Рынок программных средств

Сравнение четырех пакетов имитационного моделирования

Поможет ли расширение производственной линии ликвидировать на заводе проблему узких мест? Стоит ли инвестировать капитал исходя из прогноза процентной ставки? Каким образом следует перестроить производственный процесс, чтобы повысить прибыль и снизить затраты?
Эти и другие вопросы позволяют решить средства имитационного моделирования. Они могут служить для прогнозирования влияния предполагаемых изменений на бизнес-процесс или для проверки проекта нового бизнес-процесса до начала его дорогостоящей реализации. Благодаря тому что моделирование выполняется с помощью компьютера, компании не приходится использовать своих сотрудников и клиентов в качестве подопытных кроликов. После выбора подходящего проекта можно спокойно приступить к его внедрению и не беспокоиться о том, что производство вдруг внезапно остановится из-за того, что менеджеры начали эксперимент, не определив его последствий. Имитационное моделирование позволяет разработчику модели проанализировать динамику процесса и, следовательно, лучше понять его природу. Собранная информация позволит внести изменения в процесс, чтобы он лучше отвечал задачам бизнеса. Лаборатория тестирования газеты оInformationWeekп провела испытание четырех пакетов имитационного моделирования, предназначенных для инженеров и других пользователей: - Process Charter 1.0.2 компании Scitor (Менло-Парк, шт. Калифорния); - Powersim 2.01 фирмы Modell Data AS (Берген, Норвегия); - Ithink 3.0.61 производства High Performance Systems (Ганновер, шт. Нью-Хэмпшир); - Extend+BPR 3.1 компании Imagine That! (Сан-Хосе, шт. Калифорния).
Пример модели Чтобы лучше понять, как работают эти средства, рассмотрим в качестве примера центр обслуживания, подобный тому, который функционирует в банке, справочной службе или на предприятии по ремонту автомобилей. Целью менеджера является снижение затрат путем уменьшения до минимума количества обслуживающего персонала - кассиров банка, операторов телефона или автомобильных механиков, причем время, потраченное клиентами на ожидание, должно быть как можно меньше. Чтобы добиться этого, менеджеру необходимо получить от модели следующую информацию: количество обслуживающего персонала, число клиентов в очереди на обслуживание и время ожидания.
Для моделирования процесса прежде всего требуется, чтобы специалист, создающий модель, с помощью определенной среды разработки, входящей в данное средство моделирования, построил диаграмму системы, через которую будет проходить поток входных данных (см. рисунок). В центре обслуживания, приведенном нами в качестве примера, входными данными являются число клиентов, чьи нужды следует удовлетворить, частота их появления в центре, количество обслуживающего персонала и время, потраченное служащим на одного клиента. Частота появления клиентов вводится в один блок модели, а количество обслуживающего персонала и время обслуживания клиента - в другой. В ходе исполнения модели клиенты переходят из блока в блок со скоростью, соответствующей времени обслуживания.
Завершив построение модели, разработчик может определить зависимость между числом клиентов, обратившихся за обслуживанием, и временем ожидания в очереди, а также выяснить, сколько клиентов оказались необслуженными. Затем полученную информацию можно сопоставить с требованиями, предъявляемыми к данному центру обслуживания, и допустимыми ограничениями, а затем в интерактивном режиме ввести в модель некоторые изменения, например увеличить количество обслуживающего персонала и снова запустить модель на исполнение и так далее до получения удовлетворительного результата. Существует два подхода к имитационному моделированию - статический и динамический. Статические модели представляют собой системы уравнений, которые решаются один раз. Динамические модели включают в себя еще одну переменную - время. Математические расчеты параметров бизнес-процессов выполняются на различных временных интервалах, позволяя тем самым разработчику модели исследовать развитие системы во времени. Поскольку большинство бизнес-процессов зависит от времени, мы решили в данной статье рассмотреть только те пакеты, которые обеспечивают проведение динамического моделирования. В свою очередь динамические модели бывают двух типов: непрерывные и дискретные. В непрерывных моделях время изменяется линейно, а процесс - в непосредственной зависимости от времени. Непрерывная модель позволяет моделировать загрязнения окружающей среды или поток жидкости в трубопроводе. В дискретных моделях переменными являются события и временные интервалы. Такие модели, например, дают возможность оценивать производительность компьютера или управлять складскими запасами. В них изменения происходят в случае возникновения заданного события, а в непрерывных - с течением времени.
