Реализация имитационной модели с использованием специального языка моделирования - GPSS (Genеral Purpose Simulation System)

 

2.2 Программная реализация модели

 

Рассмотрим текст программы  на языке моделирования систем GPSS:

initial x$zator,0

initial x$zator1,0

obrC function RN2,D5

0.1,2/0.3,3/0.7,4/0.9,5/1.0,6

GIST Table x$zator,0,1,30;

 

generate (POISSON(1,6)) ;Поступление  продукта от агрегата А

;10 в час = среднее время  прихода 6 мин

queue och1   ;очереди на агрегат Б

seize agrB   ;Занять агрегат Б

depart och1   ;выйти из его очереди

advance 6,4   ;обработка

release agrB  ;уйти с агрегата

 

queue och2  ;очередь на агрегат В

seize agrC  ;занять агрегат В

depart och2  ;выйти оз очереди агрегата

advance FN$obrC ;время обслуживания

release agrC  ;уйти с агрегата

 

terminate   ;покинуть систему

 

 

generate 1   ;эмуляция таймера который считает

test ge q$och2,2,ex ;в масштабах модельного времени и считает

savevalue zator+,1 ;общее время затора

savevalue zator1+,1 ;времена заторов

;terminate

tabulate GIST,x$zator1

;savevalue zator1,0

ex terminate   

 

 

generate (100#60)  ;моделирование 100 ч.

terminate 1

start 1

 

По логике программы  транзакты поступают из агрегата А на агрегаты Б и В последовательно. Перед агрегатом В происходит отслеживание очереди с целью  выявления затора. Отслеживание происходит при помощи программного таймера, период работы которого равен единице системного времени. В таймере происходит проверка длины очереди к агрегату В и, так как период единице системного времени, происходит инкрементирование переменной «zator», что в результате даст общее время заторов. Переменная «zator1» необходима для сбора информации по каждому конкретному затору. 

Используя отчет программы, можно перейти к анализу результатов моделирования.

 

 

3 Анализ результатов моделирования

 

3.1 Планирование  проведения эксперимента

 

Для того чтобы запустить  модель на выполнение, необходимо в  окне GPSS выполнить команду Command, Create Simulation или нажать комбинацию клавиш Ctrl+Alt+S. После этого откроется окно JOURNAL (журнал), оповещающее пользователя об ошибках или, при их отсутствии, о готовности к трансляции. На рисунке 4 представлен отчет журнала при запуске модели.

 

  12/03/13 17:34:27  Model Translation Begun.

  12/03/13 17:34:27  Ready.

  12/03/13 17:34:27  Simulation in Progress.

  12/03/13 17:34:27  The Simulation has ended.  Clock is 6000.000000.

  12/03/13 17:34:27  Reporting in модель.79.1  -  REPORT Window.

Рисунок 4. Отчет журнала GPSS

 

Вначале каждой строки указывается текущая дата и время. В первой строке говорится о том, что модель готовится к трансляции. Она проверяется на наличие ошибок, и во второй строке сообщается о том, что ошибок нет. Начинается процесс симуляции модели (третья строка). После его окончания в четвертой строке в условных единицах указывается время работы модели. Последняя строка указывает имя файла будущего отчета – модель.79.1.

 

3.2 Анализ  результатов моделирования 

В случае, если в коде программы ошибки не обнаружены, программный продукт GPSS World проводит эксперимент с моделью в скрытом от пользователя режиме, осуществляет сбор данных моделирования и выводит отчет, который содержит основные параметры блоков. Текст отчета имитационной модели для дисциплины обслуживания FIFO показан на рисунке 5.

