Гиниятуллин Ренат Гаптенурович
renat@gpss.ru
Технологии создания приложений в модельной среде

Современные специализированные системы имитационного моделирования, например GPSS World, в основном ориентированы на использование в сфере обучения и имеют академическую направленность. Однако главный интересдля специалиста представляет использование навыков, полученных им в процессе обучения, на практике. На производстве часто возникает необходимость в создании имитационной модели с возможностью всестороннего контроля над процессом моделирования. Для таких целей и создаются специальные приложения в модельной среде, т.н. управляющие оболочки. Они обладают очень широкими возможностями в любой сфере приложения имитационного моделирования, поскольку разрабатываются с учётом интересов конкретного заказчика. Несомненным преимуществом в них является то, что они не требуют от пользователя глубоких знаний в сфере моделирования. Они органично сочетаются с широким диапазоном приложения и высоким уровнем интерактивности систем имитационного моделирования, дополняя их широкими возможностями по управлению процессом моделирования. 

Также приложения в модельной среде позволяют представить информацию, получаемую в ходе работы модели, в любом виде. Всё зависит от желания заказчика. К тому же заказчик обычно не заинтересован в тонкостях процесса работы имитационной модели – его интересует результат. А поскольку стандартные файлы отчётов систем имитационного моделирования содержат большое количество статистических данных о результатах работы имитационной модели, то ставится задача выделения из стандартных файлов отчётов имитационной модели информации, представляющей конкретный интерес заказчика. Эта задача также решается путём внедрения приложений в модельную среду. 

Процесс взаимодействия приложения с имитационной моделью можно сделать полностью автоматизированным, или же построить его в виде диалога с пользователем, создавая обратную связь, что позволит изменять настройки модели, позволяя более качественно оценить внутренние процессы моделируемой системы.

Можно выделить два основных вида приложений в модельной среде:

  1. Управляющая оболочка.

  2. Генератор моделей (визуальное моделирование). 

В простейшем случае управляющая оболочка является своего рода фильтром имитационной модели. Её задача состоит в контроле имитационной модели, который осуществляется путём предварительной настройки её параметров, определённых заказчиком как переменные и последующего выделения из выходного потока данных имитационной модели информации, необходимой пользователю, с целью представления в любом виде. Удобство подобной программы состоит в наглядном представлении результатов.

Настройка параметров имитационной модели с помощью приложения может осуществляться посредством общения с пользователем через систему диалоговых окон. Полученные от пользователя значения параметров внедряются в имитационную модель перед её запуском. После завершения моделирования информация выделяется из стандартных файлов отчётов и представляется пользователю в любом виде (таблицы, графики, диаграммы). 

Из сказанного можно заключить, что целью разработчика управляющих оболочек является создание таких приложений имитационных моделей, которые позволили бы максимально охватить диапазон возможных задач конкретного заказчика. Несомненно, это зависит от числа параметров и возможностей, которые разработчик закладывает в приложение. Однако в стремлении к универсальности приложения модели не стоит забывать о сроках, указанных заказчиком, поскольку границ расширения степени адекватности имитационных моделей их реальнымобъектам не существует.

Генератор моделей – это система визуального моделирования, представляющая собой приложение в модельной среде, которое содержит шаблоны стандартных рабочих блоков языка моделирования, оформленных в виде графических элементов (источники, очереди и приборы) и позволяющее создавать различные структуры СМО. На основе данных, полученных от пользователя в виде графической структуры системы, программа генерирует модель, которая с той или иной степенью адекватности, зависящей от времени и средств затраченных на создание модели, соответствует запросам заказчика. Точность, адекватность конечной модели достигается путём усложнения интерфейса приложения–генератора введением дополнительных настроек пользователя с возможностью внесения изменений в программный код модели, сгенерированный с помощью блоков графических элементов.Управляющая оболочка для модели метрополитена

В нашем случае была построена управляющая оболочка для имитационной модели, представляющей собой линию метрополитена, включающую десять станций. Работа оболочки основана на управлении информационными потоками, как входными так и выходными. 

