Выбор языка программирования

Введение

 

Моделирование является одни из универсальных методов познания, применяемых во всех современных  науках, как естественных, так и  общественных, как теоретических, так  и экспериментальных, технических. Можно привести огромное количество примеров модели, при помощи которых  описываются те или иные явления. Так, например, разработаны модели производства автомобилей, выращивания пшеницы, функционирования отдельных органов человека; на моделях изучают течение водяных потоков, различные гидродинамические явления, происходящие при мощных взрывах, землетрясениях.

В современной практической деятельности моделирование играет немаловажную роль. Это обучающие  программы для летчиков, космонавтов, компьютерные обучающие программы  в самых различных вариантов.

Моделированием называется целенаправленное исследование явлений, процессов или объектов путем  построения и изучения их моделей. Сейчас трудно указать область человеческой деятельности, где не применялось бы моделирование

Особенно эффективно применение моделирования в проектировании автоматизированных систем, когда цена ошибочных решений наиболее значительна, а само моделирование является средством, позволяющим без капитальных  затрат решить проблемы построение больших  систем.

Целью данного курсового  проекта является создание модели системы  автоматизированной технологической  линии. Данная модель может применяться во многих системах массового обслуживания. Проведение исследования в курсовой работе проводится при изменении временных характеристик, из которых можно лишь изменять частоту запросов к диспетчеру, поскольку сеанс связи - постоянная минимальная величина.

В данном курсовом проекте разрабатывается имитационная модель работы технологической линии. Имитационное моделирование – это метод, позволяющий строить модели, описывающие процессы так, как они проходили бы в действительности. Такую модель можно «проиграть» во времени как для одного испытания, так и заданного их множества. Имитационное моделирование является удобным средством моделирования, при котором изучаемая система заменяется моделью, с достаточной точностью описывающая реальную систему, с которой проводятся эксперименты с целью получения информации об этой системе. Экспериментирование с моделью называют имитацией. Таким образом имитация – это постижение сути явления, не прибегая к экспериментам на реальном объекте. Поэтому имитационное моделирование в настоящее время получает все большее распространение в исследовании сложных технических систем и технологических процессов.

Для данной задачи простым  и удобным средством моделирования  является язык GPSS Wоrld, позволяющий проанализировать результаты в виде отчетов.

В процессе курсового проектирования  рассматриваются следующие  вопросы:

- понятие моделирования;

- основные виды моделирования;

- процесс моделирования;

- описание объекта исследования  как СМО;

- основные операторы языка  GPSS Wоrld.

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Теоретическая часть

 

1. Моделирование

 

Моделирование  — исследование объектов познания на их моделях; построение и изучение  моделей  реально существующих объектов, процессов или явлений с целью получения объяснений этих явлений, а также для предсказания явлений, интересующих исследователя.

 

 

1.2 Виды моделирования

 

В силу многозначности понятия  «модель» в науке и технике  не существует единой классификации  видов моделирования: классификацию  можно проводить по характеру  моделей, по характеру моделируемых объектов, по сферам приложения моделирования. Например, можно выделить следующие  виды моделирования:

- информационное моделирование;

-     компьютерное моделирование;

- математическое моделирование;

-  математико-картографическое моделирование;

- молекулярное моделирование;

- цифровое моделирование;

- логическое моделирование;

- педагогическое моделирование;

- психологическое моделирование;

- статистическое моделирование;

- структурное моделирование;

- физическое моделирование;

- экономико-математическое моделирование;

- имитационное моделирование;

- эволюционное моделирование.

 

 

1.3 Процесс моделирования

 

Процесс моделирования включает три элемента:

- субъект (исследователь);

- объект исследования;

- модель, определяющую отношения познающего субъекта и познаваемого объекта.

