Ю.О. Олійник, асистент
Національний технічний університет України «КПІ», м.Київ, Україна
ВИБІР ЗАСОБІВ ІМІТАЦІЙНОГО МОДЕЛЮВАННЯ ДЛЯ ІНТЕГРАЦІЇ З СИСТЕМОЮ УПРАВЛІННЯ ДЕРЖАВНИМИ ФІНАНСАМИ
Досліджено можливості засобів імітаційного моделювання щодо вирішення завдань середньострокового бюджетного планування та інтеграції з системою управління державними фінансами. Формалізовано вимоги до засобів імітаційного моделювання. Проведено аналіз відповідності засобів імітаційного моделювання вимогам системи управління державними фінансами. Створено та обґрунтовано архітектуру програмного рішення з інтеграції засобів імітаційного моделювання та системи управління державними фінансами. Показано, що одним з найкращих інструментальних засобів імітаційного моделювання для вирішення завдань середньострокового бюджетного планування є AnyLogic, а серед безкоштовних програмних засобів може бути використаний Repast.
Постановка проблеми
Наша країна переходить на середньострокове бюджетне планування державного та місцевих бюджетів. У рамках впровадження системи управління державними фінансами (СУДФ) [3] необхідно розробити методології сценарного середньострокового бюджетного планування. Міністерством фінансів сформовано ряд вимог щодо сценарного бюджетного планування та формування прогнозів:
Реалізацію сценарного бюджетного планування пропонується виконати засобами імітаційного моделювання (далі ІМ), а формування прогнозів – за рахунок інтелектуального пошуку корисної інформації (Data Mining). У роботі Олійника Ю. О. було обґрунтовано доцільність МГУА для прогнозування бюджетних показників [2]. Дослідження застосування інших засобів Data Mining винесена за рамки даного дослідження.
Цілі дослідження
Дослідити можливості інтеграції інструментальних засобів ІМ з СУДФ для вирішення завдань сценарного середньострокового бюджетного планування. Створити архітектуру інтеграції програмного рішення.
Аналіз останніх досліджень та публікацій
У сучасному імітаційному моделюванні сформувалися і найбільш широко застосовуються три основні підходи: дискретно-подійне моделювання, системна динаміка і агентне моделювання. Слід зазначити, що якщо традиційні підходи в імітаційному моделюванні практично не отримали суттєвого розвитку за останні 40 років, то в розробці програмних систем відбулися революційні зміни, які радикально змінили принципи роботи зі складними системами. У Томашевського В.М. [12] докладно описано програмні комплекси iThink та Stella, інтерактивний пакет для моделювання Simulink, об’єктно-орієнтований пакет SIMPLE++, мови GPSS, SIMSCRIPT та інші. У роботі Нгуен Ши Данга наводиться детальний огляд чотирьох систем ІМ – Process Charter, Powersim, Ithink та Extend+BPR [4]. У роботі [5] наводиться детальний огляд більше ніж 50-ти систем ІМ за такими критеріями: типові області та основні ринки для застосування, графічні можливості та можливості програмування, типи моделювання, що підтримуються та інше. У роботі [6] проведено дослідження засобів ІМ для бюджетної системи України та обґрунтовано вибір засобу ІМ, орієнованого на системну динаміку. У той же час у даних роботах не проведено детального аналізу щодо можливостей інтеграції систем ІМ з системами класу СУДФ.
Виклад основного матеріалу
Ефективне вирішення завдань середньострокового бюджетного планування державного та місцевих бюджетів ґрунтується на основі економіко-математичних методів і моделей. Згідно з аналізом останніх досліджень для вирішення цих завдань найкраще підходять засоби ІМ, орієнтовані на системну динаміку, крім того можуть бути використані засоби, що підтримують агентне моделювання.
Виходячи з постановки проблеми та аналізу останніх досліджень, наведемо вимоги до інструментальних засобів ІМ:
Опис джерел даних, що надходять до СУДФ. Великий обсяг інформаційних показників буде продукуватись у СУДФ спеціалістами Міністерства фінансів України та місцевих фінансових органів, розпорядниками та одержувачами бюджетних коштів, Державного казначейства України, Головної контрольно-ревізійної служби. Крім того, для забезпечення всіх функцій СУДФ необхідно поповнювати даними з інших джерел, наприклад, макроекономічними, прогнозними показниками соціально-економічного розвитку на середньострокову перспективу.
Також необхідна інтеграція з зовнішніми системами, такими як банківська система (СЕП), «Управління державним боргом» та іншими.
