WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 11 |

5. При динамическом имитационном моделировании можно получать любое количество оценок вероятностной модели, проводя ее прогоны. Подробное изучение полученных оценок приемлемо использовать при оптимизации модели.

К сожалению, несмотря на неоспоримые достоинства имитационного моделирования, в настоящее время в России этот метод исследования сложных систем используется мало, это связано с тем, что разработка таких моделей требует больших временных и стоимостных затрат. Но тенденции последнего времени вселяют надежду на то, что ситуация изменится и имитационное моделирование в России будут также широко и активно использовать, как в США, Канаде и Европе.

Именно для того чтобы компенсировать этот пробел российской действительности, в курсе «Компьютерное моделирование» рассматриваются средства имитационного моделирования на примере мощного программного пакета (ПП) Arena 7.0.

3.2. Математические основы ПП Arena 7.В основе ПП Arena 7.0 заложен математический аппарат систем массового обслуживания (СМО) и сетей Петри. В связи с этим – для лучшего понимания процесса имитации, модулей и их параметров в ПП Arena 7.0 – рассмотрим основы этих математических аппаратов.

3.2.1. Системы массового обслуживания Система массового обслуживания состоит из одного или более обрабатывающих устройств (сервисов), обслуживающих прибытие сущностей, ещ называемых требованиями или фишками, в систему [5].

Сущности (требования) – это индивидуальные элементы, обрабатываемые в системе. Сущность, находящая сервис занятым, встает в очередь перед сервисом (обрабатывающим устройством).

Сущности представляют собой описание динамических процессов в реальных системах. Они могут описывать как реальные физические объекты, так и нефизические объекты. Сущностями могут быть:

клиенты, обслуживаемые в ресторане, больнице, аэропорту; документы, части, которые должны быть обслужены или обработаны. В бизнеспроцессах – это документы или электронные отчеты (чеки, заказы, контракты). В производственных моделях, сущностями является сырье, компоненты или готовая продукция. Кроме этого, под сущностями понимают различные типы объектов, типы пакетов данных в сети, данные в программных пакетах. В табл. 3.1 приведены элементы СМО.

Таблица 3.Основные элементы СМО Название элемента Назначение элемента СМО СМО Генерируют поступление сущностей в систему Генераторы и временные интервалы их прибытия Количество обрабатывающих устройств в Обрабатывающие системе, количество очередей, время обработки устройства (сервисы) одной сущности Правило, по которому обрабатывающее устройство выбирает сущность для Очередь обслуживания В зависимости от поведения сущности, поступившей в систему обслуживания в момент, когда все обрабатывающие устройства заняты, СМО делятся на три группы [1, 5]:

– системы с отказами, или системы с потерями;

– системы с ожиданием, или системы без потерь;

– системы смешанного типа.

В системах с отказами (системах с потерями) любая вновь поступившая сущность на обслуживание, застав все сервисы занятыми, покидает систему. Примером системы с отказами может служить работа автоматической телефонной станции: абонент получает отказ, если необходимая линия связи занята.

В системах с ожиданием (системах без потерь) сущность, поступившая в систему, может е покинуть только после того, как будет обслужена. В таких системах сущности, поступившие в момент, когда все сервисы заняты, образуют очередь. Примером системы обслуживания без потерь является система ремонта техники связи:

неисправная техника не может быть использована без ремонта.

В системах смешанного типа сущность, поступившая, когда все сервисы заняты, некоторое время ожидает в очереди, и если за это время не принимается к обслуживанию, то покидает систему. Примером такой системы является обслуживание абонента в переговорном зале междугородной телефонной станции (МТС): абоненту разговор должен быть предоставлен в течение 1 часа. Если за это время разговор не состоялся, то, как правило, абонент покидает МТС.

По числу обрабатывающих устройств (сервисов) различают:

одноканальные СМО и многоканальные СМО.

В свою очередь, многоканальные системы могут состоять из однотипных и разнотипных (по пропускной способности) каналов.

По числу сущностей, которые могут одновременно находиться в обслуживающей системе, различают системы с ограниченным и неограниченным потоком требований.

Существуют системы обслуживания, в которых обрабатывающие устройства расположены последовательно (пронумерованы). Очередное требование поступает сначала на первое из них и лишь в том случае, если он занято, передается второму и т. д. Такие системы называются упорядоченными. Все остальные системы обслуживания, в которых требования распределяются между обрабатывающими устройствами по любому другому принципу, относятся к числу неупорядоченных систем.

По характеру источника сущностей (генератора) различают СМО с конечным и бесконечным количеством требований на входе, соответственно различают замкнутые и разомкнутые СМО. В первом случае в системе циркулирует конечное, обычно постоянное количество требований, которые после завершения обслуживания возвращаются в генератор.

Кроме того, все СМО можно разделить по дисциплине обслуживания [27].

