<<
>>

3.2.2. Классификация имитационных моделей

Имитационные модели принято классифицировать по четырем наиболее распространенным признакам:

♦ типу используемой ЭВМ;

♦ способу взаимодействия с пользователем;

♦ способу управления системным временем (механизму системного времени);

♦ способу организации квазипараллелизма (схеме форма­лизации моделируемой системы).

Первые два признака позволяют разделить имитацион­ные модели на совершенно понятные (очевидные) классы, поэтому их рассмотрение не займет много места.

По типу используемой ЭВМ различают аналоговые, циф­ровые и гибридные имитационные модели. Достоинства и не­достатки моделей каждого класса общеизвестны [27]. В даль­нейшем будем рассматривать только цифровые модели.

По способу взаимодействия с пользователем имитацион­ные модели могут быть автоматическими (не требующими вмешательства исследователя после определения режима моделирования и задания исходных данных) и интерактив­ными (предусматривающими диалог с пользователем в том или ином режиме в соответствии со сценарием моделирова­ния).

Отметим, что моделирование сложных систем, относя­щихся, как уже отмечалось, к классу эргатических систем, как правило, требует применения диалоговых моделей.

Различают два механизма системного времени:

♦ задание времени с помощью постоянных временных интервалов (шагов);

♦ задание времени с помощью переменных временных интервалов (моделирование по особым состояниям).

При реализации первого механизма системное время сдвигается на один и тот же интервал (шаг моделирования) независимо от того, какие события должны наступать в сис­теме. При этом наступление всех событий, имевших место на очередном шаге, относят к его окончанию. На рис. 3.2.2, а) показана схема реализации механизма системного времени с постоянным шагом.

Так, для этого механизма считают, что событие А1 наступило в момент окончания первого шага; со­

бытие А2 — в момент окончания второго шага; события А3, А4, А5 — в момент окончания четвертого шага (эти моменты показаны стрелками) и т. д.

При моделировании по особым состояниям системное время каждый раз изменяется на величину, соответствую­щую интервалу времени до планируемого момента наступле­ния следующего события, т. е. события обрабатываются по­очередно — каждое "в свое время". Если в реальной системе какие-либо события наступают одновременно, это фиксиру­ется в модели. Для реализации этого механизма требуется специальная процедура, в которой отслеживаются времена наступления всех событий и из них выделяется ближайшее по времени. Такую процедуру называют календарем собы­тий (см. п. 3.2.3). На рис. 3.2.2, б) стрелками обозначены мо­менты изменения системного времени.

5!

Существует не столь распространенная разновидность механизма моделирования по особым состояниям, предусмат­ривающая возможность изменения порядка обработки собы­тий, так называемый механизм моделирования с реверсиро­ванием (обращением) шага по времени. Согласно этому меха­низму все события в системе разбиваются на два класса:

фазовые и простые. К первым относят события, порядок мо­делирования которых нельзя изменять во избежание нару­шения причинно-следственных связей в моделируемой сис­теме. Остальные события относят к простым. Таким образом, сначала моделируют очередное фазовое событие, а затем — все простые события до этого фазового, причем в произ­вольном порядке.

На рис. 3.2.3 приведены перечисленные способы управле­ния системным временем.

Рис. 3.2.3. Механизмы управления системным временем

Очевидно, что механизм системного времени с постоян­ным шагом легко реализуем: достаточно менять временную координату на фиксированный шаг и проверять, какие собы­тия уже наступили.

Метод фиксированного шага целесообразно применять в следующих случаях:

♦ события в системе появляются регулярно;

♦ число событий велико;

♦ все события являются для исследователя существен­ными (или заранее неизвестно, какие из них суще­ственны).

Как уже отмечалось, механизм с переменным шагом по времени требует наличия специального программного средства, способного определять интервал временного сдвига до очеред­ного особого состояния, что осложняет его реализацию.

Вопрос о том, каким же механизмом системного време­ни воспользоваться, решается путем анализа достоинств и недостатков каждого применительно к конкретной модели и требует от разработчика высокой квалификации. В некото­рых моделях используют комбинированные механизмы сис­темного времени в целях исключения перечисленных недо­статков.

Важнейшим классификационным признаком имитацион­ных моделей является схема формализации моделируемой системы (способ организации квазипараллелизма).

Наибольшее распространение получили пять способов:

♦ просмотр активностей;

♦ составление расписания событий;

♦ управление обслуживанием транзактов;

♦ управление агрегатами;

♦ синхронизация процессов.

Характеристика этих способов требует введения ряда понятий [53].

Основными составными частями модели ЭИС являются объекты, которые представляют компоненты реальной сис­темы. Для задания свойств объектов используются атрибу­ты (параметры). Совокупность объектов с одним и тем же набором атрибутов называют классом объектов.

