Поиск

Полнотекстовый поиск:
Где искать:
везде
только в названии
только в тексте
Выводить:
описание
слова в тексте
только заголовок

Рекомендуем ознакомиться

'Документ'
Описать систему управления (организационную структуру) глобальной компании и основные механизмы управления отдельными функциональными областями и/или ...полностью>>
'Документ'
О подготовка к районной олимпиаде по русскому языку, литературе, истории, обществознанию. . Обсуждение итогов школьного и районного этапа всероссийско...полностью>>
'Документ'
Официальное полное наименование – Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение «Оренбургская кадетская школа – интернат имени И.И.Неплюева...полностью>>
'Документ'
(Возможна корректировка полей с учетом специфики деятельности образовательной организации. Поля, которые не относятся к деятельности образовательной о...полностью>>

Главная > Методические указания

Сохрани ссылку в одной из сетей:
Информация о документе
Дата добавления:
Размер:
Доступные форматы для скачивания:

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ОБРАЗОВАНИЯ РФ

Санкт-Петербургский Государственный университет
аэрокосмического приборостроения

Варжапетян А.Г.

ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ МЕТОДАМИ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Методические указания по курсовому проектированию
по курсу «Исследование систем управления»


КАФЕДРА ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ЭКОНОМИКЕ И БИЗНЕСЕ

Санкт-Петербург

2004

Содержание

Список основных сокращений 4

Введение 5

Глава 1.
Организация выполнения курсового проекта. 8

Глава 2.
Математическое обеспечение моделирования. Основные понятия теории массового обслуживания 10

2.3.1Распределение вероятности длительности интервалов между заявками 17

2.3.2 Распределение вероятностей длительностей обслуживания 17

Глава 3.
Средство компьютерного моделирования - ЯИМ GPSS/H 21

3.2.1. Структура модели 26

3.2.2. Логика работы системы моделирования 27

3.3.1. Операторы блоков (исполнения) 29

3.3.2. Операторы управления 39

3.3.3 Операторы описания 48

3.3.4. &-переменные( амперпеременные –АМП) 50

3.3.5. Случайные числа и функции 51

3.4.1 Создание файла, содержащего модель GPSS/H 52

3.4.2. Интерпретация результатов 56

3.5.1 Правило окончания по числу стартов. 57

3.5.2 Правило окончания по времени испытаний 59

3.6.1 Запуск отладчика 61

3.6.2 Содержание окон. 62

3.6.3 Выход из сеанса отладчика. 64

3.6.4 Функциональные клавиши 64

3.6.5 Команды и коды объектов 65

3.6.6 Основы использования отладчика 66

3.6.7 Практические советы по работе с отладчиком 71

3.7.1 Пример использования ЯИМ 72

Пример 3.1 моделирования системы контроля качества 72

3.7.2 Пример использования команд отладчика 75

ЛИТЕРАТУРА 79

Список основных сокращений

АМП - амперпеременная

ВЭ - вычислительный эксперимент

ГСЧ - генератор случайных чисел

ДО - дисциплина обслуживания

FCFS ( устаревшее - FIFO ) - первый пришёл, первый обслужился

SPT (shortest process time ) – наикратчайшее время обслуживания

ЕМВ - единица модельного времени

ИМ - имитационное моделирование или модель

ИН - идентификационный номер транзакта

КМ - компьютерное моделирование

КО - канал обслуживания

МАВ - машинное время

МВ - модельное время

ММ - математическое моделирование

МФ - модельный файл

ОБ - оператор блоков

ОО - оператор описания

ОУ - оператор управления

ПО - прибор обслуживания

ПР - пакетный режим

РВ - реальное время моделируемой системы

РРСЧ - равномерно распределённое случайное число

СБС - список ( цепь ) будущих событий

СЛА - стандартные логические атрибуты

СМО - система массового обслуживания

СП - список ( цепь ) пользователя

СЗ ( TG1 ) - счётчик завершений (число терминирований )

