Имитационные исследования в среде моделирования GPSS STUDIO

ИМИТАЦИОННЫЕ 
ИССЛЕДОВАНИЯ 
В СРЕДЕ 
МОДЕЛИРОВАНИЯ 
GPSS STUDIO

Москва
ВУЗОВСКИЙ УЧЕБНИК
ИНФРА-М
2020

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Под общей редакцией доктора экономических наук В.В. Девяткова

В.В. ДЕВЯТКОВ
Т.В. ДЕВЯТКОВ
М.В. ФЕДОТОВ

УДК 004.94
ББК 32.973
 
Д25

Девятков В.В.
Имитационные исследования в среде моделирования GPSS 
STUDIO : учебное пособие / В.В. Девятков, Т.В. Девятков, М.В. Федотов ; под общ. ред. В.В. Девяткова. — Москва : Вузовский учебник : 
ИНФРА-М, 2020. — 283 с.

ISBN 978-5-9558-0595-5 (Вузовский учебник)
ISBN 978-5-16-013130-6 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-105915-9 (ИНФРА-М, online)

Настоящее учебное пособие посвящено описанию концепций, возможностей и опыта практического применения новой среды моделирования — GPSS 
STUDIO. Среда моделирования GPSS STUDIO является результатом объединения 
в рамках единой программной системы популярного языка моделирования GPSS 
World, программ, улучшающих работу с языком, и множества программ, автоматизирующих другие этапы имитационных исследований. В части улучшения работы 
с языком это оперативные подсказки, новый текстовый редактор, усовершенствованный отладчик моделей, русифицированный и интерактивный стандартный 
отчет. В GPSS STUDIO реализованы самые современные информационные технологии разработки модели и проведения экспериментов с ней. Особое внимание 
уделяется способам графического конструирования моделей, автоматизированному созданию интерфейсов ввода исходных данных в модель, анимации результатов, 
интерактивному анализу результатов экспериментов с моделью и документированию результатов исследования. Отличительной чертой данного инструмента являются не только высокоэффективные средства разработки имитационной модели, 
но и возможность создания на основе отлаженной модели полноценного имитационного приложения, которое «настроено» на язык предметной области исследования и понятно специалистам из этой области. Все это позволяет существенно 
расширить круг потенциальных пользователей метода имитационного моделирования и сделать новый шаг в направлении создания действительно массового инструмента имитационного моделирования.
Для студентов, изучающих системный анализ и имитационное моделирование, 
а также для специалистов в области имитационного моделирования — преподавателей университетов, научных работников, аспирантов, системных аналитиков 
организаций и предприятий.
УДК 004.94
ББК 32.973

Д25

Р е ц е н з е н т ы:
Л.И. Григорьев — д-р техн. наук, проф., заведующий кафедрой автоматизированных систем управления Российского государственного 
университета нефти и газа имени И.М. Губкина;
В.М. Черненький — д-р техн. наук, проф., заведующий кафедрой 
систем обработки информации и управления Московского государственного технического университета имени Н.Э. Баумана

© Девятков В.В., Девятков Т.В.,
   Федотов М.В., 2018
© Вузовский учебник, 2018

ISBN 978-5-9558-0595-5 (Вузовский учебник)
ISBN 978-5-16-013130-6 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-105915-9 (ИНФРА-М, online)

Авторы

Девятков Владимир Васильевич, доктор экономических наук, заведующий центром «Математическое моделирование» Института 
перспективных исследований Академии наук Республики Татарстан, директор компании «Элина-Компьютер», член правления 
Национального общества имитационного моделирования;
Девятков Тимур Владимирович, кандидат технических наук, 
старший научный сотрудник центра «Математическое моделирование» Института перспективных исследований Академии наук 
Республики Татарстан, заместитель директора компании «ЭлинаКомпьютер»;
Федотов Максим Валерьевич, старший научный сотрудник центра 
«Математическое моделирование» Института перспективных исследований Академии наук Республики Татарстан, начальник отдела компании «Элина-Компьютер».

