Лекции_додонов (862470), страница 8

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 8)

При машинном моделировании механосборочного производства и отдельных составных частей выпуск продукции и работа системы имитируется в некотором принятом масштабе времени, чем обеспечиваются квазиэкспериментальные условия для изучения процессов и параметров производства, его систем, частей и т.д. Значения переменных, характеризующих состояние системы, шаг за шагом регистрируются во времени и обрабатываются статистически. Таким образом при имитации необходимо лишь возможно более полно и точно обеспечить подобие процессов, необходимых на практике, и процессов, воспроизводимых при машинных экспериментах с моделями. С этой целью разрабатываются методы и средства моделирования определяющие возможности имитационного подхода как метода решения практических задач, возникающих при анализе различных аспектов механосборочного производства. Достоверность получаемых при моделировании результатов зависит от точности имитации реального поведения, от степени адекватности имитационной модели (ИМ) и моделируемой системы. Последнее относится как к объему или комплексности модели, так и к проблемам имитации различных структурных представлений систем, а также к стохастическим аспектам имитации.

На базе имитационного подхода при проектировании удается относительно точно определять многочисленные параметры производственных систем, технологических машин, линий и т.д. В качестве необходимых начальных сведении при этом используют вид выпускаемой продукции, интенсивность производства, требования к точности и производительности оборудования, параметры отдельных технологических операции и т.п. В этом случае проектируемую систему воспроизводят с помощью ЭВМ в точно подобранном масштабе времени и получают при имитации значения отдельных параметров, которые либо невозможно, либо очень трудно вычислить аналитически. Специально спланированными изменениями, вносимыми во время машинных экспериментов в модели проектируемых и исследуемых на ЭВМ технических и производственных систем, удается управлять параметрами систем, добиваясь их изменения в заданном направлении. Полученные в результате имитации значения параметров будут соответствовать практически достигнутым значениям лишь в пределах статистической точности. Неустранимые вероятностные ошибки будут пренебрежимо малы, если обеспечивается достаточно широкое проведение статистических экспериментов и не вводятся ограничения на затраты по подготовке машинных экспериментов. Естественно, что в каждом конкретном случае затраты на машинный эксперимент учитываются и сопоставляются с теми преимуществами, которые приобретаются за счет получения лучших оценок параметров проектируемой технической или производственной системы.

При известной целевой функции для производственной или технической системы можно получить соответствующее значение этой функции в каждом имитационном эксперименте. При этом условии, применяя поисковую стратегию, целенаправленной вариацией существенных параметров модели удается получить оптимальные или близкие к оптимальным(квазиоптимальные) решения.

Для целей имитационного моделирования разработаны специальные языки моделирования, среди которых наиболее распространены языки “Simula”, “Simscript”, GPSS и другие.

Одним из распространенных и широко применяемым языком имитационного моделирования является язык GPSS (общецелевая система имитационного моделирования)- обладающий широкими возможностями моделирования разнообразных производственных систем [3].

Существует множество различных методов моделирования процессов. Есть аналитические средства (составление параметрических функций и уравнений), можно использовать средства графоаналитики (сети Петри, графы, блок-схемы)[4], а можно воспользоваться имитационным моделированием. Если учитывать сложность проектируемых производственных систем и требования к методу моделирования - простота разработки модели, удобство использования и очевидность результатов - то на первое место выходит именно имитационное моделирование. Именно оно способно учесть комплексность и сложность систем, стохастичность некоторых ее параметров[2].

Имитационное моделирование позволяет определять искомые характеристики проектирования АСС без точного математического описания характера потока заявок, дисциплины обслуживания и т.д.

Имитационное моделирование – проведение нескольких сотен расчетов по выбору одели АСС.

Расчеты проводятся при изменяющихся состояниях системы. Изменение параметров и состояния определяется с помощью законов распределения и датчиков случайных чисел (ДСЧ).

