Тема 6

6. Основні принципи алгоритмізації та розробки програмного забезпечення процесів імітації складних систем

6.1. Процедура формалізації об'єкта імітаційного моделювання

Етап формалізації СС передує розробці обчислювальної програми ІМ і базується на вже розробленій узагальненій структурі алгоритму моделі, яка створена за обраним автором способом моделювання. У ході формалізації ОМ, як правило, виконується наступний перелік дій:

• уточнення рівня декомпозиції ОМ;

• проведення алгоритмізації компонент моделі;

• виконання інформаційного стикування алгоритмів окремих компонент моделі;

• визначення керуючих зв'язків між компонентами моделі;

• уточнення взаємодії алгоритмів компонент з КПМ;

• розробка документації етапу.

Уточнення рівня декомпозиції системи.

Відповідно до обраних показників якості функціонування системи, які плануються для дослідження за допомогою ІМ, на етапі складання змістовного опису ОМ був визначений необхідний рівень його деталізації. Це дало змогу виконати декомпозицію ОМ на структурні елементи, розроблено систему зв’язків між ними, визначено склад ФД, які виконуються над компонентами процесу, а також умови виконання цих ФД. Після цього на узагальненому алгоритмічному рівні можна було розробити процедуру взаємодії компонент, які надійшли до ОМ і знаходяться в різних його елементах системи, з КПМ.

При імітації ОМ активностями уточнюється склад активностей, що імітують функціональні дії ФД_ij, і алгоритми виконання перевірки умов ініціалізації їх відповідних активностей АК_ij. Зазвичай уточнення зводиться до поділу деяких активностей на менші складові з відповідними меншими значенням τ_ij їхньої часової координати. Така операція виконується у тому разі, якщо при оцінці помилки апроксимації ФД_ij активністю АК_ij значення такої помилки виявилося занадто великим. Окрім того, можливим є введення до складу алгоритму системи деякої множини спеціальних службових активностей, у функції яких входить, наприклад, збір статистик моделювання, аналіз причин появи конфліктних ситуацій у моделі, тощо.

Для агрегатного способу формалізації розробник зобов'язаний визначити склад операторів H і G, а також перевірити можливість і достатність опису за їх допомогою відповідних алгоритмів АЛ_ij для активностей АК_ij .

У випадку процесного способу імітації важливо перевірити узгодженість виконання активностей, які були об’єднані у процеси на етапі алгоритмізації. Іноді може виявитися, що деякі функціональні дії ФД_ij можуть виконуватися одночасно над однією і тією ж компонентою процесу в силу виникнення ряду хибних допущень при побудові алгоритму ОМ. Тому імітацію таких ФД необхідно подати декількома процесами. У такому випадку одна компонента, яка знаходиться у системі, повинна бути подана двома процесами. Причому ці процеси, в основному, будуть відрізнятися один від одного за своїм складом тільки однією чи двома активностями.

Алгоритмізація компонентів моделі.

Уточнивши декомпозицію системи відповідно до обраного способу імітації, розробник переходить до уточнення складу операцій, які входять до алгоритмів імітації виконання визначених функціональних дій ФД_ij над компонентами системи. Для цього складаються часові діаграми (ЧД) виконання робіт над цими компонентами. При імітації активностями (або процесами) за допомогою ЧД вивчаються місця взаємодії активностей (процесів) один з одним. Для усунення конфліктних ситуацій при обслуговуванні КПМ активностей (процесів) дослідник визначає їхні пріоритети.

При агрегатному способі імітації також іноді можливе застосування ЧД. З їхньою допомогою досліджуються деякі випадки зміни координат агрегатів і можливі ситуації одночасного надходження на вхід агрегату декількох сигналів. ЧД при агрегатному способі імітації дозволяє установити пріоритети обслуговування сигналів і намітити послідовність дій КПМ при виникненні конфліктних ситуацій у моделі системи.

Далі розробник аналізує та виявляє особливості алгоритмічного опису ФД при обраному способі імітації. Уточнюється склад глобальних характеристик моделі, доступних всім елементам моделі, і локальних змінних, які використовуються в алгоритмі кожного елемента моделі. Під елементами ІМ для кожного способу імітації будемо розуміти відповідно активності, підпрограми обслуговування подій, блоки, що обслуговують агрегати або процеси. Уточнюється алгоритмічна частина елементів моделі, особливо в тих випадках, коли для більш точної апроксимації ФД використовується близькі за своїми функціями алгоритми активностей. При агрегатному способі імітації уточнюються склад і призначення координатних змінних і перевіряється правильність опису операторів переходу H агрегатів зі стану в стан і операторів виходу G.

Інформаційне стикування алгоритмів моделі.

Наступним кроком формалізації є визначення у алгоритмі імітації функціонування СС місць отримання і обробки інформації про хід процесу. Для цього уточнюється склад початкової і вихідної інформації, яку планується отримати від моделі. Для кожної компоненти моделі визначається склад керуючих параметрів, які впливають на виконання алгоритмів АЛ_ij. При різних способах імітації інформаційне стикування алгоритмів буде носити специфічний характер.

Так, при імітації активностями виділяються активності, які пов'язані одна з одною інформаційно, і потім складається інформаційна схема їх взаємодії. Така схема дає можливість узгодження за часом появи інформації для активностей, які мають різні пріоритети обслуговування КПМ. При цьому необхідно передбачити способи затримки передачі інформації від активностей, які мають більший пріоритет, до активностей з меншим пріоритетом обслуговування КПМ.

Для агрегатного способу імітації інформаційні зв'язки між компонентами моделі у більшості випадків не моделюються.

Простіш за все інформаційна взаємодія організується при процесному способі імітації. Для кожного процесу виділяються активності, інформаційно пов'язані з активностями інших процесів. Складається схема інформаційної взаємодії між процесами, у якій визначаються пріоритети процесів.

Ще одним з видів робіт на етапі інформаційного стикування алгоритмів моделі є визначення хронології появи, переробки та можливого знищення (або періодичного оновлення) інформації. У ряді випадків для цього використовують специфічні масиви, у які вноситься така інформація.

Визначення керуючих зв'язків між компонентами моделі.

Наступним кроком перетворення концептуальної моделі і її алгоритму у формальний опис є складання схеми керуючих зв'язків між компонентами моделі. Така схема, як правило, подається орієнтованим графом, у якому вершинами є елементи моделі, а дуги вказують на логіку причинно-наслідкових зв’язків між елементами СС. Обсяг роботи зі складання схеми залежить від прийнятого способу імітації.

Уточнення взаємодії компонент з КПМ.

На цьому етапі відповідно до обраного способу імітації встановлюється певний набір операторів взаємодії компонент моделі з КПМ. Уточнюється структура операторів, за допомогою яких організується: виклик (активізація) певних компонент, повернення з підпрограм обслуговування компонент на КПМ, модифікація часової координати кожної компоненти та модельного часу системи.

Документація етапу.

У результаті уточнення концептуальної моделі розробник одержує остаточний опис алгоритмів АЛ_ij обраного способу формалізації й операторів взаємодії активностей як з КПМ, так і однієї з іншою. Результати вказаних робіт відображаються у наступній документації: ЧД функціонування елементів моделі; схемі функціональної взаємодії компонент однієї з іншою, а також з КПМ; схемі інформаційної взаємодії між компонентами; опису текстів виконання алгоритмів АЛ_ij за допомогою обраної мови формалізації. Для агрегатного способу імітації додатково ще створюється матриця комутацій агрегатів один з одним і опис початкового стану модельованої системи.