 |
Системное описание объекта моделирования и постановка задачи
|
|
|
|
Министерство образования Республики Беларусь
БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Факультет информационных технологий и управления
Кафедра информационных технологий автоматизированных систем
РАСЧЕТНАЯ РАБОТА
по курсу “Моделирование систем”
на тему “ Решение задачи имитационного программирования с
использованием языка имитационного моделирования в среде GPSS World ”
Выполнил студент гр.320602 _________ Касперович И.Е.
Руководитель _________ Севернев А.М.
Минск 2012
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ …………………………..................................................................4
1. СИСТЕМНОЕ ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА МОДЕЛИРОВАНИЯ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ…………………………………………………...9
2. ПОСТРОЕНИЕ БАЗОВОЙ ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ……………..10
3. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ БАЗОВОЙ ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ…16
4. ПОСТРОЕНИЕ МОДИФИЦИРОВАННОЙ ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ……………………………………………………………………18
5. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ МОДИФИЦИРОВАННОЙ ИМИТАЦИОННОЙ МОДЕЛИ……………………………………………19
ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………….…..……………25
ЛИТЕРАТУРА…………….….……..………………………………………….26
ПРИЛОЖЕНИЕ 1…………………………………………….……….………..27
ПРИЛОЖЕНИЕ 2…………………………….…….…….…………………….28
ПРИЛОЖЕНИЕ 3…………………………….…………….…………….…….30
ПРИЛОЖЕНИЕ 4………………………………….…….….………………….31
ПРИЛОЖЕНИЕ 5………………………………….…….….………………….33
ВВЕДЕНИЕ
Имитационное моделирование представляет собой описание объекта исследования на некотором алгоритмическом языке, многократный прогон на ЭВМ полученной модели на различных наборах исходных данных с последующей статистической обработкой полученных результатов. Вообще имитационное моделирование относится к методам математического моделирования. Математическое же моделирование бывает аналитическим и имитационным. Отличие аналитического моделирования от имитационного в том, что в первом можно построить некие "функциональные соотношения или логические условия", а во втором, из-за сложности задачи, это сделать невозможно.
|
|
|
Имитационное моделирование нашло широкое применение в развитых странах. Это связано, как с развитием компьютерной техники, так и потребностями практики. Среди компьютерных программ большую известность имеет программа DOE-2. На стадии Бета-тестирования находится программа EnergyPlus, которая очень широко разрекламирована в США. Нам же (Республика Беларусь) ближе мощный математический пакет SPARK. В ОДО "Энерговент" разработана программа МОДЭН. В основах лежит подход объектно-ориентированного проектирования и метод Зайделя для решения систем нелинейных уравнений. Здесь пользователь имеет возможность не только применять готовые расчетные алгоритмы, но и их просматривать, редактировать и создавать новые. Это позволяет разработчикам новых методов расчета конкретных систем легко стыковать их с остальными расчетами.
Пользователь имеет возможность создавать готовые шаблоны, со своими структурами и методами расчета. Таким образом, пользователи программы становятся, как бы членами одной команды, в которой каждый стремится создать что-то новое для улучшения конечного продукта другого члена команды.
Существует Международное общество компьютерного моделирования (SCS) в США, которое имеет свои филиалы в Европе (Европейское отделение SCS - SCS Europe), Федерация европейских обществ по моделированию (EUROSIM), Институты наук по моделированию (McLeod Institute of Simulation Science) - подразделение SCS с центрами во многих странах, и колледжи имитационного моделирования.
По этой проблеме проводится целый ряд ежегодных конференций и выпускается большое количество научных журналов.
|
|
|
Задачи Центра имитационного моделирования:
· распространение опыта по моделированию в разных сферах деятельности человека;
· предоставление информации о состоянии имитационного моделирования;
· распространение и обобщение мирового опыта по компьютерному моделированию с целью разработки методических основ и их внедрение в высших учебных заведениях;
· создание рабочих групп для разработки проектов с использованием имитационного моделирования.
Данный курсовой проект рассматривает участок цеха по выпуску безалкогольных напитков, на котором производятся следующие операции: заполнение бутылок напитком и закупоривание, наклейка этикеток, установка бутылок в ящик. Каждая операция выполняется на отдельных станках (устройствах) и у каждого из устройств существует своя норма по производству, например, наклейка этикеток производится устройством, которое может обслуживать только по одной бутылке, по очереди, из поступившей партии бутылок, а, к примеру, устройство по наполнению и закупориванию бутылок способно обслуживать сразу всю партию бутылок.
