Этап конструирования и описания модели

Сетевая структура модели

Модель исследуемой системы должна быть представлена в виде сетевой структуры. Пример такой структуры приведен на рис. 2.1.

Рис. 2.2

Содержательно эту простейшую схему рис. 2.1 мы будем интерп­ретировать как

Пример 1: модель обслуживания автомобилей на заправочной

станции

Станция оснащена одной бензоколонкой, перед которой может образовываться очередь. Тэг в этой модели исполняет роль автомоби­ля, а разветвитель используется для организации потока автомобилей. Буква М, стоящая внутри ромбика (первая буква слова Multiple — множественный), означает, что любой тэг-автомобиль, приехавший на заправку, попадая в разветвитель, раздваивается (порождает ко­пию). При этом основной тэг направляется в блок 2 (на обслужива­ние), а копия возвращается в первый блок, имитируя приезд другого автомобиля.

Разветвитель появляется в структуре модели автоматически при создании в блоке нескольких выходных стрелок связи с помощью ин­струментов панели рис. 2.2.

Блок «Саг coming» определяет приезд автомобилей на заправку, а блок «Gas station» — обслуживание автомобиля у бензоколонки. Лю­бой тэг, «входящий» в блок, может в этом блоке задерживаться на определенное время. Такое время имитирует интервалы между прихо­дами автомобилей на заправочную станцию и собственно длительно­стью процедуры заправки.

Описание элементов модели

Описание элементов модели связано с понятием переменной.Лю­бая переменная используется для описания какой-либо характеристи­ки системы, например, бензоколонка может находиться в одном из двух состояний:

Часть 2. Имитационное моделирование

Введение в систему Micro Saint

• занята (идет заправка автомобиля),

• свободна (нет заправки — колонка простаивает).

Мы можем имитировать эти состояния с помощью переменной Status, которая будет принимать два значения:

Status := 1; (колонка переходит в состояние «Занята»),

Status := 0; (колонка переходит в состояние «Свободна»).

Оператор «:= » называется оператором присваивания, он назначает переменной Status то значение, которое записано справа от оператора присваивания. В этом примере Status — имя переменной, а 0 и 1 — возможные значения переменной. Во многих случаях перечислить все значения переменной трудно (или невозможно), поэтому в таких си­туациях переменную характеризуют типом, определяющим ее возмож­ные значения.

Например, переменную N — количество автомобилей, обслужен­ных на автозаправке, резонно охарактеризовать типом Integer(целое число), а переменную V — количество заливаемого бензина — типом Real(действительное число).

В процессе имитации исследуемой системы переменные модели будут изменять свои значения, поэтому перед запуском модели всем переменным необходимо назначить исходные начальные значения(Initial Value), которые будут определять исходное состояниесистемы.

Все переменные модели должны быть внесены в список перемен­ных.

Открытие такого списка реализуется нажатием кнопки §§| (сред­ний ряд, вторая кнопка слева, см. рис. 2.1). При этом откроется окно списка переменных (рис. 2.3).

Рис. 2.3. Окно списка переменных (Name — имя, Value — значение переменной)

В этом списке представлены системные переменные. Такие пере­менные используются в любой модели, важнейшими из них для нас являются переменные clock — модельное время и tag (тэг)— индивиду­альный номер динамического объекта.

Одновременно в модели может присутствовать много тэгов, все они совершают передвижения по блокам структурной схемы Однако реализация таких передвижений происходит в определенной последо­вательности, при этом тэг, который в текущий момент времени стоит в голове такой последовательности, считается активным.

Кроме системных в.модели присутствуют переменные, которые определяются непо-средственно пользователем применительно к его модели.

В нашем случае это переменные Status — состояние бензоколонки и N — количество автомобилей, обслуженных на автозаправке. Для того чтобы ввести эти переменные в список, необходимо нажать кнопку ???(нижний ряд панели инструментов рис. 2.1, справа) При этом откроется окно рис. 2.4, в котором задается имя переменной, ее смысловое содержание, тип и начальное значение.

Рис. 2.4. Окно описания переменной

Нажатие кнопки,Accept вводит переменную в список, только по­сле этого она становится полноправным участником процесса моде­лирования.

90

Часть 2. Имитационное моделирование

Введение в систему Micro Saint

91

Описание задачи

Окно описания задачи открывается после двойного клика на со­ответствующем блоке сетевой структуры модели.

На рис. 2.5 приведено такое окно для первого блока сетевой структуры рис. 2.1 «Gar coming».

Рис. 2.5.Окно описания задачи

■

Поля Time Distribution, Mean Timeи Standart Deviationиспользуют­ся для задания интервала времени между приходами автомобилей на заправочную станцию. В списке Time Distributionсодержатся различ­ные законы распределения вероятностей. Для нашего примера мы ис­пользовали равномерное распределение (Rectungular)со средним зна­чением 10 (мин) и отклонением от среднего, равным 3 (мин). (В поле Standart Deviationв этом случае записывается 10 — 3 = 7 (мин), т. е. нижняя граница равномерного распределения.) Такое задание приве­дет к тому, что в нашу модель будут поступать автомобили (тэги) че­рез интервал времени (10 ± 3) мин. Выбор в качестве единицы време-

ни 1 мин. обусловлен только исследователем. В общем случае это мо­жет быть произвольная единица (день, час и т. п.).

