Министерство образования и науки Российской Федерации Омский государственный институт сервиса
Кафедра прикладной информатики и математики
М. Н. Рассказова
ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ
Учебное пособие
Омск 2010
УДК 519
ББК 22.18 Р 24
Рецензент канд. техн. наук, доцент ОмГТУ И. В. Червенчук
Ответственный за выпуск канд. пед. наук, профессор, зав. кафедрой ПрИМ О. Н. Лучко
Рассказова, М. Н.
Р 24 Имитационное моделирование систем : учебное пособие / М. Н. Рассказова. – Омск : Омский государственный институт сервиса, 2010. – 80 с.
ISBN
Целью пособия является описание систем массового обслуживания, знакомство со средой имитационного моделирования GPSS, позволяющей строить модели систем, проводить процесс моделирования, оптимизировать работу систем. В пособие рассмотрены примеры построения моделей систем: аналитические и имитационные. Содержатся задания для практических работ, исследовательские задания для самостоятельной работы.
Учебное пособие разработано в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по специальности «Прикладная информатика» (бакалавриат), рабочей программой дисциплины «Имитационное моделирование систем» и «Системный анализ в
сфере сервиса». |
|
Пособие предназначено для студентов |
специальности «Прикладная |
информатика в сфере сервиса» (бакалавриат) и «Сервис».
УДК 519
ББК 22.18
ISBN
© Омский государственный институт сервиса, 2010
3
Оглавление |
|
Предисловие......................................................................................................................... |
4 |
ВВЕДЕНИЕ .......................................................................................................................... |
6 |
ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ СИСТЕМ, |
|
КЛАССИФИКАЦИЯ МОДЕЛЕЙ И МЕТОДОВ................................................................ |
8 |
1.1. Основные понятия теории моделирования.................................................................. |
8 |
1.2. Основные методы моделирования.............................................................................. |
10 |
1.3. Классификация моделей.............................................................................................. |
14 |
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ С |
|
ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ МАРКОВСКИХ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ.......................... |
16 |
2.1. Элементы теории марковских случайных процессов, используемые при |
|
моделировании систем....................................................................................................... |
16 |
2.2. Марковские цепи......................................................................................................... |
18 |
2.3. Непрерывные цепи Маркова....................................................................................... |
20 |
2.4. Финальные вероятности состояний............................................................................ |
22 |
2.5. Математическое представление потока событий....................................................... |
24 |
2.6. Компоненты и классификация моделей ..................................................................... |
27 |
систем массового обслуживания (СМО)........................................................................... |
27 |
2.7. Расчёт основных характеристик СМО на основе использования их аналитических
моделей............................................................................................................................... |
31 |
ГЛАВА 3. ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В СРЕДЕ GPSS......................... |
40 |
3.1. Общие сведения о языке GPSS ................................................................................... |
40 |
3.2. Основные объекты языка GPSS.................................................................................. |
41 |
3.3. Основные блоки языка GPSS...................................................................................... |
44 |
3.3.1. Поступление транзактов в модель....................................................................... |
44 |
3.3.2. Уничтожение транзактов.................................................................................... |
46 |
3.3.3. Моделирование работы одноканальных устройств............................................. |
47 |
3.3.4. Моделирование очередей..................................................................................... |
49 |
3.3.5. Моделирование многоканальных устройств (МКУ)........................................... |
50 |
3.3.6. Изменение маршрута движения транзактов........................................................ |
51 |
3.3.7. Разработка модели и процесс моделирования в GPSS. Пример создания модели. ………………………………………………………………………………….52
3.3.8. Управление процессом моделирования............................................................... |
53 |
3.4. Объекты вычислительной категории языка: переменные и функции. Сохраняемые ячейки………………….......................................................................................................55
3.5. |
Определение и использование функций..................................................................... |
56 |
3.6. |
Работа с параметрами транзакта, приоритеты............................................................ |
58 |
3.7. Применение в моделях копий и организация синхронизации движения транзактов
………………………………………………………………………………………………...59
3.8. Использование блока TEST......................................................................................... |
62 |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.................................................................................................................. |
67 |
Библиографический список............................................................................................... |
68 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 1.............................................................................................................. |
69 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 2............................................................................................................... |
71 |
|
4 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 3 |
...............................................................................................................73 |
ПРИЛОЖЕНИЕ 4............................................................................................................... |
75 |
|
Предисловие |
Учебное пособие «Имитационное моделирование систем» написано в соответствии с Федеральным образовательным стандартом по одноименному курсу для студентов, обучающихся по специальности «Прикладная информатика» (бакалавриат), актуальность и необходимость которого подтверждается включением курса «Имитационное моделирование» как обязательного в учебныепланы.
Внастоящее время моделирование является мощным универсальным методом исследования систем, а также анализа и оценки эффективности системы. Среди различных видов компьютерного моделирования особое место занимает имитационное моделирование систем. Разработанное изначально для систем массового обслуживания, оно уже давно расширило область применения
ивнедряется в новые сферы исследований. Успешно применяется для моделирования бизнес-процессов, технологических процессов в других предметных областях, где необходимо учитывать фактор случайности и фактор времени.
Вданном учебном пособии среди существующих систем имитационного
моделирования выбран язык GPSS (General Purpose Simulation System –
общецелевая система моделирования). К сожалению, учебных пособий по данному курсу немного, а те, которые существуют, в основном описывают построение имитационных моделей для технических систем [2,5]. Основное назначение этого пособия – быстрое введение в среду моделирования с целью построения моделей сервисных систем, систем обслуживания.
Учебное пособие предназначено для подготовки студентов специальности «Прикладная информатика в сфере сервиса», но также может быть использовано в курсе «Системный анализ в сфере сервиса» для студентов специальности «Сервис», т. к. имитационное моделирование является одним из методов исследования систем.
Пособие включает в себя необходимый теоретический материал, практические работы, подбор задач по вариантам для индивидуальной самостоятельной работы, возможно, в рамках курсового проектирования, справочный материал, содержащийся в приложениях, контрольные вопросы и тесты для закрепления и оценки знаний. Библиографический список содержит литературу, в которой материал изложен более глубоко и может помочь в детальном освоении некоторых средств моделирования, например, для использования в дипломных проектах.
После знакомства с первой главой можно сразу приступать к изучению среды имитационного моделирования, т. е. третьей главы. Вторая глава может изучаться независимо, в ней предлагается познакомиться с аналитическими моделями процессов массового обслуживания. При изучении среды GPSS рекомендуется все рассмотренные примеры моделей набирать самостоятельно и
5
проводить процедуру моделирования. Обязательным является выполнение учебных задач в конце главы 3.
Учебное пособие разработано доцентом кафедры прикладной информатики и математики ОГИС, канд. физ.-мат. наук Рассказовой Мариной Николаевной, читающей в течение 5 лет курс «Моделирование систем» на кафедре информационной безопасности СибАДИ.
Автор
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
GPSS (General Purpose Simulation System) – многоцелевая система моделирования
PR – приоритет
АСУ – автоматизированная система управления ИМ – имитационное моделирование МКУ – многоканальное устройство ОКУ – одноканальное устройство СМО – система массового обслуживания СЧА – системный числовой атрибут сек – секунды мс – миллисекунды мин – минуты
у.е. – условные единицы