Опис програмної архітектури СУДФ. Основу СУДФ на рівні державного та місцевих бюджетів складають системи класу «Казна», що експлуатуються на рівні державного казначейства та АІС «Держбюджет» та ІАС «Місцеві бюджети», що експлуатуються на рівні Міністерства фінансів та місцевих фінансових органів. Для централізованого доступу передбачається впровадження веб-порталу як єдиної точки входу та функціонування, а також аналітичної платформи, що включає формування сховища даних усіх показників. Архітектура розробленого рішення для прогнозування показників уже розглядалась у роботі Олійника Ю.О. [2].
Обґрунтування вибору інструментальних засобів ІМ. За результатами аналізу останніх досліджень та вимог до засобів ІМ вибрано 5 продуктів для дослідження можливості інтеграції з СУДФ: iThink / Stella, AnyLogic, Vensim, PowerSim, Repast.
Stella / iThink. Програмні комплекси Stella і iThink підтримують дискретно-подійний та системно-динамічний підходи моделювання. В зазначених системах моделюються фінансові потоки, які завдяки візуальному інтерфейсу представлені у вигляді наочної схеми та графічних діаграм [5]. Пакети можна використовувати в єдиному комплексі з електронними таблицями і базами даних завдяки можливості імпорту-експорту даних до файлів формату CSV, XLS. Це забезпечується режимом DDE (dynamic data exchange), який забезпечує обмін даними в реальному масштабі часу.
Переваги:
Недоліки:
Vensim. Пакет Vensim являє собою інструмент для візуального моделювання, що підтримує розробку концептуальної моделі, документування, власне моделювання, аналіз результатів та оптимізацію моделей динамічних систем. Це простий і гнучкий засіб для побудови імітаційних моделей систем з причинно-наслідковими зв’язками, фондами і потоками. Пакет має графічний редактор для побудови моделей, а також розвинені засоби візуалізації поведінки моделі. Інтеграція з іншими системами (C/C++ API, Java API, VB API, ODBC) відбувається через механізм DLL.
Переваги:
Недоліки:
PowerSim. Powersim призначений для побудови неперервних і частково дискретних моделей. Фактично дозволяє «малювати» динамічні моделі (створювати діаграми), тобто здійснювати візуальне моделювання. Powersim Constructor (PSC) має ще одну перевагу – можливість обміну даними з різними застосуваннями. Таке управління здійснюється за допомогою макросів, що реалізують механізм динамічного обміну даними (DDE). Powersim інтегрується з ERP фірми SAP. У Powersim можлива інтеграція з реляційними БД, Microsoft Excell, C++, VB, ASP, HTML API, існує SDK [6].
Переваги:
Недоліки:
Repast. The REcursive Porous Agent Simulation Toolkit (Repast) [8] є провідним відкритим і вільним джерелом бібліотек для масштабного агентного моделювання.
Repast має складний вбудований планувальник, який підтримує дискретно-подійне моделювання. Repast дозволяє використовувати великий набір комунікаційних механізмів з різноманітними топологіями взаємодії, включає повний набір утиліт для зберігання і відображення стану агентів. У систему також включені утиліти для автоматичної інтеграції як з комерційними, так і вільно доступними географічними інформаційними системами (ГІС). Repast базується на мові Java та платформі Microsoft.NET і на скриптах Python, він повністю об'єктно-орієнтований. У Repast можлива інтеграція з Java API, C++ API, існує SDK.
Переваги :
Недоліки :
AnyLogic. AnyLogic дозволяє робити не тільки системно-динамічне моделювання, але також агентне, дискретно-подійне та їх комбінацію. AnyLogic фактично дозволяє «малювати» динамічні моделі (створювати діаграми), тобто здійснювати візуальне моделювання [7].
Модель в AnyLogic наочна та інтерактивна, набір підтримуваних AnyLogic графічних інструментів досить різноманітний. Модель в AnyLogic є Java-додатком і може бути розміщена в мережі як аплет. Відмінність AnyLogic від інших існуючих рішень у тому, що модель повністю самостійна і не потребує встановлення на веб-сервер спеціального програмного забезпечення. Це гнучкий інструмент імітаційного моделювання, що пропонує великий арсенал засобів опису структури, поведінки і даних модельованої системи, а також можливість додати вираз, оператор, функцію або бібліотеку на мові Java. AnyLogic – система з відкритою архітектурою. Моделі, побудовані в AnyLogic, можуть працювати з будь-яким офісним або корпоративним ПЗ, а також з користувацькими модулями, написаними на різних мовах. Модель може динамічно читати і зберігати дані в електронних таблицях, базах даних, системах планування корпоративних ресурсів та управління взаємовідносинами з клієнтами, а також бути вбудованою у виробничий або контур управління (Java API, Excel/Access, SDK, ODBC, JDBC).