ССА - стандартные символьные атрибуты

СТС - список текущих событий

СЧА - стандартные числовые атрибуты

ТР - тестовый режим (режим дебагера)

УО - устройство обслуживания

Ха, Хакт - активный транзакт

ЯИМ - язык имитационного моделирования

Введение

В настоящее время одним из наиболее широко распространенных средств исследования и оптимизации функционирования систем управления (и вообще любых сложных социально-технических систем) является имитационное моделирование, в основном – с применением современной вычислительной техники. ЭВМ программируется таким образом, чтобы программный продукт «жил» по законам, соответствующим условиям существования реальной системы. Далее на такой имитационной модели можно отрабатывать воздействия различных факторов, влияющих на поведение системы, изучать влияние изменения внутренних параметров на эффективность функционирования и так далее.

Для создания таких моделей возможно использование как традиционных (так называемых универсальных языков программирования – УЯП), так и специализированных программных средств (языков имитационного моделирования – ЯИМ). Первые из них имеют следующие преимущества:

  • доступность (большинство интерпретаторов распространенных УЯП, например, PASCAL, C++, распространяются за символическую плату, причем книги и прочую дополнительную информацию можно найти в любом специализированном магазине),

  • возможность решения широкого класса задач,

  • простота создание интерактивных дружественных интерфейсов для работы с конечным продуктом.

С другой стороны, специализированные языки имитационного моделирования по некоторым показателям превосходят УЯП. Их достоинства:

  • значительно меньшие размеры программы, содержащей модель;

  • идеологическое соответствие используемого средства поставленной цели;

  • наличие специальных средств для обеспечения независимости случайных величин, генерируемых внутри программы;

  • наличие специальных средств для отладки модели;

  • относительная простота построения модели (по сравнению с УЯП).

Перечисленные выше особенности позволяют сделать однозначный выбор в пользу специализированных программных средств. Эти средства могут применяться, как в случаях простых моделей, когда на ЯИМ может получаться программа их нескольких строк, так и в случаях сложных моделей, когда написание модели на УЯП будет занимать чрезвычайно много времени из-за необходимости учитывать множество свойств моделируемого объекта. В последнем случае существенным может стать и то обстоятельство, что модели на ЯИМ обычно требуют значительно меньшего времени на прогон (реализацию моделирования).

По каким же критериям может быть осуществлен выбор ЯИМ для конкретной задачи моделирования? Основные свойства, определяющие предпочтительность того или иного языка моделирования, следующие:

  • возможности языка, т.е. способность описывать структуру системы, ее поведение и алгоритмы управления;

  • простота применения для построения модели, реализация ее и представление результатов моделирования;

  • предпочтение пользователя (удобство, простота, универсальность).

Выделим теперь несколько ЯИМ, приспособленных к решению задач, возникающих при имитационном моделировании человеко-машинных систем: наиболее известны такие языки, как GPSS, SIMSCRIPT и SIMULA. Сравнение этих программных средств по перечисленным выше критериям приведено в таблице 1.

Таблица 1

Сравнительные характеристики языков имитационного моделирования

Возможности языка

Простота применения

Предпочтение пользователя

SIMULA

GPSS/H

SIMSCRIPT

GPSS/H

SIMSCRIPT

GPSS/H

SIMSCRIPT

SIMULA

SIMULA

Как видно из сравнения, язык GPSS обладает преимуществом перед другими распространенными языками. Его особая привлекательность для целей обучения обуславливается тем, что он наиболее прост в применении.

На приведенной ниже схеме представлена логика обращения к ЯИМ GPSS, а точнее его последней и наиболее эффективной версии GPSS/H.

