1.3: Процес перевірки майбутнього стану за допомогою моделей

Процес моделювання, який використовується у цій книзі, представлений у цьому розділі.

Використання моделювання при проектуванні або вдосконаленні системи - це сам процес. Ми узагальнюємо ці кроки у п'ять етапів стратегічного процесу (Standridge та Brown-Standridge, 1994; Standridge, 1998), які схожі на ті, що були у Бенкс, Карсон, Нельсон та Ніколь (2009). Стратегічні фази і тактика, яка використовується в кожній, наведені в таблиці 1-1.

Першим стратегічним етапом процесу моделювання проекту є визначення питань проектування або вдосконалення системи, що підлягають вирішенню, та характеристик вирішення цих питань. Це вимагає ідентифікації системних об'єктів і системних виходів, які мають відношення до проблеми, а також користувачів системних виходів та їх вимог. Зазвичай пропонуються альтернативи, які, як вважають, призводять до вдосконалення системи. Визначено сферу застосування моделі, включаючи специфікацію, які елементи системи включені, а які виключені. Визначено величини, що використовуються для вимірювання продуктивності системи. Викладені всі припущення, на яких базується модель. Всі перераховані вище пункти повинні бути записані в документ. Зміст такого документа часто називають концептуальною моделлю. Команда аналітиків з моделювання, системних експертів та менеджерів виконує цю фазу.

Побудова моделей досліджуваної системи є фокусом другої фази. Імітаційні моделі побудовані так, як описано в наступному розділі. При необхідності допомоги в побудові імітаційної моделі можуть бути побудовані описові моделі, такі як блок-схеми.

Отримання розуміння системи вимагає збору та вивчення даних з системи, якщо вона існує, або проектування системи, якщо вона пропонується. Параметри імітаційної моделі оцінюються з використанням системних даних.

Імітаційна модель реалізована у вигляді комп'ютерної програми. Програмне середовище для моделювання включає в себе конструктори моделей, які забезпечують функціональність та користувальницький інтерфейс, адаптований до побудови моделі, а також автоматичну та прозору підготовку моделі до моделювання.

Таблиця 1-1: Фази і тактика процесу моделювання проекту
Стратегічна фаза	Тактика
1. Визначте проблеми та мету вирішення	1. Визначте системні виходи, а також людей, які їх використовують, та їх вимоги. 2. Визначте системи, які виробляють виходи, та осіб, відповідальних за ці системи. 3. Запропонуйте початкові альтернативи системи, які пропонують можливості вирішення. 4. Визначте всі елементи системи, які повинні бути включені в модель. 5. Викладіть всі припущення моделювання. 6. Вкажіть показники продуктивності системи.
2. Збірка моделей	1. Побудувати і реалізувати імітаційні моделі. 2. Отримати дані з системи або її проектно-кошторисні параметри моделі.
3. Визначте першопричини та оцініть початкові альтернативи	1. Перевірка моделі 2. Перевірка моделі. 3. Спроектуйте та виконуйте імітаційні експерименти. 4. Аналізуйте та зробіть висновки з результатів моделювання щодо питань проектування та вдосконалення системи. 5. Вивчіть раніше зібрані системні дані, щоб допомогти в кресленні висновку.
4. Огляд та розширення попередньої роботи	1. Зустрітися з системними експертами та менеджерами. 2. Змініть імітаційну модель і експериментуйте. 3. Зробіть додаткове моделювання прогонів, проаналізуйте результати і зробіть висновки.
5. Впроваджуйте рішення та оцінюйте	1. Змінити конструкції системи або операції. 2. Контролюйте продуктивність системи.

Третій стратегічний етап передбачає визначення параметрів роботи системи, стратегій управління та організаційної структури, які впливають на проблеми та цілі вирішення, визначені на першому етапі. Виявлено причинно-наслідкові зв'язки між компонентами системи. Виявлено основні та фундаментальні чинники, що впливають на питання, що цікавлять, першопричини. Можливі рішення, запропоновані на перших етапах, тестуються за допомогою імітаційних експериментів. Перевірка та перевірка розглядаються в наступному розділі, а також у розділі 3.

