Портал GPSS.RU

В. Н. Томашевский, Н. В. Богушевская

РАСШИРЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ СИСТЕМЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ISS 2000


 

 

1.         Введение

Современные средства имитационного моделирования строятся так, чтобы об-легчить работу пользователя на всех технологических этапах моделирования от созда-ния концептуальной модели до проведения экспериментов. Компонентно-ориентированное программирование возникло достаточно недавно, но его подход уже начал использоваться в моделировании сложный систем. Данный подход дополняет объектно-ориентированный, обеспечивая механизм повторного использования компо-нент. Компонента – это объект с заранее заданным интерфейсом, который может быть использованным в разном контексте, и настроен для разных потребностей. Повышение эффективности применения метода имитационного моделирования заключается в по-вторном использовании определенных блоков модели с возможностью их настройки, а не в их построении для каждой новой модели, что позволяет сделать процесс проекти-рования модели системы более гибким и экономичным. В системе моделирования ISS 2000 компонентно-ориентированный подход использован для построения библиотеки компонент, ориентированных на моделирование сетей массового обслуживания [1], и расширен компонентами для моделирования транспортных сетей. Таким образом, ох-ватывается широкий класс моделей, позволяющий моделировать дискретное сборочное производство, транспортные системы доставки грузов и перевозки пассажиров, систе-мы логистики, разного вида обслуживающие системы, коммуникационные системы и др. Система моделирования ISS 2000 использует генератор программ [2], который создает имитационные модели на языке моделирования GPSS, что позволяет при необ-ходимости квалифицированному пользователю изменить код программы.
Современные программные средства имитационного моделирования позволяют не только автоматизировать процесс создания модели, но и организовывать экспери-менты с ней. Поэтому в систему моделирования ISS 2000 встроены методы для оценки точности результатов моделирования.


 

 

2.         Описание возможностей компоненты «Кольцевая сеть»

Рассматривается кольцевая транспортная сеть (например, кольцевой маршрут движения общественного или грузового транспорта). Сеть состоит из узлов (например, остановки для посадки и высадки пассажиров или пункты для загрузки и выгрузки гру-зов). По кольцевым маршрутам перемещаются динамические объекты (например, авто-бусы, троллейбусы или грузовые машины), которые дальше будем именовать как транспортные средства.
В узлы сети также поступают другие динамические объекты (например, пасса-жиры или ящики с грузом), которые должны перевозиться транспортными средствами, из узла загрузки в узел выгрузки. Дальше будем именовать эти динамические объекты как объекты перевозки для пассажиров или объекты транспортировки для грузов. В уз-лах сети могут образовываться очереди из объектов перевозки.
Транспортные средства подразделяются на типы. Каждый тип имеет следующие характеристики:
- наименование транспортного средства;
- количество транспортных средств данного типа в сети;
- максимально возможное количество объектов перевозки (вместимость) для транспортного средства;
- количество каналов для загрузки и выгрузки объектов перевозки (например, количество дверей) для транспортного средства;
- начальный узел входа для транспортного средства данного типа в кольцевую сеть.
Узлы загрузки-разгрузки характеризуются наименованием и временами движе-ния к следующему узлу в соответствии со структурой кольцевой сети, которые могут быть различным для разных промежутков времени.
Объекты перевозки тоже подразделяются на типы. Каждый тип имеет следую-щие характеристики:
- узел загрузки;
- количество объектов перевозки, поступающих в узел загрузки одновременно;
- время, которое нужно объектам перевозки данного типа на загрузку;
- узел разгрузки;
- время, которое нужно объектам перевозки данного типа на выгрузку.
Узлы входа объектов перевозки и выхода, время на загрузку и выгрузку могут быть различными для разных промежутков времени одного и того же типа объекта.
В каждом узле транспортные средства сначала совершают выгрузку объектов перевозки данного типа, если такие есть. Затем осуществляется загрузка объектов пере-возки из очередей в узлах сети, если есть свободные места в транспортном средстве.
Следовательно, каждый объект перевозки перемещается из узла загрузки в узел выгрузки кольцевой сети посредством первого свободного транспортного средства.
Тип объекта перевозки определяет узел кольцевой сети, в который он поступает. Объект перевозки становится в очередь этого узла и ожидает прихода транспортного средства. Причем в узел попадает одновременно заданное количество объектов пере-возки данного типа.
Транспортные средства начинают перемещение от начальных узлов в зависимо-сти от их типов. Как только транспортное средство попадает в какой-то узел, начинает-ся разгрузка тех объектов перевозки, у которых узел разгрузки отвечает текущему узлу. При этом как выгрузка, так и загрузка проходит через то количество каналов, которое отвечает типу объекта движения. По мере разгрузки транспортное средство ожидает, пока не пройдет время выгрузки, отвечающее данному типу объекта перевозки. Это время также включает ожидание освобождения каналов для выгрузки, если все они за-няты.
Затем начинается загрузка объектов перевозки в транспортное средство, для ко-торых узел загрузки совпадает с текущим. Количество загружаемых объектов ограни-чивается количеством свободных мест, определяемых как разница между вместимо-стью транспортного средства и количеством объектов перевозки, которые он везет. Ес-ли эта величина положительная, то рассматривается количество объектов перевозки в очереди для загрузки в узле. Дальше транспортное средство задерживается на время, пока допустимое количество объектов не будет полностью загруженным. Время за-грузки зависит от типа объектов перевозки. Дополнительно транспортное средство за-держивается на время освобождения каналов для загрузки, если все они заняты. После чего транспортное средство продолжает перемещение к следующему узлу сети. Время перемещения определяется на основании характеристики узла.
Процессы разгрузки и выгрузки объектов происходят при поступлении каждого транспортного средства в каждый узел кольцевой сети. Некоторые объекты перевозки могут изменять узел выхода уже в процессе поездки. Таким образом, каждый объект перевозки будет перемещенным из узла загрузки в узел разгрузки посредством первого свободного транспортного средства.