Для того, чтобы получить максимальную выгоду из производства, нужно доскональным образом изучить, как лучше использовать это оборудование, с какой периодичностью подавать на него определенные объекты на которых будут производится определенные операции. Ведь чем лучше мы изучим модель до запуска производства, тем вероятнее, что мы заранее сможем устранить какие то проблемы. К примеру, если какое-нибудь из устройств будет очень сильно закружено, то это может привести к быстрой его поломке, а деньги затраченные на его починку или же, в худшем варианте, на его замену, могут не скоро окупится и привести предприятия в экономически не выгодное положение, а именно такие проблемы на производстве, у неграмотных руководителей встречаются чаще всего. А это на самом деле решается очень просто: можно либо уменьшить поток поступающих изделий, либо, если руководитель хочет высокую производительность, не поскупиться, а изначально приобрести более дорогостоящее оборудование, которое наверняка будет более производительней. Или похожий случай: руководитель «ломает» голову, почему у него низкое производство какого-то продукта, а оказывается, что просто напросто какие-то изделия (полуфабрикат), поступающий на обработку, поступают с очень малой интенсивностью, и устройство по переработки этого изделия – простаивает.
|
|
|
Для решения задач такого типа лучше всего, на мой взгляд, использовать язык имитационного моделирования GPSS World, т.к. он прост в использовании и с его помощью можно легко и быстро построить модель подобного типа.
Поработав с этим языком в течении семестра становиться ясно, почему он становиться столь популярным. Приведу несколько пунктов, по которым он мне понравился:
· прост в изучении и использовании;
· легко осуществляется расширение и изменение базовой модели;
· довольно быстро можно понять внутреннюю логику и алгоритмы;
· простой и удобный интерфейс;
· отчет, содержащий всю необходимую информацию;
Думаю, будет не лишним сказать, что в этом году языку имитационного моделирования GPSS исполнилось 45 лет, поэтому окунемся немного в прошлый век и проследим историю создания этого языка, ведь изначально, он совсем был не похож на нынешний.
Автором и разработчиком первых версий языка, т.е. его отцом, был Джеффри Гордон, выдающийся американский специалист в области имитационного моделирования.
Условно историю развития GPSS можно разделить на два основных этапа. Первый — с 1961 года до середины 70-х — был этапом Джеффри Гордона и фирмы IBM. За это время последовательно разработано пять основных версий языка: GPSS (1961), GPSS II (1963), GPSS III (1965), GPSS/360 (1967) и GPSS V (1971). Последняя версия до сих пор является эталоном для многих пользователей. К сожалению, после прекращения поддержки фирмой IBM язык GPSS пережил кризис.
Второй этап — со второй половины 70-х и по настоящее время. Монополия IBM закончилась, и казалось, GPSS обречен. По крайней мере, его будущее было туманным. Но благодаря силе идей, заложенных в нем, и энтузиазму его сторонников, он выжил. Эстафету подхватило множество небольших честолюбивых фирм и разработчиков. Появилось немало реализаций GPSS, развернулась нешуточная конкуренция за лидерство — но постепенно выделились три основных разработчика, «диктующих моду» в мире GPSS.
|
|
|
Прежде всего, это Джеймс Хенриксен из Wolverine Software. Его GPSS/H — мощная и сбалансированная система имитации, ориентированная на моделировании. Основные принципы GPSS/H закладывались еще до широкого внедрения ПЭВМ, во времена мэйнфреймов. Поэтому особенно активно эта система использовалась в период, пока ПЭВМ имели недостаточную вычислительную мощность. В настоящее время, несмотря на очевидные достоинства, сказывается отсутствие в GPSS/H современных интерактивных технологий.