Введение

Учебное пособие написано авторским коллективом, который 
в течение многих лет занимается популяризацией идей имитационного моделирования, развитием и продвижением языка имитационного моделирования GPSS в России. Среда моделирования является материализацией идей и опыта многолетней работы большого 
коллектива специалистов и энтузиастов языка GPSS, в основном 
сотрудников компании «Элина-Компьютер». Кроме авторов пособия, это Исаев Федор, Нифантьев Евгений, Усанов Дмитрий, 
Кудашов Кирилл и многие другие. Благодаря им были предложены и разработаны различные программы, облегчающие работу 
с языком GPSS World. В результате объединения этих разработок 
в 2013 г. появилась первая профессиональная версия Расширенного редактора GPSS World. Авторы выражают особую благодарность Власову Станиславу Александровичу, Зуеву Вячеславу Александровичу, Якимову Игорю Максимовичу, Кобелеву Николаю 
Борисовичу, Черненькому Валерию Михайловичу, Григорьеву Леониду Ивановичу и многим другим коллегам по «Национальному 
обществу имитационного моделирования», которые внесли неоценимый вклад в популяризацию GPSS в России. Их ценные советы 
и опыт практического имитационного моделирования помог при 
разработке нового инструмента моделирования.
В 2017 г. при выпуске новой, существенно обновленной версии 
расширенного редактора было решено дать название, наиболее 
полно отражающее его суть и предназначение — GPSS STUDIO. 
Сейчас это, действительно, мастерская исследователя, полноценная профессиональная среда, обладающая набором инструментов, необходимых пользователю для разработки моделей и проведения полномасштабного имитационного исследования. В той 
или иной мере в рамках среды моделирования автоматизировано 
большинство этапов исследования — от постановки задачи, сбора 
данных, построения модели и далее до выработки практических рекомендаций собственнику системы по повышению эффективности 
ее работы.
Вероятно, у большинства наших читателей возникает достаточно резонный вопрос: почему появилась необходимость в создании 
среды моделирования GPSS STUDIO, ведь уже существует достаточно много современных и успешных языков и систем имитационного 
моделирования?

Основная причина — это отсутствие на рынке имитационных 
исследований сложных систем (ИИСС) инструментов моделирования, обеспечивающих реализацию огромного потенциала имитационного моделирования в реальные практические исследования. 
Существующие языки и системы моделирования, а их достаточно 
много, обладают огромной моделирующей мощью, позволяют создать адекватную модель практически любой сложной организационно-технической системы дискретного типа. Но по-настоящему 
массовыми инженерными инструментами они так и не стали. 
По результатам наших исследований, общее количество потенциальных имитационных исследований в экономике России исчисляется сотнями тысяч. На каждом предприятии имеется как минимум одна проблема (на самом деле их больше), которая может 
быть решена с использованием метода имитационного моделирования. Но, к сожалению, имитационное исследование проводится 
не более чем в одном проценте случаев от всех возможных применений. Получается странная ситуация — существуют задачи исследования, их решение может дать значительный экономический 
эффект, инструменты имеются, а вот решить задачу методом моделирования аналитику из предметной области очень сложно в силу 
высокой научной сложности, отсталости применяемых информационных технологий, методической разобщенности различных инструментов и т.д. И эту ситуацию необходимо изменять коренным 
образом, посредством создания доступных и массовых инструментов моделирования.
Это в полной мере относится и к ранее популярному языку имитационного моделирования GPSS World. Поэтому и появилась идея 
объединить различные инструменты имитационного исследования 
на GPSS в рамках одной «мастерской» — GPSS STUDIO.
В самом общем виде, основные задачи, стоявшие перед разработчиками среды моделирования GPSS STUDIO и способы их 
реализации, приведены на рис. 1В.
Исходя из поставленных задач, основополагающими принципами, среды моделирования GPSS STUDIO, являются:
1) единое исследовательское пространство. Автоматизация действий исследователя на протяжении всего (или хотя бы большей 
части) процесса ИИСС в рамках единого программного комплекса. 
Обеспечение пользователю возможности проведения всего процесса исследования со своего компьютера;
2) высокий уровень информационных технологий при проведении 
исследования. Поддержка современных информационных технологий: интерактивного взаимодействия модели и пользователя, 

