Книги, научные публикации
ОПЫТ БИЗНЕСА ПРИМЕНЕНИЕ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ В РОССИИ - СОСТОЯНИЕ НА 2007г.
А. Борщев, к.т.н., ген. директор ООО Экс Джей Текнолоджис (XJ Technologies) andrei@xjtek.com Рассматривается практическое применение имитационного моделирования у нас в стране, в частности: динамика спроса на ИМ со стороны бизнеса и государства за по следние годы, спектр областей, где ИМ сейчас наиболее востребовано, факторы, сдер живающие рост. Кроме того, даётся обзор типичных сценариев (форм) внедрения ими тационных моделей, а также технологий, использующихся при их построении. Статья имеет обзорный характер и основана на данных компании XJ Technologies - разработчи ка продукта AnyLogic и лидера российского рынка ИМ.
О каком ИМ мы говорим в арсенале средств прогноза, анализа, и оптимиза тот обзор посвящён бизнес приложениям ции. Свидетельство этому - множественные success ИМ, в частности в логистике, производстве, stories в производстве, транспорте, обслуживании, Эсфере услуг, энергетике, финансах, IT и т.д., в маркетинге и т.д. Применяется ИМ пока не очень также приложениям, где конечным заказчиком яв широко, но рост очевиден и в ближайшей перспек ляется (или должно бы являться) государство: здра тиве он не прекратится: нынешнее состояние рос воохранение, оборона, чрезвычайные ситуации, со сийского бизнеса и хозяйства вообще - это огром циальная динамика. Мы, не рассматриваем модели ное пространство для улучшения, а, значит, и для рование физического уровня (лMATLABТовское), применения наших с Вами умений и технологий.
использующееся при проектировании, скажем, сис В качестве иллюстрации к этим утверждениям тем управления или корпуса самолёта или корабля. приведём структуру оборота компании XJ Techno Статья должна помочь всем участникам российского logies как российского лидера в области ИМ (рис. 1).
ИМ сообщества определить вектор развития, иден тифицировать ограничивающие факторы и выбрать направление усилий.
ИМ в России сегодня - обзор приложений За последние 3Ц4 года года картина рынка услуг, связанных с применением ИМ, изменилась карди нально. Если в 2003 г. (первый ИММОД) спрос на ИМ со стороны бизнеса и государства только робко намечался, а в 2005 г. (второй ИММОД) происходи ло интенсивное знакомство потенциальных заказ чиков с подобными технологиями, то сейчас можно Рис. 1. Рост доли российских пользователей и зкакзчиков в с уверенностью полагать, что ИМ уже обосновалось обороте XJ Technologies 64 БИЗНЕС-ИНФОРМАТИКА №4(06)Ц2008 г.
ОПЫТ БИЗНЕСА Интересной является структура спроса по обла стям применения. Диаграмма на рис. 2. составлена по совокупным данным отделов консалтинга, про даж и технической поддержки XJ Technologies. Аб солютно полной она не является, но в большой ме ре соответствует действительности, так как спектр применеий AnyLogic совпадает со спектром приме нений ИМ вообще. Картина спроса в России не сколько отличается от общемировой, что, впрочем, вполне объяснимо, так как она отражает относи тельные уровни развития различных типов бизнеса и государственных структур. Области применения Рис. 2. Структура спроса на ИМ в России расположены сверху вниз по убыванию градуса по областям применения интереса. (сверху вниз по убыванию градуса интереса) Безусловным лидером по лосознанному спросу и внедрениям ИМ является область логистики: пере возки, работа склада, политики закупок, и, шире, Далее в диаграмме следует группа приложений, функционирование цепочек поставок. Объясняется о которых мы имеем неполное представление в си это во первых тем, что логистика в России пережи лу их несколько закрытого характера. Речь идёт вает невероятный подъём, а во вторых - сложным о применениях ИМ, где заказчиком выступает го динамическим характером логистических процес сударство: инфраструктурные проекты от город сов, обилием временных и причинно следственных ского до федерального уровня, моделирование вне связей, размерностью задач. Невозможность опти штатных ситуаций, требующих государственного мизировать логистические системы на коленке вмешательства, военные применеия ИМ. В России (= в ExcelТе) настолько очевидна, что заставляет са работы этого типа ведутся, их немало, количество ми компании искать более продвинутые технологии. их растёт, но оценить объём мы сейчас не можем.