 

              GPSS World Simulation Report - модель.79.1

 

                   Tuesday, December 03, 2013 17:34:27 

 

           START TIME           END TIME  BLOCKS  FACILITIES  STORAGES

                0.000           6000.000    20        2          0

 

              NAME                       VALUE 

          AGRB                        10006.000

          AGRC                        10007.000

          EX                             18.000

          GIST                        10003.000

          OBRC                        10002.000

          OCH1                        10005.000

          OCH2                        10004.000

          ZATOR                       10000.000

          ZATOR1                      10001.000

 

LABEL              LOC  BLOCK TYPE     ENTRY COUNT CURRENT COUNT RETRY

                    1    GENERATE          1022             0       0

                    2    QUEUE             1022            21       0

                    3    SEIZE             1001             0       0

                    4    DEPART            1001             0       0

                    5    ADVANCE           1001             1       0

                    6    RELEASE           1000             0       0

                    7    QUEUE             1000             0       0

                    8    SEIZE             1000             0       0

                    9    DEPART            1000             0       0

                   10    ADVANCE           1000             1       0

                   11    RELEASE            999             0       0

                   12    TERMINATE          999             0       0

                   13    GENERATE          6000             0       0

                   14    TEST              6000             0       0

                   15    SAVEVALUE           20             0       0

                   16    SAVEVALUE           20             0       0

                   17    TABULATE            20             0       0

EX                 18    TERMINATE         6000             0       0

                   19    GENERATE             1             0       0

                   20    TERMINATE            1             0       0

 

FACILITY    ENTRIES  UTIL.   AVE. TIME AVAIL. OWNER PEND INTER RETRY DELAY

AGRB          1001    0.998       5.980  1     6866    0    0     0     21

AGRC          1000    0.669       4.014  1     6852    0    0     0      0

 

QUEUE         MAX CONT. ENTRY ENTRY(0) AVE.CONT. AVE.TIME   AVE.(-0) RETRY

OCH2           3    0   1000    683     0.098      0.589      1.859   0

OCH1         34   21   1022      5    21.028    123.452    124.059   0

 

 

TABLE        MEAN    STD.DEV.       RANGE           RETRY FREQUENCY CUM.%

GIST         13.667    4.830                           0

                              0.000  -      100.000           210   100.00

 

SAVEVALUE               RETRY       VALUE

ZATOR                    0         20.000                           

ZATOR1                   0         20.000                           

 

FEC XN   PRI         BDT      ASSEM  CURRENT  NEXT  PARAMETER    VALUE

  7025    0        6001.000   7025      0     13

  6866    0        6001.992   6866      5      6

  7021    0        6002.000   7021      0      1

Рисунок 5. Отчет имитационной модели

 

Перейдем к его рассмотрению по частям. На рисунке 6 показаны базовые характеристики модели.

 

                   Tuesday, December 03, 2013 17:34:27 

 

           START TIME           END TIME  BLOCKS  FACILITIES  STORAGES

                0.000           6000.000    20        2          0

Рисунок 6. Базовые характеристики модели

 

Начало симуляции (START TIME) произошло в 0 усл. ед. (в нашем случае в 0 мин.). Моделирование было законченно за 6000 мин. (END TlМE). В программе было использовано 20 блоков (BLOCKS) и два устройства.

Так же в содержание отчета включена информация об именах, которые просматривает GPSS в ходе моделирования (рисунок 7).

 

NAME                            VALUE

AGRB                        10006.000

AGRC                        10007.000

EX                             18.000

GIST                        10003.000

OBRC                        10002.000

OCH1                        10005.000

OCH2                        10004.000

ZATOR                       10000.000

ZATOR1                      10001.000

Рисунок 7. Информация об именах

 

В столбце NAME указывается перечень заданных пользователем имен, содержащихся в программе модели. Столбец VALUE содержит числовое значение, присваиваемых имен. Система начинает отсчет с 10000. Для всех меток, используемых в программе, указывается номер строки, на которую они ссылаются. Следующую часть отчета можно назвать статистической. Она  представлена на рисунке 8.

 

 

 

 

 

LABEL              LOC  BLOCK TYPE     ENTRY COUNT CURRENT COUNT RETRY

                    1    GENERATE          1022             0       0

                    2    QUEUE             1022            21       0

                    3    SEIZE             1001             0       0

                    4    DEPART            1001             0       0

                    5    ADVANCE           1001             1       0

                    6    RELEASE           1000             0       0

                    7    QUEUE             1000             0       0

                    8    SEIZE             1000             0       0

                    9    DEPART            1000             0       0

                   10    ADVANCE           1000             1       0

                   11    RELEASE            999             0       0

                   12    TERMINATE          999             0       0

                   13    GENERATE          6000             0       0

                   14    TEST              6000             0       0

                   15    SAVEVALUE           20             0       0

                   16    SAVEVALUE           20             0       0

                   17    TABULATE            20             0       0

EX                 18    TERMINATE         6000             0       0

                   19    GENERATE             1             0       0

                   20    TERMINATE            1             0       0

Рисунок 8. Статистическая информация по каждому блоку программы

 