Рис. 1В. Основные задачи и методы их решения в среде моделирования 
GPSS STUDIO

хранения и обработки данных о модели и результатов экспериментов, коллективной и удаленной разработки, организации облачных вычислений и т.д.;
3) упрощение взаимодействия с моделью в процессе исследования. 
Предоставление исследователю удобных, наглядных и настраиваемых на предметную область интерфейсов взаимодействия с моделью при проведении исследования. Использование графического 
представления, визуализации процессов и результатов моделирования;
4) возможности массового использования моделей. Разработка 
на основе создаваемой модели и разработанных интерфейсов 
взаимодействия простого и понятного конструктора моделей. 
А далее, на основе построенной модели — независимого от среды 
разработки приложения, позволяющего рядовому пользователю 
из данной предметной области самостоятельно проводить исследования.
Также требует более конкретного ответа и вопрос: чего не хватает существующим современным языкам и системам имитационного моделирования, чтобы воплотить эти принципы в жизнь?
Действительно, многие современные симуляторы позволяют создавать детальные, приближенные к реальности и очень сложные 
модели (GPSS World [5], ARENA [12], AnyLogic [27], Extend [15], 
Simio [8] и т.д.). Но тем не менее при проведении имитационного исследования на каждом этапе всегда требуется либо применять ручные операции, либо дополнительно использовать множество сторонних методик, а также исследовательских, расчетных 
и офисных программ. Приведем ряд примеров, подтверждающих 
использование пользователями множества программ.
1. В начале исследования, до разработки модели. Например, методология IDEF описаний [17], язык графического описания UML 
[6], методология ARIS [3], система условных обозначений для моделирования бизнес-процессов (нотация) BPMN [14], офисные 
программы MS VISIO, MS Excel и ряд других.
2. В процессе сбора и обработки статистики, разработки модели 
и оценки адекватности. Наглядным примером таких программ являются статистические комплексы программ — СТАСТИСТИКА 
[3], Stat:: Fit [27], SSPS [7], SAS [5].
3. При проведении экспериментов, поиске наилучшего решения, 
анализе результатов и выработке рекомендаций. Это в частности, 
программы анимация результатов моделирования — ProofAnimation 
[24], OpenSceneGraph [1], программные комплексы оптимизации — 

системы OptQuest [9] и IOSO [25], документирование результатов 
Crystal Reports [25].
Такая ситуация требует использования не одного, а многих инструментов для проведения имитационного исследования. Чаще 
всего это программы разных производителей, никак не связанных 
друг с другом. А это необходимость наличия новых компетенций 
у пользователя, методические и информационные разрывы между 
этапами (различные форматы данных, разнообразие языков взаимодействия) и, наконец, дополнительные средства на приобретение 
этих инструментов. В итоге все это приводит к существенному 
(в разы) увеличению времени проведения имитационного исследования, необходимости высочайшей квалификации исследователя 
и повышению общей стоимости исследования.
Авторы книги достаточно давно и профессионально занимаются 
анализом процесса ИИСС. В пособии [9], написанном на основе 
многолетнего опыта, предложены методология и программная 
технология проведения исследования в рамках единой интегрированной программной системы. Среда GPSS STUDIO является 
практическим примером реализации этих решений.
В среде моделирования GPSS STUDIO концептуально заложены основы автоматизации операций и действий исследователя 
при проведении всего цикла ИИСС. Да, сейчас охвачен еще не весь 
процесс исследования. Пока не автоматизированы (или автоматизированы частично) постановка задачи, планирования экспериментов, оптимизация и формулирование выводов и рекомендаций 
по результатам исследования. Тем не менее ручных операций в исследовании стало значительно меньше, а дополнительного функционала для исследователя — гораздо больше. И, самое главное, 
предусмотрено концептуально дальнейшее включение программ, 
автоматизирующих ручные операции. Все происходит внутри единого исследовательского пространства и не требует от разработчика 
существенных переделок.
Таким образом, создан своеобразный программный «скелет» 
процесса ИИСС. Некоторые элементы в этом процессе отсутствуют 
(но они предусмотрены), другие — недостаточно функциональны 
(их доводка дело недалекого будущего).
Среда моделирования GPSS STUDIO помогает профессионалу 
в области имитационного моделирования (ИМ) быстрее и качественнее строить сложнейшие модели дискретно-событийных систем, 
используя один из известных, мощных и проверенных общецелевых 
языков имитационного моделирования. Речь идет о GPSS World. 
Многие знают, что язык GPSS имеет хорошие возможности для 

