Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Имитационное моделирование систем. Учебное пособие

.pdf
Скачиваний:
0
Добавлен:
11.08.2026
Размер:
584 Кб
Скачать

 

dp0

= -lp0 (t) + m(1 - p0 (t)) Þ

dp0

= -(m + l) p0 (t) + m .

 

 

 

 

dt

 

dt

Последнее выражение – это

линейное дифференциальное

уравнение с одним неизвестнымp0(t), которое можно решить со следующими начальными условиями: p0(t) = 1, p1(t) = 0

(в начальный момент канал обслуживания свободен). Приведем решение этого уравнения при l = const:

p0

(t) =

m

+

l

e- (l + m)t .

l + m

 

 

 

 

l + m

Обратите внимание, что для рассматриваемой СМО вероятность p0(t) есть относительная пропускная способность q(t) в момент времени t. Действительно, p0(t) – это вероятность того, что в момент t канал свободен, иначе вероятность того, что заявка будет обслужена. Другими словами, в момент t среднее число

обслуженных заявок к числу поступивших также равноp (t).

0

Поэтому следует считать q(t) = p0(t).

Из последнего равенства приt® ¥ (установившийся процесс обслуживания), имеем

q =

 

m

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l + m

 

 

 

 

Зная

 

относительную

пропускную

способностьq(t),

в

каждый

 

момент

времени

можно

определить

абсолютную

пропускную способность Q(t) как Q(t) = lq(t)

и в пределе, при

t® ¥ (установившийся процесс обслуживания):

 

Q =

 

lm

.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

l + m

 

 

 

 

Построенные соотношения легко позволяют определить вероятность отказа в обслуживании заявки в момент времени t:

Potk(t) = 1 - q(t)

31

и среднюю долю необслуженных заявок среди поступивших

L = lim P (t) = (1-

m

) =

l

.

 

 

t ®¥

otk

l + m

 

l + m

 

 

Информационная система (ИС) представляет собой одно рабочее место, на котором производится обработка некоторой информации. Заявка на обработку информации, поступившая в момент времени, когда рабочее место занято, получает отказ. Интенсивность потока заявок l = 0,8 (заявок в секунду), среднее время обработки t =1,5 с. Все потоки считаются простейшими.

Требуется определить:

-относительную пропускную способность ИС ;

-абсолютную пропускную способность ИС;

-среднюю долю не обслуженных заявок;

-фактическую пропускную способность ИС.

Ре ш е н . Определиме интенсивность потока

обслуживания заявок в виде

m = 1/ t = 1/1,5 = 0,667.

По формулам описанным выше, найдем соответственно

относительную и абсолютную

пропускные способности : ИС

q = 0,667 / (0,8 + 0,667) » 0,455; Q = 0,8×0,455 » 0,364.

Таким образом, в установившемся режиме обработки

информации ИС будет обслуживать около45% поступающих

 

заявок, а также способна в среднем обрабатывать0,364 заявки в

 

секунду.

 

 

 

 

 

Средняя

доля

необслуженных

заявок

определяется

по

формуле:

 

 

 

 

 

L = 0,8 / (0,8 + 0,667) » 0,545.

 

 

 

Значит

около 55 % поступивших

заявок

будет получать

 

отказ.

 

 

 

 

 

Фактическая

пропускная способность

определяется

из

условий того, что обработка каждой заявки длится точно 1,5 с и

 

32

заявки следуют одна за другой(интервал времени между поступлением заявок равен нулю). Тогда фактическая пропускная способность (номинальная производительность ИС) определяется как

Qmax = 1/ t = 0,667.

Номинальная производительность ИС почти вдвое больше, чем абсолютная пропускная способность. Это вызвано тем, что последняя формируется в условиях случайного характера потока заявок и времени обслуживания.

Проверить полученные теоретические данные можно при помощи имитационного моделирования. Текст программы на GPSS, которая имитирует простейшую СМО представлен ниже.