Если брать производство, то ИМ наиболее ак Наконец, последняя группа - это области, где, тивно интересуются в металлургии, нефтегазовой в отличие от мировой практики, интерес к ИМ в Рос отрасли, производстве стройматериалов, пищевых сиии близок к нулю. Причём если в моделировании, продуктов, то есть опять же в наиболее горячих скажем, различных политик в области социальной отраслях. Потребность в моделировании возникает сферы и здравоохранения, в демографическом и эпи при модернизации производств, то есть при необ демиологическом моделировании наблюдается хоть ходимости оценить и сравнить ещё не реализован какая то активность, о проектах в области сельского ные варианты, а также при желании оптимизиро хозяйства или экосистем неизвесто ничего. Повто вать текущие процессы. рюсь, я говорю о практических (то есть решающих Анализ производительности компьютерных си чьи то реальные проблемы) проектах, а не об акаде стем и сетей при помощи ИМ был известен у нас мических упражнениях.
давно, так что наблюдающийся спрос на это сейчас со стороны телекоммуникационных компаний Как может выглядеть внедрённое ИМ решение вполне предсказуем, хотя и не очень велик. Прежде всего заметим, что сама по себе имита Более или менее массовый спрос ограничивает ционная модель очень редко является целью проек ся тремя перечисленными областями и, пожалуй, та. Для конечного пользователя важно решение моделированием разного рода систем обслужива конкретной задачи, например: оптимизировать ко ния и связанных с ними бизнес процессов. Что ка личество персонала, определиться с планированием сается таких традиционных (в мире) приложений территории, управлением парком транспортных как управление активами, портфелями проектов, средств, политикой закупок и т.д. И естественно, моделирование потребительского рынка и конку модель одного и того же объекта будет выглядеть со ренции, управление персоналом в больших органи вершенно по разному при разных целях моделиро зациях, то здесь российские проекты с применени вания. А иногда при анализе задачи становится яс ем ИМ инициируются единичными продвинуты но, что изначально планировавшееся ИМ вовсе не ми энтузиастами из менеджмента компаний или необходимо, и можно обойтись более простыми ме банков. Успешные внедрения есть, но массового тодами (например, линейным программировани характера они не имеют. ем). Это важно отследить в самом начале проекта.
БИЗНЕС-ИНФОРМАТИКА №4(06)Ц2008 г. ОПЫТ БИЗНЕСА Если же говорить о сценариях использования ими вагонов (БД МПС), эвристики с оптимизатором тационных моделей в практике, то наиболее типич могут быть настроены, например, на минимизацию ные из них таковы: порожнего пробега, пользователи получают кон модель полностью встроена в производствен кретные рекомендации по управлению вагонами;
ный или бизнес процесс, запускается автома то, что эти рекомендации выработаны при помощи тически при выполнении соответствующих ИМ, им может быть и неизвестно.
операций;
модель оформлена в виде утилиты, регулярно запускающейся вручную при принятии опера тивных решений;
модель создаётся для оценки и сравнения ва риантов предполагаемых изменений (модер низации), или для выработки оптимальной стратегии;
модель создаётся ради динамической визуа лизации (демонстрации) работы проектируе мого объекта - как дополнительный аргу мент;
Рис. 3. Типичная архитектура системы модель оформлена в виде (распределённой) поддержки принятия решений игры, использующейся для обучения сотруд ников.
Применяемые методы ИМ В первых трёх случаях модель используется в со Поскольку большая доля приложений ИМ при ставе так называемой системы поддержки приня ходится на оперативно тактические задачи в сфере тия решений (СППР). логистики, производства и систем обслуживания, Наиболее часто встречающаяся архитектура основным используемым методом является дис СППР показана на рис. 3. Собственно имитацион кретно событийное моделирование либо в тради ная модель, как видно, - это только часть СППР, ционном его понимании (то есть взгляд на систему причём совсем необязательно самая большая и час как на процесс и задание процесса как последова то далеко не самая трудоёмкая. Роль оптимизатра - тельности операций и множества ресурсов), либо, выбрать близкое к оптимальному решение из числа реже, в агентном исполнении (взгляд на систему возможных, запуская модель много раз с различны как на совокупность активных объектов и задание ми параметрами. Эвристики скрывают от опти их индивидуальных поведений и взаимодействия).
мизатора большое число прямых параметров моде Даже в ряде стратегических задач (например: где ли, заменяя их небольшим числом УнастроечныхФ построить контейнерный терминал?) требуемый параметров, с которыми оптимизатор должен легко уровень абстракции часто опускается до рассмотре справляться. Эвристики могут быть самым интел ния индивидуальных объектов (вагонов, единиц лектуальным модулем во всей системе, для их раз груза и т.п.) и не позволяет использовать методы работки часто приглашаются профессиональные системной динамики.
