Экспертные системы 10 (стр. 4 из 5)

3. Средства имитационного моделирования должны быть интеллектуальными. Они должны допускать, с одной стороны, максимально возможное включение требуемых знаний и опыта в программное обеспечение моделирования, с другой стороны, использование методов обработки знаний для манипуляций с ними.

4. Для снижения общего объема вычислений желательно организовать процесс моделирования в два этапа. При этом вначале с помощью аналитических методов проводится предварительный, упрощенный анализ, а затем его результаты уточняются с помощью собственно имитационного моделирования.

5. Полезно иметь непосредственную связь моделирующей системы с объектом моделирования, например для сбора исходной информации.

6. Желательно иметь возможность наглядного графического обеспечения имитационной системы (например анимации, т.е. "оживления", имитационных экспериментов).

На рис. 2 представлена структура описываемой ЭСИМ производственных процессов [4, c. 58].

Рис. 1 Структура ЭСИМ

В ЭСМП используются методы аналитического и имитационного моделирования, интервальный анализ и методы теории оптимизации. Она позволяет проводить [11, c. 73]:

- аналитический экспресс-анализ процесса с целью исследования возможности выполнения производственной программы и для оценивания необходимого количества технологических и транспортных единиц (оценки могут быть получены также в виде интервалов значений, уточняемых в дальнейшем с помощью имитационного моделирования);

- имитационное моделирование процесса, которое в зависимости от сформулированной пользователем цели исследования дает возможность анализировать процесс (оценивать производительность, коэффициенты использования оборудования и т.д.); сравнивать различные варианты организации процесса; оптимизировать процесс.

Сочетание различных подходов к архитектуре ЭСИМ:

- использование экспертной системы в качестве интеллектуального посредника ("an Intelli gent Front End"), осуществляющего интерфейс пользователя с системой моделирования и генерирующего моделирующую программу;

- использование экспертной системы в качестве советчика, дающего пользователю рекомендации по осуществлению различных этапов имитационной процедуры (например, при стратегическом планировании имитационных экспериментов).

Использование алгоритмического языка имитационного моделирования SIMAN.

Этот язык широко используется в современных работах по имитационному моделированию производственных систем. Его структура удобна для совместного использования с экспертными системами.

В процессе аналитического моделирования производственный процесс рассматривается в статике. При этом выполняется его быстрый, приближенный анализ. Тем самым упрощается решение задач, подлежащих рассмотрению на этапе имитационного моделирования: отсеиваются явно неэффективные варианты организации производственного процесса, строятся интервалы возможных значений его оптимизируемых параметров и т.д.

Аналитическая часть реализована с помощью алгоритмического языка С. Она содержит аналитические выражения, описывающие взаимосвязи между основными компонентами и характеристиками производственных процессов.

Исходными данными для аналитического моделирования служат данные об осуществляемой производственным процессом технологии (например технологические маршруты обрабатываемых деталей, длительности обработки), а также данные о технологическом оборудовании, транспортной и инструментальной подсистемах.

Выходными данными аналитического моделирования являются: коэффиценты использования и длительности простоя технологических и транспортных устройств, требуемое количество паллет и инструмента, требуемые емкости инструментальных барабанов.

В случае, если конечной целью моделирования является анализ производственного процесса, эти данные дают информацию о возможностях выполнения производственной программы и об использовании оборудования.

Если же конечной целью моделирования является синтез производственного процесса, то необходимо определить условия, обеспечивающие достижение его требуемых характеристик. В этом случае вычисления организуются итеративно: на каждой итерации изменяется число единиц оборудования, анализируются результаты аналитического моделирования и принимается решение о следующем шаге итерационной процедуры.