Вывод информации в виде графиков Начальная настройка параметров управляющей оболочки производится с помощью системы диалоговых окон, в которых пользователь задаёт начальные параметры модели, - временные и экономические показатели. Эти данные представляют собой входной поток информации и сохраняются в потоковые файлы. Перед началом работы модель предварительно проводит настройку своих параметров, считывая данные из потоковых файлов. Подобная организация интерфейса приложения позволила переложить большую часть операций, связанных с корректировкой входных параметров, с пользователя на оболочку. 

В программе модели задействованы элементы языка моделирования низкого уровня (PLUS): 

  • для более динамичной работы использованы PLUS-процедуры (PROCEDURE), которые обладая простым определением, позволяют значительно сократить объём программы;
  • встроенные процедуры языка PLUS:используются для организации работы с файлами потоков а также для организации сеанса работы в пакетном режиме, осуществляют функции интерфейса передачи данных между моделью и программой-оболочкой.Вывод информации по результатам моделирования

Во время работы модели происходит динамический сбор информации, необходимой пользователю. По окончании работы модели эти данные сохраняются в выходной потоковый файл, а затем, после обработки в приложении, представляются пользователю в любом виде. Если снова вернутьсяк нашей управляющей оболочке, в ней выходные данные представляются в виде таблиц, графиков и анимации, созданной с помощью прикладного пакета ProofAnimation.

Анимационные средства в моделировании(GPSS World)

Анимация на сегодняшний день рассматривается как обязательная компонента коммерческих имитационных систем. Тот факт, что GPSS использовал внутри себя хорошую анимацию является одной из причин его долголетия.

Многие системы имитационного моделирования, подобно GPSS World, имеют встроенные средства анимации, позволяющие отобразить и сам процесс имитационного моделирования и его результаты. Но они не позволяют решить многие задачи по визуализации исследований, поскольку имеют выраженную академическую направленность, уровень которой является недостаточным для выполнения конкретных задач.

Задача привлечения к моделированию более широкого круга пользователей может успешно решаться привлечением новых программных средств анимации, позволяющих перейти от обычных абстрактных объектов имитационного моделирования к анимационным картинкам, адекватно описывающим процессы реального мира.

Существует много прикладных пакетов для создания анимации имитационных моделей. 

Одни, представляют собой объектно-ориентированные коммерческие пакеты имитационного моделирования, основанные на принципах визуального моделирования. Из них можно выделить: Arena, AutoMod, Extend, ProModel, QUEST, SIMFACTORY II.5, SIMPLE++ (eM-Plant), Taylor ED. 

Другие являются самостоятельными средствами для создания анимации имитационной модели на основании определённых входных данных. В этом плане представляет конкретный практический интерес в применении для исследований и в обучении пакет Proof Animation корпорации WolverineSoftware(1993).Анимация моделируемой ветки (Proof Animation)

Известно, что система GPSS вводит данные и выводит результаты, как ASCII файлы. Это обеспечивает легкость использования этих файлов как интерфейса между другим программным обеспечением и системой GPSS. А поскольку ASCII код является входом в Proof Animation, то эти пакеты можно использовать в сочетании друг с другомProof Animation представляет собой универсальный инструмент для создания анимации на основе трассировочных файлов, представленных в ASCII. Трассировочные файлы можно делать в разных средах, используя различные языки программирования. Единственным условием будет лишь соответствие «стандартам» трассировочных файлов ProofAnimation.

Планируемая сеть метрополитена в Казани (анимация в Proof Animation)Это является одним из существенных преимуществ Proof Animation по сравнению с существующими аналогами. В GPSS World создание файлов трассировки производится с помощью потоков данных.Станция метрополитена (Анимация в Proof Animation)

Поток данных – это последовательность текстовых строк, используемых процессом моделирования в GPSS World. С помощью потока данных мы можем считывать и записывать данные в файл или поддерживать в памяти нашего компьютера набор данных с прямым доступом.