Виды моделирования: Физическое

Аналитическое

Компьютерное

Типы компьютерного моделирования:

Монте - Карло

Статистическое

Имитационное


Разновидности ИМ:

Симула

Симулинк

… (более 500 разновидностей)

GPSS

Версии GPSS:

GPSS 360 (IBM, 1963, J.Gordon)

GPSS V ( DC, 1971, P. Hall)

GPSS PC (MSW, 1974, T. Springer)

GPSS World (MSW, 1999, A.Cox, T. Springer)

GPSS/H (Wolverine SWC, 1999, T. Henriksen)

GPSS/H является наиболее эффективной версией из текстово-ориентированных версий GPSS (Л.1,2), а последний вариант GPSS World имеет интерфейс, приближенный к Windows. Профессиональная 32- разрядная версия GPSS/H работает под всеми версиями Windows: 98, 2000, NT, XP, версия, используемая для курсового проектирования, является студенческой (ограничение по числу операторов создаваемой модели, не более 100 и работа под МS DOS или предпочтительнее в оболочках NC, Far, VC). Кроме этих отличий студенческая версия дает полное представление о возможностях ЯИМ GPSS/H,

Позволяет получить начальные навыки работы как с самой программой, так и со встроенным отладчиком. Кроме задания по курсовому проектированию желательно, предваряя работу над заданием, провести практическое изучение различных вариантов построения модельного файла - МФ, изучить возможные ошибки и реакцию на них программы, воспользовавшись примером 3.2 параграфа 3.7 рассмотреть влияние разных команд отладчика.

Для использования возможностей программы достаточно РС 486.

Для более успешной работы над курсовым проектом следует предварительно внимательно прочесть главу 3.

Глава 1.
Организация выполнения курсового проекта.

1.1 Указания и правила выполнения курсового проекта

В ходе выполнения курсового проекта кафедра назначает руководителя, который составляет задание по типовой форме, намечает график выполнения, проводит консультации и осуществляет процесс защиты курсового проекта.

Для выполнения курсового проекта каждому студенту выдаётся индивидуальное задание, утверждённое заведующим кафедрой, содержащее текстовое описание исследуемой системы - ИС, численные данные о переменных и параметрах, а также характеристики, которые необходимо оценить в процессе моделирования.

В ходе выполнения курсового проекта студент должен:

-выполнить формализацию описания ИС как дискретной системы,

-разработать алгоритмическое описание работы модели ИС,

-составить схему блоков (операторов) на языке GPSS/H-PC,

-провести моделирование в компьютерном классе кафедры,

-провести качественную и количественную оценку результатов,

-составить пояснительную записку.

1.2 Основные этапы курсового проекта

Этапы курсового проекта соответствуют этапам моделирования на ЭВМ реальных ИСУ. В основу машинного моделирования положены общие принципы, которые не зависят от вида используемого аналитического описания, формы представления процессов в машинной модели и применяемых языков описания модели.

К основным этапам моделирования сложных ИС относятся:

- Построение концептуальной модели ИС и её формализация.

- Алгоритмизация модели ИС и её машинная реализация.

- Получение и интерпретация результатов моделирования.

На первом этапе проводится изучение ИС с целью выделения основных составляющих процесса функционирования, определяются необходимые аппроксимации, и получается обобщённая схема модели, описывающая дискретные системы, описываемые теорией массового обслуживания. Основные аналитические модели ИСУ представляемые в виде систем массового обслуживания - СМО, приведены в главе 2 настоящих указаний.

На втором этапе полученная концептуальная (аналитическая) модель становится основой для разработки моделирующего алгоритма и построения имитационной модели на основе пакета GPSS/H. Описание особенностей моделирования на языке GPSS/H, описание блоков (операторов), а также примеры приведены в главе 3.

На третьем этапе осуществляется процесс моделирования, определяются заданные характеристики, делаются выводы и даются рекомендации.

1.3 Примерные сроки контроля выполнения проекта

Для выполнения курсового проекта достаточно PC IBM 386 DX, а при использовании языка GPSS/H –PC v.3 , РС 486 серии или Пентиум. Для контроля процесса курсового проектирования следует

ориентироваться на примерные этапы приведенные ниже.

Подготовительный этап (1 - 4 недели) Студент должен разобраться с полученным заданием, подобрать рекомендованную литературу, выбрать концептуальную модель.

