МЕТОДИКА РАЗРАБОТКИ КОМПЬЮТЕРНЫХ ИГРОВЫХ СИМУЛЯТОРОВ УПРАВЛЕНЧЕСКОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ
к. т.н.,
Ключевые слова: ситуация, позиция, способ, инструмент управления, процесс, характеристика, параметр, функциональная зависимость, игровой симулятор, управленческая деятельность, образовательная программа, достаточность, управляемость, результативность, эффективность, скорость, ресурсопотребление.
Абстракт
Методика разработки компьютерных игровых симуляторов имеет специфические особенности. Должны быть определены: цели симулятора в образовательной программе; ключевые имитируемые позиции и способы действий позиций в имитируемых ситуациях, применяемые ими инструменты. Уместно обозначение двух рамок: обеспечение представлений о целостности системы и обеспечение представлений о взаимосвязях внутри этой системы. Предполагается демонстрация моделью симулятора результатов игровых действий. Модель симулятора должна в соответствии с предопределенным сценарием ходом событий генерировать ситуации, обуславливающие потребность в использовании того или иного инструмента и способа действия обучающимся.
При разработке модели объектов симулятора характеристики исходного материала должны быть различимы в процессе определения характеристик протекания самого процесса, а также характеристик результата. Характеристики, описывающие внутреннее устройство деятельности, должны обеспечивать расчет характеристик результативности протекания процессов деятельности, а также определять структуру характеристик ресурсного обеспечения. Вышеперечисленные характеристики определяют результаты протекания процессов, а именно: достаточность, управляемость, результативность, эффективность, скорость, ресурсопотребление.
1. Этапы разработки
Методика разработки программных продуктов, предназначенных для использования в образовательной деятельности, имеет специфические особенности [1]. Первым этапом разработки имитационной системы следует считать подготовку принципиального задания на конструкцию симулятора, включающим в себя определение и постановку целей, а также обозначение и наполнение содержанием базовых элементов симулятора. Наряду с принципиальной конструкцией имитационной системы должна быть положена, условно называемая, «базисная ситуация» - предмет игры - ситуация, являющаяся полем действия для всех ролей, участвующих в учебном мероприятии с использованием игрового управленческого симулятора. Данное решение создает условия для взаимодействия всех позиций. Если не создано общего контекста, в котором действуют все позиции, симулятор распадается на множество мелких – индивидуальных ситуаций, исключающих любое взаимодействие через конкуренцию/кооперацию/конфликт.
На втором этапе должны быть определены принципиальные позиции и способы взаимодействия данных позиций, а так же реакция модели (демонстрируемые эффекты) симулятора на взаимодействие позиций в разных ситуациях. Необходимо заложить в принципиальную модель способы действия позиций в имитируемых ситуациях, применяемые инструменты и, как следствие, специфику эффектов, которые могут проявляться в проектируемой игре.
Обозначенные выше результаты необходимы для третьего этапа – фазы разработки процессной модели, посредством которой обеспечивается демонстрация изменений ситуации, демонстрация эффектов действий позиции внутри симулятора. Второй и третий этап необходимо выполняться в итеративном режиме. Пройдя этап построения макета ситуаций, позиций, системы эффектов, оснащая данный макет требуемой системой процессов, выделив ключевые характеристики, следует возвратиться на второй этап для проверки адекватности демонстрации процессной моделью того, что заложено на этапе принципиальной конструкции и уточнить, отвечает ли система процессов требованиям демонстрации элементов второго слоя схемы (ситуации, позиции, эффекты).
Завершается разработка подготовкой описаний функциональных зависимостей поведения элементов модели и последовательности процедур их выполнения.
2. Требования к разработке математической модели
При разработке симулятора уместно обозначение двух рамок: обеспечение представлений о целостности системы и обеспечение представлений о взаимосвязях внутри этой системы. Содержание рассматриваемой имитационной системы может быть представлено посредством трех типов описаний: описания внутреннего устройства деятельности; описания внешних по отношению к деятельности процессов; описания ситуаций, по отношению к рассматриваемой деятельности и связки её с внешними процессами. Данные три типа описаний подразумевают различный инструментарий разработки частей симуляции и помещения их в модель математических зависимостей и в программное обеспечение. Cуществуют несколько подходов к описанию предметной области в модельной конструкции. В описываемой методике инструментом такого описания предлагается использовать метод выделения процессов внутри обозначенной предметной области и создание модели подобной системы процессов внутри имитационной системы.
