К вопросу о моделировании кошек - Морские вести России

К вопросу о моделировании кошек

05.03.2014

Морские порты

К вопросу о моделировании кошек

Невинные животные, упомянутые в названии данной статьи, навсегда вовлечены в имитационное моделирование бессмертными словами отца теории искусственного интеллекта Норберта Винера. Его изречение, в свойственной гениям лапидарной форме отражающее всю суть и проблематику моделирования, таково: «Лучшей материальной моделью кошки будет иная кошка, однако предпочтительнее, чтобы это была именно эта же самая кошка…».

Авторы надеются, что в конце цикла публикаций о проектировании и реализации имитационных сложных моделей, доказательстве их адекватности и устойчивости, о планировании и проведении экспериментов с моделью, об анализе результатов и выделении имитационной модели приведенная аллюзия раскроется читателям во всем своем блеске.

Авторы данной статьи и будущего цикла выражают благодарность десяткам сотрудников и специалистов, без участия которых проект порта Тамань не смог бы стать реальностью и чей труд и вклад в названный проект трудно переоценить.

А.Л.Кузнецов, д.т.н., профессор ГУМРФ им. адмирала С.О.Макарова; И.М.Русу, генеральный директор ООО «РМП-Тамань»; М.Н.Горынцев, к.т.н., директор проекта ОАО «Ленморниипроект»; С.Н.Протопович, генеральный директор ООО «Транспософт»; А.М.Коршунова, заместитель директора ООО «НПЦентр СММ».

 

Необходимые определения

Данный раздел авторы считают необходимым, несмотря на кажущуюся простоту многих используемых понятий и их пересечение с бытовым значением тех же слов, поэтому предлагают начать этот цикл с повторения очевидных истин.

Модель представляет собой некоторый теоретически сконструированный объект, который заменяет объект исследования в отношении некоторых изучаемых свойств, в этом смысле находится в отношении сходства с последним и более удобен для изучения. Исследование модели и выполнение над ней операций позволяет получить информацию о реальном объекте.

Моделирование чаще всего применяется для анализа систем, то есть совокупностей объектов, функционирующих и взаимодействующих друг с другом для достижения определенной цели. Понятия цели и системы зависят от задач конкретного исследования и являются внешними по отношению к модели, то есть цель может быть сформулирована только с позиций вышележащего уровня.

Состоянием системы называется совокупность переменных, описывающих систему и позволяющих прогнозировать ее поведение в соответствии с задачами исследования.

Анализ системы предполагает изучение общесистемных целей, окружения системы (системных ограничений), ресурсов системы, компонентов системы, показатели эффективности, критериев качества управления системой. Все перечисленные компоненты формируют структуру системы.

При проектировании любой системы сначала строится и оптимизируется аналитическими методами простейшая модель, принимающая во внимание важнейшие структурные закономерности. При этом моделируются только те факторы, которые влияют на выбранные показатели эффективности или критичны к наложенным ограничениям.

При исследовании сложных систем используется разработка набора моделей, соответствующих различным иерархическим уровням рассмотрения и функциональным аспектам изучаемой системы. Такое стратифицированное описание на каждом уровне использует свой набор концепций, понятий и терминов. Разработка иерархии моделей для исключения пропусков и предотвращения бросовых затрат должна выполняться по технологии «сверху вниз».

Любому математическому моделированию предшествует создание содержательной (концептуальной) модели, определяющей объект, цель и условия моделирования.

При имитационном моделировании воспроизводится процесс функционирования системы во времени и в пространстве. При этом имитируются составляющие процесс элементарные явления с сохранением их причинных и временных связей в рамках заданной структуры.

В агентно-ориентированном моделировании используются агенты – автономные программные объекты, которые находятся в однородной компьютерной среде с другими агентами. Агенты обладают автономностью (способностью существовать без какого-либо внешнего управления, самостоятельно осуществляя контроль за своим состоянием и действиями), социальным поведением (способностью взаимодействовать друг с другом для достижения своих целей посредством обмена сообщениями), реактивностью (способностью воспринимать внешнюю информацию и реагировать на нее), инициативностью (возможностью выполнения определенных действий не только по запросу окружения, но и согласно своим планам и целям).

Мультиагентные среды («платформы») считаются наиболее перспективным подходом в современном моделирования сложных систем. Существуют различные инструментальные компьютерные платформы, интегрирующие отдельные технологические решения и обеспечивающие полный цикл разработки прикладных систем: анализ предметной области, проектирование, реализацию, верификацию, развертывание и сопровождение моделей. Основой для разработки подобных систем является объектно-ориентированный подход.

