20.1

Данный процесс относится ко второму этапу моделирования системы, когда математическая модель, сформированная на первом этапе, превращается в конкретную машинную модель. Второй этап моделирования представляет собой практическую деятельность, направленную на реализацию идей и математических схем в виде машинной модели, ориентированной на использование конкретных программно-технических средств.

Удобной формой представления логической структуры моделей процессов функционирования систем является схема. На различных этапах моделирования составляются обобщенные и детальные логические схемы моделирующих алгоритмов, а также схемы программ.

Обобщенная схема модели (укрупненная) задает общий порядок действий без каких-либо уточняющих деталей. Она показывает, что необходимо выполнить на очередном шаге.

Детальная схема модели содержит уточнения, отсутствующие в обобщенной схеме, и показывает не только, что следует выполнить на очередном шаге, но и как это выполнить.

Логическая схема моделирующего алгоритма представляет собой логическую структуру модели процесса функционирования системы. Логическая схема указывает упорядоченную последовательность операций, связанных с решением задачи моделирования.

Схема программы отображает порядок программной реализации моделирующего алгоритма с использованием математического обеспечения конкретной ЭВМ и представляет собой интерпретацию логической схемы моделирующего алгоритма разработки программы.

Различие между этими схемами заключается в том, что логическая схема отражает логическую структуру модели процесса функционирования системы, а схема программы – логику машинной реализации модели с использованием конкретных средств программной реализации модели.

Рассмотрим подэтапы, выполняемые при алгоритмизации и программировании модели, обращая внимание на задачи каждого подэтапа и методы их решения:

1. Построение логической схемы модели. Рекомендуется строить модель по блочному принципу. Построение модели системы из блоков обеспечивает необходимую гибкость модели в процессе эксплуатации, а также дает ряд преимуществ на стадии ее машинной отладки. При построении блочной модели проводится разбиение процесса функционирования системы на отдельные достаточно автономные подпроцессы. Блоки модели бывают основные и вспомогательные. Каждый основной блок соответствует некоторому подпроцессу, имеющему место в моделируемой системе, а вспомогательные блоки представляют лишь составную часть машинной модели и необходимы только для машинной реализации модели, фиксации, обработки результатов моделирования.

2. Получение соотношений модели. Одновременно с построением логической схемы модели необходимо, где это возможно, получить математические соотношения в виде явных функций. Схема машинной модели должна представлять собой полное отражение концепции, заложенной в модели, и иметь описание всех блоков модели с их наименованиями; единую систему обозначений и нумерацию блоков; отражение логики модели, задание математических соотношений в явном виде.

3. Проверка достоверности модели системы. Проверка модели на рассматриваемом подэтапе должна дать ответ на вопрос, насколько логическая схема модели и используемые соотношения отражают ее замысел. При этом проверяются возможность решения поставленной задачи, точность отражения замысла в логической схеме, полнота логической схемы модели, правильность используемых математических соотношений.

4. Выбор вычислительных средств для моделирования. Необходимо сделать выбор средств ВТ для реализации модели на основе следующих требований: наличие необходимого математического обеспечения; доступность выбранной ЭВМ для разработчика модели.

5. Составление плана выполнения работ по программированию. Такой план помогает разработчику при программировании модели учесть оценки объема программы и трудозатрат на ее составление. Он должен включать в себя обоснование языка программирования модели, указание типа используемой ЭВМ, оценку примерного объема необходимой памяти, ориентировочные затраты времени на программирование и отладку программы на ЭВМ.

6. Построение схемы программы. Наличие логической схемы модели позволяет построить схему программы. Это одна из основных задач на этапе машинной реализации модели.

7. Проверка достоверности схемы программы. Проводится проверка соответствия каждой операции, представленной в схеме программы, аналогичной ей операции логической схемы.

8. Проведение программирования модели. При достаточно подробной схеме программы, отражающей все операции логической схемы модели, можно приступать к программированию модели. Часто переход от схемы к программе является чисто формальным шагом, так как заключается в записи пространственной структуры в линейном виде.

9. Проверка достоверности программы. Эта проверка должна проводиться либо путем обратного перевода программы в ее схему, либо проверкой отдельных частей программы при решении тестовых задач, либо объединением всех частей программы и проверкой ее в целом. Необходимо также уточнить оценки затрат машинного времени на моделирование.