Действия внешней позиции в определенной ситуации влияют на ход процессов в моделируемой симулятором деятельности. Но и результаты процессов моделируемой деятельности изменяют ситуацию для внешней позиции. Таким образом, ситуация является с одной стороны ограничителем по отношению к взаимодействию обучающегося с деятельностью, с другой стороны, выступают местом проявления реакции, демонстрации эффектов на действия обучающегося.
Так как учебное игровое мероприятие локализовано во времени, то общим правилом математического моделирования является не достижение наибольшего соответствия (подобия) реальным процессам, а демонстрация эффекта действий обучающего, в том числе за счет нарушения пропорций, показателей математической модели, сформированных классическими методами моделирования экономических процессов [2].
Процесс, представляющий из себя цепочку взаимосвязанных действий по преобразованию входного материала в продукт, для целей разработки симуляций может быть рассмотрен в отрыве от моделирования отдельных действий внутри процесса. Для нас они неразличимы. Процесс является центральным элементом описания. В процедуре концептуального проектирования симуляции он является последним уровнем описания.
Конструкцию симулятора можно строить и из более мелких «деталей». Например, детализировать процесс до «функций», или до «действий». Но такая детализация на этом этапе не всегда нецелесообразна, нужные элементы, для построения симуляции, видимы и на уровне процессов.
При обсуждении конструкции симулятора характеристики исходного материала должны быть различимы в ходе определения характеристик протекания самого процесса а также характеристик результата. Это означает, что если, например, мы вводим такую характеристику процесса, как скорость, и заявляем, что и от исходного материала, в том числе, зависит скорость протекания процесс, то исходный материал должен быть охарактеризован параметрами таким образом, что при вычислении параметра «скорость» мы должны иметь возможность использовать введенный параметр, характеризующий исходный материал, для определения его влияния на «скорость». Следуя данной логике, и результат процесса также должен иметь характеристики, различимые потребителем этого результат.
Для целей моделирования потребитель результата какого-либо моделируемого процесса всегда выдвигает требования к различимости этого результата процессом-потребителем. Данное правило выдвигается одним из важнейших в процессе построения конструкции симулятора.
Затем выделяются характеристики, описывающие внутреннее устройство деятельности, которые также определяют характеристики результативности протекания процесса, а также объявляют требования к обеспечению, ресурсному снабжению. То или иное устройство процесса, например, степень технологичности, степень автоматизации процесса, определяют характеристики его требований к обеспечению, а также к характеристикам, определяющим результат. Важно, что требования со стороны процесса к ресурсному обеспечению должны быть так же описаны характеристиками, различимыми по отношению к ресурсу.
Соотнесение характеристик, описывающих требования к ресурсному обеспечению, с характеристиками ресурса формирует понятие «достаточности ресурса». Оно является характеристикой, демонстрирующей степень реализации процессами обеспечения ресурсами требований, определенных устройством процесса. Достаточность ресурса напрямую завязана на получение характеристик результата протекания процесса. Также ресурс может быть рассмотрен в связи с результатом процесса посредством характеристики «качества ресурса».
В процессном подходе рассматривается логика «цепочки добавленной ценности», что предполагает следующую логику: результатом этапов производства продукта является качественный прирост характеристик, добавляющий ценность для потребителя. В этом заключается отличие «исходного материала» от «ресурса» в процессном подходе. «Ресурс» неразличим потребителем в конечном продукте, в отличии от «исходного материала». К «исходному материалу» на этапах производства добавляется ценность.
Все вышеперечисленные характеристики определяют характеристики протекания процессов, например: результативность, эффективность, скорость, ресурсопотребление.
Ресурсопотребление - характеристика потребности процесса в ресурсе для достижения номинального результата при номинальной скорости протекания. В зависимости от той или иной конфигурации внутреннего устройства процесса может варьироваться.
Скорость - привязка действий по достижению результата к временной оси, также зависит от других характеристик элементов процессной схемы.
Результативность - характеристика, демонстрирующая различие между «эталонным продуктом» процесса и фактически полученным, степень достижения процессом планируемого результата.
Эффективность процесса - комплексная характеристика, отражающая отношение полученного результата к затраченным усилиям на получение такого результата.