математики. Модель часто конфигурируется из ба При моделировании потребительского рынка, зы данных, например, читает оттуда наиболее све в особенности динамичных рынков с высокой сте жую информацию. Для пользователей создаются пенью конкуренции (например, сотовая связь, стра специализированные интерфейсы с возможностью хование, банковские услуги), где выбор потребителя задавать параметры, запускать эксперименты, про зависит от его индивидуальных особенностей, исто сматривать результаты в виде различных графиков, рии, внутренней динамики, сети знакомств, внеш таблиц, печатать отчёты и т.д. Программирование них воздействий, агентное моделирование позволяет пользовательских интерфейсов ингода занимает до достичь максимальной адекватности. Построение 60% всего времени разработки. таких агентных моделей облегчается сейчас тем, что XJ Technologies использовала подобные архитек требуемые для этого данных уже накоплены у боль туры при разработке СППР для оперативного уп шинства компаний в CRM системах, а также в ре равления парком транспортных средств компаний зультатах опросов и тому подобных исследований.
ЕВРОСИБ, Балтика, Русский Алюминий. База дан В общем, при выборе между процессным дис ных в этом случае содержит текущую дислокацию кретно событийным моделированием и агентным 66 БИЗНЕС-ИНФОРМАТИКА №4(06)Ц2008 г.
ОПЫТ БИЗНЕСА моделированием, надо иметь в виду, что агентные специфики проблемы. Иногда используются свои модели обычно более трудоёмки в построении и ка алгоритмы оптимизации, написанные под конкрет либровке, поэтому если система хорошо описыва ное приложение.
ется в виде последовательности операций над (пас сивными) объектами, разделяющими ресурсы, нет Факторы, ограничивающие рост применения ИМ смысла строить агентную модель. Прежде, чем говорить о том, почему рост приме Особые технологии физического уровня при нений ограничен, мы хотим обратить Ваше внима меняются при моделировании пешеходной и до ние на следующий факт: основную долю в россий рожной динамики, боевых действий, терактов, эва ской части оборота XJ Technologies составляет кон куации. Здесь физическое пространство - это важ салтинг и гораздо меньшую - продажа продукта, ный разделяемый ресурс и взаимодействие в нём см. рис. 5. В зарубежной же части эти составляющие объектов уже не может быть упрощено до уровня более сбалансированы с перевесом продаж продук процесса встал в очередь - обслужился - пошел к та (то есть лицензий AnyLogic). Почему это проис выходу. Вот в этой области в ряде случаев может ходит? Почему в России заказчики не берутся сами быть оправдано построение специализированных создавать имитационные модели?
движков и инструментов.
Рис. 4. Применяемые методы ИМ (по частоте использования) Рис. 5. Структура продаж XJ Technologies в России и за рубежом В области российской системной динамики в последнее время наблюдается некоторя актив Одним из основных препятствий роста практи ность, в частности образована российское отделе ческого применения ИМ в России была и остаётся ние (Russian Chapter) международного Общества нехватка квалифицированных кадров, что может системной динамики (International System Dyna звучать странно для страны с такими университет mics Society). Про практическое применение сис скими традициями и наконец то прекратившимся темной динамики в России известно мало, успех оттоком мозгов. Действительно, ИМ в том или здесь будет зависеть от взаимодействия специалис ином виде преподаётся во многих вузах, но препо тов, владеющх методом, с людьми, принимающими даватели часто не могут (или не сильно хотят) выве стратегические решения - ведь системая динамика сти студента за рамки чисто научных или игру в основном применима к долгосрочным процессам, шечных проблем в пространство задач, востребо интересным только со стратегических позиций. ванных в реальной жизни. Вместо этого преподава Отдельно следует сказать о методах оптимиза тели, студенты и асприранты часто увлекаются, на ции, использующихся вместе с имитационными мо пример, созданием собственных симуляторов, или, делями. Поскольку результат выполнения имитаци хуже того, разводят ложное (заумное и занудное) онной модели обычно зависит от её параметром теоретизирование вокруг понятия модель. Во сложным нелинейным образом, оптимизатор так прос - зачем? Вокруг полно задач, решив - или или иначе должен исследовать большую часть про просто попытавшись решить - которые, Вы не про странства параметров, чтобы не ограничиться ло сто получите читаемую и цитируемую публикацию, кальными минимумами и максимумами. Из уни но и выйдете на новый уровень понимания того, версальных оптимизаторов такого рода в России ча куда должны развиваться Ваши (прикладные!) ис сто используется встроенный в AnyLogic OptQuest следования. Я уже не говорю про возможные мате американской фирмы OptTek. Мы часто облегчаем риальные выгоды от сотрудничества с реальным за OptQuestТу задачу, дописывая эвристики, позволяю казчиком и уверенное трудоустройство выпускни щие вести поиск более эффективно за счёт знания ков.
