Технология проектирования имитационных моделей включает в себя методы и средства, обеспечивающие не только создание имитационных моделей, но и развитие имитационных моделей на весь жизненный цикл. Жизненный цикл модели начинается с формирования назначения и принципов построения имитационной модели до ее окончательной эксплуатации, которая, как правило, заканчивается с окончанием развития самого объекта. Т.е. имитационная модель развивается аналогично как и любой объект проектирования.
Моделирование сложных систем или объектов сопровождается процессами проектирования, испытания и эксплуатация имитационной модели является программным продуктом, поэтому его разработка ведется в соответствии с ГОСТами ЕСПД (Единый стандарт программных документов). К таковым документам относятся следующие:
!формулирование ТЗ,
!разработка технологического предложения по созданию имитационной модели,
!разработка эскизного проекта,
!разработка технического (технологического) проекта,
!рабочее проектирование,
!результаты испытаний имитационных моделей.
На всех этих стадиях проектирования учитываются две характерные особенности объектов:
1. Внешние воздействия, возмущающая среда (внешнее проектирование).
2. Организация функционирования сложных систем или объектов. Это связано с внутренним проектированием. Имитационные модели в большей степени относятся к задачам внутреннего проектирования.
Несмотря на большое разнообразие различных способов проектирования сложных систем, а также назначение и использование имитационных моделей, технология моделирования включает в себя восемь основных этапов:
1. Определение объекта имитации. Этот этап устанавливает границы и ограничения моделирования, выбор оценок эффективности. Документ: содержательное описание имитационной модели.
2. Формирование основного замысла модели, т.е. на этом этапе производится переход от реальной системе (объект) к логической схеме функционирования, в которой, в зависимости от целей моделирования, сформированных на первом этапе, учитываются только наиболее важные функциональные звенья. Документ: концептуальное описание имитационной модели.
3. Реализация описания объекта в терминах математического представления и разработка алгоритмов функционирования компонент модели Кi. Документ: формальное описание объекта.
4. Преобразование формального описания объекта в описание имитационной модели. Документ: описание имитационной модели.
5. Программирование и отладка модели. Документ: программа модели.
6. Проверка модели на адекватность исходному объекту. Оценка ее свойств, затрат ресурсов на имитацию. Документ: регистрация исследований и результатов моделирования.
7. Организация модельного эксперимента на ЭВМ. Документ: эксплуатационные свойства (результаты) модели.
8. Интерпретация результатов моделирования. Их использование в ходе проектирования и эксплуатации объекта. Документ: выводы по анализу результатов моделирования.
Структурная схема основных технологических этапов моделирования.
СОО - содержательное описание объекта
КМ - концептуальная модель
ЯФ - язык формализации
ФО - формальное описание
НЭ - натурные эксперименты
Третий этап - это составление формального описания объекта моделирования. Он является наиболее ответственным этапом создания имитационной модели. Целью формального описания является создание алгоритмов поведения компонент сложного объекта и взаимодействия между ними. В зависимости от сложности объекта моделирования (внутренне проектирование) и внешней среды (внешнее проектирование) можно рекомендовать три вида выбора формализации:
1. Аппроксимация явлений объекта функциональными зависимостями (аналитический подход).
2. Алгоритмическое описание процессов объекта.
3. Смешанное описание, в котором используются как аналитические формулы, так и алгоритмы.
В зависимости от выбранного способа организации квазипараллелизма используют соответствующий язык формализации формального описания. Существует, как известно, пять способов квазипараллелизма. На этом же этапе проверяется допустимость модели, т.е. позволяет ли модель решить поставленные задачи моделирования и насколько полно она их может отражать. 7 блок связан с построением имитационной модели, которое главным образом зависит от типа ЭВМ. Многие специалисты объединяют 6 и 7 блоки. Это объединение используется тогда, когда модели строятся по агрегативному или транзактному способу. В 9 блоке программирования модели составляют план создания и использования программной модели. В этом плане указываются:
¨ тип ЭВМ,
¨ средства автоматизации моделирования,
¨ примерные затраты памяти ЭВМ на создание модели,
¨ затраты машинного времени,
¨ затраты на программирование и отладку.
15 блок : задание исходной информации, представляется в виде блоков или подблоков. Кроме этого, на этом этапе производится перевод программы в схему модели. Эта проверка осуществляется по двум направлениям:
n статическая проверка модели (выявление грубых ошибок) - осуществляется вручную,
n выявление динамических ошибок моделирования, которые вручную трудно установить, поэтому второй вид проверки осуществляется с помощью тестов.