Все объекты подразделяют на активные (представляющие в модели те объекты реальной системы, которые способны функциониро­вать самостоятельно и выполнять некоторые действия над другими объектами) и пассивные (представляющие реальные объекты, самостоятельно в рамках данной модели не функ­ционирующие).

Работа (активность) представляется в модели набором операций, выполняемых в течение некоторого времени и при­водящих к изменению состояний объектов системы. В рам­ках конкретной модели любая работа рассматривается как единый дискретный шаг (возможно, состоящий из других работ). Каждая работа характеризуется временем выпол­нения и потребляемыми ресурсами.

Событие представляет собой мгновенное изменение со­стояния некоторого объекта системы (т. е. изменение зна­чений его атрибутов). Окончание любой активности в систе­ме является событием, так как приводит к изменению состо­яния объекта (объектов), а также может служить инициато­ром другой работы в системе.

Под процессом понимают логически связанный набор ак­тивностей, относящихся к одному объекту. Выполнение та­ких активностей называют фазой процесса. Различие между понятиями "активность" и "процесс" полностью определяется степенью детализации модели. Например, смена позиций мо­бильным объектом в одних моделях может рассматриваться как сложный процесс, а в других — как работа по изменению за некоторое время номера позиции. Процессы, включающие одни и те же типы работ и событий, относят к одному классу. Таким образом, моделируемую систему можно пред­ставить соответствующим числом классов процессов. Между двумя последовательными фазами (работами) некоторого про­цесса может иметь место любое число фаз других процес­сов, а их чередование в модели, собственно, и выражает суть квазипараллелизма.

В ряде случаев ФД компонент (объектов) реальной сис­темы одинаковы, а общее их число ограничено. Каждое ФД можно описать простейшими работами, которые приводят лишь к изменению значений временных координат компо­нент системы. Взаимодействие такого рода активностей ана­логично функционированию системы массового обслужива­ния. Однотипные активности объединяются и называются при­борами массового обслуживания. Инициаторами появления со­бытий в такой модели становятся заявки (транзакты) на об­служивание этими приборами.

В некоторых реальных системах ФД отдельных компо­нент тесно взаимодействуют друг с другом. Компоненты обмениваются между собой сигналами, причем выходной сиг­нал одной компоненты может поступать на вход другой, а сами ФД можно в явном виде описать математическими зависимостями. Если появление выходного сигнала таким об­разом определяется соответствующим набором "входов", мож­но реализовать так называемый модульный принцип пост­роения модели. Каждый из модулей строится по стандарт­ной (унифицированной, типовой) структуре и называется агрегатом. С помощью агрегатов (на базе одной из типовых математических схем описания объектов) можно решать весь­ма широкий круг задач [54].

Вернемся к характеристике способов организации квази­параллелизма.

Способ просмотра активностей применяется при сле­дующих условиях [54]:

♦ все ФД компонент реальной системы различны, при­чем для выполнения каждого из них требуется выпол­нение некоторых (своих) условий;

♦ условия выполнимости известны исследователю зара­нее и могут быть заданы алгоритмически;

♦ в результате ФД в системе наступают различные со­бытия;

♦ связи между ФД отсутствуют и они осуществляются независимо друг от друга.

В этом случае имитационная модель состоит из двух частей:

♦ множества активностей (работ);

♦ набора процедур проверки выполнимости условий ини­циализации активностей, т. е. возможности передачи управления на реализацию алгоритма этой активности.

Проверка выполнимости условия инициализации рабо­ты основана либо на анализе значений параметров и/или переменных модели, либо вычислении моментов времени, когда должно осуществляться данное ФД.

После выполнения каждой активности производится мо­дификация системного времени для данного компонента и управление передается в специальный управляющий модуль, что и составляет суть имитации для этого способа организа­ции квазипараллелизма.

Составление расписания событий применяется в тех слу­чаях, когда реальные процессы характеризуются рядом дос­таточно строгих ограничений [54]:

♦ различные компоненты выполняют одни и те же ФД;

♦ начало выполнения этих ФД определяется одними и теми же условиями, причем они известны исследова­телю и заданы алгоритмически;

♦ в результате ФД происходят одинаковые события не­зависимо друг от друга;

♦ связи между ФД отсутствуют, а каждое ФД выпол­няется независимо.

В таких условиях имитационная модель по сути состоит из двух процедур:

♦ проверки выполнимости событий;

♦ обслуживания (обработки) событий.

Выполнение этих процедур синхронизируется в модель­ном времени так называемым списковым механизмом плани­рования. Процедура проверки выполнимости событий схожа с ранее рассмотренными для просмотра активностей (напом­ним, что окончание любой работы является событием и мо­жет инициализировать другую активность) с учетом того, что при выполнении условия происходит не инициализация рабо­ты, а обслуживание (розыгрыш) события с последующим изменением системного времени для данного компонента. Корректировка системного времени осуществляется кален­дарем событий, о котором более подробно будет сказано ниже.