10. Составление технической документации по проделанному этапу. Техническая документация по данному этапу содержит логическую схему модели и ее описание, схему программы и принятые обозначения, полный текст программы, перечень входных и выходных величин с пояснениями, инструкцию по работе с программой, оценку затрат машинного времени на моделирование.

Прежде чем приступить к моделированию какого-либо процесса необходимо ознакомиться с основными понятиями построения моделей, методами и законами моделирования, а также изучить основы работы со средой моделирования.

Данный лабораторный практикум ориентирован на использование в качестве моделирования процессов функционирования систем среды GPSS World.

1. Постановка задачи. Она включает детальное описание задачи.

2. Таблица определений. Таблица определений является списком различных элементов GPSS, используемых в модели, с краткой характеристикой тех частей системы, которые описываются этими элементами.

В начале этой таблицы записывается принятая в модели единица времени. Затем записывается представление транзактов. Далее в алфавитном порядке описываются все прочие элементы модели и части моделируемой системы.

3. Блок-схема. В определённом смысле блок-схема и есть модель. Подробная блок-схема может оказаться трудно читаемой, поэтому рядом с блоками в блок-схеме пишут комментарии.

4. Текст программы.

5. Статистика.

6. Вывод.

Пример оформления работы представлен в Приложении 8.

Цель работы: освоение принципов моделирования процессов функционирования систем, получение и закрепление навыков построения имитационных моделей.

Ознакомьтесь с системами массового обслуживания и их характеристиками (п. 1.1). Изучите основы дискретно-событийного моделирования СМО (п. 1.3). Проверьте моделирование одноканальных СМО, ознакомьтесь с основными характеристиками работы одноканальной СМО (п. 1.2). Освойте среду моделирования GPSS/W (прил. 5). Изучите принципы построения имитационных программ (прил. 1). Ознакомьтесь с правилами записи программы (прил. 3). Ознакомьтесь с объектами и типами операторов GPSS/W. Изучите операторы GPSS/W (прил. 6):

GENERATE – внесение транзактов в модель;

TERMINATE – удаление транзактов из модели;

SEIZE и RELEASE – элементы, отображающие одноканальные устройства;

ADVANCE – реализация задержки во времени;

QUEUE и DEPART – сбор статистики при ожидании.

Ознакомьтесь со стандартной статистикой по очередям (прил. 4).

1. Промоделировать работу врача терапевта. Интервалы приходов пациентов распределены равномерно в интервале а. Время приёма b также распределено равномерно. Пациенты принимаются в порядке «первым пришёл – первым обслужен». Модель работы врача должна обеспечить сбор статистики об очереди.

Необходимо промоделировать работу врача в течение с часов.

Варианты заданий приведены в табл. 1.

Таблица 1

2. Промоделировать работу библиотекаря. Интервалы прихода читателей распределены равномерно в интервале а. Время работы b с читателями также распределено равномерно. Читатели обслуживаются в порядке «первым пришёл – первым обслужен». Модель работы библиотекаря на GPSS должна обеспечить сбор статистики об очереди.

Необходимо промоделировать работу библиотекаря в течение с часов.

Варианты заданий приведены в табл. 2

Таблица 2

3. Промоделировать работу билетной кассы аэрофлота. Интервалы прихода пассажиров распределены равномерно, в интервале а. Время обслуживания b также распределено равномерно. Пассажиры обслуживаются в порядке «первым пришёл – первым обслужен».

Необходимо промоделировать работу кассы в течение с часов.

Варианты заданий приведены в табл. 3

Таблица 3

4. В пункте обмена валюты имеется 1 касса. Интервалы прихода клиентов распределены равномерно, а минут. Время обслуживания так же равномерно распределено по b минут. Клиенты обслуживаются в порядке «первым пришёл – первым обслужен».

Модель работы обменного пункта должна обеспечить сбор статистики об очереди.

Необходимо промоделировать работу пункта в течение часов.

Варианты заданий приведены в табл. 4.

Таблица 4

5. На почте имеется 1 окно приема телеграмм. Интервалы прихода клиентов распределены равномерно в интервале а минут. Время приема телеграмм так же распределено равномерно b минут. Обслуживание ведется в порядке «первым пришел – первым обслужен».

Модель работы окна приема телеграмм должна обеспечить сбор статистики об очереди.

Необходимо промоделировать работу окна приема телеграмм в течение с часов.

Варианты заданий приведены в табл. 5.

Таблица 5