Центр обслуживания, описанный выше, представляет собой динамическую дискретную модель - через определенные интервалы времени в процесс поступают клиенты, становятся в очередь, получают обслуживание и удаляются. Событием, которое управляет моделью, служит появление клиентов. Тестирование пакетов Все четыре продукта тестировались в системе Windows на двух компьютерах: лаптопе с процессором 486/33 и ОЗУ на 4 Мбайт и ПК с процессором 486/33 и ОЗУ на 16 Мбайт. Хотя эти пакеты удовлетворительно работали на лаптопе, значительно эффективнее они исполнялись на более мощном ПК. Для оценки возможностей продуктов мы построили с помощью каждого из них модель гипотетического центра обслуживания. При этом учитывалась простота разработки и исполнения модели, количество заранее сформированных компонентов, набор форматов для вывода результатов и документация. Кроме того, оценивались дополнительные средства, которые позволяют технически грамотным программистам строить собственные модели и снабжать их специальными элементами управления, чтобы менее подготовленные пользователи могли модифицировать и исполнять эти модели.
Более всего четыре продукта различаются стилем моделирования, т. е. средой, посредством которой создаются модели. В пакете Process Charter модель строится с помощью блок-схемы. Powersim и Ithink используют систему обозначений Systems Dynamics, предложенную в 1961 г. Джеем Форрестером (Jay Forrester) из Массачусетсского технологического института. И наконец, Extend применяет компоновочные блоки. Все продукты, кроме Process Charter, позволяют проводить анализ чувствительности, т. е. многократно исполнять модель с различными входными параметрами, чтобы сравнить результаты нескольких прогонов.
Process Charter Компания Scitor не зря назвала пакет Process Charter интеллектуальным средством создания блок-схем. Поскольку большинство пользователей знакомы с принципами построения блок-схем, разработка базовой модели не вызывает трудностей, так как напоминает создание блок-схемы любого процесса. В то же время другие рассматриваемые нами пакеты содержат более развитые средства имитационного моделирования. Поэтому Process Charter, хотя и позволяет успешно проводить дискретное моделирование, особенно в тех случаях, когда требуется анализ стоимости, малоэффективен при построении непрырывных моделей и выходных диаграмм. Scitor включила в свой продукт множество типов блоков, стилей строк и видов текста для форматирования диаграмм моделей. Наличие различных средств форматирования, таких как заголовки, полутона, цвета, жирный шрифт и инструментальные линейки с большим количеством кнопок, делает Process Charter похожим на любой другой Windows-пакет построения блок-схем. Однако на этом сходство заканчивается. Каждый из блоков, получивших название Activitity (действие), имеет ряд атрибутов, специально предназначенных для моделирования. Первый (или исходный) блок управляет потоком элементов, проходящим через систему. Такая организация указывает на то, что Process Charter в основном ориентирован на дискретное моделирование. Однако благодаря тому, что модели, созданные с помощью пакета Process Charter, изменяются во времени с постоянной скоростью, продукт можно настроить и на непрерывное моделирование.
Построив блок-схему, описывающую физическую основу модели, разработчик, используя электронную таблицу Resource, определяет ресурсы, требуемые для модели. Например, при моделировании центра обслуживания мы задали три очереди и снабдили каждую из них обслуживающим оператором в качестве одного из ресурсов. При определении ресурсов мы указали их тип (работник или материал) и характеристику (расходуемый или многократно используемый), а также ввели атрибуты стоимости и количества. Наличие атрибута стоимости делает Process Charter подходящим средством для анализа затрат, а атрибут количества позволяет вручную увеличивать число операторов и проводить исследование чувствительности, многократно запуская модель. Однако, из-за того что Process Charter лишен специальных элементов управления, он не предоставляет возможности строить авторские модели. Процесс присвоения ресурсов действиям организован по принципу облокнотап, в котором представлены связи между действиями, и разработчик может даже указать атрибуты для каждой из них. Во время исполнения модели прохождение ресурсов по блокам действий представляется на экране посредством цветной анимации. Это позволяет разработчику в оперативном режиме проводить предварительный анализ процесса. Чтобы просмотреть выходную информацию, разработчик может обратиться либо к странице результатов в блокноте действий, либо к одной из пяти электронных таблиц. Наиболее важные выходные значения можно поместить в электронную таблицу Key Values для коллективного просмотра. Кроме того, Process Charter содержит 13 заранее сформированных гистограмм для просмотра информации о моделировании. К сожалению, в пакете не предусмотрено средство, позволяющее пользователям строить собственные гистограммы, применять различные типы диаграмм, такие как линейные, круговые и диаграммы разброса, а также включать в гистограммы другие данные. Powersim Пакет Powersim является прекрасным средством создания непрерывных моделей. Однако с точки зрения дискретного моделирования он недостаточно эффективен. Powersim подходит пользователям, которым требуется построение непрерывных моделей и которые не против изучить довольно сложную систему обозначений Systems Dynamics.