Экспертная часть ЭСМЛ организует диалог системы с пользователем, "ведет" его по этапам процедуры моделирования, помогает выбрать и реализует наилучшие методы решения возникающих в процессе моделирования подзадач. Например, на этапе имитационного моделирования экспертная часть выполняет следующие функции [8, c. 62]:

- запрашивает пользователя о цели моделирования;

- помогает пользователю аппроксимировать закон распределения экспериментально наблюдаемых входных величин (при этом можно использовать десять наиболее распространенных распределений: экспоненциальное, Эрланга, равномерное, треугольное, нормальное, логнормальное, гамма, бета, Пуассона, Вейбулла);

- генерирует текст моделирующей программы на языке SIMAN;

- организует стратегическое планирование имитационных экспериментов;

- организует тактическое планирование имитационных экспериментов;

- выполняет прогоны моделирующей программы;

- обрабатывает выходные данные;

- помогает пользователю анализировать результаты моделирования;

- корректирует тактический и/или стратегический план имитационных экспериментов и т.д.

В то же время пользователь имеет возможность самостоятельно выполнять ряд операций, Например, автоматическая генерация программы моделирования предусмотрена для производственных процессов, принадлежащих определенному классу. Если же исследуемый процесс не принадлежит этому классу, пользователь должен самостоятельно подготовить моделирующую программу. При этом экспертная часть будет консультировать его по вопросам программирования на языке SIMAN.

Фактически экспертная часть выполняет следующие интеллектуальные функции [1, c. 66]:

- действует в качестве интеллектуального интерфейса между пользователем и соответствующими программными средствами (например генерирует и прогоняет моделирующую программу);

- действует в качестве советчика при принятии пользователем решений в процессе моделирования (например, при статистическом анализе входных и выходных данных).

Экспертная часть реализована на основе оболочки экспертных систем EXSYS. Ее база знаний содержит знания о процедуре имитационного моделирования производственных процессов (рис. 3) и о программировании на " языке SIMAN. Благодаря этому ЭСМП может использоваться неспециалистами в области имитационного моделирования и программирования [10, c. 65].

Рис. 3. Схема имитационного моделирования

Остановимся на использовании процессо-ориентированной стратегии, широко применяемой при моделировании производственных систем. В этом случае имитационная модель состоит из двух частей: модельной (описания собственно модели объекта исследования) и экспериментной (описания условий экспериментирования).

Модельная часть определяет статические и динамические характеристики имитационной модели. Экспериментная часть определяет условия и характер проведения имитационных экспериментов. Для одной и той же модельной части может использоваться множество различных вариантов экспериментной части, производящих соответствующее множество наборов выходных данных. Такое разделение модели и условий экспериментирования с ней дает возможность простой организации имитационных экспериментов для одной и той же модели. Кроме того, оно весьма удобно с позиции создания пакетов имитационного моделирования с автоматизацией функций построения модели и организации имитационного эксперимента.

Отлаживание имитационной модели на языке SIMAN может осуществляться с помощью отладочного средства Interactive Debugger, позволяющего вносить изменения в модель в процессе ее прогона.

При использовании процессо-ориентированного подхода к моделированию дискретных систем модель на языке SIMAN строится в виде блок-диаграмы, представляющей собой граф, который описывает прохождение динамических элементов, аналогичных транзактам в языке GPSS, через моделирующую систему [5, c. 79].

Блок-диаграмма строится как последовательность блоков, выполняющих различные операции над проходящими через них динамическими элементами.

Кроме традиционных блоков, аналогичных используемым в языках GPSS и SLAM, язык SIMAN имеет специальные средства для моделирования дискретных производственных систем (в частности, гибких производственных систем). При этом используются блоки, позволяющие моделировать характерные для дискретных производств процессы [8, c. 71]:

- работу отдельных обрабатывающих центров;

- работу эквивалентных обрабатывающих цент ров;

- движение обрабатываемых деталей по технологическим маршрутам;

- отказы и восстановление работоспособности обрабатывающих центров;

- транспортные процессы (как дискретного типа, так и конвейерного типа).

Для обработки результатов моделирования и связи с внешними программными системами в языке SIMAN используется специальное программное средство Output Processor. Это средство позволяет выполнить следующие манипуляции над выходными (т.е. получающимися в результате моделирования) и входными (т.е. получаемыми от внешних программных систем) файлами данных [13, c. 50]:

- построить график наблюдений;

- построить гистограмму наблюдений;