EXPON FUNCTION RN1,C20

 

 

 

0,0/.1,.104837/.22546,.25387/.33,.3988/.46179,.614632/

 

.56199,.82063/.654313,1.0553/.72535,1.2854/.78235,1.5178/

 

.8326,1.7777/.87027,2.0327/.90217,2.3124/.92775,2.6124/

 

.94621,2.9074/.96194,3.2468/.97264,3.5768/.98137,3.9521/

 

.98768,4.3566/.99736,5.192/1,8

 

 

 

GENERATE

800,FN$EXPON

 

 

 

QUEUE

1

 

 

 

 

SEIZE

1

 

 

 

 

DEPART

1

 

 

 

 

ADVANCE

667,FN$EXPON

 

 

 

RELEASE

1

 

 

 

 

TERMINATE

1

 

 

 

 

START

100000

 

 

 

Форматированный отчет.

 

 

 

START TIME

END TIME

BLOCKS

FACILITIES

STORAGES

 

0.000

80000705.683

7

1

0

 

NAME

 

VALUE

 

 

 

EXPON

 

10000.000

 

 

LABEL LOC

BLOCK TYPE

ENTRY COUNT CURRENT COUNT RETRY

1

GENERATE

11

 

0

0

2

QUEUE

11

 

0

0

3

SEIZE

10

 

0

0

4

DEPART

10

 

0

0

5

ADVANCE

10

 

0

0

6

RELEASE

10

 

0

0

7

TERMINATE

10

 

0

0

33

FACILITY

ENTRIES

UTIL.

AVE.

TIME AVAIL. OWNER PEND INTER

 

11

0.832

613.883

1

11

0

0

 

 

QUEUE

MAX CONT.

ENTRY

ENTRY(0)

AVE.CONT. AVE.TIME

AVE.(-0) RETRY

1

2

0

10

4

 

0.454

335.097

526.580

0

Анализ

результатов.

Теоретически

рассчитанная

фактическая

пропускная

 

способность(номинальная

производительность ИС)

 

 

 

Qmax = 1/ t

= 0,667.

 

 

 

Смоделированная фактическая

пропускная

способность

(номинальная производительность ИС).

 

 

AVE.TIME (Ср. время) = 613.9 -

Среднее время занятия

отдельными транзактами в течение периода измерения. Период измерения начинается со старта сеанса или с RESET или CLEARутверждения.

Теоретически рассчитанная средняя доля необслуженных

заявок

 

 

 

 

L = 0,8 / (0,8 + 0,667) » 0,545.

 

 

 

Смоделированная

средняя

доля не

обслуженных

заявок

AVE (-O) = 526.29 -

«Среднее

время»,

использованное

на

единицу содержимого очереди в течение периода измерения, исключая "нулевые входы". Результирующий интервал времени

делится на общее число входов без числа нулевых входов

 

Теоретически

рассчитанная

абсолютная

пропускная

способность ИС Q = 0,8×0,455 » 0,364.

Смоделированная абсолютная пропускная способность ИС

AVE.TIME (Ср. время) = 335.1 -

«Среднее

время»,

использованное на

единицу

содержимого очереди

в течение

периода измерения. Результирующий

интервал времени делится

на общее число входов.

 

 

 

Теоретически

рассчитанная

относительная

пропускная

способность ИС q = 0,667 / (0,8

+ 0,667) » 0,455.

 

34

Смоделированная

относительная

пропускная

способность

 

ИС AVE.COUNT

(Ср.

содержимое)

=

0.45 –

«Среднее

 

взвешенное

время»

содержимого

объекта-очереди

в

течение

 

периода измерения. Результирующий интервал времени делится

 

на длительность времени периода измерения.

 

 

 

 

Полученные результаты с помощью GPSS близки к

 

теоретически рассчитанным (находятся в 5% интервале).

 

 

Состояние

СМО

характеризуется

состоянием,

ОА

транзактов

и очередей

к .

ОАСостояние

ОА

описывается

 

двоичной

переменной,

которая

может

принимать

значения

 

«занят» или «свободен». Переменная

характеризуется

 

количеством находящихся в ней транзактов.

 

 

 

 

Имитационная модель СМО представляет собой алгоритм,

 

отражающий

поведение

СМО, т.е. отражающий

изменения

 

состояния СМО во времени при заданных потоках , заявок

поступающих на входы системы. Параметры входных потоков

 

заявок – внешние

параметры

СМО.