Эта система реализована в Powersim в виде следующих конструкций. Первая, называемая уровнем, состоит из таких компонентов, как деньги, складские запасы, вредные выбросы и т. д. Вторая конструкция - поток - объединяет элементы, которые перемещаются между уровнями. Вспомогательные атрибуты, напоминающие ячейки формул в электронных таблицах, и константы позволяют модифицировать поток. В процессе построения модели разработчик размещает блоки и определяет переменные, которые составляют математическую основу каждого блока. В этом ему помогает диалоговое окно Define Variable, в котором содержится список всех допустимых переменных для каждого блока и поле для описания переменных, чтобы пользователи легче могли понять эту модель. Powersim выделяется среди остальных пакетов способностью обрабатывать массивы и поддерживать коллективную работу, а также тем, что содержит библиотеку с большим числом функций. Lассивы, которые позволяют разработчику использовать наборы переменных, особенно удобны при построении моделей со сходной структурой. Например, при моделировании работы завода, имеющего 10 линий для производства красок различных цветов, разработчик может просто смоделировать одну линию и присвоить ей массив с информацией о цветах краски. Это значительно упростит построение модели и облегчит ее понимание. Массивы удобны и для создания моделей, в конструкции которых уровни меняют состояние и разработчик хочет проследить за этими изменениями. Powersim включает в себя более 150 функций, разделенных на 16 групп, в том числе финансовую, математическую, статистическую, графическую и историческую. Подобно другим пакетам, Powersim использует при исполнении моделей стредства анимации. Ключевые параметры, диаграммы и таблицы можно выводить непосредственно на экран моделирования, упрощая тем самым просмотр результатов. Функция Multiuser Game предоставляет возможность нескольким пользователям одновременно запускать модель, чтобы совместно над ней работать или соревноваться друг с другом. Это особенно полезно для рабочих коллективов, проводящих тестирование.
Powersim содержит многие стандартные средства Windows- приложений, такие как меню и инструментальные линейки, и поддерживает технологии Dynamic Data Exchange (DDE) и Object Linking and Embedding (OLE). Например, с помощью OLE разработчик может встроить Powersim-модель в документ, созданный текстовым процессором, таким образом, чтобы изменения в модели автоматически отражались в документе. Пакет предоставляет множество примеров моделей, что позволяет новичку быстро научиться работать с ним и использовать все его возможности.
Пакет Ithink Ithink - один из наиболее мощных продуктов из рассматриваемых нами. C точки зрения непрерывного моделирования он отстает от Powersim, однако лучше поддерживает дискретное моделирование. Кроме того, Ithink снабжен превосходными обучающей программой и документацией, а также большим количеством блоков для составления модели. Пакет выпускается в двух версиях - Basic и Authoring. Версия Authoring, которая сравнивалась с другими пакетами, позволяет разработчику включать в модель линейки с движками и другие средства управления ею, а также вводить диаграммы и прочие изображения прямо в модель, чтобы пользователи могли контролировать процесс моделирования и сразу видеть его результаты.
