Пакет имитационного моделирования Extend СУРС

Учреждение образования

«Гомельский государственный университет

имени Франциска Скорины»

Математический факультет

Кафедра математических проблем управления

 

 

 

 

 

 

Пакет  имитационного  моделирования  Extend СУРС

Исполнитель

студент группы ПМ-41            _______________  

Научный руководитель

к.т.н., доцент кафедры МПУ  _______________  Е.И. Сукач

 

1 Пакет  имитационного моделирования  Extend

 

1.1 Пакет Extend+BPR .

Пакет Extend как универсальное средство моделирования удобен при реорганизации различных бизнес – процессов. Для создания моделей в пакете применяется блочная среда разработки, пользоваться которой намного проще, чем системой обозначений Systems Dynamics для пакетов Powersim и Ithink, хотя несколько сложнее, чем блок-схемами продукта Process Charter. Пакет Extend, обладающий средством построения непрерывных и дискретных моделей, широким диапазоном заранее сформированных

блоков, поддержкой сторонних поставщиков и возможностью расширения является самым мощным продуктом  из рассматриваемых нами.

Extend впервые появился на рынке в 1987 г., поэтому его нельзя назвать новым продуктом. Вначале он был ориентирован на удобный пользовательский интерфейс компьютеров Macintosh, затем перенесен в среду Windows с помощью интерфейса прикладного программирования Win32 и теперь даже выполняет инсталляцию Win32 на системах, которые не имеют Win32. Пакет выпускается в четырех версиях: Basic, Extend+BPR (Business Process Reengineering), Extend+Manufacturing и Extend+BPR+Manufacturing. Дополнительные средства BPR и Manufacturing15 включают ряд функций для вертикальных рынков. Кроме того, существует множество продуктов сторонних компаний, поддерживающих Extend и ориентированных на определенные области применения. К наиболее популярным из них относятся изделия, предназначенные для комитета NASA, управляющих систем, реорганизации бизнес-процессов (BPR), а также для массового производства. В базовый пакет Basic входит более 90 заранее сформированных блоков, объединенных

в библиотеки, из которых чаще других используются Discrete-Event, Generic и Plotter.

Библиотека  Discrete-Event включает в себя различные действия, очереди, шлюзы и таймеры. Библиотека Generic содержит генераторы случайных чисел и исходных данных, файлы для входной и выходной информации, а также блоки для математических, булевых и финансовых данных. Библиотека Plotter состоит из блоков для создания  выходных диаграмм и таблиц. Остальные библиотеки имеют специальное назначение, например, осуществляют сбор статистической информации.

Пакеты BPR и Manufacturing снабжены дополнительными библиотеками. Кроме того, в Extend имеется встроенный язык Modl, позволяющий разработчику строить специализированные блоки. Выбором блока из библиотеки Discrete-Event автоматически строится дискретная модель; в противном случае – непрерывная модель. Блоки могут снабжаться входными и выходными соединителями. При построении связей не требуется прибегать к специальным средствам объединения блоков, принятым в других продуктах.

Просто пользователь с помощью мыши рисует на экране линии, вязывающие выходной соединитель  одного блока с входным соединителем другого. Если связь недопустима, Extend не принимает ее. Для просмотра выходной информации, поступающей из блока, разработчик объединяет один из его выходных соединителей с блоком из библиотеки Plotter. Такие блоки обладают высокой степенью гибкости и могут принимать множество

типов входных  данных, выводя их в виде таблиц или  диаграмм. При построении модели центра обслуживания посредством Extend можно практически неограниченно менять частоту поступления заказов, время обслуживания одного клиента и другие параметры. Модель строится быстро и автоматически выводит результаты. Extend дает возможность проводить анализ чувствительности по многим переменным, участвующим в моделировании, и многократно исполнять модель, используя в качестве

исходных  данных различные значения переменных. Результаты каждого прогона выводятся  на графопостроитель в различных  цветовых режимах. Это позволяет  разработчику исследовать модель при  различных обстоятельствах и  быстро принять решение. Пакет Extend снабжен функциями создания авторских моделей, с помощью16 которых разработчик включает в окно модели текст, геометрические изображения и управляющие блоки, чтобы пользователи могли самостоятельно модифицировать модель.

Для контроля за процессом моделирования и  вывода результатов на дисплей применяется  средство, организованное по принципу блокнота, которое удобнее в использовании, чем электронная таблица Key Values пакета Process Charter. Пакет Extend предоставляет подробное руководство пользователю, обучающую программу и примеры моделей из самых различных областей деятельности, которые могут служить основой для создания новых моделей, что, несомненно, облегчает процесс моделирования.