ДСЧ - электронное устройство, вырабатывающее с равной вероятностью любое число от 0 до 1 по равномерному закону. ДСЧ позволяет нам «произвольно» разыгрывать возможные состояния системы. ДСЧ находится у всех станков и накопителей. ДСЧ – датчик текущего времени обработки.

Моделирование процессов обработки осуществляется с использованием компьютеров, т.к. объемы обрабатываемой информации довольно велики, а результаты моделирования получить в короткий срок.

Как правило, компьютерные системы проектирования производства представляют собой средства динамического моделирования различных дискретных процессов. Именно моделирование дискретных процессов позволяет интерактивно проследить за течением процессов в исследуемой системе и оценить адекватность ее параметров, способность выполнять поставленную задачу.

При имитационном моделировании можно написать вместо экспоненциального закона конкретные статистические данные и это расширяет его возможности.

Процесс исследования АСС методом имитационного моделирования можно разбить на этапы.

1.Формализация объекта и процесса моделирования;

2. Преобразование полученного описания в концепцию выбранного языка моделирования;

3.Составление программы на языке моделирования.

4. Выполнение программы на ЭВМ;

Обработка статистической информации;

Принятие решений относительно продолжения процесса моделирования. Мы рассмотрим один из наиболее популярных и универсальных языков имитационного моделирования GPSS: General Purpose Simulation System (Моделирующая система общего назначения). Этот язык разработан фирмой IBM и входит в число наиболее распространенных языков программирования.

Система моделирования GPSS включает язык, транслятор и интерпретатор. Язык позволяет описывать функционирование объектов в виде совокупности взаимосвязанных процессов. Транслятор осуществляет поэтапный перевод символического текста на машинный язык. Интерпретатор подключается на этапе выполнения программы и обеспечивает управление вычислительным процессом, автоматический сбор и обработку результатов моделирования, интерпретацию отдельных процедур.

Средства специализированного языка GPSS.

Специфика:

Встроенный генератор случайных чисел (ДСЧ).

Средства «разыгрывания» случайных чисел по равномерному, экспоненциальному и нормальным законам распределения случайных чисел.

Средства «разыгрывания» эмпирических распределений

Встроенный таймер модельного времени

Автоматическое выполнение некоторых логических операций: проверка состояния в очереди, определения наличия заявки.

Автоматическое управление таймером - продвижение таймера до времени возникновения ближайшего события.

Средства автоматического сбора статистических данных в тех местах модели, которые интересуют разработчика.

Автоматическая распечатка собранной статистики.

Объекты и операторы GPSS.

Основными элементами языка GPSS являются транзакты и блоки, которые отображают соответственно динамические и статические объекты моделируемой системы. Работа GPSS модели заключается в перемещении транзактов от блока к блоку. Для большей ясности, можно провести аналогию: транзакты - это обрабатываемые автоматизированной системой детали, а блоки - это технологические операции, вспомогательные переходы и т.д. (взять заготовку, закрепить заготовку, обработать и т.д.), через которые последовательно проходит обрабатываемая деталь.

С точки зрения программы - транзакт это структура данных, которая содержит такие поля: имя или номер транзакта; время появления транзакта; текущее модельное время; номер блока, в котором транзакт находится; номер блока, куда он продвигается; момент времени начала продвижения; приоритет транзакта; параметры транзакта: P1,Р 2, и т.д.

При начале моделирования в GPSS-модели не существует ни одного транзакта. В процессе моделирования транзакты входят в модель в определенные моменты времени, задаваемые программой моделирования. Таким же образом транзакты покидают модель в зависимости от специфики моделирования. В общем случае в модели существует несколько транзактов. Если транзакт начал свое движение, он передвигается от блока к блоку по пути, указанному блок-схемой (логикой работы модели). В тот момент, когда транзакт входит в блок, вызывается соответствующая этому блоку подпрограмма. Далее транзакт (в общем случае) пытается перейти в следующий блок. Его перемещение прекращается, если выполнится одно из следующих возможных условий:

1. Транзакт входит в блок, функцией которого является задержка транзакта на определенное время.