Інформація, отримана в результаті експериментів з імітаційною моделлю, має важливе значення для розуміння системи. Імітаційні експерименти можуть бути розроблені з використанням стандартних методів проектування експериментів. У той же час, як багато експериментів з моделювання можуть бути проведені, скільки дозволяє комп'ютерний час і обмеження тривалості проекту. Таким чином, експерименти можуть бути відтворені в міру необхідності для більшої статистичної точності, розроблені послідовно, базуючи майбутні експерименти на результатах попередніх, і повторювати для збору додаткової інформації, необхідної для прийняття рішень.

Четверта стратегічна фаза починається з огляду роботи, виконаної на етапах з першого по третій. Цей огляд виконується командою аналітиків-симуляторів, системних експертів та менеджерів. Результати цих зустрічей часто є прохання про додаткові альтернативи для оцінки, додаткову інформацію, яка буде витягнута з експериментів з моделювання, більш детальні моделі системних альтернатив і навіть зміни в системних питаннях і цілях вирішення. Розширення та прикраси, визначені на цьому етапі, базуються на висновках, зроблених із системних даних, імітаційної моделі та результатів імітаційного експерименту. Четвертий етап спирається на здатність адаптувати імітаційні моделі під час проекту та послідовно розробляти імітаційні експерименти. Альтернативні рішення можуть бути створені за допомогою формальних способів пошуку простору рішень, таких як метод поверхні відгуку. Крім того, системні експерти можуть запропонувати альтернативні стратегії, наприклад альтернативні маршрутизації деталей на основі інвентаризації робочого процесу на робочих станціях. Проведення додаткових експериментів передбачає модифікацію імітаційної моделі, а також використання нових значень параметрів моделі.

Фізичні експерименти з використанням фактичних системних або лабораторних прототипів системи можуть бути проведені для підтвердження переваг обраних удосконалень системи.

На п'ятому етапі впроваджуються вибрані поліпшення та моніторинг результатів.

Слід підкреслити ітераційний характер процесу моделювання проекту. На кожному етапі набуваються нові знання про систему і її поведінку. Це може призвести до необхідності модифікації робіт, виконаних на будь-якому попередньому етапі. Наприклад, акт побудови моделі, фаза 2, може призвести до більшого розуміння взаємодії між компонентами системи, а також до переробки фази 1 для повторного визначення цілей рішення. Аналіз результатів моделювання на етапі 3 може вказати на необхідність отримання більш детальної інформації про систему. Це може привести до включення додаткових компонентів системи в модель в міру переробки фази 2.

Сарджент (2009) стверджує, що довіра до моделі пов'язана зі створенням довіри менеджерів та експертів систем, необхідних для використання моделі та інформації, отриманої з цієї моделі, для прийняття рішень. Довіра повинна створюватися як частина процесу моделювання. Менеджери та експерти систем включаються до розробки концептуальної моделі на першому стратегічному етапі. Вони розглядають результати другого та третього етапів, включаючи перевірку та валідацію моделі, а також пропонують модифікації моделі та додаткові експерименти. Результати моделювання повинні включати кількості, що цікавлять менеджерів та експертів систем, а також повідомлятися у форматі, який вони можуть переглядати самостійно. Вхідні значення моделювання повинні бути організовані таким чином, як електронна таблиця, щоб вони розуміли і могли переглядати. Таким чином, менеджери та експерти систем є невід'ємною частиною імітаційного проекту і розвивають в ньому почуття власності.

Виконання першого та останнього кроків у процесі вдосконалення вимагає знання контексту, в якому працює система, а також значного часу, зусиль та досвіду. У цій книзі перший крок буде надано як частина заяви прикладних досліджень та вправ, а останній крок вважається успішним. Акцент приділяється побудові моделей, проведенню експериментів та використанню результатів для перевірки та покращення майбутнього стану перетвореної або нової системи.