1 ФГАОУ ВПО Уральский федеральный университет им. первого Президента Россиии Б.Н. Ельцина

2 Кафедра «Автоматика и управление в технических системах» направление – Автоматизация и управление МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ Лекция 10 Выбор языка моделирования системы. Пакеты прикладных программ моделирования систем. Преподаватель: Трофимова Ольга Геннадиевна, доц., к.т.н.

3 Цель изучения материала: научиться выбирать язык моделирования системы. ознакомиться с работой пакета прикладных программ моделирования систем (ППМ), ознакомиться с работой автоматизированной системы моделирования (АСМ), изучить структуру ППМ.

4 Компетенций, формирующиеся в процессе знакомства с материалом: готовность учитывать современные тенденции развития информатики и вычислительной техники, компьютерных технологий в своей профессиональной деятельности; приобретать новые знания, используя современные образовательные и информационные технологии; разрабатывать модели информационных систем, включая модели систем управления; использовать современные инструментальные средства и технологии имитационного моделирования;

5 Содержание лекции 10 Раздел 5. Инструментальные средства моделирования систем. Выбор языка моделирования системы Пакеты прикладных программ моделирования систем. Автоматизированная система моделирования (АСМ) и пакеты прикладных программ моделирования (ППМ). Структура ППМ.

6 Сравнительный анализ языков имитационного моделирования Выбор языка моделирования системы Основываясь на классификации языков (рис. 5.3) и исходя из оценки эффективности (табл. 5.1), выбор языка для машинного моделирования можно представить в виде дерева решений (рис. 5.4).

7 Рис. 5.4.

8 Сравнительный анализ языков имитационного моделирования Исходя из: - постановки задачи машинного моделирования конкретной системы, - поставленных целей, - выбранных критериев оценки эффективности - заданных ограничений (блок 1), можно сделать вывод о размерности задачи моделирования и требуемой точности и достоверности ее решения (блок 2). Для задач малой размерности моделирование на АВМ (блок 3) позволяет быстро получить модель с высокой наглядностью и достаточной точностью.

9 Сравнительный анализ языков имитационного моделирования Если в модели при моделировании системы имеют место как непрерывные, так и дискретные переменные, отражающие динамику системы и логику ее поведения (блок 4), то рекомендуется использовать для моделирования ГВК (блок 5). Если моделирование системы представляет собой единичный акт (блок 6), то, вероятно, в ущерб концептуальной наглядности модели и отладочным средствам для проверки логики машинной модели следует выбрать более распространенные и более гибкие ЯОН (блок 7).

10 Сравнительный анализ языков имитационного моделирования Если при моделировании на универсальной ЭВМ выбран непрерывный подход (блок 8), то выбирается язык, отражающий динамику системы при наличии обратных связей (блок 9) – язык непрерывного типа DYNAMO, MIMIC либо комбинированный (дискретно-непрерывный) – GASP.

11 Сравнительный анализ языков имитационного моделирования Если в основу модели положена дискретная математическая схема и используется моделирующий алгоритм «принцип t» или «принцип dz», причем имитируются взаимодействующие элементы статической природы при неравномерности событий во времени (блок 10), то рационально воспользоваться ЯИМ, ориентированным на действия, например FORSIM, CSL.

12 Сравнительный анализ языков имитационного моделирования Если в модели описывается малое число взаимодействующих процессов и имеется большое число элементов (блок 12), то целесообразно выбрать для построения моделирующих алгоритмов «принцип t» и остановиться на ЯИМ событий (блок 13), например SIMSCRIPT, GASP и т. п.

13 Сравнительный анализ языков имитационного моделирования Если для программирования модели более эффективен ЯИМ, позволяющий описать большое число взаимодействующих процессов (блок 14), то следует использовать языки процессов (блок 15), которые не связаны с использованием блоков только определенных типов, например в транзактных языках. Наиболее распространенными языками описания процессов являются языки SIMULA и SOL.

14 Сравнительный анализ языков имитационного моделирования И наконец, если предпочтение отдается блочной конструкции модели при наличии минимального опыта в программировании (блок 16), то следует выбирать ЯИМ транзактов типа GPSS, BOSS (блок 17). Однако эти языки негибки и требуют большого объема памяти и затрат машинного времени на прогон программ моделирования.

15 Сравнительный анализ языков имитационного моделирования Если перечисленные средства не подходят для целей моделирования системы (блок 18), то надо снова провести модификацию модели либо попытаться решить задачу с использованием ЯОН на универсальной ЭВМ.

16 Сравнительный анализ языков имитационного моделирования Примеры ЯИМ приведены в табл. 5.2.

17 Пакеты прикладных программ моделирования систем Автоматизированная система моделирования (АСМ) АСМ повышает эффективность выполнения пользователем следующих этапов имитационного моделирования: - преобразование к типовым математическим схемам элементов моделируемой системы и построение схем сопряжения; - обработка и анализ результатов моделирования системы; - реализация интерактивного режима с пользователем в процессе моделирования системы.

18 Пакеты прикладных программ моделирования систем (ППМ) ППМ – это комплекс взаимосвязанных программ моделирования и средств системного обеспечения (программных и языковых), предназначенных для автоматизации решения задач моделирования. Весь круг работ, связанных с разработкой алгоритмов и программ моделирования, а также с подготовкой и проведением машинных экспериментов, называется автоматизацией моделирования и реализуется в виде конкретных АСМ.