Выходными

параметрами

 

являются величины, характеризующие свойства системы–

 

качество ее функционирования. Примеры выходных параметров:

 

производительность

СМО –

среднее

 

число

 

,заявок

обслуживаемых в единицу времени; коэффициенты загрузки

 

оборудования

отношение

времен

обслуживания

к

общему

времени в каждом ОА; среднее

время

обслуживания

одной

заявки. Основное свойство ОА, учитываемое в модели СМО, –

 

это затраты времени на обслуживание, поэтому внутренними

 

параметрами

 

 

в

модели

 

СМО

являются,

вели

характеризующие это свойство ОА. Обычно время обслуживания

 

рассматривается

 

как

случайная

величина,

в

качестве

внутренних

 

параметров

 

фигурируют

параметры

 

законов

распределения этой величины.

 

 

 

 

 

 

 

 

Имитационное моделирование позволяет исследовать СМО

 

при различных типах входных потоков

и

интенсивностях

поступления заявок на входы, при вариациях параметров ОА, при

 

различных

дисциплинах

обслуживания

заявок. Дисциплина

 

обслуживания

правило,

по

которому заявки

поступают

из

очередей на обслуживание. Величина, характеризующая право на

 

первоочередное

 

обслуживание,

называется

приоритетом.

35

В моделях СМО заявки, приходящие на вход занятого ОА, образуют отдельные очереди для заявок каждого приоритета. При освобождении ОА на обслуживание принимается заявка из непустой очереди с наиболее высоким приоритетом.

 

Основной тип ОА– одноканальные устройства, именно в

 

них происходит обработка транзактов с затратами времени. К ОА

 

относятся также накопители, отображающие средства хранения

 

обрабатываемых

деталей

в

производственных

линиях

или

обрабатываемых

данных

в

вычислительных .

системах

Накопители характеризуются не временами обслуживания заявок,

 

а

емкостью –

максимально

 

возможным

количеством

одновременно находящихся в накопителе заявок. К элементам

 

имитационных моделей СМО, кроме ОА, относят также узлы и

 

источники заявок. Связи ОА между собой реализуют узлы, т.е.

 

характеризуют правила, по которым заявки направляются к тому

 

или иному ОА.

 

 

 

 

 

 

 

Пример: необходимо промоделировать работу участка цеха,

 

состоящего из нескольких станков и обрабатывающего два потока

 

деталей различного типа. Маршрут обработки деталей двух типов

 

представлен на рис. 7.

 

 

 

 

 

 

Определить для рабочего дня и рабочей недели среднюю

загрузку каждого

станка,

среднее

 

время обработки

деталей

каждого типа, какова длина очередей на обработку для станков, какой размер склада необходим для данного потока деталей.

Предложить способы модификации участка цеха с целью повышения эффективности его работы.

Рис. 7. Маршрут обработки деталей первого и второго типа

36

Исходные

данные

для

 

структуры

участка,

це

распределение операций по станкам, определение очередей к

 

станкам, а также интервалы времени обработки каждым станком

 

заданы в табл. 16.

 

 

 

 

Таблица 16

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица определений для приема

 

 

 

 

Элементы GPSS

 

Назначение

 

 

 

Транзакты:

 

 

 

 

 

 

 

1-й сегмент модели

 

Детали первого типа

 

 

 

2-й сегмент модели

 

Детали второго типа

 

 

 

3-й сегмент модели

 

Таймер

 

 

 

 

 

Станки (время)

 

 

 

 

 

 

 

А11 (5,2; 7,3)

 

Операции 1 и 4

 

 

 

 

А2 (20,4; 15,5)

 

Операции 2 и 6

 

 

 

 

А3 (10,3; 15,5)

 

Операции 3 и 5

 

 

 

 

Очереди

 

 

 

 

 

 

 

 

АА1

 

 

Общая очередь к станку А11

 

 

 

АА2

 

 

Общая очередь к станку А2

 

 

 

АА3

 

 

Общая очередь к станку А3

 

 

 

Текст программы на GPSS:

 

 

 

 

 

GENERATE

30,5

 

QUEUE

AA1

 

 

 

 

QUEUE

AA1

 

SEIZE

A11

 

 

 

 

SEIZE

A11

 

DEPART

AA1

 

 

 

DEPART

AA1

 

ADVANCE

7,3

 

 

 

ADVANCE

5,2

 

