WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |

Введение

Математическое моделирование является эффективным (а в ряде случаев и единственно возможным) средством исследования поведения сложных систем различной природы. В инженерной практике весьма часто встречаются случаи, когда процессы, происходящие в той или иной системе, могут быть представлены моделями порождения, обработки и преобразования тех или иных информационных, энергетических и материальных потоков. Системы данного класса получили название систем массового обслуживания (СМО). Эффективным средством исследования поведения подобных систем являются методы теории массового обслуживания (ТМО). Модели, которые строятся с использованием средств ТМО, относятся к классу математических моделей метауровня.

В терминах теории массового обслуживания могут быть описаны системы различной физической природы. Так, ТМО является эффективным средством анализа процессов, протекающих в телефонных сетях, сетях радиосвязи и телекоммуникаций; вычислительных системах и сетях. При анализе подобных систем наиболее важной задачей является определение скорости передачи или обработки информации, оценка пропускной способности, загрузки оборудования и т.д. При анализе транспортных систем важнейшими задачами являются определение скорости и объема перевозок, а также сокращение простоев. Процессы жизнедеятельности в биологических системах требуют прежде всего определения благоприятных условий жизни, размножения и развития отдельных особей или популяции (колонии, сообщества) в целом. Многие процессы деятельности человека (социальные, экономические, экологические) могут быть представлены моделями типа СМО. И даже обучение, представляемое как усваивание знаний и забывание, также может быть описано такими моделями [1].

К моделям ТМО также сводятся многие задачи организации и планирования производства [2, с. 502?538], задачи разработки эффективной структуры гибких автоматизированных производственных систем [3, с. 233] и систем автоматизированного проектирования [4, с. 104], оптимизации технологических процессов механической обработки и сборки [5, с. 56].

Любая система, поведение которой описывается средствами ТМО, неизбежно испытывает различного рода возмущения, источниками которых могут быть либо внешние воздействия, обусловленные случайными или систематическими изменениями окружающих условий, либо внутренние флуктуации, возникающие в самой системе в результате взаимодействия элементов. В процессе исследования системы такого типа представляются в виде стохастических моделей дискретных процессов (CМДП). С точки зрения математической постановки задачи, методы теории массового обслуживания являются аппаратом дискретного моделирования непрерывно?стохастических систем (метод Q?схем, от английского термина «queueing systems» системы с очередями).

Несмотря на успешное развитие и применение методов аналитического моделирования СМДП, основным средством исследования таких систем остается имитационное моделирование на ЭВМ с применением специализированных языков моделирования и реализующих их программных систем.

За всю историю развития вычислительной техники было создано более 300 языков и систем моделирования дискретных процессов, наиболее известными из которых являются языки, как SIMULA, SIMSCRIPT, GPSS, DSDS+ (моделирование дискретных систем); MIMIC, DYNAMO, ASCL Sim (моде­лирование непрерывных систем); MODISM, Mosis, Pasin, SDX (исследование комбинированных и гибридных моделей).

111111. Семейство языков моделирования GPSS Одним из первых языков описания стохастических моделей дискретных процессов был язык блокдиаграмм разработанный в начале 60х годов. На основе этого языка в 1961 году сотрудником компании IBM Дж. Гордоном был создан язык имитационного моделирования GРSS (General Рurрose Simulation System система моделирования общего назначения). Система GPSS предназначена для написания имитационных моделей систем с дискретными событиями. Наиболее удобно в системе GPSS описываются модели систем массового обслуживания, для которых характерны относительно простые правила функционирования составляющих их элементов.

В настоящее время существует множество программных систем, реализующих различные диалекты языка GPSS. Как правило, различные версии систем класса GPSS поддерживают некоторое «базовое» подмножество элементов языка GPSS, совпадающее во всех диалектах, и группы команд (операторов, блоков), расширяющих возможности системы и различающихся в различных ее версиях (в частности, команды графического отображения результатов моделирования, факультативные возможности анимации процесса моделирования, команды сохранения промежуточных и окончательных результатов моделирования на внешних носителях и т.д.). Разработаны версии системы GPSS, предназначенные для работы на различных аппаратных платформах (IBM/360, Vax, PC, Macintosh). В числе программных комплексов, предназначенных для работы на платформе IBM PC могут быть названы системы GPSS/PC различных версий (Minuteman Software), GPSS/H (Wolverine и Meridian Marketing Group), micro?GPSS, GPSSV, GPSSS (GPSS?Simula). Система GPSS/PC является «стандартом де?факто» в области дискретного моделирования технических систем и распространена чрезвычайно широко. Версия 2.0 системы GPSS/PC (1986 г.) обладает расширенными графическими возможностями и реализована в виде интегрированной среды, облегчающей работу с системой. Большинство программных систем семейства GPSS рассчитаны на работу под управлением MS?DOS и предъявляют весьма низкие требования к системным ресурсам.



В данных методических указаниях излагаются правила разработки имитационных моделей технических систем на языках GPSS/PC и micro?GPSS (лока­лизованная версия системы). Система micro?GPSS является «облегченной» версией GPSS. Количество операторов и команд, реализованных в системе micro?GPSS, является минимально достаточным для проведения моделирования и исследования поведения систем различной природы.

222222. Общие принципы построения и исследования имитационных моделей в системах класса GPSS В системах класса GPSS моделируемая система представляется с помощью набора абстрактных элементов, называемых объектами. Каждый объект принадлежит к одному из типов объектов.