19 Пакеты прикладных программ моделирования систем Структура (ППМ) состоит из 3-х основных компонент: - функциональное наполнение, - язык заданий, - системное наполнение. Функциональное наполнение пакета отражает специфику предметной области применительно к конкретному объекту моделирования и представляет собой совокупность модулей. Модуль – конструктивный элемент, используемый на различных стадиях функционирования пакета. Язык, на котором записываются модули функционального наполнения, называют базовым языком ППМ.

20 Пакеты прикладных программ моделирования систем Состав функционального наполнения пакета, его мощность или полнота охвата им предметной области отражают объем прикладных знаний, заложенных в ППМ, т.е. потенциальный уровень тематической квалификации пакета. Модуляризация – разбиение функционального наполнения пакета на модули. Различают программные модули, модули данных и модули документации.

21 Пакеты прикладных программ моделирования систем Язык заданий пакета – средство общения пользователя с пакетом. С его помощью описывается - последовательность выполнения операций, решающих задачи моделирования, или - постановка задачи моделирования, по которой эта последовательность строится автоматически. Структура и стиль языка заданий ППМ зависят от режима работы – активный или пассивный.

22 Пакеты прикладных программ моделирования систем В активном режиме при создании конкретных рабочих программ модели модифицируют и настраивают имеющиеся модули функционального наполнения, а также разрабатывают новые модули. Активный режим работы предназначен для специалистов, создающих программное обеспечение АСМ. В пассивном режиме проводят машинные эксперименты с моделью без модификации функционального наполнения. Пассивный режим работы предназначен для деятельности пользователей, которые имеют не высокий уровень подготовки в области программирования.

23 Пакеты прикладных программ моделирования систем Язык заданий пакетов в активном режиме (язык сборки) описывает схемы программ моделирования процессов. Основные средства языка сборки : - конструирование схем программ с указанием порядка выполнения и взаимодействия модулей; - развитие или модификация функционального наполнения ППМ; - управление процессами генерации и исполнение рабочей программы по заданию пользователя.

24 Пакеты прикладных программ моделирования систем Язык заданий в пассивном режиме (язык запросов) ориентирован на формулирование содержания постановки задачи, т.е. запросов, указывающих, «что необходимо получить», без явного задания того, «как это получить». От конечного пользователя «спрятаны» алгоритмические подробности моделирования конкретной системы.

25 Пакеты прикладных программ моделирования систем Системное наполнение пакета – совокупность программ, которые обеспечивают выполнение заданий и взаимодействие пользователя с пакетом. Системное наполнение организует использование потенциала знаний, заложенных в функциональном наполнении в соответствии с возможностями, предусмотренными в языке заданий ППМ. Язык, на котором пишутся программы системного наполнения пакета, называется инструментальным языком ППМ.

26 Пакеты прикладных программ моделирования систем Функции системного наполнения ППМ реализуются благодаря согласованному использованию: - штатных общецелевых средств системного обеспечения; - средств системного наполнения, расширяющих и сопрягающих возможности компонентов штатного обеспечения; - специальных средств системного наполнения, выполняющих управляющие, архивные и обрабатывающие процедуры моделирования.

27 Пакеты прикладных программ моделирования систем Традиционные составляющие системного наполнения пакета: - резидентный монитор (управляющая программа), осуществляющий интерфейс как между отдельными компонентами системного наполнения, так и между ними и штатным программным обеспечением; - транслятор входных заданий, формирующий внутреннее представление заданий и реализуемый обычно в виде макрогенератора или препроцессора; - интерпретатор внутреннего представления задания; - архив функционального наполнения (подсистема хранения программного материала);

28 Пакеты прикладных программ моделирования систем - банк данных об объекте моделирования и машинном эксперименте; - монитор организации процесса машинного моделирования (взаимодействия модулей по данным и управлению); - планировщик процесса машинного моделирования, который определяет последовательность выполнения модулей, реализующую задание ППМ; - монитор организации интерактивного взаимодействия с пользователем (исследователем системы).

29 Выводы и заключение по лекции: научились выбирать язык моделирования системы, овладели навыками работы с инструментальными средствами моделирования систем, ознакомились с работой пакета прикладных программ моделирования систем (ППМ), ознакомились с работой автоматизированной системы моделирования (АСМ), изучили структуру ППМ.

30 Перечень источников: 1. Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем: Учеб. для вузов. 5-е изд., перераб. и доп. М.: Высш. шк., с.: ил. 2. Тарасик В.П. Математическое моделирование технических систем: Учебник для вузов. М.: Наука, с. Список дополнительной литературы по теме: 3. Дружинина О.Г. Имитационное моделирование систем массового обслуживания с помощью GPSS: методические указания к лабораторным работам/Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ – УПИ, с. 4. Дружинина О.Г. Имитационное моделирование автоматических систем с помощью пакета программ VISSIM: методические указания к лабораторным работам / Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ – УПИ, с. 5 Дружинина О.Г. Имитационное моделирование систем управления с помощью пакета программ VISSIM: методические указания к лабораторным работам / : ГОУ ВПО УГТУ – УПИ, с. 6. Дружинина О.Г. Имитационное моделирование D-схем с помощью пакета программ MATLAB: Методические указания к лабораторным работам по курсу «Моделирование систем» / О.Г. Дружинина, Морозова В.А., Андреев Д.В. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, с. 7. Дружинина О.Г. Имитационное моделирование непрерывно- детерминированных систем с помощью пакета программ MATLAB: Методические указания к лабораторным работам по курсу "Моделирование систем" / О.Г. Дружинина, Морозова В.А., Андреев Д.В. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, с.