Принципиально в процессной модели продукт можно описать через два типа характеристик. Первый – характеристики употребимости. Они обозначают связку продукта с потребителем: как продукт себя будет вести в будущем, используясь в процессах-потребителях. Второй тип – характеристики производственных затрат стоимости: аналитический взгляд в прошлое, оценивающий затраты в широком смысле слова на предыдущих этапах.
Оценивая использование ресурсов внутри организации (замкнутой системы процессов), можно различать использование собственных ресурсов и использование внешних (аутсорсинговых) процессов обеспечения ресурсами. Данное различение позволяет привносить в конструкцию имитационной системы специфику разных подходов к обеспечению. При обсуждении использования внешних ресурсов возникает необходимость проработки факторов «управляемости» внешних процессов, «надежности» их протекания. В случае обсуждения такого специфического ресурса как персонал через различение внутренний/внешний ресурс, можно обсуждать характеристику лояльности персонала.
Описав базовую единицу построения системы процессов, можно рассмотреть типовую систему процессов, протекающих внутри организации, как один из наиболее распространенных предметов моделирования внутри имитационных систем.
Выделяем несколько типов процессов, характеризуемых разными типами результатов и разными местами дальнейшего употребления результатов данных процессов. Центральным процессом выступает основная производственная цепочка, в которой каждый процесс внутри этой цепочки добавляет ценностную сущность исходному материалу, проходящему обработку. Производственная ценность здесь рассматривается с позиции конечно потребителя продукта, полученного на выходе цепочки. При этом выделяем вход с характеристиками, различимыми относительно производственной цепочки, и продукт - с характеристиками, различимыми с позиции его потребителя. Определяем модели эффектов, демонстрирующих реакцию внешних позиций на результат деятельности организации. Также выделяем обеспечивающие процессы, продукт которых характеризуется через характеристики достаточности обеспечения основного производственного процесса. Ресурс может быть представлен материально-технической базой, персоналом, доступным капиталом. Разные ресурсы требуют разных характеристик описания и разных инструментов управления. Далее выделяется слой, к которому относятся процессы, связанные с развитием. Результат данных процессов определят качество протекания (результативность, эффективность, скорость, ресурсопотребление) других процессов внутри организации.
Необходимо выделить особый экран результатов процессов, не связанный с продуктовым выходом процессов, и имеющий иные единицы измерения процессов. На такой экран, например, во многих случаях можно поместить экономические показатели, опосредованные действиями внутри процессной системы, а именно: доходы, расходы, себестоимость, прибыль, рентабельность, поступление и выбытие денежных средств, кредиторская и дебиторская задолженность. Всвязи с этим необходимо упомянуть о различии экономических и финансовых показателей. В задачах управления финансы выступают в качестве ресурса, например: имеющиеся денежные средства, доступные кредиты, - и используются одним из обеспечивающих процессов.
3.Модель ситуации.
Разрабатываемая модель игрового симулятора должна в соответствии с предопределенным сценарием ходом событий генерировать ситуации, обуславливающие потребность обучающегося в использовании того или иного способа действия и инструментов.
Рассматривая процессную модель, можно выделить несколько условий в данном типе симуляторов, изменяя которые можно создавать ситуации, требующие реакции со стороны игровой позиции. Ситуации можно разворачивать: на рынке сбыта продукта деятельности через изменение характеристик структуры и динамики спроса, изменение характеристик ресурсных рынков (дефицит, избыток ресурса); за счет изменения требований со стороны нормирующих позиций (ужесточение, ослабление норм, появление новых областей нормирования); на входе процесса (моделируя поставку «исходного материала», можно создавать на ресурсных рынках дефицит или избыток сырья). Если моделируется нематериальное производство, производство услуг, то его можно рассматривать, как частный случай ситуаций внутри рынков сбыта (изменение спроса).
4. Техническое проектирование
Каждому этапу разработки симуляторов соответствует определенный набор базовых элементов, посредством которых, реализуется построение конструкции симулятора на этом или ином этапе.
На этапе концептуального проектирования используются схемы, закладывающие принципиальную конструкцию имитационной системы. В таких схемах прорисовываются ситуации, позиции, взаимозависимость позиций, инструменты и способы и т. д.
