1. Программные средства моделирования систем. Требования, предъявляемые к программным средствам моделирования. (Моделирование)
Сначала имитационные модели разрабатывали на языках типа FORTRAN. В 60-х годах появились специализированные языки имитационного моделирования GPSS, SIMSCRIPT, GASP, SIMULA SLAM. Их применение позволило упростить процесс имитации систем. В 80-х годах стали разрабатывать имитационные системы, содержащие интерфейс непрограммирующего пользователя, входные и выходные анализаторы, возможность анимации процесса имитационного моделирования. В наше время предлагается более 50 мощных ПС, таких как Arena, AutoMod, Ехtеnd, GPSSWorld и др.
Все программное обеспечение для моделирования делится на 3 группы: Универсальные языки; Специализированные языки; Имитационные среды.
1. Универсальные языки (С, Delphi)
Динамику системы описывают в виде последовательности уравнений с детерминированными -X и случайными ~X коэффициентами. Уравнения кодируют в терминах используемого языка. Время моделирования разбивают на одинаковые шаги
Dt. На каждом шаге Dt изменяют значения случайных коэффициентов, для которых по уравнениям рассчитывают изменения выходной величины ~Y(Dt). Каждый эксперимент представляет собой расчет уравнений с шагом Dt. В результате устанавливают связь выходных величин с входными величинами.Динамику системы описывают уравнениями, которые кодируют в программу, затем проводят расчет уравнений и устанавливают связь выходных величин с входными.
Такой подход требует аналитического описания процессов с последующим переводом полученной системы уравнений в программу. Разработка таких программ занимает нескольких человеко-месяцев. Модель, содержит множество команд, трудно поддается доработке. Часто время разработки модели отстает от развития моделируемой системы производства и модель становиться ненужной.
Для имитационного моделирования универсальные языки применяют редко.
2. Специализированные языки (GPSS, SIMAN, SLAM).
Специализированные языки представляют собой программное обеспечение, ориентированное на имитацию процессов. Это языки высокого уровня, в которых стандартные операции имитационного моделирования, такие как “создать объект”, “двигать”, “передать по условию”, “ожидать в течение”, "генерировать случайные числа" и т.д., представляют собой блоки в виде последовательностей команд на одном из универсальных языков. Поведение системы отображается последовательностью событий. Событием является начало или окончание какой либо операции. Процесс отображается не системой уравнений, а взаимодействием элементов модели Е1,...,Еn во времени и пространстве.
Спец языки написаны на универсальных языках. Динамика системы отображается взаимодействием элементов модели Е1,...,Еn во времени и пространстве.
Специализированные языки различаются способами учета времени, сложностью изменения структуры модели, способами проведения экспериментов.
Специализированные языки требуют специальной подготовки пользователя, который должен написать программу в терминах языка для конкретного объекта моделирования. Поэтому созданы языки компьютерной анимации, позволяющие отображать процесс имитационного моделирования на мониторе. Например, Proof Animation отображает на экране компьютера взаимодействие объектов системы по результатам моделирования. Оно может соединяться с различными специализированными языками имитации (GPSS).
3. Имитационные среды (Arena, AutoMod, и др.)
Имитационные среды не требуют программирования в виде последовательности команд. Пользователь составляет модель, выбирая из библиотеки модули, и/или заполняет специальные бланки.
В современных системах имитационного моделирования автоматизированы процессы обработки данных, управления экспериментами, сравнения различных альтернатив. Существует возможность создания своих собственных блоков на встроенных универсальных языках.
Имитационная среда обеспечивает возможность визуализации процесса имитации и связи с инструментами компьютерного проектирования систем.
Моделирование ведется быстрее, но область приложения большинства систем имитации ограничена.
Требования к программным средствам имитационного моделирования:
Основные требования, которые предъявляются к ПС имитационного моделирования и отметим, выполняются или не выполняются эти требования и в какой степени (таблица).
Преимущества спец. языков и сред при имитационном моделировании в простоте, скорости, встроенной модели времени, отработанных генераторах СВ, необязательности аналитического описания, встроенных накопителях данных, автоматической статистике.
Универсальные ЯП гораздо более распространены и отличаются гораздо большей гибкостью (можно описать любую задачу).
Требование - УниверсЯП - СпецЯП - ИмитСР:
1) простота и скорость процесса имитационного моделирования (не требуется знать язык программирования, модель составляется из библиотеки стандартных модулей) - 0-1-2
2) возможность «продвигать» модельное время либо на одну единицу, либо до следующего события - 0-2-2
3) способность генерировать случайные числа и работать со случайными переменными и различными законами распределения СВ - 0-2-2
4) возможность построения моделей без аналитического описания динамики системы - 0-2-2
5) способность автоматически накапливать необходимые данные (Пользователю нет необходимости включать в модель вычислительные операторы для сбора и накопления этих данных) - 0-2-2
6) автоматизация процессов статистической обработки данных, управления экспериментами, оптимизации поведения системы, сравнения различных альтернатив - 0-1-2
7) возможность выявлять и регистрировать логические несоответствия и другие ситуации, связанные с ошибками в модели - 0-2-2
8) широкая распространенность - 2-1-0
9) гибкость (можно моделировать и программировать все, что угодно) - 2-1-0
10) возможность заранее строить для пользователей стандартные подпрограммы, которые могут применяться в других имитационных моделях - 2-2-2
11) простота визуализации работы системы в соответствии с имитационной моделью (встроенная анимация) - 0-1-2
0 - требование не выполнено; 1 - требование выполнено; 2 - требование продвинуто.
