучшего решения.
• Физическое моделирование создается для исследования физического поведения элементов системы. Используется преимущественно на стадии инженерной разработки системы.
  • Программно-аппаратное (Hardware-in-the-loop Simulation) - разновидность физического моделирования, когда аппаратные средства системы используются в сочетании с имитационным моделированием на компьютере.
  • Моделирование окружения (Environmental Simulation) - разновидность физического моделирования, когда моделируется не сама система, а элементы окружающей среды. Такие модели предназначены для изучения условий эксплуатации (обычно опасных). Примеры:
    • вибрационные стенды (механические испытания на прочность)
    • краш-тесты (испытания столкновением с препятствием)
    • аэродинамическая труба (моделирование сил, действующих в потоке газа)
  • Моделирование виртуальной реальности (VR Simulation)
    • Пространственные модели
    • Видеоигры
    • Моделирование района боевых действий

Имитационное моделирование в PMI PMBoK

Имитационное моделирование используется в процессе 11.4 Количественный анализ рисков (PMI PMBoK). Модель имитирует совокупное воздействие индивидуальных рисков проекта и других источников неопределенности с целью оценить их потенциальное влияние на достижение целей проекта.

Имитации, как правило, проводятся с помощью анализа по методу Монте-Карло. При этом:

• При проведении анализа рисков стоимости используются оценки стоимости.
• При проведении анализа рисков расписания используются диаграмма сети расписания проекта и оценки длительности.
• В интегрированном количественном анализе рисков стоимости и расписания используются оба входа.

Выходом является модель количественного анализа рисков.

Для прогона итераций в модели количественного анализа рисков несколько тысяч раз применяется компьютерное программное обеспечение. Значения на входе (например, оценки стоимостей, оценки длительностей или наличие вероятностных ветвей) выбираются для каждой итерации произвольно. Выходы представляют диапазон вероятных результатов для проекта (например, дата окончания проекта, стоимость проекта по завершении). Типичные выходы включают в себя гистограмму, представляющую количество итераций, где определенный результат получен по итогам имитации, или суммарное распределение вероятностей (S-кривая) представляющее вероятность достижения какого-то определенного значения конечного результата или меньшего значения.

Для количественного анализа рисков расписания возможно также проведение анализа критичности, цель которого состоит в том, чтобы определить, какие элементы модели рисков оказывают наибольшее воздействие на критический путь проекта. Расчет индекса критичности производится для каждого элемента модели рисков, что дает частоту появления данного элемента на протяжении критического пути в ходе имитации, обычно — в процентах.

Выход анализа критичности позволяет команде проекта сосредоточить работу по планированию реагирования на риски на тех мероприятиях, которые потенциально могут оказать наиболее сильное воздействие на исполнение расписания проекта в целом.

Разработка имитационных моделей

• Методика итеративного создания прототипов (Iterative prototyping)

Системы имитационного моделирования

• Plant Simulation (студенческая версия)
• GPSS
• Scilab
• Maxima
• Solidworks Simulation
• Autodesk Simulation Mechanical
• Autodesk Simulation CFD
• Autodesk Inventor Professional
• Matlab