Переваги:
Недоліки:
Оцінка відповідності засобів ІМ вимогам СУДФ. Для оцінки відповідності систем імітаційного моделювання вимогам СУДФ запропоновано бальне оцінювання. Ваги показників визначаються за 5-ти бальною шкалою. Для показника «Можливість працювати через веб-інтерфейс» береться максимальна оцінка 2 бали, оскільки це обов’язкова вимога. Показник «Підходи, що підтримуються» визначає підходи моделювання, що підтримує засіб ІМ. Показник «Інтеграція з ІАБ та БП СУДФ» визначає можливості програмних інтерфейсів інтеграції, включаючи веб-сервіси. Показник «Можливість завантаження з електронних таблиць та текстових документів» визначає можливості засобу ІМ завантажувати електронні таблиці та документи.
Таблиця 1
Відповідність систем імітаційного моделювання вимогам СУДФ
Інструментальні засоби імітаційного моделювання
|
Підходи, що підтримуються |
Інтеграція з ІАБ та БП СУДФ |
Можливість завантаження з електронних таблиць та текстових документів |
Можливість працювати через веб-інтерфейс
|
Підсумкова оцінка |
---|---|---|---|---|---|
iThink / Stella |
3 |
2 |
4 |
0 |
9 |
AnyLogic |
5 |
5 |
5 |
2 |
17 |
Vensim |
3 |
4 |
5 |
0 |
12 |
PowerSim |
3 |
5 |
5 |
2 |
15 |
Repast |
3 |
3 |
4 |
2 |
12 |
За результати оцінювання найвищу оцінку отримав AnyLogic, що має широкі засоби моделювання, візуалізації, інтеграції, підтримує найбільшу кількість підходів моделювання. Особливістю PowerSim є наявність розроблених засобів інтеграції з продуктами SAP, що є значною перевагою під час реалізації СУДФ на платформі промислової ERP-системи. Vensim та Repast отримали однакову кількість балів. Але враховуючи безкоштовність Repast, він є більш привабливим засобом ІМ, що може легко бути інтегрований у СУДФ засобами API та SDK.
Обґрунтування вибраної програмної архітектури з інтеграції засобів ІМ та СУДФ. Взаємодію засобів ІМ з СУДФ пропонується реалізувати через інтеграцію з такими програмними компонентами архітектури [3], як :
Виходячи з аналізу можливостей засобів ІМ та архітектури [3], наведемо наступні програмні інтерфейси для інтеграції ІМ та компонент СУДФ:
Архітектура інтеграційного рішення з деталізацією програмних інтерфейсів наведена на рисунку 1. На даний момент жодний з вищеперерахованих засобів ІМ не підтримує SOA архітектуру. Тому реалізацію інтеграції на рівні веб-сервісів необхідно проектувати як реалізацію сценаріїв для інтеграційної платформи, а також і доопрацювати можливості засобів ІМ щодо підтримки SOA архітектури.
Рис. 1. Програмна архітектура інтеграції засобів ІМ та СУДФ
Висновки
Формалізовано вимоги до засобів ІМ для вирішення завдань середньострокового бюджетного планування та інтеграції з СУДФ.
Проведено аналіз засобів ІМ та визначено, що основними можливостями для інтеграції є програмні інтерфейси API, Java-аплети, ASP та інтеграція з базами даних на рівні інтерфейсів ODBC та JDBC.
Проведено оцінку відповідності засобів ІМ вимогам СУДФ та показано, що одним з найкращих інструментальних засобів імітаційного моделювання для вирішення завдань середньострокового бюджетного планування є AnyLogic. Цей засіб кросплатформений, має широкі можливості моделювання та засоби інтеграції з іншими системами. Серед безкоштовних програмних засобів Repast визначається широкими можливостями інтеграції та агентного моделювання.
Створено та обґрунтовано архітектуру програмного рішення з інтеграції засобів ІМ та СУДФ.
Перспективами подальших робіт є дослідження ефективності застосування агентних моделей для вирішення завдань середньострокового бюджетного планування та інших завдань бюджетного планування та аналізу. Крім того, необхідно провести дослідження реалізації взаємодії засобів ІМ з підтримкою системної динаміки та агентного моделювання через механізм веб-сервісів.
Список використаних джерел