RELEASE

A11

 

 

 

RELEASE

A11

 

QUEUE

AA3

 

 

 

 

QUEUE

AA2

 

SEIZE

A3

 

 

 

 

SEIZE

A2

 

DEPART

AA3

 

 

 

DEPART

AA2

 

ADVANCE 15,5

 

 

 

ADVANCE

20,4

 

RELEASE

A3

 

 

 

RELEASE

A2

 

QUEUE

AA2

 

 

 

 

QUEUE

AA3

 

SEIZE

A2

 

 

 

 

SEIZE

A3

 

DEPART AA2

 

 

 

 

DEPART

AA3

 

ADVANCE

15,5

 

 

 

ADVANCE

10,3

 

RELEASE

A2

 

 

 

RELEASE

A3

 

TERMINATE

480

 

 

 

TERMINATE

 

GENERATE

 

 

 

GENERATE

20,5

 

TERMINATE

1

 

 

 

Вданном примере таймер настроен на выполнение

моделирования в течение8-часового рабочего .дняДля выполнения моделирования в течение 5 дней таймер должен быть

37

откорректирован, т.е. в предпоследней строке Generate меняем с

480 до 2400.

Выходные данные 480:

FACILITY ENTRIES UTIL. AVE. TIME AVAIL. OWNER PEND INTER RETRY

A11

 

40

0.530

6.355

1

0

0

0

 

0

A3

 

32

0.913

13.702

1

38

0

0

 

0

A2

 

26

0.924

17.057

1

29

0

0

 

0

QUEUE MAX CONT. ENTRY ENTRY(0) AVE.CONT. AVE.TIME AVE.(-0) RETRY

AA1

1

0

40

28

0.082

0.988

 

3.293

0

AA3

4

3

35

2

2.169

29.741

31.543

0

AA2

11

11

37

1

4.189

54.342

55.851

0

FEC XN

 

PRI

BDT

ASSEM

CURRENT

NEXT

PARAMETER

VALUE

29

 

0

487.950

29

10

11

 

 

 

 

38

 

0

492.967

38

27

28

 

 

 

 

43

 

0

493.911

43

0

18

 

 

 

 

42

 

0

496.434

42

0

1

 

 

 

 

44

 

0

960.000

44

0

35

 

 

 

 

Выходные данные 2400:

FACILITY ENTRIES

UTIL.

AVE. TIME AVAIL. OWNER PEND INTER RETRY

A11

 

199

0.509

 

6.136

1

200

0

0

0

A3

 

172

0.955

 

13.331

1

138

0

0

0

A2

 

139

0.985

 

17.004

1

141

0

0

0

QUEUE MAX CONT. ENTRY ENTRY(0) AVE.CONT. AVE.TIME AVE.(-0) RETRY

AA1

1

0

199

145

0.069

 

0.834

 

3.075

0

AA3

5

1

173

17

1.230

 

17.060

 

18.919

0

AA2

58

58

197

1

28.400

 

345.991

 

347.756

0

FEC XN

PRI

BDT

ASSEM

CURRENT

NEXT PARAMETER

VALUE

138

0

2400.255

138

15

16

 

141

0

2402.088

141

10

11

 

200

0

2405.816

200

22

23

 

202

0

2418.387

202

0

18

 

201

0

2422.321

201

0

1

 

203

0

4800.000

203

0

35

 

 

Обсуждение

результатов

моделирования приведено

в табл. 17-19:

 

 

Таблица 17

 

 

 

 

 

 

 

Средняя загрузка станков (в %)

 

Станок

В течение 8 часов

В течение рабочей недели

 

 

А11

 

53

50

 

 

А2

 

92

98

 

 

 

 

 

 

 

 

А3

 

91

95

 

 

 

 

 

 

 

38

 

 

 

 

Таблица 18

 

 

 

Максимальная длина очередей к станкам

 

Станок

 

В течение 8 часов

В течение рабочей недели

 

 

А11

 

1

1

 

 

 

 

 

 

 

 

А2

 

11

58

 

 

 

 

 

 

 

 

А3

 

4

5

 

 

 

 

 

Таблица 19

 

 

Среднее время обработки деталей на станках (в мин)

 

Станок

 

В течение 8 часов

В течение рабочей недели

 

 

А11

 

6,1

6,1

 

 

 

 

 

 

 

 

А2

 

17

17

 

 

 

 

 

 

 

 

А3

 

13,7

13,3

 

Общее число обработанных деталей в течение 8 ч равно 24, в течение рабочей недели – 139. Эти данные могут служить

основанием для расчета необходимого размера склада готовой продукции. Из результатов моделирования можно сделать вывод, что первый станок А1 загружен на 50 %. Перегружен станок А2.

