Имитационная модель автоматизированного участка обработки деталей (стр. 4 из 9)

- автоматической компоновки элементов в моделирующий алгоритм.

Нетривиальными для сложных моделей становятся процедуры подготовки машинных экспериментов, сбора, хранения и обработки результатов машинных экспериментов. Появляется необходимость в использовании готовых или разработке новых прикладных программ, реализующих более сложные по сравнению со стандартными возможностями языков моделирования процедуры планирования машинных экспериментов и обработки данных. Пользователь может потребовать от разработчика предусмотреть стандартные средства для подключения таких программ к модели, что обеспечит пользователю возможность самостоятельного выбора этих программ при имитации.

Таким образом, собственно модель сложной системы дополняется множеством программ, обеспечивающих ее эффективное использование.

5. Испытание ИМ

Включает два аспекта:

1) необходимо убедиться в правильности динамики развития алгоритма моделирования компонентов ИМ (верификация);

2) определить совпадение с заданной точностью векторов характеристик поведения объекта моделирования и ИМ (адекватность).

При отсутствии адекватности проводят калибровку ИМ ("подправляют" характеристики алгоритмов компонентов модели). Наличие ошибок во взаимодействии компонентов ИМ возвращает исследователя к этапу создания ИМ на бумаге. Возможно, что в ходе формализации исследователь слишком упростил процессы и исключил из рассмотрения ряд важных сторон функционирования СС, что привело к неадекватности ИМ. В этом случае исследователь должен вернуться к этапу формализации СС. В тех случаях, когда выбор способа формализации оказался неудачным, исследователю необходимо повторить этап составления концептуальной модели с учётом новой информации и появившегося опыта. Наконец, когда у исследователя оказалось недостаточно информации об объекте, он слишком упростил моделируемые явления, исключил из рассмотрения важные стороны функционирования СС и т.д., то необходимо вернуться к этапу составления содержательного описания СС и уточнить его с учётом результатов испытания предыдущей ИМ СС.

6. Исследование свойств ИМ

На данном этапе решаются так называемые тактические проблемы постановки ИЭ: оцениваются точность имитации явлений, необходимый объем выборки, длина реализация прогона ИМ, устойчивость результатов моделирования, чувствительность критериев качества к изменению параметров ИМ, стационарность режима моделирования и др.. Получить эти оценки в ряде случаев бывает весьма сложно, однако без успешных результатов этой работы доверия к ИМ не будет. Точность имитации явлений обычно представляет собой оценку влияния стохастических элементов на функционирование ИМ СС. Устойчивость результатов моделирования характеризуется сходимостью контролируемого отклика моделирования к определённой величине при изменениях параметров модели СС. Стационарность режима моделирования характеризует собой некоторое установившееся равновесие процессов в модели СС, когда дальнейшая имитация бессмысленна, поскольку новой информации из ИМ исследователь не получит и продолжение имитации приведёт к увеличению затрат машинного времени. Поэтому необходимо разработать процедуру проверки момента достижения стационарного режима имитации. Чувствительность ИМ представляется величиной минимального приращения выбранного критерия качества, вычисляемого по статистикам моделирования, при последовательном варьировании параметров моделирования на всём диапазоне их изменения.

7. Эксплуатация ИМ

Исследователь СС, выяснив условия и найдя характеристики, при которых должен выполняться имитационный эксперимент, переходит к решению стратегических задач – расчету выборочных средних значений (дисперсии и моментов более высокого порядка) откликов модели и различных зависимостей на их основе.

Этап эксплуатации ИМ начинается с составления плана эксперимента, позволяющего исследователю получить максимум информации при минимальных усилиях на вычисление. Составляется статистическое обоснование плана эксперимента. Планирование эксперимента представляет собой процедуру выбора числа и условий проведения опытов, необходимых и достаточных для решения поставленной задачи с требуемой точностью. Стремятся минимизировать общее число опытов на ИМ с одновременным варьированием всеми переменными. Выбирают такую стратегию ИЭ, которая позволяет принимать обоснованную стратегию с помощью процедур принятия решений после каждой серии экспериментов на ИМ.