Дисциплина обслуживания определяется правилом, которое устройство обслуживания использует для выбора из очереди следующего требования (если таковые есть) по завершении обслуживания текущего требования. Обычно используются такие дисциплины очереди:



– FIFO (First-In, First-Out): требования обслуживаются по принципу «первым прибыл – первым обслужен»;

– LIFO (Last-In, First-Out): требования обслуживаются по принципу «последним прибыл – первым обслужен»;

– приоритет: требования обслуживаются в порядке их значимости.

3.2.2. Сети Петри Часто аналитики в задачах анализа и синтеза сложных систем обращаются к формальным системам, основанным на использовании сетей Петри. Структура сети Петри задается ориентированным двудольным мультиграфом, в котором одно множество вершин состоит из позиций, а другое множество – из переходов [11].

Сеть Петри – это направленный двусторонний граф, состоящий из позиций (Р) и переходов (Т). Основные элементы сети Петри представлены в табл. 3.2.

Таблица 3.Элементы сетей Петри Название элемента Изображение элемента Позиция (Р) Переход (Т) Дуга Переходы в сети Петри являются событиями, которые изменяют состояния в реальной системе. На рис. 3.1 приведен пример интерпретации сети Петри.

Рис. 3.1. Интерпретация сети Петри Формальный аппарат сетей Петри предназначен для моделирования систем различного рода и отражает состояния исследуемой системы состоянием сети. Состояние сети Петри определяется ее маркировкой. Количество и распределение фишек сети определяют динамику исследуемой системы. Сеть Петри выполняется посредством запусков переходов в результате удаления фишек из его входных позиций и добавления их в выходные позиции перехода.

Последовательность срабатываний переходов полностью определяет поведение сети. Таким образом, сеть Петри описывает структуру системы, ее состояние и поведение.

Среди достоинств аппарата сетей Петри можно указать следующие:

– позволяет моделировать асинхронность и недетерминизм параллельных независимых событий (в сети Петри могут одновременно и независимо друг от друга сработать несколько переходов), конфликтные взаимодействия между процессами;

– позволяет использовать единые методологические позиции для описания программного обеспечения, аппаратных средств и информационного обмена между системами;

– предоставляет возможность введения любой степени иерархической детализации описываемых программных и аппаратных подсистем модели;

– имеет большую анализирующую мощность, которая позволяет формальными средствами доказывать существование или отсутствие определенных состояний сети Петри.

Однако формальная модель сетей Петри, в силу своей универсальности, имеет ряд недостатков, затрудняющих практическое применение для моделирования сложных систем. К основным таким недостаткам можно отнести следующие:

– высокая трудоемкость анализа сетей большой размерности, а реальные бизнес-процессы предприятия моделируются именно сетями большой размерности;

– описательная мощность сетей Петри недостаточна для содержательного моделирования систем;

– обычные сети Петри не отражают требуемые временные характеристики моделируемой системы;

– фишка сети Петри не представляет собой никакой информации, кроме самого факта ее наличия, поэтому чрезвычайно сложно отразить преобразование информации при срабатывании переходов сети Петри;

– невозможность проведения логических преобразований и как следствие – невозможность управления продвижением фишек по сети.

Недостатки сетей Петри не позволяют описывать сложные системы и в настоящее время используются для описания простейших операций. Также эти факторы явились причиной разработки подклассов и расширений сетей Петри, в которых вводятся определенные ограничения на структуру сети, что позволяет использовать более простые алгоритмы для ее анализа либо дополнительные элементы формальной системы, призванные увеличить ее описательную мощность.

Большого внимания заслуживают сети высокого уровня, такие, как раскрашенные сети Петри (Color Petri Net), являющиеся модификацией сетей Петри и отличающиеся хорошо разработанным математическим аппаратом, широко применяемые для самых разнообразных практических целей. Основной причиной высокой эффективности этих формальных моделей является то, что они без потери возможностей формального анализа позволяют исследователю получить значительно более краткие и удобные описания, чем те, которые могут быть сделаны с помощью сетей низкого уровня. В сетях высокого уровня сложность моделей может быть разделена между структурой сети, надписями и описаниями. Это позволяет осуществлять описание значительно более сложных систем и анализировать процессы преобразования данных с помощью общепринятых математических выражений вместо сложного набора позиций, переходов и дуг.

Раскрашенные сети Петри, в отличие от обычных сетей Петри, позволяют описывать структуру системы в виде иерархии диаграмм.

Но у данного аппарата моделирования также не устранен ряд недостатков, которые присущи сетям Петри. К таким недостаткам можно отнести:

– необходимость знания разработчиком специфического языка описания моделей;

– отсутствие использования принципов объектноориентированного подхода;

– низкая гибкость и трудоемкость описания систем в случае их декомпозиции до уровня некоторых элементарных бизнес - операций.

Раскрашенные сети Петри до сих пор применяются для моделирования сложных систем.

Все недостатки СМО и сетей Петри учтены и устранены разработчиками ПП Arena 7.0. Кроме того, этот программный пакет имеет множество необходимых операторов, законов распределения и других элементов, которые привели к его широкому распространению.