Результатом программного этапа (5 этап) являются следующие документы:
& описание имитационной модели,
& описание программирования и принятых обозначений,
& полная схема модели,
& полный листинг программы на языке моделирования,
& доказательства достоверности программы модели,
& описание входных и выходных величин,
& оценка затрат машинного времени,
& инструкция пользователю.
После создания программы можно переходить к проверке адекватности модели к объекту исследования. Для этой цели необходимо провести соответствующие натурные эксперименты объекта, поэтому параллельно с отладкой имитационной модели необходимо выполнить серию натурных экспериментов на реальных объектах.
Если объект недоступен для натурных экспериментов или нет соответствующего прототипа, то можно использовать имитационные модели, в которых используется разная степень детализации одних и тех же явлений.
При обнаружении ошибок в блоке адекватности, программы производят корректировку имитационной модели, т.е. изменяют некоторые характеристики алгоритмов компонент. Наличие ошибок во взаимодействии компонент возвращает моделирование к этапу создания, т.е. идут по маршруту первой итерации. Если эти изменения недостаточны, то этот маршрут направляют по второй итерации.
Исследование свойств имитационной модели (блок 21) связано с оценкой точности имитации, устойчивостью результатов моделирования и чувствительностью.
Точность имитации связана с оценкой влияния стохастических элементов на функционирование элементов сложного объекта.
Устойчивость характеризуется сходимостью контролируемого параметра моделирования к некоторой величине, когда t0 ®Tм .
Стационарность характеризуется установившемся равновесием процесса, т.е. когда дальнейшая имитация не имеет смысла.
Чувствительность - это влияние управляемых параметров на выходные характеристики, которые также учитываются в установившемся режиме.
Эксплуатация (блок 25) начинается с плана эксперимента (26), с помощью которого можно получить максимальную информацию. Стремятся минимизировать число опытов. Анализ результатов моделирования завершает всю цепочку моделирования. В зависимости от этих результатов можно рекомендовать три цикла:
1. Изменение начальных условий.
2. Модификация модели.
3. Модернизация концептуального описания.
Языки имитационного моделирования.
- в соответствии со структурой технологических этапов моделирования системы моделирования применяемой в 9,10 блоках 5 этапа. Моделирование сложных процессов можно осуществлять с помощью языков общего назначения (ЯО), однако ЯИМ наиболее предпочтительны, т.к. в них предусматриваются определенные особенности:
1) способы организации данных обеспечивают простое и эффективное моделирование,
2) удобные средства формализации и воспроизведения динамических свойств моделируемых объектов,
3) возможность имитации стохастических систем, т.е. процедуры генерации и анализа случайных величин и временных рядов.
Таким образом, универсальные языки моделирования обладают гибкостью при разработке, отладке и испытании модели, однако это происходит при больших затратах машинных характеристик. При этом языки имитационного моделирования принято различать на языки универсальные и специализированные. Универсальные построены на базе алгоритмических языков высокого уровня (Фортран, ПЛ/1, Алгол). Универсальные языки по сравнению со специализированными языками моделирования имеют определенные недостатки, связанные, главным образом, со структурой и возможностями базовых языков.
Однако, эти языки позволяют легко реализовать динамическое распределение памяти и квазипараллельное моделирование процессов. Рассмотренные ранее способы формализации относились к дискретным системам, которые можно представить в виде пяти вышерассмотренных способов.
Таблица основных языков моделирования.
| Виды имитации | Способы организации имитации | Системы моделирования |
| Непрерывный | процессы | Динамо |
| | системы управления | 360 System CSMP |
| Непрерывно- дискретное | события | НЕДИС |
| | процессы | DISLIN |
| Дискретное | активности | SMPL |
| | события | Cимскрипт, Диск, Модис - Вес, GASP, CMPL |
| | процессы | Сленг, Симула, MPL, АЛСИМ, ДИС, Скиф, МК PLSIM, SOL, ASPOL, Simula |
| | транзакты | GPSS, CSS, Модель - 6, ИМСС, АСИМ |
| | агрегаты | АИС, САПАС |
В последнее время очень широкое распространение получили языки непрерывно - дискретной имитации, в частности, НЕДИС и DISLIN, с помощью которых можно описывать компоненты сложных систем аналогично процессному способу имитации дискретных систем. Для описание остальных компонент системы используются аналогичные уравнения как и для языков непрерывного моделирования. УПМ в таких языках осуществляет внешнюю синхронизацию процессов, а также производит инициализацию компонент, имитирующих поведение системы с непрерывно -модулированным временем.
0 коммент.:
Отправить комментарий