8. Анализ результатов моделирования

Данный этап завершает технологическую цепочку этапов создания и использования ИМ. Получив результаты моделирования, исследователь приступает к интерпретации результатов. Возможно, что в ходе интерпретации результатов исследователь установил наличие ошибок либо при создании модели, либо при формализации объекта моделирования. В этих случаях осуществляется возврат на этап построения описания ИМ или на составление концептуальной модели СС соответственно. Результатом этапа интерпретации данных ИЭ являются рекомендации по проектированию или модификации СС. На их основе исследователи приступают к принятию решений. На интерпретацию результатов ИЭ оказывают существенное влияние изобразительные возможности средств моделирования на ЭВМ. При анализе результатов ИЭ рекомендуется использовать пакеты OLAP (On-Line Analytical Processing), включающие текстовый процессор, средства статистической обработки и графической презентации данных, принятия решений.

В конечном итоге после выполнения всех перечисленных выше итерационных этапов имитации исследователь либо окажется удовлетворённым результатами моделирования и будет их учитывать при проектировании СС, либо забракует проектируемую систему и сформулирует техническое задание на разработку новой архитектуры СС.

1.6 Представление динамики модели при имитационном моделировании

Будем характеризовать каждый компонент K_i сложной системы множеством состояний z_i (переменных, содержащих информацию, необходимую для прогноза будущей динамики элемента). В каждом элементе K_i в результате выполнения функциональных действий происходят события e_ij. Время наступления события t_ij и его содержание полностью определяется состоянием z_i элемента K_i. Для каждого K_i введем понятие локального времени t_i. В сложной системе все t_i изменяются одновременно, однако характер этих изменений различен и определяется последовательностью временных интервалов t_ij. При построении ИМ СС функциональные действия аппроксимируются некоторыми алгоритмами a_ij при неизменном значении t_i, а затем уже отображается изменение t_i на величину t_ij, инициируя таким образом появление события e_ij. Пару (a_ij, t_ij) назовем активностью и обозначим a_ij.

Если СС состоит из одного элемента K₁, то динамика ее ИМ представляла бы собой последовательную смену событий e_1j на временной оси t₁ посредством реализации активностей a_1j (рис.1).

Рисунок 1.1 — Динамика поведения элемента СС.

Чтобы обеспечить имитацию модели СС, состоящей более, чем из одного элемента, вводят глобальную переменную t₀ , называемую модельным временем. Опишем динамику такой модели следующим образом.

Пусть в начальный момент времени t₀ = 0 определены состав элементов и структура системы S₀ . Для каждого элемента K_i известны состояния z_i и времена t_i0 наступления событий e_i0. Введем переменные

и положим t_i = t_im с таким номером m, что выполняется условие t_i,m-1≤t₀<t_im. Найдем величину T₀=min{t_i}, равную времени до наступления самого раннего события и пусть i₀=argT₀ (возможной неоднозначностью номера i₀ пренебрежем). В момент времени T₀ в элементе происходит событие , содержание которого задается состоянием .В этот момент осуществляется взаимодействие элементов модели, в результате чего формируется новый состав элементов и структура системы S₁. Реакцией наступления события является корректировка модельного времени (t₀=T₀) и реализация активности , т.е. выполнение алгоритма и модификация локальной временной координаты (t_i0=t_i0+τ_i00). Далее вновь определяется время T₁ наступления самого раннего события в компоненте , корректируется модельное время (t₀=T₁) и реализуется активность и т.д. (см. рис. 2)

Моменты T₀, T₁, T₂, ... смены состава элементов и/или их состояний будем называть особыми. Переходы, происходящие в эти моменты, полностью определяют динамику модели. Поэтому при машинной имитации достаточно воспроизводить лишь эти изменения (в общем случае случайные).

Различают два типа ИМ, связанных со способом формализации реальных процессов функционирования СС. В моделях одного типа события e_ij отражают фактические события, происходящие в системе. В этом случае динамика ИМ по существу повторяет динамику СС, т.е. переход от одного события к другому. Говорят, что такая ИМ носит событийный (дискретный) характер.