Второе имя — Ингольф Столл, Stockholm School of Economics. Обобщив многолетний опыт преподавания GPSS, он разработал компактную, немного усеченную версию языка GPSS для использования в учебном процессе — Micro-GPSS. Его главное достижение — разработка WebGPSS. Это довольно удачная попытка создания системы имитации для использования в сети Интернет. Основное ядро системы находится на университетском сервере, и пользователь может через Интернет отлаживать и исполнять небольшие учебные модели. Особенно интересен такой вариант при внедрении дистанционного обучения. Тем не менее, разработке еще предстоит долгий путь совершенствования и развития.
Идеология семейства продуктов Спрингера Кокса и его фирмы Minuteman Software, начиная с GPSS/PC, полностью ориентирована на ПЭВМ и преимущества индивидуального интерактивного использования. Особенно удачным можно признать GPSS World, в котором существенно дополнены функциональные возможности и реализована универсальная многооконная диалоговая оболочка. Значительно расширены возможности интеграции GPSS-моделей с другими системами программирования. Традиционно продукты этой фирмы очень популярны в Беларуси и странах СНГ — поэтому современное состояние систем компьютерного моделирования рассматриваются именно на примере GPSS World.
Хочу еще немного рассказать об общепринятых преимуществах этого языка: GPSS World это — комплексный моделирующий инструмент, охватывающий области как дискретного, так и непрерывного компьютерного моделирования и обладающий высоким уровнем интерактивности и визуального представления информации.
На сегодняшний день GPSS World является приложением семейства операционных систем Windows и использует их очевидные преимущества — графический интерфейс пользователя и архитектуру «документ-вид». Программное обеспечение представляет собой полноэкранный текстовый редактор, позволяющий работать сразу с несколькими объектами (текст модели, журнал, отчет и т. д.) Кроме того, графический интерфейс дает возможность интерактивно взаимодействовать с выполняющимися процессами моделирования, а также применять наглядные графические окна для отображения их работы.
|
|
|
GPSS World выполняется под управлением любых ОС семейства Windows, начиная с Windows 95, и позволяет реализовать многозадачность и использовать виртуальную память. Использование механизма виртуальной памяти устраняет один из главных недостатков предыдущих версий GPSS — жесткое ограничение объема памяти, занимаемого моделью. Теперь он может измеряться гигабайтами.
Имеется возможность ввода и вывода данных в процессе моделирования. Пользователь может прервать выполнение процесса моделирования и сохранить его, чтобы в дальнейшем продолжить выполнение с той же точки. Еще одно новшество — пакетный режим с контролируемой процедурой выхода из приложения. Это позволяет производить многократные прогоны с сохранением всех необходимых файлов.
GPSS World — объектно-ориентированный язык.
Одной из самых сильных сторон GPSS всегда были стандартные отчеты. Содержимое отчета настраивается, поэтому пользователь получает только необходимую информацию.
СИСТЕМНОЕ ОПИСАНИЕ ОБЪЕКТА МОДЕЛИРОВАНИЯ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
На участке цеха по выпуску безалкогольных напитков выполняются следующие операции: заполнение бутылок напитком и закупоривание, наклейка этикеток, установка бутылок в ящик.
Пустые бутылки поступают в цех в среднем через каждые 10 с (экспоненциальная случайная величина). По мере поступления бутылки устанавливаются в поддон, вмещающий 25 бутылок. Поддон с бутылками поступает к машине, выполняющий заполнение и закупоривание. Эти операции выполняются для всех бутылок в поддоне одновременно и занимают 30 
5 с на поддон (обе операции вместе). На закупоренные и заклеенные бутылки наклеиваются этикетки: эта операция занимает от 10 до 14 с на бутылку (включая извлечение ее из поддона, наклеивание этикетки и установку обратно в поддон). По окончании всей обработки бутылки из поддона перегружаются в ящики, вмещающие (как поддоны) по 25 бутылок. Перенос бутылок в ящики выполняется аппаратом, захватывающим по пять бутылок; перенос пяти бутылок занимает от 8 до 12 с. Освободившийся поддон возвращается к месту подачи пустых бутылок.
Всего на участке используется 8 поддонов. Перемещение поддона от места подачи пустых бутылок к машине для заполнения и закупоривания, от нее – к месту наклейки этикеток, и оттуда – к месту перегрузки бутылок в ящики занимает по 8 с; возвращение пустого поддона к месту подачи пустых бутылок занимает 20 с.
Разработать имитационную программу для анализа процесса работы участка в течение 8 ч.
|
|
|