Проектный этап (5 – 9 недели) Студент должен ознакомиться с возможностями программного пакета (ПП), определить перечень функций, реализуемых блоками ПП, составить блок-схему,

выбрать критерии эффективности.

Реализационный этап (10 – 13 недели). Студент должен

окончательно отладить программу, получить и проанализировать результаты моделирования на ЭВМ.

Оформительский этап (14 – 15 недели). Студент должен оформить пояснительную записку в соответствии с принятыми в Университете требованиями. Записка должна давать достаточно полное представление о принципе решения задачи моделирования и включать все необходимые разделы, в том числе: выводы, заключение и список использованной литературы. Общий объём записки не должен превышать 20 листов. Текст может быть написан от руки или набран на компьютере.

Заключительный этап (16 - 17 недели) - защита курсового проекта, которая осуществляется в соответствии с принятым на кафедре порядком.

Глава 2.
Математическое обеспечение моделирования. Основные понятия теории массового обслуживания

2.1. Потоки заявок и их характеристики

Большинство событий, происходящих в системе, равно как потоки заявок и потоки их обслуживания чаще всего бывают случайными событиями, и лишь в некоторых случаях эти события детерминированы. Следует ввести две характеристики, имеющие по два состояния, тогда аналитические методы можно свести в классификационную таблицу аналитических моделей, исходя из двух основополагающих понятий:

  • протяженности во времени,

  • характера возникновения событий (отношения с внешней средой)

Рассмотрим эти понятия подробнее.

Протяженность во времени

Существует только два вида протекания, какого либо процесса во времени. Время может рассматриваться либо как непрерывная переменная t [ 0 , T ], либо как дискретная переменная - t =i, i = 0,1,…M, M= [ T / ], где - шаг дискретизации . Соответственно припишем индексы Н и Д этим двум видам процессов, описываемых аналитическими моделями. Индекс Н соответствует аналоговым сигналам (постоянный, монотонный, синусоидальный и т. д.). Индекс Д дискретным сигналам (импульсный, в виде отдельного импульса или их последовательности; цифровой , подобно 1 и 0 в ЭВМ и т.п. ) .

Характер возникновения событий

При отсутствии случайных возмущений со стороны среды и полной определённости поведения компонентов системы имеем постоянную или детерминированную модель, для которой выберем индекс П. (во избежание путаницы с ранее введённым индексом Д). В большинстве случаев необходимо учитывать вероятностные характеристики всех воздействий, для этого класса моделей введём индекс В.

С учётом сказанного, классификация позволит рассматривать четыре типа моделей, а именно:

НП – модели, ДП – модели, НВ – модели, ДВ – модели.

Очевидно, что всё многообразие аналитических моделей можно разнести по этим классам. Обзор аналитических моделей невозможно провести в рамках указаний, подробнее см. (Л. 1,2). Ниже ограничимся сводной таблицей 2-1, которая содержит только некоторые аналитические модели и определяет область их применения. Отметим, что приводимая ниже таблица иллюстрирует лишь предлагаемую идею классификации и не более того. НВ - модели наиболее подходят для моделирования на GPSS/H.

Таблица 2.1 Классификация математических моделей

Тип ММ

Характеристика

НП

ДП

ДВ

НВ

Вид

зависимости

Дифференциальные

и интегральные

уравнения

Теория разностных уравнений, конечные автоматы

Разностные стохастические уравнения, вероятностный автомат

Стохастические дифференциальные уравнения, теория массового обслуживания

Отметим, что любая случайная величина полностью описывается ее функцией распределения, при невозможности получения функции распределения пользуются моментами распределения, которые можно непосредственно оценить на основе имеющихся экспериментальных данных:

- Моменты первого порядка (мера положения) или математическое ожидание (среднее арифметическое, среднее геометрическое, среднее гармоническое, среднее квадратическое). Чаще всего используется среднее арифметическое:

.

- Момент второго порядка (мера рассеяния) – дисперсия

,

или стандартное отклонение .

Иногда используются моменты и более высокого порядка, называемые мерами формы и оценивающие отклонение от нормального распределения: третьего порядка – ассиметрия и четвертого порядка – эксцесс.