 

Объект моделирования

Как бы ни сбивал с толку заголовок данной статьи, объектом моделирования выбраны морской порт и грузовые терминалы различного назначения.

Моделями первого уровня для этих объектов обычно служат формульные зависимости и методики их использования, прописанные, например, в Нормах технологического проектирования морских портов. Моделями второго уровня могут являться методы Монте-Карло, инструментарий теории массового обслуживания, отдельные частные модели функциональных звеньев.

Целью настоящего исследования выбрана универсальная объектно-ориентированная мультиагентная имитационная модель порта, включающая в себя глобальные сухопутные и морские грузопотоки, портовую инфраструктуру – акваторию порта, подходной канал, морские грузовые фронты, склады и т.д., системы смежного сухопутного транспорта – железнодорожные станции, железнодорожные грузовые фронты, автодороги, автомобильные грузовые фронты и многое другое.

Теоретические результаты, которые будут описаны в данном цикле, были получены в ходе создания полномасштабной имитационной модели взаимодействия основных элементов сухогрузного района морского порта Тамань, интегрированного в международный транспортный коридор Север – Юг.

По заказу Федерального казенного учреждения «Ространсмодернизация» в соответствии с Федеральной целевой программой «Развитие транспортной системы России (2010-2015 годы)» в настоящее время разработана проектная документация Сухогрузного района морского порта Тамань. Генеральным проектировщиком выступило российское проектное предприятие ОАО «Ленморниипроект».

В рамках этого проекта на территории порта планируется построить 10 терминалов по перегрузке различных грузов. Общая длина причалов для приема речных и морских судов составит более 8100 метров.

Данный проект будет реализован на принципах государственно-частного партнерства. Существенную часть расходов по строительству нового района порта берет на себя государство. Государство финансирует работы по строительству подходного канала, акватории, волнозащитных сооружений, причалов, автомобильной и железной дорог, портовой железнодорожной станции, объектов инженерной инфраструктуры.

ФЦП «Развитие транспортной системы России (2010-2015 годы)» предусмотрено выделение на строительство объектов нового района порта Тамань 76 млрд рублей. Строительство и обустройство внутрипортовой инфраструктуры возьмет на себя специально созданная управляющая компания.

Масштабность и инвестиционная емкость проекта, рост международной и региональной конкуренции, сложная глобальная экономическая обстановка и связанные с этим предпринимательские риски заставили внимательно относиться к каждому возможному инструменту из набора современных средств проектирования.

Реализованная модель, описываемая в проекте, рассматривает порт как транспортный узел, как систему, составленную из совокупностей взаимодействующих объектов, функционирующих для достижения определенной цели. Этой целью в данном случае было положено доказательство возможности освоения расчетных грузопотоков, а также определение узких мест и резервов пропускной способности порта как транспортной системы.

Состоянием системы выбрана совокупность переменных, описывающих состояние основных структурных элементов: различные параметры очереди судов на входном рейде, пропускная способность подходного канала, коэффициенты использования причалов для отдельных видов грузов, характеристики их производительности и эффективности, использование перегрузочного оборудования, динамка поведения запасов различных видов грузов на складах, производительности наземных грузовых фронтов, характеристики обработки смежного транспорта.

Анализ системы предполагает проверку реализуемости различных вариантов объема и структуры расчетного грузопотока в различных вариантах окружения системы и варьируемых системных ограничений, оценку требуемых ресурсов системы и их критических значений, изучение динамики поведения компонентов системы, оценку информативности различных показателей эффективности и влияния различных критериев качества управления системой.

Имитационная модель, принципы создания которой и практика проведенных с ее помощью экспериментов будет описываться в настоящем цикле статей, представляет собой один из самых эффективных инструментов нашего времени для анализа функционирования транспортных систем.

Эта система прошла успешную апробацию и доказала свою полезность на крупных реальных проектах, связанных с созданием морских портов Российской Федерации.

Следующие публикации будут посвящены некоторым теоретическим вопросам, необходимым для дальнейшего описания указанной системы моделирования и интерпретации полученных с ее помощью результатов.

 

Морские порты №6 (2013)

ПАО СКФ
Газпромбанк
Camco
МТ Групп
Специальный выпуск журнала Морской флот
Алюминий в судостроении
Круглый стол «Судовые ЛКМ и покрытия. Современный рынок и перспективы»
Международная научно-практическая конференция «Автономное судовождение: проблемы и решения (MASS-2021)»
6MX

Нас поздравляют

Газета Морские вести России 25 лет

Нас поздравляют

Журнал Морской флот 135 лет
Журнал Транспортное дело России
НЕВА-2021