Хотелось бы добавить несколько слов о том, почему Arena 7.является программным пакетом. Это связано с тем, что Arena 7.0 кроме основного модуля моделирования и анализа систем, имеет следующие встроенные программные средства:

1. Input Analyzer. Это средство позволяет анализировать входные данные, определять закономерности входных данных для дальнейшего их использования при моделировании систем.

2. Output Analyzer. Это средство позволяет анализировать выходные данные, полученные в результате проведенных экспериментов с моделью.

3. Process Analyzer. Меняет значения параметров модели, структуру модели, занятость ресурсов, их полезность и т. д., сравнивает альтернативные сценарии и выбирает тот сценарий, который имеет наилучший результат. Сравнивая эти сценарии работы модели, можно определить лучшее решение (но не оптимальное, т. к. нельзя просмотреть все возможные решения, т.е. исследовать полностью область допустимых решений), но все-таки определить лучшее решение таким способом возможно 4. Генератор отчетов. Выводит данные по результатам моделирования в виде текстовых данных, графиков, диаграмм.

5. Visio Process Analyzer.

6. OptQuest. Является инструментом оптимизации задач, предназначен и специально настроен для анализа результатов моделирования, выполненного с помощью пакета Arena.

Система имитационного моделирования Arena – основной программный продукт Systems Modeling. Корпорация Systems Modeling была основана в 1982 г. Деннисом Педгеном, автором SIMAN – первого промышленно-ориентированного общецелевого языка имитационного моделирования. В настоящее время область деятельности Systems Modeling включает в себя имитационное моделирование и разработку технологического программного обеспечения [30, 32, 34].

Система Arena позволяет моделировать виды деятельности, представленные на рис. 3.2.

С помощью Arena можно достичь основных целей моделирования сложных систем:

– понять, как устроен исследуемый объект: какова его структура, основные свойства, законы развития и взаимодействие с окружающей средой;

– выявить «узкие места» в материальных, информационных и других потоках;

– выделить переменные, наиболее важные для успешного функционирования моделируемой системы, и проанализировать имеющиеся между ними связи;

Рис. 3.2. Области применения Arena – научиться управлять системой, определять наилучшие способы управления при заданных целях и критериях;

– прогнозировать прямые и косвенные последствия реализации заданных форм и способов воздействия на систему.

3.3. Начало работы с программным пакетом Arena 7.3.3.1. Создание модели с помощью ПП Arena 7.Для того чтобы создать новую модель, необходимо открыть ПП Arena 7.0 через Пуск Rockwell SoftwareArena7.0Arena7.0.1.

После запуска Arena автоматически открывается новый файл. Модули помещаются на панель методом «drug & drop», соединяются с помощью коннектора. Если модуль остается «горячим» (т. е. выделенным), то при помещении нового модуля на рабочую область (окно блок-схемы) эти модули автоматически соединяются друг с другом.

Среда моделирования Arena представлена на рис 3.3.

Рис. 3.3. Среда моделирования Arena Окно приложения разделено на три области:

1. Окно рабочего поля модели, в котором описывается логика модели с использованием схемных (графических) модулей. Окно рабочего поля представляет графику модели, включая блок-схему процесса, анимацию и другие элементы.

2. Окно свойств модулей, в котором отображаются свойства всех модулей (как модулей данных, так и схемных), имеющихся и используемых в модели.

3. Окно проекта – это навигатор системы, в котором отображается рабочая панель со всеми модулями и другие доступные и открытые панели.

Окно проекта включает в себя несколько панелей:

1. Basic Process Panel (панель основных процессов) – содержит модули, которые используются для моделирования основной логики системы.

2. Advanced Process Panel (панель усовершенствованных процессов) – содержит дополнительные модуле для создания моделей со сложной логикой процесса.

3. Advanced Transfer Panel (панель перемещения) – содержит специально разработанные блоки для моделирования процесса перемещения объектов с помощью транспортера или конвейера.

4 Reports (панель отчетов) – панель сообщений: содержит сообщения, которые отображают результаты имитационного моделирования.

5. Navigate (панель навигации) – панель управления позволяет отображать все виды модели, включая управление через иерархические подмодели.

Таким образом, для того чтобы разрабатывать имитационные модеи с использованием ПП Arena, необходимо изучить 3 основные панели: Basic Process Panel, Advanced Process Panel и Advanced Transfer Panel.

Каждая из этих панелей состоит из двух типов модулей: схемных модулей (Flowchart Modules) и модулей данных (Data Modules).

Рассмотрим более подробно состав каждой панели, свойства и назначение каждого модуля.

3.4. Basic Process Panel (панель основных процессов) 3.4.1. Схемные модули Модуль Create Этот модуль является отправной точкой для сущностей в имитационной модели. Сущности – это индивидуальные элементы, обрабатываемые в системе. Создание сущностей модулем происходит по расписанию или же, основываясь на значении времени между прибытиями сущности в модель. Покидая модуль, сущности начинают обрабатываться в системе. Тип создаваемых сущностей определяется в этом модуле.

Pages:     | 1 |   ...   | 3 | 4 || 6 | 7 |   ...   | 11 |










© 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.