Недостатки  пакета Extend:

· используется в полном объеме только на компьютерах  типа Macintosh;

· высокая  стоимость.

 

1.2. Extend

Extend – универсальный пакет имитационного моделирования

процессов модернизации и обслуживания, разработанный компанией

Imagine That, Inc. (США).

Пакет Extend имеет мощный графический интерфейс, позволяю-

щий создавать  схемы процессов и производить имитационные эксперименты. Имеется возможность просмотра моделей в виде графиков, а

также с использованием 2D и 3D анимации.

Некоторые возможности 3D-аниматора:

− создание виртуальной среды, представляющей собой нужный

процесс перехода 3D-изображения;

− возможность  изучения просмотром с расширенными возможностями (вращение объектов и моделей под любым углом);

− возможность  использования встроенной библиотеки 3D-

объектов;

− интеграция с созданной моделью.

Extend может использоваться для моделирования как дискретных,

так и непрерывных  систем.

Моделирование процессов в Extend требует частичного написания

кода при  задании свойств блоков (пакет  Extend содержит внутренний

язык для  задания новых блоков). Данный пакет  поддерживает импорт и

экспорт данных с Microsoft Visio (импорт существующих деловых и

технических чертежей, а также поддерживает возможность  внесения

технических чертежей в процесс имитационного  моделирования).

Extend – пакет моделирования дискретных процессов, использующийся для моделирования, анализа и улучшения любого процесса, который может быть представлен в виде «блок-схем». Extend позволяет создавать динамические модели разнородных процессов и систем в терминах предметной области, оптимизировать построенную модель. Он позволяет создавать стохастические динамические модели любого предприятия. Динамические модели позволяют оптимизировать, прогнозировать, планировать деятельность предприятий, а также проводить анализ деятельности предприятия на основании полученных моделей и выдавать рекомендации по улучшению работы конкретного предприятия.

Пакет Extend включает 5 типов элементов:

− блоки (действия);

− стрелки (пути перемещения динамических объектов (тэгов));

− ромбы (разветвления путей);

− очереди  тэгов;

− точки  ввода тэгов в модель.

Необходимыми  техническими затратами являются: процессор

класса Intel Pentium – 90МГц, 64 Mб RAM (128 Мб рекомендуется), 150

Мб свободного пространства на жестко диске, CD-ROM, Microsoft

Windows Server 2003, XP, 2000, 98, ME (операционные системы должны

поддерживать  Microsoft.NET 2.0).

 

2 Сравнительный анализ результатов моделирования на GPSS/WORLD и Extend

 

2.1 Введение

 

На сегодняшний  день все большее число компаний применяет моделирование для своих нужд. Существует несколько типов ПО, используемых для создания имитационных моделей: универсальные языки (С, Pascal и др.), языки имитационного моделирования (GPSS,SIMAN и др.), системы имитационного моделирования (Extend, Arena и др.)

Каждая из групп ПО имеет свои преимущества и недостатки. При выборе ПО для разработки имитационной модели можно следовать различным критериям выбора, но более важными из них являются:

•  многообразие типов моделей,

• удобство работы с системой (удобный синтаксис, графическое построение модели),

•  анализ входных данных,

•  набор  многофункциональных генераторов,

•  отладчик,

•  наличие  текущей информации о процессе моделирования,

•  интерфейс  с другими программами, системами  разработки,

•  скорость работы.

Присутствие анимации и визуализации также немаловажные критерии, по крайней мере, для заказчика, но разработчик может обойтись и без них. Кроме того, ценится, если система предоставляет широкие возможности анализа и экспериментирования с моделью. В данной работе будут использованы такие средства разработки, как GPSS/World и Extend.

GPSS (General Purpose System Simulation) является довольно простым  в освоении и эффективным языком моделирования дискретных систем. Он может быть с наибольшим успехом использован для моделирования систем, формализуемых в виде систем массового обслуживания. В нем присутствует достаточное количество компонентов, с помощью которых можно конструировать довольно сложные имитационные модели.

Extend является  мощной системой моделирования.  Модель в Extend строится из блоков, между которыми впоследствии устанавливаются связи. В процессе работы модели можно наблюдать происходящие в ней процессы, изменение характеристик и т.д.

 

2.2 Постановка задачи

 

В узел коммутации сообщений, состоящий из одного общего входного буфера, процессора, двух выходных буферов и двух выходных линий, поступают сообщения с двух направлений (рис. 1).

 

Сообщения с  первого направления:

1. поступают  во входной буфер,

2. обрабатываются  в процессоре,

3. накапливаются  в выходном буфере первой линии,

4. передаются  по первой выходной линии.