Условия применимости транзактного способа организа­ции квазипараллелизма были приведены при определении понятия "транзакт". Связь между приборами массового об­служивания устанавливается с помощью системы очередей, выбранных способов генерации, обслуживания и извлечения транзактов. Так организуется появление транзактов, управ­ление их движением, нахождение в очереди, задержки в об­служивании, уход транзакта из системы и т. п. Событием в такой имитационной модели является момент инициализа­ции любого транзакта. Типовыми структурными элемента­ми модели являются источники транзактов; их поглотители; блоки, имитирующие обслуживание заявок; управляющий мо­дуль. Имитация функционирования реальной системы произ­водится путем выявления очередной (ближайшей по времени) заявки, ее обслуживания, обработки итогов обслуживания (появления нового транзакта; поглощения заявки; изменения возможного времени поступления следующего транзакта и т. п.), изменения системного времени до момента наступле­ния следующего события.

В случае построения имитационной модели с агрегат­ным способом организации квазипараллелизма особое внима­ние следует уделять оператору перехода системы из одного состояния в другое. Имитация производится за счет пере­дачи управления от агрегата к агрегату при выполнении определенных условий, формирования различных сигналов и их доставки адресату, отработки внешних сигналов, изме­нения состояния агрегата и т. п. При этом в управляющем модуле осуществляется временная синхронизация состоя­ний всех агрегатов. Отметим, что выделение такого способа реализации квазипараллелизма является достаточно услов­ным, так как квазипараллельная работа агрегатов системы может быть организована другими способами — активностя­ми, планированием событий, взаимодействием транзактов, процессами. Иными словами, агрегатный способ прежде все­го ориентирован на использование типовых математичес­ких схем (типовых агрегатов) для описания компонент си­стемы и организации их взаимодействия одним из перечис­ленных способов.

Процессный способ организации квазипараллелизма при­меняется в следующих случаях [54]:

♦ все ФД компонент реальной системы различны;

♦ условия инициализации ФД также различны;

♦ в любой момент времени в данной компоненте может выполняться только одно ФД;

♦ последовательность ФД в каждом компоненте опре­делена.

Принято считать, что процессный подход объединяет лучшие черты других способов: краткость описания актив­ностей и эффективность событийного представления ими­тации. Процессным способом можно организовать имитацию ЭИС любой сложности, но такой способ особенно эффекти­вен в тех случаях, когда требуется высокий уровень детали­зации выполнения ФД, а сама имитационная модель исполь­зуется для поиска "узких" мест в работе системы. При та­ком подходе особо важно соблюдение сходства структуры модели и объекта исследования. Имитационная модель пред­ставляет собой набор описаний процессов, каждое из кото­рых посвящено одному классу процессов, а также информа­ционных и управляющих связей между компонентами моде­ли. Каждой компоненте объекта моделирования соответ­ствует свой процесс. Переход от выполнения одной актив­ности к другой активности того же процесса считают из­менением его состояния и называют активизацией процесса. Проверка выполнимости условий активизации процесса и появление событий осуществляется самим процессом. Про­цессный способ широко применяется в задачах моделирова­ния проектируемых систем. Он позволяет реализовать много­уровневый модульный подход к моделированию, предусмат­ривающий внесение в модель частичных изменений по ре­зультатам исследований, причем значение этого обстоятель­ства возрастает по мере роста размеров модели [54].

На рис. 3.2.4 представлена классификация способов орга­низации квазипараллелизма.

Отметим, что в настоящее время для реализации всех перечисленных схем формализации моделируемой системы созданы специализированные программные средства, ориен­тированные на данный способ организации квазипараллелиз­ма, что, с одной стороны, облегчает программную реализа­цию модели, но, с другой стороны, повышает ответствен­ность исследователя за правильность выбора соответствую­щей схемы. Подробнее о языках моделирования см. подразд. 3.4.

Рис. 3.2.4. Классификация имитационных моделей по способу организации квазипараллелизма

.

<< | >>
Источник: Балдин К. В., Уткин В. Б.. Информационные системы в экономике: Учебник. — 5-е изд. — М.: Издательско-торго- вая корпорация «Дашков и К0», — 395 с.. 2008

Еще по теме 3.2.2. Классификация имитационных моделей:

  1. Этап 5. Испытание и исследование свойств имитационной модели
  2. Требования к имитационным моделям.
  3. 3.2.3. Структура типовой имитационной модели с календарем событий
  4. Этап 3. Формализация имитационной модели
  5. 3.2. Имитационные модели экономических информационных систем
  6. 3.1.2. Классификация математических моделей
  7. 5.2. Классификация моделей
  8. 18.1. Классификация моделей управления запасами
  9. Классификация моделей бухгалтерского баланса
  10. 2.2.Балансовая модель и классификация счетов