Подобно Powersim, пакет Ithink использует систему обозначений Systems Dynamics, которая в основном ориентирована на непрерывное моделирование. Для реализации этой системы служат конструкции четырех типов: станции, аналогичные уровням в пакете Powersim, потоки, конвертеры, напоминающие вспомогательные атрибуты из Powersim, и соединители, соответствующие связям. Чтобы создавать дискретные модели, Ithink использует три специальные станции: - очереди, в которых элементы обрабатываются по принципу опервым пришел - первым обслуженп; - хранилища, которые перед началом обслуживания накапливают заданное количество элементов и удобны при пакетной обработке; - транспортеры, которые передают элементы между станциями. Модели, построенные с помощью Ithink, состоят из уровней и иерархий. Пользователь строит описание модели на высоком уровне с помощью сред моделирования процессов, каждая из которых позволяет создать модель одной подсистемы, например такой, как расход ракетного топлива в космическом корабле. Завершив описание, разработчик переходит на следующую ступень детализации и вводит в каждую подмодель необходимые конструкции. Между подмоделями устанавливаются связи, указывающие на взаимодействие подсистем, к примеру на зависимость между тем, насколько правильно компания составляет счета для оплаты, и количеством телефонных звонков в отдел обслуживания покупателей. Построив модель, снабженную необходимым числом иерархических уровней, разработчик переходит в режим моделирования, чтобы определить математические связи между станциями, потоками и другими конструкциями. Подобно Powersim, пакет Ithink предлагает разработчику список допустимых переменных для определения математических связей. Ithink обеспечивает проведение анализа чувствительности модели путем ее многократного запуска с различными входными параметрами. Результаты каждого прогона выводятся в отдельной строке выходной диаграммы. Исходными данными являются основные виды распределений, применяемые для статистического анализа или диаграммы. При исполнении модели Ithink использует средства анимации, перемещающие расположенные на различных уровнях станции в соответствии с логикой модели.
Результаты моделирования выводятся в виде временных диаграмм или диаграмм разброса. Чтобы задать диаграмму или таблицу, разработчику требуется только выбрать используемые величины и указать необходимые параметры. Таблицы и диаграммы можно просматривать в специальных окнах пакета или в окне модели. Хотя выбор форматов для вывода результата в Ithink не настолько широк, как в Extend, с этой точки зрения он превосходит как Powersim, так и Process Charter. Компания High Performance Systems снабдила пакет руководством по моделированию под названием оСистемное мышлениеп и специальной информацией, предназначенной для пользователей, работающих в различных отраслях бизнеса. Extend+BPR Extend как универсальное средство моделирования удобен при реорганизации различных бизнес-процессов. Для создания моделей в пакете применяется блочная среда разработки, пользоваться которой намного проще, чем системой обозначений Systems Dynamics для пакетов Powersim и Ithink, хотя несколько сложнее, чем блок-схемами продукта Process Charter. Пакет Extend, обладающий средством построения непрерывных и дискретных моделей, широким диапазоном заранее сформированных блоков, поддержкой сторонних поставщиков и возможностью расширения, без сомнения, является самым мощным продуктом нашего обзора.
Extend впервые появился на рынке еще в 1987 г., поэтому его нельзя назвать новым продуктом. Вначале он был ориентирован на удобный пользовательский интерфейс компьютеров Macintosh, затем перенесен в среду Windows с помощью интерфейса прикладного программирования Win32 и теперь даже выполняет инсталляцию Win32 на системах, которые не имеют Win32. Пакет выпускается в четырех версиях: Basic, Extend+BPR (Business Process Reengineering), Extend+Manufacturing и Extend+BPR+Manufacturing. Дополнительные средства BPR и Manufacturing включают ряд функций для вертикальных рынков. Кроме того, существует множество продуктов сторонних компаний, поддерживающих Extend и ориентированных на определенные области применения. К наиболее популярным из них относятся изделия, предназначенные для комитета NASA, управляющих систем, реорганизации бизнес-процессов (BPR), а также для массового производства. В базовый пакет Basic входит более 90 заранее сформированных блоков, объединенных в библиотеки, из которых чаще других используются Discrete-Event, General и Plotter. Библиотека Discrete-Event включает в себя различные действия, очереди, шлюзы и таймеры. Библиотека Generic содержит генераторы случайных чисел и исходных данных, файлы для входной и выходной информаций, а также блоки для математических, булевых и финансовых данных. Библиотека Plotter состоит из блоков для создания выходных диаграмм и таблиц. Остальные библиотеки имеют специальное назначение, например осуществляют сбор статистической информации. Пакеты BPR и Manufacturing снабжены дополнительными библиотеками. Кроме того, в Extend имеется встроенный язык Modl, позволяющий разработчику строить специализированные блоки. Выбором блока из библиотеки Discrete-Event автоматически строится дискретная модель; в противном случае - непрерывная модель. Блоки могут снабжаться входными и выходными соединителями. При построении связей не требуется прибегать к специальным средствам объединения блоков, принятым в других продуктах. Просто пользователь с помощью мыши рисует на экране линии, связывающие выходной соединитель одного блока с входным соединителем другого. Если связь недопустима, Extend не принимает ее. Чтобы просмотреть выходную информацию, поступающую из блока, разработчик объединяет один из его выходных соединителей с блоком из библиотеки Plotter. Такие блоки обладают высокой степенью гибкости и могут принимать множество типов входных данных, выводя их в виде таблиц или диаграмм.