Поле Release Conditionв общем случае содержит условие возмож­ностивхода тэга в соответствующий блок. Если в этом поле присутст­вует любое число, большее 0, вход в блок открыт (в нашем примере для блока «Gar coming» любой автомобиль может въехать на запра­вочную станцию). Для блока «Gas station» в поле Release Conditionдолжно быть размещено условие входа в этот блок: Status= =0, т. е. вход автомобиля в блок возможен только тогда, когда бензоколонка свободна. В противном случае автомобиль не сможет подъехать к бен­зоколонке и будет находиться в очереди (символ «= =» используется как отношение равенства).

Поля Beginning Effect, Launch Effectи Ending Effectпредназначены для размещения в них описаний действий, которые необходимо вы­полнить соответственно при входе тэга в блок, при прерывании его обслуживания в блоке и при выходе тэга из блока (поле Launch Effectв дальнейшем не используется).

В нашем примере для блока «Саг coming» (рис. 2.5) мы использо­вали только поле Beginning Effect, в котором разместили оператор: tag:=tag+l. Этот оператор присваивания (см. выше) реализует алго­ритм накопления: каждый раз при входе вновь приехавшего автомо­биля в блок «Саг coming» входной эффект будет увеличивать индиви­дуальный порядковый номер автомобиля на 1. Таким образом, через структуру модели будут последовательно проводиться тэги-автомоби­ли с номерами 0, 1, 2 и т. д.

В аналогичном окне для блока «Gas station» в полях входного и выходного эффектов будут размещены действия по изменению состо­яния бензоколонки. В поле входного эффекта определяется действие по занятию бензоколонки: Status:=l; а в поле выходного — по ее освобождению: Status:=O. Кроме того, в этом поле определяется дей­ствие, связанное с подсчетом количества автомобилей, «прошедших» через автозаправочную станцию: N:=N+1.

В полях Time Distribution, Mean Timeи Standart Deviationблока «Gas station» следует указать характеристики времени заправки автомобиля (например, равномерное распределение в интервале 12 ± 6 мин.).

Исполнительная система, реализующая проводку тэгов через структуру модели, вычисляет описанные эффекты в следующем по­рядке:

• условие входа в блок (Release Condition);

• Beginning Effect;

Введение в систему Micro Saint

Описание разветвителя

• определение времени задержки в блоке (поля Time Distribution,
Mean Time и Standart Deviation);

• Ending Effect.

Рис. 2.6. Окно описания очереди

Описание регистратора очереди

Окно регистратора очереди вызывается двойным кликом на знач­ке соответствующей очереди (табличка) в структуре модели.

Поле SortingOrder определяет порядок элементов (тэгов) в оче­реди:

• FIFO (First In-First Out, первым вошел — первым вышел);

• LIFO (Last In-First Out, последним вошел — первым вышел);

• Sorted (очередь упорядочена по значениям выражения, которое
размещено в поле Priority).

В последнем случае из очереди для входа в блок задачи выводится тот тэг, для которого значение выражения в поле Priority максимально.Обычно это выражение использует индивидуальный номер тэга.

Использование полей Entering Effectи Departing Effectаналогично использованию полей входного и выходного эффекта в окне описа­ния задачи.

Окно описания разветвителя открывается двойным кликом на изображении разветвителя на структурной схеме модели.

Разветвитель может использовать один из трех типов разветвления (Decision Type):Multiple, Probabilistic и Tactical. Первый тип разветв­ления уже обсуждался выше — он создает множество копий тэга, во­шедшего в разветвитель, и отправляет их на все выходы разветвителя. Такой режим позволяет моделировать параллельные (одновременно протекающие) процессыв исследуемой системе.

Единицы в полях Routing Conditionинтерпретируются так же, как и в полях Release Conditionописания задачи (см. рис. 2.5).

Тип Probabilistic определяет стохастический(случайный) механизм выборатэгом направления дальнейшего движения. Для такого выбора в полях Routing Conditionзадаются вероятности переходов по выбран­ному направлению (их сумма должна быть равна 1).

94

Часть 2. Имитационное моделирование

Введение в систему Micro Saint

95

Тип Tactical использует поля Routing Conditionдля записи выраже­ний, значения которых определяют направление дальнейшего движе­ния тэга. Тэг, проходящий через разветацтель типа Tactical, будет на­правлен в ту задачу, для которой выражение, записанное в соответст­вующем поле Routing Condition,примет (в момент перехода) максимальное значение.

Этап проведения компьютерного эксперимента

с моделью

Запуск модели

После составления описаний всех элементов модели она может быть запущена для выполнения задач. Ддя запуска и управления про­цессом выполнения модели используется правая часть средней пане­ли инструментов (рис. 2.8).

тора halt () в поле Entering Effect очереди (см. рис. 2.6) приведет к тому, что, когда первый тэг войдет в очередь и произойдет вычисле­ние этого эффекта, модель будет остановлена.