На следующем этапе базовым элементом построения конструкции является характеристика, описывающая элементы процессной системы, представленной процессами, результатами, входами процессов, ресурсами, взаимосвязями между процессами и т. д. Характеристика – принципиальное описание свойств объектов процессной модели, с точки зрения элементов, находящихся во взаимосвязи с описываемым элементом, а так же с точки зрения свойств самой взаимосвязи.
Переход к техническому проектированию в предлагаемой методике предполагает процедурное описание: выделение математических правил взаимодействия элементов и изменение элементов процессной модели. Для этого этапа основополагающим элементом является параметр. Параметр – математическая характеристика элемента процессной схемы, единица описания свойств объекта в статичном состоянии. В связке с функциональными зависимостями и последовательностью вычислений посредством параметров можно описать переход рассматриваемого объекта из одного состояния в другое. Для этого следует ввести правила и приемы описания данного перехода объекта из одного состояния в другое.
Параметром мы описываем качественные характеристики предмета, его свойства. Отличные друг от друга экземпляры предмета могут иметь одинаковые характеристики, одинаковые нормы поведения, и, как следствие, одинаковые параметры, а так же способы вычисления значений этих параметров. С целью универсализации описания и уменьшения объема программного кода можно использовать особый элемент описания – срез.
В процессе реализации программной части симулятора различаются параметры, выполняющие разные функции, и по-разному представленные в информационной системе: настроечные параметры, сценарные параметры, стартовые параметры, рассчитываемые параметры, параметры – решения, отчетные параметры. Представленная типология не строга, один параметр может относиться к нескольким типам.
Стартовые параметры – параметры, характеризующие начальные условия внутри симуляции в точке старта. Для осуществления расчетов внутри симуляции им необходимы входные данные (входные параметры). Чтобы запустить расчет значений внутри первого периода, в модели должны существовать все требуемые значения параметров. В зависимости цели употребления симуляции в образовательной программе стартовые значения параметров могут различаться. На старте игры для реализации разных образовательных задач можно ставить разных обучающихся в равные условия, можно - в различные.
Сценарные параметры – инструмент реализации различных изменений ситуаций во время прохождения обучающимся игры. Сценарный параметр не рассчитывается, его значения устанавливаются применительно к каждому периоду игры. Можно иметь несколько вариантов сценарных параметров, представляющих один какой-либо аспект симуляции, но моделирующий разные ситуации. Например, увеличение темпов экономического роста в симуляторе или его уменьшение.
Настроечные параметры – параметры, не изменяющиеся в ходе игры. Данные параметры используются для настройки функциональных зависимостей математической модели. Для получения того или иного эффекта при расчете результата могут использоваться различные корректирующие коэффициенты, изменяющие степень влияния компонентов расчета на итоговый результат.
Для обеспечения интерфейсного слоя взаимодействия обучающегося с симулятором предусмотрено два типа параметров: решения – формализованное изменение объектов симулятора обучающимися; отчетные параметры – демонстрация реакции поведения объектов симулятора обучающемуся.
Расчетные параметры – параметры, чьи значения являются результатом взаимодействий объектов внутри имитационной системы. Как правило, представляют большую часть параметров модели, и именно данный тип параметров характеризует эффекты в симуляции – поведение её объектов с течением времени.
Заключение
Предложенные методы проектирования, ключевые этапы, формы представления результатов специфичны для задач разработки игровых симуляторов управленческой деятельности. Вышеописанная методика является описанием опыта реализации реальных проектов разработки игровых симуляторов управления региональном [3] и управления вузом.
Библиографический список
1. Разработка и апробация современных технологий организации учебного процесса в инновационных образовательных учреждениях высшего профессионального образования./ Отчет по исполнению государственного контракта в 4 томах. Инв.№02.2.006 04860
2. Шариков имитационное моделирование механизмов корпоративного управления : Дис. ... канд. техн. наук : 05.13.10 - Воронеж, 2003
3. Andrei E. Volkov, Alexander A. Klimov, Michael J. Tugaev, Svetlana I. Lysova, Vyacheslav V. Shoptenko. Simulation and gaming in public administration: how to teach financial and budgetary management // Bridging the gap: Transforming knowledge into action through gaming and simulation. Editors: Willy C. Kriz & Thomas Eberle Copyright and Publisher: SAGSAGA - Swiss Austrian German Simulation And Gaming Association, Munich, Germany ISBN: 3-00-013988-5