БИЗНЕС-ИНФОРМАТИКА №4(06)Ц2008 г. ОПЫТ БИЗНЕСА В каждом городе, где есть университет, обяза пойдут работать, и ещё некоторый срок, прежде чем тельно есть: они смогут принимать какие то решения, так что склад;
кадровая проблема в любом случае быстро не ре транспорт;
шится. А вот над популяризацией ИМ, над разъяс супермаркет;
нением того, что оно может дать практически, мож банк;
но и нужно работать уже сейчас. Это, кстати, одна служба такси;
из целей Российского Общества ИМ. Важны не дорожная инфраструктура;
просто выступления в своей академической тусов производство. ке, а там, где Вас может услышать потенциально заинтересованный практик - то есть на отраслевых Господа преподаватели, Вы пробовали говорить конференциях, и не разговоры про то, как сети Пе с людьми, которые отвечают за ежедневное функ три с раскрашенными фишками лучше, чем с не ционирование, ремонт, модернизацию, перспек раскрашенными (да простят мне почитатели этой тивное планирование этих элементов хозяйства? замечательной математической конструкции), Попробуйте. Узнайте, что их волнует, где, по их а про то, на сколько процентов сократится время мнению, возможна оптимизация, добейтесь от них ожидания грузовика на въезде в контейнерный тер хотя бы примерной постановки задачи, подумайте, минал, если принять такие то и такие то решения, поможет ли им ИМ. Если да - вот Вам, как мини подсказанные имитационной моделью.
мум, готовая тема диплома. Пошлите студента де К сожалению, российские специалисты практи лать измерения и собирать статистику на реальном чески не посещают основных конференций по ИМ объекте с секундомером, рулеткой, камерой - он (это Winter Simulation Conference, INFORMS сразу поймёт, что такое экспоненциальное распре Annual Meeting, IIE Annual Conference, International деление и почему длину очереди не всегда можно System Dynamics Conference), а это нужно, чтобы рассчитать по формуле Литтла. быть включённым в мировое ИМ сообщество.
Другой аспект кадровой проблемы следующий. Впрочем, материалы большинства этих конферен Люди, в обязаннсти которых входит анализ и улуч ций, к счастью, находятся в публичном доступе.
шение текущих процессов, а также планирование из менений, имеют обычно экономическое образова Заключение ние. В стандартный набор их умений входит владе Мы наблюдаем рост спроса на системы под ние Excel и, скажем, каким нибудь статистическим держки принятия решений, основанные на имита пакетом, а динамическое (то есть имитационное) мо ционных моделях со стороны как бизнеса, так и го делирование им незнакомо. Поэтому модели, кото сударства. Структура спроса повторяет общую по рые так или иначе создаются в аналитических отде России картину сравнительного развития отраслей лах компаний по большей части статические, осно с явным доминированием всего, что связано с логи ваны на формулах;
время, причинность, смена со стикой. Для эффективного удовлетворения этого стояний в них обычно не присутствует. При необхо спроса необходимы, прежде всего грамотные спе димости повысить адекватность модели такие специ циалисты, с одной стороны владеющие различны алисты иногда пытаются ввести элементы имитации ми методами ИМ, а с другой - умеющие быстро во времени, оставаясь в рамках Excel подобных ин вникнуть в предметую область и понять суть проб струментов, результатом чего является многократное лемы. Нынешние студенты, изучающие ИМ, нуж усложнение моделей, их нечитаемость и, в конечном даются в ориентации на решение практических за счёте, невозможность дальнейшей поддержки. дач, а студенты экономических и управленческих Корни проблемы опять таки в образовании: специальностей - хотя бы в простом знакомстве ИМ у нас исторически было ближе к инженерно с ИМ. С другой стороны, необходимо знакомить техническим специальностям (в большой мере это сотрудников компаний и госорганизаций, ответ так до сих пор), а экономические программы вузов, ственных за оптимизацию и вырабатывающих стра за редким исключением, его игнорируют. тегические решения, с тем, какие проблемы позво Надо понимать, что унверситеты сами по себе ляет решать ИМ. Недавно созданные Российское достаточно инерционны, кроме того даже при не Общество ИМ и Russian Chapter of the International медленном изменении программ должно пройти System Dynamics Society должны рассматривать эти 3Ц4 года, прежде, чем студенты, по ним учившиеся, задачи как приоритетные.
68 БИЗНЕС-ИНФОРМАТИКА №4(06)Ц2008 г.