В первом столбце (LABEL) указывается метка, т.е. алфавитно-цифровое имя данного блока (если оно задано). Числовой номер позиции каждого блока, тип которого представлен в столбце BLOCK ТУРЕ, в модели отображен в столбце LOC. Из полученных данных видно, что за время работы модели через агрегат Б (строка 3) прошло 1001 единица продукции, при этом 21 единица находилась в очереди перед агрегатом Б. через агрегат В (строка 8) прошло 1000 единиц продукии. На момент завершения моделирования на агрегате Б проходила обработка одного продукта (строка 10, столбец COUNT).

Рассмотрим информацию по агрегатам и очередям, которая видна из рисунка 9.

 

FACILITY     ENTRIES  UTIL.   AVE. TIME AVAIL. OWNER PEND INTER RETRY DELAY

AGRB           1001    0.998       5.980  1     6866    0    0     0     21

AGRC           1000    0.669       4.014  1     6852    0    0     0     0

 

 

QUEUE         MAX CONT. ENTRY ENTRY(0) AVE.CONT. AVE.TIME   AVE.(-0) RETRY

OCH2            3    0   1000    683     0.098      0.589      1.859   0

OCH1           34   21   1022      5    21.028    123.452    124.059   0

Рисунок 9. Информация по агрегатам и очередям

 

Загрузка (UTIL) агрегата Б (AGRB) составила 99,8%, а агрегата В – 66,8. Среднее время обработки (AVE.TIME) на агрегате Б составило 5,98 минут, а агрегате В – 4 минуты. Максимальная длина очереди (MAX) к агрегату Б (ОСН1) составила 34 единицы продукции, среднее время пребывания в очереди (AVE.CONT) составило 123 минуты. Максимальная длина очереди на агрегат В (ОСН2) составила 3, а среднее время ожидания – 0,58 минут.

На рисунке 10 приведена информация об общем времени  заторов, который возникали перед агрегатом В.

 

SAVEVALUE               RETRY       VALUE

ZATOR                    0         20.000

ZATOR1                   0         20.000

Рисунок 10. Информация об общем времени заторов

 

Гистограмма распределения  времени заторов показана на рисунке 11.

 

Рисунок 11. Гистограмма распределения времени заторов

 

Гистограмма построена  для периода в 100 минут и согласно такому построению видно, что заторы имели место только в начале работы системе. Гистограмма распределения общего времени заторов с измененным периодом показана на рисунке 12.

Рисунок 12. Гистограмма распределения общего времени заторов с измененным периодом

 

Для гистограммы, изображенной на рисунке 12, период составляет 1 минуту. Из построения видно, что затор имел место только в течение первых 20 минут моделирования.

Изменим условия  отображения гистограммы путем стирания комментирующих кавычек в листинге программы и выведем информацию о количестве заторов с их длительностью (рисунок 13).

 

Рисунок 13. Гистограмма распределения заторов

 

Из рисунка 13 видно, что в системе за время  моделирования было зарегистрировано 11 заторов. Затор с максимальной длительностью был зарегистрирован  на 15-ой минуте моделирования. Регистрация нескольких заторов подряд с единичной длительностью говорит о том, что транзакт, вызвавший затор уходил на обслуживание, но на его место приходил новый транзакт.

Заключение 

 

В ходе выполнения курсовой работы были получены навыки:

1. Решения задач по автоматизации технологических процессов в среде имитационного моделирования GPSS, что включает в себя проведение научно – исследовательской и проектно – конструкторской работы в области исследования и разработки сложных систем;
2. Постановки и проведения имитационных экспериментов с моделями процессов функционирования систем на современных ЭВМ для оценки вероятностно – временных характеристик систем;
3. Принятия экономически и технически обоснованных инженерных решений;
4. Анализа научно – технической литературы в области системного моделирования, а также использование стандартов, справочников, технической документации по математическому и программному обеспечению ЭВМ и т.д.