Посредством Extend мы построили модель центра обслуживания, использовав только шесть блоков, в том числе исполнительный, который необходим для всех дискретных моделей, и блок Plotter. Даже так o простая модель позволила получить массу полезной информации. Это достигается за счет развитых средств, встроенных в каждый блок. Можно практически неограниченно менять частоту поступления заказов, время обслуживания одного клиента и другие параметры. Модель строится быстро и автоматически выводит результаты. Extend дает возможность проводить анализ чувствительности по многим переменным, участвующим в моделировании, и многократно исполнять модель, используя в качестве исходных данных различные значения переменных. Результаты каждого прогона выводятся на графопостроитель в различных цветовых режимах. Это позволяет разработчику исследовать модель при различных обстоятельствах и быстро принять решение. Пакет снабжен функциями создания авторских моделей, с помощью которых разработчик включает в окно модели текст, геометрические изображения и управляющие блоки, чтобы пользователи могли самостоятельно модифицировать модель. Для контроля за процессом моделирования и вывода результатов на дисплей применяется средство, организованное по принципу блокнота, которое удобнее в использовании, чем электронная таблица Key Values пакета Process Charter. Extend предоставляет подробное руководство пользователю, обучающую программу и примеры моделей из самых различных областей деятельности, которые могут служить основой для создания новых моделей, что еще больше облегчает процесс моделирования.
С помощью рассмотренных пакетов менеджеры получат возможность как бы заглянуть в будущее и эффективно укомплектовать штат предприятия, сделать лучшие инвестиции и успешно реорганизовать бизнес, не покидая при этом своего рабочего места.
InformationWeek Пакет Process Charter 1.0.2 компании Scitor В основном ориентирован на дискретное моделирование Достоинства - Удобный и простой в использовании механизм построения модели - Самый дешевый из рассмотренных продуктов - Поддержка моделирования затрат Недостатки - Наименее мощный продукт - Слабая поддержка непрерывного моделирования - Недостаток средств для анализа чувствительности Пакет Powersim 2.01 компании Modell Data Лучший продукт для непрерывного моделирования Достоинства - Множество встроенных функций, облегчающих построение модели - Поддержка многопользовательских моделей для коллективной работы - Средства обработки массивов упрощают создание моделей со сходными компонентами Недостатки - Сложная система обозначений Systems Dynamics - Ограниченная поддержка дискретного моделирования Пакет Ithink 3.0.61 компании High Performance Systems Обеспечивает создание непрерывных и дискретных моделей Достоинства - Встроенные блоки, облегчающие создание различных видов моделей - Поддержка авторского моделирования, упрощающего пользователям со слабой технической подготовкой применение моделей - Подробная обучающая программа и документация - Развитые средства анализа чувствительности, обеспечивающие автоматическое многократное исполнение модели с различными входными данными - Поддержка множества форматов входных данных Недостатки - Сложная система обозначений Systems Dynamics - Поддержка меньшего числа функций, чем в пакете Powersim Рекомендуемая литература по имитационному моделированию - Грегори Хенсен (Gregory A. Hansen) Tools for Business Process Reengineering (Средства для реорганизации бизнес- процессов)/IEEE Software. 1994 - The Digital MBA (глава 10: оМоделирование и имитацияп)/Под ред. Дэниела Бернстейна (Daniel Burnstein). Osborne/McGraw- Hill. 1995 Пакет Extend+BPR 3.1 компании Imagine That!
Самый мощный из рассматриваемых продуктов; поддерживает дискретное и непрерывное моделирование Достоинства - Интуитивно понятная среда построения моделей с помощью блоков - Множество встроенных блоков и функций, облегчающих создание модели - Поддержка сторонними компаниями, выпускающими приложения для вертикальных рынков - Гибкие средства анализа чувствительности - Средства создания дополнительных функций с помощью встроенного языка Недостатки - Самый дорогой продукт
N35_95 c.35-36,55