Операции открытия, закрытия, считывания, записи и поиска представлены как в виде блоков GPSS World, так и в виде библиотечных PLUS – процедур. 

Proof Animation предоставляет разработчику следующие возможности: 

  1. В модель можно включить демонстрацию изменений определённых показателей на основе различных графиков и диаграмм. 

  2. Proof Animation позволяет пользователю изменять скорость прогона модели, путём изменения дискретной величины, принятой в качестве условной единицы времени.

  3. По желанию пользователя возможна приостановка работы модели или переход в любой временной интервал работы модели (“скачок”).

  4. В Proof Animation предусмотрена возможность системного вызова любой программы из модели пользователя.

  5. Есть возможность построения презентаций с помощью довольно простого языка операторов.

  6. В модель и презентацию можно включить звуковое сопровождение, а также снабдить презентацию слайд-шоу.

Демонстрация возможностей такой связки пакетов в нашем случае приведена на базе имитационной модели линии метрополитена. Данный проект обеспечивает прямую информационную связь между пакетами GPSS World и Proof Animation и очень наглядное представление результатов моделирования. 

VRML

В последнее время наблюдаются тенденции по выводу в мировую сеть технологий имитационного моделирования на основе специализированных языков, подобных HTML. Так возник VRML ( Virtual Reality Modeling Language ) – Язык Моделирования Виртуальной Реальности. Этот формат файлов используется для описания трехмерных объектов и миров для сети Internet. Первая реализация VRML (VRML 1.0 спецификация) была создана компанией Silicon Graphics и представляла собой формат описания статических миров. Во второй реализации VRML (VRML 2.0 спецификация) добавились более сложные интерактивные возможности и анимация. Она была разработана компанией Silicon Graphics в сотрудничестве с компаниями Sony и Mitra. 

Модель МКС (VRML) Есть много инструментов для создания продуктов компьютерной визуализации, но внимание обращают именно на VRML по следующим причинам:

а) Этот язык, как и вся технология разработки графических моделей, является
открытым, так что для начального процесса обучения не нужно будет покупать дорогие пакеты по созданию VRML-анимации, а для демонстрации продуктов достаточно иметь стандартныйInternet-browser;

б) графические модели имеют вполне хорошее качество изображения, совершенно достаточное для отображения процессов в технике (имеется возможность, например, показать целый цех, начиная от отдельной заклепки на корпусе станка и кончая "панорамой", на которой видны 100 работающих станков одновременно);

в) во многих областях техники (например, в автомобильной промышленности) именно VRML-модели становятся "де факто" стандартной формой создания изображений объектов и средств производства, которая последовала за CAD-чертежами; имеется много "конвертеров", которые позволяют быстро создавать трехмерные VRML-модели на базе CAD-чертежей; многие современные симуляторы предоставляют возможность "встраивать" готовые VRML-модели в собственные "анимации"; уже создаются "отраслевые библиотеки" с наборами VRML-моделей для соответствующих изделий и средств производства; в развиваемой сегодня концепции Digitale Fabrik (Virtual Factory) VRML-модели занимают ведущее место.Модель МКС (VRML)

Слабая сторона VRML-моделей состоит в том, что вопросы взаимосвязи таких моделей с имитационными моделями разработаны очень слабо. Это объясняется тем, что VRML-модели чаще всего выглядят как законченные модели , на которые очень трудно влиять извне. Однако это возможно, так как любая VRML-модель – в конечном итоге – код ASCII. 
VRML технология имеет очень широкое применение (представление любой информации на web серверах в виде 3-х мерных, интерактивных виртуальных миров). Примерами могут служить интерактивные образовательные программы ; виртуальные города , музеи , магазины и т.д. VRML в будущем станет основной технологией для World Wide Web.