построения моделей и удивительно прост в освоении. Достаточно 
сказать, что студент после одной-двух лекций уже понимает идеи 
и принципы имитационного моделирования и на первом же практическом занятии может построить простейшие модели. А использование новой среды моделирования только усилит этот эффект, 
распространив его не только на построение модели, но и на процесс исследования. Да, в языке не реализованы некоторые моделирующие технологии (например, агентный подход), но авторы 
уверены, что более 90% возникающих сейчас на практике задач 
имитационного исследования могут быть решены имеющимися 
возможностями языка GPSS. Это подтверждает опыт успешных 
практических исследований в течение более 50 лет по всему миру. 
В то же время можно сказать, что сейчас начаты работы и по совершенствованию моделирующего ядра — системы GPSS World. Поэтому в последующих версиях среды моделирования GPSS STUDIO 
должны появиться и новые возможности языка моделирования.
В целом необходимо признать, что количество применений 
языка GPSS в последние годы резко упало. Технологически и морально (по уровню используемых информационных технологий) 
применять систему GPSS современному исследователю было не удобно. Особенно это было видно при сравнении с современными 
языками имитационного моделирования и реальными возможностями бурно развивающихся информационных технологий.
Именно эти недостатки, а самое главное — желание многих исследователей продолжать использовать язык GPSS, побудили разработчиков к его совершенствованию.
Сейчас проверенные на практике функциональные возможности расширенного редактора и первые результаты эксплуатации 
GPSS STUDIO позволяют уверенно сказать, что огромного разрыва в технологии и возможностях проведения ИИСС в сравнении 
с другими современными системами имитационного моделирования для GPSS World уже нет. Даже можно сказать, что по ряду 
возможностей GPSS STUDIO превосходит другие системы. Сделан 
огромный качественный скачок. Пользователи GPSS World получили современное и полнофункциональное средство комплексного 
проведения ИИСС.
Следует отметить, что в данной книге не описывается сам язык 
моделирования GPSS World, и в этом нет необходимости. Так как 
по нему имеется множество прекрасно написанных и широко известных книг [5; 1; 2; 4; 14; 17; 20; 21].
Наряду с изложением методологических подходов системного 
анализа и общего описания инструментальных средств, исполь

зуемых в среде моделирования GPSS STUDIO (глава 1), учебное 
пособие разбито на три большие части. В первой части приводится 
описание возможностей среды моделирования по формализации 
постановки задачи, выделения целей, задач и показателей исследуемой системы, разработке и отладке имитационной модели 
(главы 2, 3 и 4). Во второй — описываются средства и инструменты, 
имеющиеся в GPSS STUDIO, для создания из работающей и отлаженной модели приложения, понятного для специалиста предметной области исследования (глава 5). В третьей части излагаются 
возможности среды моделирования по разработке сценариев исследования и при проведении отдельных экспериментов и серий 
экспериментов в рамках созданного приложения, а также инструменты документирования результатов исследования и формулирования рекомендаций (глава 6).