Имитационное моделирование систем. Учебное пособие

1402020000 -08

УДК 681.3.06

Ч

Без объявл.

ББК 3 817я7

ОК 2 (03) – 2016

ISBN 978-5- 00032-180-5

© Черняева С. Н., Денисенко В. В., 2016

© ФГБОУ ВО «Воронеж. гос. ун-т

инж. технол.», 2016

следующие компетенции:

09.03.02 –

«Информационные

системы и

технологии»

дисциплины «Имитационное моделирование систем»:

ОПК-2 - способность

использовать

основные

законы

естественно-научных

дисциплин

в

профессионально

деятельности, применять методы математического анализа и

моделирования,

теоретического

и

экспериментального

исследования;

экспериментальных исследований;

09.03.03

–

«Прикладная

информатика»

дисциплины

«Имитационное моделирование процессов»:

ОПК-2

-

способность

анализировать

социально-

экономические

задачи и процессы с применением методов

системного анализа и математического моделирования;

ПК-23 - способность

применять

системный

подход

и

математические методы в формализации решения прикладных

задач.

Пособие помогает практически освоить методологии и

принципы построения имитационных программ в

среде GPSS.

Для программной реализации моделей применен языкGPSSV

(General Purpose

System

Simulator Virtual) как

наиболее

эффективное

и

распространенное

программное

средство

моделирования

сложных

дискретных

,

системуспешно

типовых математических

схем,

построить

обобщенную

и

детальную

схемы

объекта

моделирования, разработать

алгоритмическое

описание

работы

модели. Кроме

того,

необходимо

провести

качественные

и

количественны

аналитические

оценки

исследуемых

характери

моделируемого

объекта

для

сравнения

с

результатам

(ПК-5)

В

математических

моделях

сложных

,

объект

представленных в виде систем массового обслуживания(СМО),

используют

средства

обслуживания, называемые

обслуживающими аппаратами (ОА), и обслуживаемые заявки,

называемые транзактами. Так, в модели производственной линии

ОА отображают рабочие места, а

транзакты –

поступающие на

отработку

детали –

материалы

и инструменты. В модели

информационной

системы

отображают

узлы

коммутации,

накопители

информации, процессоры, оперативную

память,

а

транзакты – заявки и запросы на обработку информации.

Язык моделирования дискретных системGPSS построен в

предположении,

что

моделью

сложной

дискретной

системы

является описание ее элементов и логических правилих

взаимодействия в процессе функционирования моделируемой

системы. Предполагается также, что для определенного класса

моделируемых

систем

можно

выделить

небольшой

набор

абстрактных

элементов — объектов.

Причем

набор

логических

правил ограничен и может быть описан небольшим числом

стандартных

операций.

Комплекс

программ,

описывающих

функционирование

объектов

и

выполняющих

логические

операции, является основой для создания программной модели

системы данного класса.

Объекты GPSS подразделяются на 7 категорий и 14 типов.

Объекты

GPSS

позволяют

описать их

взаимодействие

сравнительно

несложными наборами операций и достаточно

просто и наглядно представить процесс функционирования

исследуемой

системы S,

формализуемой

в

видеQ-схемы,

с

помощью этих объектов языка.

Кроме

того,

для

облегчения

пользователю

процесса

построения модели вGPSS разработан язык блок-диаграмм,

позволяющий

упростить переход от алгоритма к

программе

модели системы S. Каждый блок GPSS имеет свой графический

аналог. С помощью набора графических аналогов отображается

пространственная конструкция модели, упрощая дальнейшую

линеаризацию программы модели.

Построение

блок-диаграмм

знакомит

программиста

с

набором операторов языка. Набор операторов языка однозначно

соответствует набору блоков для описания блок-диаграммы.

Вследствие этого очевидно, что построение блок-диаграммы

является не самоцелью, а лишь промежуточным этапом при

написании

имитационной

модели

исследуемой

системы

с

использованием операторов языкаGPSS. При этом процесс

создания модели можно изобразить в виде схемы, показанной на

рис. 1.

Исходное

Формализация

Декомпозиция

Перевод

описание

системы в

системы к

блок –

модели-

терминах Q-

виду блок –

диаграммы

руемой

схем

диаграммы

в

системы S

GPSS

программу

Рис. 1. Процесс создания модели с использованием GPSS

Основой

GPSS являются

программы, описывающие

функционирование выделенного конечного набора объектов, и

специальная

диспетчеризирующая

программа-симулятор,

основные функции которой следующие:

· обеспечение

заданных

программистом

маршрутов

продвижения

динамических

объектов, называемых

далее

транзактами (сообщениями) ;

· планирование

событий, происходящих в модели,

путем

регистрации

времени

наступления

каждого

события

выполнения их в нарастающей временной последовательности;

· регистрация

статистической

информации

функционировании модели;

· продвижение

модельного

времени

в

процес

моделирования системы.

2.

Основное окно и меню программы

(ПК-5)

GPSS World – это общецелевая система моделирования,

значительно

облегчающая

процесс создания и выполнения

программ

имитационного

моделирования. В

книге

рассматривается

студенческая

версия

системыGPSS World,

которую можно бесплатно скачать с сайта фирмыMinuteman

Software

по

адресу:

www.minutemansoftware/download.