2. Транзакт входит в блок, функцией которого является удаление транзакта из модели.

3 . В соответствии с логикой модели транзакт пытается войти в следующий блок, но блок не принимает этот транзакт. В этом случае транзакт остается в том блоке, в котором в данное время находится, но позже будет повторять попытки войти в следующий блок. Когда условия в модели изменятся, одна из таких попыток может быть успешной. После этого транзакт продолжит свое перемещение по модели.

Блоки языка GPSS представляют собой подпрограммы и содержат набор параметров (операндов) для обращения к ним. Как и во всех языках моделирования в GPSS существует внутренний механизм передачи управления, который реализуется в модельном времени, что дает возможность отобразить динамические процессы в реальных системах. Передача управления от блока к блоку в GPSS-программах реализуется с помощью движения транзактов в модельном времени. Обращение к подпрограммам блоков происходит через движение транзактов.

Формат GPSS блоков. В записи блока выделяют три части: метку, название, поле переменных. Пример блока:

LI GENERATE 30,5 ;Прибывает деталь

В поле переменных выделяют подполя (в данном примере у оператора два подполя в них стоят числа 30 и 5), разделяемые при записи запятыми и служащие для указания операндов. Подполя могут быть пустым. Возможна запись комментария через точку с запятой. Числа, стоящие в подполях, называют операндами. Операнды служат для указания различных величин, фигурирующих в модели. Так в нашем примере 30 - средняя длина интервала, 5 - +/- 5 минут т.е. время изменяется от 30-5 до 30+5 минут то есть промежуток времени между поступлениями деталей может быть: 25,26,27,28...35 минут.

Ввод транзактов. Блок GENERATE(генерировать).

Б лок GENERATE [A], [B]. A и B- операнды. A- средний интервал времени. В- половина поля допуска равномерно распределенного интервала. Например:

GENERATE 12, 4- операнды 12 и 4. Интервал времени поступления транзакта является случайным числом со средним значением 12 и полем допуска 4, то есть он может приобретать только одно из девяти разных значений: 8,9,10,11,12,13,14,15,16.

Удаление транзактов из модели. Блок TERMINATE (завершить).

Транзакты удаляются из модели, попадая в этот блок. Формат блока TERMINATE [A].

я

A

вляется величиной уменьшения специального счетчика, который называется счетчиком завершения, счетчик завершения проверяет можно продолжать работу модели или нет. Значение счетчика устанавливается при начале моделирования командой START, и как только его значение становится равным 0, моделирование прекращается. Пример:

TERMINATE 3 – удаление транзакта из системы, при этом содержимое итогового счетчика уменьшится на 3 единицы, моделирование заканчивается если содержимое счетчика станет равным нулю или меньше нуля.

Занятие свободных приборов. Блоки SEIZE (занять) и RELEASE (освободить).

П

SEIZE

RELEASE

ри подходе к блоку SEIZE транзакт пытается войти в него. Но в этом блоке может находится только один транзакт, и если блок занят, транзакт ждет в очереди. Блок SEIZE будет говорить всем подходящим к нему «Занято!», до тех пор пока транзакт который его занял не пройдет блок RELEASE. После этого он пригласит следующий транзакт. Формат блоков SEIZE [A], RELEASE [A]. A- имя занимаемого/освобождаемого прибора.

Пример:

SEIZE Robot- занятие устройства робот приходящим на его вход транзактом; если устройство занято, то транзакт задерживается в очереди к этому устройству.

RELEASE Robot- освобождение устройства Robot, обслуженным транзактом.

Р

ADVANCE

A,B

еализация задержки по времени. Блок ADVANCE (задержать). Этот блок задерживает транзакт на некоторое время. Возможны следующие варианты распределения времени обслуживания (например обработки детали):

Д етерминированное (постоянное);

Равномерное распределение;

Характеристики

Список файлов лекций