Первый этап построения модели предполагает наличие некоторых  знаний об объекте-оригинале. Познавательные возможности модели обусловливаются  тем, что модель отображает какие-либо существенные черты объекта-оригинала. Вопрос о необходимой и достаточной  мере сходства оригинала и модели требует конкретного анализа. Очевидно, модель утрачивает свой смысл как  в случае тождества с оригиналом (тогда она перестает быть моделью), так и в случае чрезмерного  во всех существенных отношениях отличия  от оригинала. Таким образом, изучение одних сторон моделируемого объекта  осуществляется ценой отказа от исследования других сторон. Поэтому любая модель замещает оригинал лишь в строго ограниченном смысле. Из этого следует, что для  одного объекта может быть построено  несколько «специализированных» моделей, концентрирующих внимание на определенных сторонах исследуемого объекта или  же характеризующих объект с разной степенью детализации.

На втором этапе модель выступает как самостоятельный  объект исследования. Одной из форм такого исследования является проведение «модельных» экспериментов, при которых сознательно изменяются условия функционирования модели и систематизируются данные о её «поведении». Конечным результатом этого этапа является множество знаний о модели.

На третьем этапе осуществляется перенос знаний с модели на оригинал — формирование множества знаний. Одновременно происходит переход с «языка» модели на «язык» оригинала. Процесс переноса знаний проводится по определенным правилам. Знания о модели должны быть скорректированы с учетом тех свойств объекта-оригинала, которые не нашли отражения или были изменены при построении модели.

Четвёртый этап — практическая проверка получаемых с помощью моделей знаний и их использование для построения обобщающей теории объекта, его преобразования или управления им.

Моделирование — циклический процесс. Это означает, что за первым четырёхэтапным циклом может последовать второй, третий и т. д. При этом знания об исследуемом объекте расширяются и уточняются, а исходная модель постепенно совершенствуется. Недостатки, обнаруженные после первого цикла моделирования, обусловленные малым знанием объекта или ошибками в построении модели, можно исправить в последующих циклах.

Сейчас трудно указать  область человеческой деятельности, где не применялось бы моделирование. Разработаны, например, модели производства автомобилей, выращивания пшеницы, функционирования отдельных органов  человека, жизнедеятельности Азовского  моря, последствий атомной войны. В перспективе для каждой системы  могут быть созданы свои модели, перед реализацией каждого технического или организационного проекта должно проводиться моделирование.

Таким образом, этапы моделирования  можно представить:

1. Сбор данных об объекте-оригинале. Любая модель замещает оригинал лишь в строго ограниченном смысле. Следовательно, необходимо строить несколько моделей, обращая внимание на нужные стороны исследуемого объекта или же характеризующих объект с разной степенью детализации.
2. Проведение модельных экспериментов. На данном этапе проводится систематизация данных о поведении модели.
3. Формирование множества знаний.

Практическая проверка получаемых с помощью моделей знаний и  их использование для построения обобщающей теории объекта, его преобразования или управления им.

 

 

1.4 Описание объекта исследования  как систему массового обслуживания (СМО)

 

Под СМО понимают динамическую систему, предназначенную для эффективного обслуживания случайного потока заявок при ограниченных ресурсах системы. Обобщённая структура СМО приведена  на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – обобщенная структура СМО

 

Поступающие на вход СМО  однородные заявки в зависимости  от порождающей причины делятся  на типы, интенсивность потока заявок типа i (i=1…M) обозначено l_i. Совокупность заявок всех типов - входящий поток СМО.

Обслуживание заявок выполняется m каналами. Различают универсальные и специализированные каналы обслуживания. Для универсального канала типа j считается известными функции распределения F_ji(t) длительности обслуживания заявок произвольного типа. Для специализированных каналов функции распределения длительности обслуживания каналов заявок некоторых типов являются неопределёнными, назначение этих заявок на данный канал.

В качестве процесса обслуживания могут быть представлены различные  по своей физической природе процессы функционирования экономических, производственных, технических и других систем, например, потоки поставок продукции некоторому предприятию, потоки деталей и комплектующих  изделий на сборочном конвейере  цеха, заявки на обработку информации ЭВМ от удалённых терминалов и  т.д. При этом характерным для  работы таких объектов является случайное  поведение заявок (требований) на обслуживание и завершение обслуживания в случайные  моменты времени.