 

 

3.         Особенности реализации


Для описания структуры имитационной модели кольцевой сети используются следующие блоки:
- входной поток – объекты перевозки, приходящие в узел сети для загрузки в объект движения;
- выходной поток – объекты перевозки, покидающие узел сети после выгрузки из объекта движения;
- перемещение транспортных средств по кольцевому маршруту на протяжении всего времени моделирования;
- формирование в вершинах маршрута очередей объектов перевозки при по-мощи списков пользователя;
- задержка транспортного средства для реализации процессов загрузки и вы-грузки объектов перевозки с помощью логических ключей;
- формирование списка пользователя транспортного средства для определения объектов перевозки, которые он перевозит.
Для реализации имитационной модели используется технология косвенной ад-ресации системы GPSS, что позволяет существенно сократить объём программного ко-да. Для осуществления косвенной адресации все входные данные задаются с помощью совокупности функциональных зависимостей. На рис. 1 представлена сеть, состоящая из четырёх генераторов, кольцевой сети и терминатора. Задание параметров входных и выходных потоков, а также некоторые параметры транспортных средств представлены на рис. 2, а также фрагмент сгенерированного кода GPSS программы.



 

 

4.         Оценка точности результатов


Оценка точности результатов моделирования связана с построением довери-тельных интервалов для выходных переменных модели. Количество реализаций, дис-персия и время прогона для каждой реализации модели определяют точность результа-тов. Если модель детерминирована, то для получения точных результатов моделирова-ния достаточно одного прогона. В общем случае данные одного прогона модели пред-ставляют единичную выборку или временной ряд, для которого можно построить гра-фик.
Для оценки точности в системе ISS 2000 внедрены следующие блоки:
- построения автокорреляционной функции;
- выполнения независимых повторных прогонов;
- использования эргодических и регенерирующих процессов;
- автоматической процедуры анализа имитационного моделирования [3] (ASAP).
Внешний вид диалоговой формы построения автокорреляционной функции при-ведён на рис. 3.


 

 

5.         Заключение


Дополненная система ISS 2000 может быть использована для проектирования различных моделей транспортных систем:
- выполнения складских операций, имеющих кольцевой маршрут;
- технологических процессов циклической конвейерной обработки;
- доставки грузов при использовании кольцевых маршрутов транспортных средств;
- сети общественного пассажирского транспорта;
- компьютерных сетей с кольцевой физической топологией.
Для моделирования систем с переходным и установившимся режимами работы реализованы методы оценки точности результатов моделирования.


 

 

6.         Литература


1. Томашевский В. Н., Жданова Е. Г. Имитационное моделирование в среде GPSS. – М.: Бестселлер, 2003, – 416 с.
2. Tomashevskiy V. Automatic generating of GPSS/PC programs for queueing network// Proceedings 15th European Simulation Multiconference. – Prague, 2001. P. 805–809.
3. Natalie M. Steiger, James R.Wilson. An Improved Batch Means Procedure for Simula-tion Output Analysis//Management Sciense. – 2002. – December. – Vol. 48. – No. 12. – P. 1569–1585.

 


Распечатано с портала GPSS.RU (c) В. Н. Томашевский, Н. В. Богушевская, 2005 г.