Среди непрерывных законов распределения случайных величин можно назвать: равномерный, нормальный, экспоненциальный законы и т.д.

Среди дискретных законов: Пуассона, Эрланга, геометрический и т.п.

Концептуальной схемой моделирования на GPSS/H является теория массового обслуживания. Как следует из названия, объект рассмотрения этой теории – так называемые «системы массового обслуживания» (СМО). При моделировании на GPSS/H мы будем иметь дело с двумя потоками событий:

- входными потоками требований (приход клиентов в банк, покупателей в магазин, подъезд машин на заправку или на погрузку и т.д.).

- потоками обслуживания приходящих заявок.

Необходимо четко понимать различие между экспоненциальной и пуассоновской переменной, так как параметры указанных потоков можно задавать той или другой переменной (что и сделано в заданиях на курсовое проектирование).

При обсуждении прихода заявок (транзактов) можно с одной стороны, говорить об интервалах времени, а с другой, о темпе прихода заявок. Так, например, если интервал времени (промежуток между двумя последовательными приходами транзактов) в среднем равен 20 минутам, то темп прихода транзактов равен 3 событиям в час. Обычно при моделировании на GPSS/H чаще интересуются интервалом времени, так как возможно предсказать следующее событие, а программа устроена таким образом, что время рассматривается как непрерывная переменная, т.е. к первому моменту времени прихода транзакта приплюсовывается время прихода второго и т.д. Поэтому случайное время прихода транзактов непрерывно7979797979797979797979797979797979797979797979797979 !, а следовательно описывается непрерывным экспоненциальным распределением. В отличии от времени прихода, темп прихода дискретен по своей сути и измеряется целыми положительными числами. Так время прихода может быть любым, в том числе и дробным в заданном интервале, например , в то время как темп прихода в единицу времени (минуту, час, сутки, месяц и т.д.) может принимать значения 0,1,2,…. Время прихода описывается непрерывным экспоненциальным распределением с параметром потока , а темп прихода дискретным распределением Пуассона с параметром потока . Связь между этими параметрами проста, так . Например, если время прихода в среднем равно 5 минутам или 0,083 в час, то темп прихода равен 1/0,083 = 12.



Похожие документы:

  1. Методические рекомендации по апробации сетевых образовательных программ г. Пятигорск

    Методические рекомендации
    ... , методические рекомендации по освоению модуля ли программы для обучающихся, методические указания к выполнению курсовой работы ... занятий) с применением информационных технологий. 1 модель – занятия с использованием мультимедиа курсов на CD-ROM ...
  2. Методические указания и задания по курсовому проектированию для студентов заочной формы обучения по направлению 080200. 62 «Менеджмент» Мурманск

    Методические указания
    ... ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра менеджмента Производственный менеджмент Методические указания и задания по курсовому проектированию для студентов ... системы управления качеством и обеспечения конкурентоспособности (ПК-23); информационно-аналитическая ...
  3. Методические указания для выполнения практических заданий Санкт-Петербург

    Методические указания
    ... бизнес-плана. Практическое занятие 2. виды бюджетов и принципы их составления. 2.1. Методические указания. Финансовое управление в рыночной экономике ... дипломное проектирование, исследований с ... технологий. 2) Сущность информационного товара. ПО ...
  4. Информационные технологии (1)

    Документ
    ... питания". 004.9 П691 Практикум по дисциплине "Информационные технологии в экономике". Текстовый редактор MS Word 2007 ... расчетов по курсовому проектированию по теории механизмов и машин / Рос. экон. ун-т им. Г. В. Плеханова, Каф. технолог ...
  5. Методические указания и планы семинаров по дисциплине «История науки и техники»

    Методические указания
    ... Кафедра истории Отечества и культурологии Методические указания и планы семинаров по дисциплине ... систем автоматизированного промышленного проектирования; телематики, области научного и технического знания по созданию информационных управляемых систем ...

Другие похожие документы..