Станок А3 загружен оптимально.

 

 

 

Для повышения эффективности работы данного

участка

цеха при данном потоке можно использовать два станка А2. Для

проверки

данного

предположения

надо

внести в

программу

модели изменения.

 

 

 

 

 

Текст программы на GPSS:

ADVANCE

15,5

 

A2 STORAGE

2

RELEASE

A3

 

GENERATE 30,5

TERMINATE

LEAVE A2

 

 

QUEUE

AA1

GENERATE 20,5

TERMINATE

480

 

SEIZE

A11

QUEUE

AA1

GENERATE

 

DEPART

AA1

SEIZE

A11

TERMINATE

1

 

ADVANCE

5,2

DEPART

AA1

 

 

 

RELEASE

A11

ADVANCE

7,3

 

 

 

QUEUE

AA2

RELEASE

A11

 

 

 

ENTER

A2

 

QUEUE

AA3

 

 

 

DEPART

AA2

SEIZE

A3

 

 

 

ADVANCE

20,4

DEPART

AA3

 

 

 

LEAVE

A2

 

ADVANCE 15,5

 

 

 

QUEUE

AA3

RELEASE

A3

 

 

 

SEIZE

A3

 

QUEUE

AA2

 

 

 

DEPART

AA3

ENTER

A2

 

 

 

ADVANCE

10,3

DEPART AA2

 

 

 

39

Выходные данные работы участка в течение рабочего дня:

FACILITY ENTRIES

UTIL.

AVE. TIME

AVAIL. OWNER PEND INTER RETRY

A11

38

 

0.502

 

 

6.343

1

0

0

0

0

A3

36

 

0.915

 

 

12.203

1

38

0

0

0

QUEUE

MAX CONT. ENTRY

ENTRY(0) AVE.CONT. AVE.TIME

AVE.(-0)

 

AA1

1

0

38

 

30

0.081

1.024

 

4.863

 

AA3

2

1

37

 

2

0.668

8.667

 

9.162

 

AA2

1

0

36

 

31

0.036

0.475

 

3.423

 

STORAGE

CAP.

REM.

MIN.

MAX.

ENTRIES AVL.

AVE.C.

UTIL. RETRY

 

A2

2

0

0

2

 

36

1

1.346

0.673

0

 

Выходные данные работы участка в течение рабочей недели:

FACILITY ENTRIES

UTIL.

AVE. TIME

AVAIL. OWNER PEND INTER RETRY

A11

199

0.514

 

6.204

1

0

0

0

0

A3

185

0.983

 

12.753

1

184

0

0

0

QUEUE

MAX CONT. ENTRY ENTRY(0) AVE.CONT. AVE.TIME

AVE.(-0)

 

AA1

1

0

199

153

0.082

0.984

 

4.257

 

AA3

15

13

198

2

5.782

70.090

70.805

 

AA2

1

0

191

166

0.028

0.354

 

2.708

 

STORAGE

CAP. REM. MIN. MAX.

ENTRIES AVL.

AVE.C. UTIL. RETRY

A2

2

0

0

2

191

1

1.351

0.676

0

 

Общее число обработанных деталей в течение 8 ч равно 34,

втечение рабочей недели – 183.

7.Имитационное моделирование информационных

вычислительных систем

(ПК-23)

Рассмотрим пример на простейшей модели ВС пакетной обработки. Введенные блоки позволяют построить простейшую

модель работы вычислительной системы

(ВС)

с пакетной

обработкой поступающих заданий. Задания

на

выполнение в

виде колод перфокарт поступают на вход ВС

через случайные

интервалы времени, после чего они либо сразу же выполняются, если ВС свободна, либо становятся в очередь.

Время выполнения случайно. В первом приближении можно считать, что интервалы между поступлениями заданий и

40

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]