Объект каждого типа характеризуется определенным способом поведения и набором атрибутов, определяемыми типом объекта. В теории массового обслуживания эти объекты называются приборами и заявками (обслуживающими аппаратами и транзактами). Когда обработка поступившего объекта заканчивается, он покидает систему. Если в момент поступления заявки прибор обслуживания занят, то заявка становится в очередь, где и ждет до тех пор, пока прибор не освободится. Очередь также можно представлять себе как объект, функционирование которого состоит в хранении других объектов.

Каждый объект может характеризоваться рядом атрибутов, отражающих его свойства. Например, прибор обслуживания имеет некоторую производительность, выражаемую числом заявок (транзактов), обрабатываемых им в единицу времени. Сама заявка может иметь атрибуты, учитывающие время ее пребывания в системе, время ожидания в очереди и т.д. Характерным атрибутом очереди является ее текущая длина, наблюдая за которой в ходе работы системы (или ее имитационной модели), можно определить ее среднюю длину за время работы ( или моделирования). В языке GPSS определены классы объектов, с помощью которых можно задавать приборы обслуживания, потоки заявок, очереди и т.д., а также задавать для них конкретные значения атрибутов.

3.3. Типы операторов и объектов GPSS Объекты программы GPSS описываются в тексте программы с помощью операторов. Каждый оператор GPSS относится к одному из четырех типов: операторыблоки, операторы определения объектов, управляющие операторы и операторыкоманды.

Операторыблоки формируют логику модели. В GPSS/PC имеется около 50 различных видов блоков, каждый из которых выполняет свою конкретную функцию (в micro?GPSS примерно вдвое меньше). За каждым из таких блоков стоит соответствующая подпрограмма транслятора, а операнды каждого блока служат параметрами этой подпрограммы.

Операторы определения объектов служат для описания параметров некоторых объектов GPSS. Примерами параметров объектов могут быть количество каналов в многоканальной системе массового обслуживания, количество строк и столбцов матрицы и т.п.

Управляющие операторы служат для управления процессом моделирования (прогоном модели). Операторыкоманды позволяют управлять работой интегрированной среды GPSS/PC. Управляющие операторы и операторыкоманды обычно не включаются в исходную программу, а вводятся непосредственно с клавиатуры ПК в процессе интерактивного взаимодействия с интегрированной средой.





После трансляции исходной программы в памяти ПК создается так называемая текущая модель, являющаяся совокупностью разного типа объектов, каждый из которых представляет собой некоторый набор чисел в памяти ПК, описывающих свойства и текущее состояние объекта. Объекты GPSS/PC можно разделить на семь классов: динамические, операционные, аппаратные, статистические, вычислительные, запоминающие и группирующие.

Динамические объекты, соответствующие заявкам в системах массового обслуживания, называются в GPSS транзактами. Они «создаются» и «уничтожаются» так, как это необходимо по логике модели в процессе моделирования. С каждым транзактом может быть связано произвольное число параметров, несущих в себе необходимую информацию об этом транзакте. Кроме того, транзакты могут иметь различные приоритеты.

Операционные объекты GPSS, называемые блоками, соответствуют операторамблокам исходной программы. Они, как уже говорилось, формируют логику модели, давая транзактам указания: куда идти и что делать дальше. Модель системы на GPSS можно представить совокупностью блоков, объединенных в соответствии с логикой работы реальной системы в так называемую блоксхему. Блоксхема модели может быть изображена графически, наглядно показывая взаимодействие блоков в процессе моделирования.

Аппаратные объекты GPSS — это абстрактные элементы, на которые может быть расчленено (декомпозировано) оборудование реальной системы. К ним относятся одноканальные и многоканальные устройства и логические переключатели. Многоканальное устройство иногда называют памятью.

Одноканальные и многоканальные устройства соответствуют обслуживающим приборам в СМО. Одноканальное устройство может обслуживать одновременно только один транзакт. На рис. 4.3 представлена схема простейшей системы массового обслуживания с одним обслуживающим аппаратом и очередью заявок.

Многоканальное устройство (МКУ) может обслуживать одновременно несколько транзактов. Логические переключатели (ЛП) используются для моделирования двоичных состояний логического или физического характера. ЛП может находиться в двух состояниях: включено и выключено. Его состояние может изменяться в процессе моделирования, а также опрашиваться для принятия определенных решений.

Статистические объекты GPSS служат для сбора и обработки статистических данных о функционировании модели. К ним относятся очереди и таблицы. Каждая очередь обеспечивает сбор и обработку данных о транзактах, задержанных в какойлибо точке модели, например, перед одноканальным устройством. Таблицы используются для получения выборочных распределений некоторых случайных величин, например, времени пребывания транзакта в модели.

К вычислительным объектам GPSS относятся переменные (арифметические и булевские) и функции. Они используются для вычисления некоторых величин, заданных арифметическими или логическими выражениями либо табличными зависимостями. Запоминающие объекты GPSS обеспечивают хранение в памяти ПК отдельных величин, используемых в модели, а также массивов таких величин. К ним относятся так называемые сохраняемые величины и матрицы сохраняемых величин. К объектам группирующего класса относятся списки пользователя и группы. Списки пользователя используются для организации очередей с дисциплинами, отличными от дисциплины «раньше пришел — раньше обслужен» (дисциплина FIFO).

Каждому объекту того или иного класса соответствуют числовые атрибуты, описывающие его состояние в данный момент модельного времени. Кроме того, имеется ряд так называемых системных атрибутов, относящихся не к отдельным объектам, а к модели в целом. Значения атрибутов всех объектов модели по окончании моделирования выводятся в стандартный отчет GPSS. Большая часть атрибутов доступна программисту и составляет так называемые стандартные числовые атрибуты (СЧА), которые могут использоваться в качестве операндов операторов исходной программы.

Pages:     || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 6 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.