Сообщения со второго направления обрабатываются аналогично, но передаются через второй выходной буфер по второй линии.

 

2.3 Требование

 

Одновременно  в системе присутствует не более  трех сообщений с каждого направления.

Рисунок 1. Узел коммутации сообщений.

 

Начальные условия. Сообщения с первого и второго направлений поступают через интервалы времени, распределенные нормально с параметрами т1=9, s1=1 и m2=8, s2=1 соответственно. Время обработки процессором одного сообщения Т1 распределено равномерно в интервале (3..7)мс, время передачи одного сообщения по первой линии T2 распределено равномерно в интервале (8..12) мс, по второй T3 в интервале (10..16) мс. Прибыль от обслуживания сообщений с первого направления составляет d1=50 единиц стоимости (е. с.), со второго – d2=80 е. с.

Дополнительные  условия. Имеется возможность ускорить процесс передачи сообщений по выходным линиям. Уменьшение на одну единицу среднего времени передачи сообщения по первой линии требует затрат z1 = 5 е. с. на сообщение, по второй – z2 = 8 е. с.

Задачи:

•  Определить, при каких характеристиках работы выходных линий достигается максимальная экономическая эффективность узла коммутации сообщений.

•  Выполнить  то же при условии, что входящие потоки сообщений – пуассоновские с параметрами λ1=1/m1 и λ2=1/m2 соответственно.

 

2.4 Реализация модели на GPSS и в среде Extend

 

Для реализации модели в среде GPSS определим соответствия между реальными компонентами моделируемой системы и объектами GPSS. В качестве динамического объекта – транзакта будут выступать сообщения. Буферы реализованы с помощью очередей работающихпо принципу FIFO, процессор и выходные линии – с помощью устройств обслуживания. Для подсчета и сохранения прибыли, а также для хранения числа сообщений в системеиспользуются сохраняемые величины.

В Extend для  реализации модели были использованы элементы следующих библиотек:

Generic(Generator, Exit, Select DE Output, Batch, Unbatch, Set Attribute, Get Attribute, Combine,Queue FIFO, Activity, ), Discrete Event(Executive, Input Random Generator, Decision, Constant, Multiply, Add, ReadOut).

Все модели, построенные на GPSS и Extend, реализуют 1000 единиц модельного времени (мс).

 

2.5 Результаты моделирования

 

После проведения моделирования при одинаковых условиях получены результаты, отображенные в табл. 1.

 

Таблица 1. Результаты моделирования

 

 

По результатам  можно сделать вывод, что различие в работе модели на GPSS и Extend незначительно. Его можно объяснить различными последовательностями случайных чисел. Для определения характеристик работы выходных линий, при которых достигается максимальная экономическая эффективность узла коммутации сообщений, проведем некоторое количество экспериментов с различными временными характеристиками каналов связи (следовательно, с различной прибылью). В табл. 2 приведены результаты опытов.

 

Таблица 2. Нахождение максимальной экономической эффективности

 

 

В таблице  используются следующие обозначения:

T2 – время  передачи одного сообщения по  первой линии;

T3 – время  передачи одного сообщения по  второй линии;

d1 – прибыль  от обслуживания сообщения с  первого направления;

d2 – прибыль  от обслуживания сообщения со  второго направления;

D1 – общая  прибыль от обслуживания сообщений  с первого направления;

D2 – общая  прибыль от обслуживания сообщений  со второго направления;

D – общая  прибыль.

На гистограмме  представим соотношение между временем T2, T3 и полученной прибылью (рис. 2).

 

Рисунок 2. Гистограмма значений прибыли, получаемая в зависимости от времени передачи сообщения

 

Анализируя  и сопоставляя результаты для Extend и для GPSS, нетрудно заметить, что для увеличения пропускной способности, т.е. уменьшения времени обслуживания сообщения, требуются дополнительные расходы. Выигрыш в качестве переданных сообщений оказался не столь существенным по сравнению с расходами на уменьшение времени передачи. Поэтому в первом варианте при T2 = 10±2 и T3 = 13±3 прибыль была наибольшей. Изменения могли бы произойти только в случае существенного увеличения интенсивности входного потока. Выполним то же при условии, что входящие потоки сообщений – пуассоновские с параметрами 1=1/m1 и 2=1/m2 соответственно. Результаты моделирования приведены в табл. 3.

 

Таблица 3. Нахождение максимальной экономической эффективности

 

 

 

На гистограмме  представим отношение времени T1 и T2 к полученной прибыли (рис. 3).