В качестве объекта исследования выступает технологическая линия, включающая источник деталей, два взаимосвязанных  станка, накопитель, технологический  модуль, рабочее место и транспортный робот. Обслуживание в системе производится по принципу FCFS/FIFO, т.е. пришедший первым обслуживается первым. Исследуемая система является системой с ожиданием, т.к. содержит в себе накопитель.

В качестве заявок выступают  детали, которые поступают из источника  согласно заданному закону распределения. Время обслуживания складывается из времени обработки детали на каждом из узлов системы.

В зависимости от наличия  возможности ожидания поступающими требованиями начала обслуживания исследуемая  СМО принадлежит классу систем с  накопителем конечной ёмкости (ожиданием  и ограничениями), в которых длина очереди не может превышать ёмкости накопителя; при этом требование, поступающее в переполненную СМО (отсутствуют свободные места для ожидания), теряется.

 

 

1.5 Q-схема системы

 

В любом элементарном акте обслуживания можно выделить две  основные составляющие: ожидание обслуживания заявкой и собственно обслуживание заявки. Это можно отобразить в  виде некоторого i-ого прибора обслуживания П_i, состоящего из накопителя заявок, в котором может находится одновременно l_i=0…L_i^H заявок, где L_i^H - ёмкость i-ого накопителя, и канала обслуживания заявок, k_i.

Рисунок 1.2- Схема прибора СМО

 

На каждый элемент прибора  обслуживания П_i поступают потоки событий: в накопитель H_i поток заявок w_i , на канал k_i - поток обслуживания u_i.

Потоком событий (ПС) называется последовательность событий, происходящих одно за другим в какие-то случайные  моменты времени. Различают потоки однородных и неоднородных событий. Однородный ПС характеризуется только моментами поступления этих событий  (вызывающими моментами) и задаётся последовательностью {t_n}={0£t₁£t₂…£t_n£…}, где t_n - момент поступления n- ого события - неотрицательное вещественное число. ОПС может быть также задан в виде последовательности промежутков времени между n-ым и n-1-ым событиями {t_n}.

Неоднородным ПС называется последовательность {t_n, f_n} , где t_n- вызывающие моменты; f_n- набор признаков события. Например, может быть задана принадлежность к тому или иному источнику заявок, наличие приоритета, возможность обслуживания тем или иным типом канала и т.п.

Рассмотрим ОПС, для которого t_iÎ{t_n}- случайные величины, независимые между собой. Тогда ПС называется потоком с ограниченным последействием.

ПС называется ординарным, если вероятность того, что на малый  интервал времени Dt, примыкающий к моменту времени t попадает больше одного события Р_³1(t, Dt) пренебрежительно мала.

Если для любого интервала Dt событие P₀(t, Dt) + P₁(t, Dt) + Р_³1(t, Dt)=1, P₁(t, Dt) - вероятность попадания на интервал Dt ровно одного события. Как сумма вероятностей событий, образующих полную группу и несовместных, то для ординарного потока событий P₀(t, Dt) + P₁(t, Dt) » 1, Р_³1(t, Dt)=Q(Dt), где Q(Dt)- величина, порядок малости который выше, чем Dt, т.е. lim(Q(Dt))=0 при Dt®0.

Стационарным ПС называется поток, для которого вероятность  появления того или иного числа  событий на интервале времени t зависит от длины этого участка и не зависит от того, где на оси времени 0 - t взят этот участок. Для ОПС справедливо 0*P₀(t, Dt) + 1*P₁(t, Dt)= P₁(t, Dt) - среднее число событий на интервале Dt. Среднее число событий, наступающих на участке Dt в единицу времени составляет P₁(t, Dt)/Dt. Рассмотрим предел этого выражения при Dt®0