Cтуденческая версия системы GPSS World так же эффективна,

как

и

коммерческая, и

на

сегодняшних

персональных

компьютерах выполняется в тысячу раз быстрее, чем работала

оригинальная

версия GPSS/PC

в

1984

году.

В

процессе

инсталляции

система GPSSW по

умолчанию устанавливается в

каталог C:\Program Files\Minuteman Software\GPSS World Student

Version.

Для

системы GPSSW

требуется

IBM-совместимый

компьютер

с

ОСWindows

95,

98

и выше. Целесообразно

использовать процессоры типаPentium II и выше. Желательно

иметь мышь. Требуется, по меньшей мере, 32 Мбайт оперативной

памяти

и 10 Мбайт свободного пространства на

жестком диске

(винчестере).

Запуск

системы GPSSW

можно

выполнить

несколькими

способами.

Первый

способ:

дважды

щелкните

мышью по файлу GPSSW.exe в каталоге, в котором была

установлена

система. Появится

главное

окно

системыGPSS

World. Второй способ:

состоящую

из

главного , менюсистем

выпадающих

и

всплывающих меню (подменю). Главное меню служит для вызова

выпадающих меню. Набор пунктов главного меню располагается

во второй строке главного окна системы GPSS. Выпадающее

меню

предназначено

для

вызова

всплывающего,

меню

диалогового окна или соответствующей команды. Выпадающее

меню располагается

под соответствующим

пунктом

главного

меню.

Всплывающее

меню

позволяет

вызывать

другое

всплывающее меню, диалоговое окно или соответствующую

команду.

Всплывающее

меню

располагается

справа

от

выбранного пункта выпадающего меню. Для выбора пункта

всплывающего

меню

достаточно

щелкнуть по

нему

левой

кнопкой мыши.

Рис. 2. Главное окно системы GPSS World

Главное

меню обеспечивает доступ ко всем средствам

системы GPSSW. По своей сути главное меню является основным

управляющим центром этой системы. Роль дополнительного

центра

играет

стандартная панель инструментов, ключающая

ряд

кнопок,

за

которыми

закреплены

наиболее

часто

используемые команды. Система меню GPSSW – это хорошо

скоординированная совокупность выпадающих и всплывающих

меню. После щелчка мышью по любому пункту главного меню

или

нажатия

на«горячие» клавиши (HotKeys)

на экране

появляется соответствующее выпадающее меню. «Горячая»

клавиша

выделяется

в

названии

пункта

меню

пу

подчеркивания одной буквы. Чтобы с помощью клавиатуры

получить быстрый доступ к пункту главного меню, а значит и к

нужному выпадающему меню, необходимо нажать на клавишу

Alt и, удерживая ее, на ту алфавитную клавишу, название которой

подчеркнуто. Например, для быстрого обращения к пунктуView

(Вид) достаточно нажать

комбинацию клавишAlt+V.

Вызов

Многие

пункты

главного

меню

заблокированы

и

обесцвечены серым тоном до тех пор, пока вы не откроете и не

создадите соответствующие объекты системыGPSSW. Чтобы

закрыть выпадающее или всплывающее меню, достаточно нажать

на клавишу Esc или щелкнуть мышью по полю окна вне меню.

Выпадающее меню – это меню, появляющееся после щелчка по

любому пункту главного меню. Оно, в свою очередь, состоит из

пунктов

подменю,

или

команд. Пункт

меню, после

названия

которого

стоит

многоточие, – диалоговая команда,

и при

ее

выборе появляется диалоговое окно. Если в правой части пункта

имеется треугольная стрелка, то при выборе такого пункта

открывается подменю (всплывающее меню). В том случае если

яркость

пункта

понижена, этот пункт в данный момент не

доступен для использования. Флажок (галочка), предшествующий

пункту или появляющийся при его

выборе, свидетельствует

о

том, что пункт может находиться во включенном или вы

ключенном состоянии: он считается включенным при наличии

флажка

слева

и

выключенным– при

отсутствии. Справа

от

(shortcut keys, acceleration keys), предназначенные

для

оперативного доступа к этому пункту или команде. Далее

рассмотрим выпадающие меню для каждого пункта

главного

меню.

(ПК-5)

Для

описания имитационной

модели

на

языкеGPSS

полезно представить ее в виде схемы, на которой отображаются

элементы

СМО –

устройства,

накопители, узлы

и источники.

Описание

на

языкиGPSS

есть

совокупность

операторов,

характеризующих

процессы

обработки

. заявокИмеются

операторы и для отображения возникновения заявок, задержки их

в ОА, занятия памяти, выхода из СМО, изменения параметров

заявки.

Каждый транзакт, присутствующий в модели, может иметь

до 12 параметров. Существуют

операторы, с помощью

которых

можно изменять значения любых параметровтранзакта, и

операторы, характер исполнения которых зависит от значений

того или иного параметра обслуживаемого транзакта.

Пути

продвижения

заявок

между

ОА

отображаются

последовательностью

операторов в

описании

модели на языке

GPSS специальными

операторами

передачи

управления. Для

моделирования используется событийный метод. Соблюдение

правильной временной последовательности имитации событий в

СМО обеспечивается интерпретатором GPSS – программной

системой,

реализующей

алгоритмы

имитационного

моделирования.