Предпроектное обследование склада нефтепродуктов Якутской нефтебазы

Кроме того, формальная модель является специфичной для конкретного  предприятия, поэтому ее адаптация  для принятия решений на другом предприятии, или даже для использования другим управляющим на том же самом предприятии, является сложной задачей [9].

Для моделирования и оптимизации  цепи поставок, обладающей многоэлементной  структурой со сложными взаимосвязями и процессами взаимодействия между элементами применяется имитационное моделирование, которое позволяет сократить сложность модели и требуемый объем вычислений. Имитационные модели передают лишь основные свойства элементов ЛЦ; поиск оптимального решения на основе исследования поведения модели выполняет аналитик, ответственный за принятие решения. Еще одним подходом к моделированию ЛЦ является объединение в рамках одной СППР математического и имитационного моделирования [Padmos, Hubbard, Duczmal & Saidi, 1999]. Такой подход применялся во многих отраслях промышленности, включая микроэлектронную промышленность [Jain, Lim, Gan & Low, 1996; Jain, Gan, Lim, Low, 2000], пищевую [Archibald, Karabakal & Karlsson, 1999] и др.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 2. Моделирование организаций с использованием методов имитационного моделирования.

1. Обзор инструментальных средств имитационного моделирования

 

Применение имитационного моделирования  не имеет видимых ограничений. Система  имитационного моделирования, обеспечивающая создание моделей для решения экономических задач, должна обладать следующими свойствами:

• возможностью применения имитационных программ совместно со специальными экономико-математическими моделями и методами, основанными на теории управления экономическими процессами;

• инструментальными методами проведения структурного анализа сложного экономического процесса;

• способностью моделирования материальных, денежных и информационных процессов и потоков в рамках единой модели, в общем модельном времени;

• возможностью введения режима постоянного уточнения при получении выходных данных и проведении экстремального эксперимента функционирования системы [10].

В настоящее время известно более 500 языков моделирования. Такое множество  языков частично обусловлено разнообразием  классов моделируемых систем, целей и методов моделирования.

Архитектуру языка имитационного  моделирования можно представить  следующим образом:

Объекты моделирования описываются  с помощью некоторых атрибутов  языка;

Атрибуты взаимодействуют с  процессами, адекватным реально протекающим явлениям в моделируемой системе;

Процессы требуют конкретных условий, определяющих логическую основу и последовательность взаимодействия этих процессов во времени;

Условия влияют на события, имеющие  место внутри объекта моделирования и при взаимодействии с внешней средой;

События изменяют состояния модели системы в пространстве и времени.

Желание упростить и ускорить процесс  создания моделей (сделать доступным  не только для профессиональных программистов) привело к реализации идеи автоматизации программирования имитационных моделей (не язык, а система моделирования). Создан ряд систем моделирования, которые избавляют исследователя от программирования. Это наиболее перспективное направление развития средств имитационного моделирования [11].

В настоящее время наиболее распространены следующие пакеты систем имитационного  моделирования:

• GPSS (General Purpose Simulation System, компания «Minuteman Software», США);

• Process Charter-1.0.2 (компания «Scitor», Менло-Парк, Калифорния, США);

• Powersim-2.01 (компания «Modell Data» AS, Берген, Норвегия),

• Ithink-3.0.61 (компания «High Performance Systems», Ганновер, Нью-Хэмпшир, США);

• Extend+BPR-3.1 (компания «Imagine That!», Сан-Хосе, Калифорния, США);

• ReThink (фирма «Gensym», Кембридж, Массачусетс, США);

• Micro Saint (фирма «Calspan Advanced Technology Center», Colorado, США);

• Arena (компания «Systems Modeling Corporation», США);

• ARIS Simulation (фирма «IDS professor Scheer», США);

• Pilgrim (Россия).

Система GPSS World, разработанная компанией Minuteman Software (США), – это мощная среда компьютерного моделирования общего назначения, разработанная для профессионалов в области моделирования. Это комплексный моделирующий инструмент, охватывающий области как дискретного, так и непрерывного компьютерного моделирования, обладающий высочайшим уровнем интерактивности и визуального представления информации.

Использование GPSS World дает возможность  оценить эффект конструкторских  решений в чрезвычайно сложных  системах реального мира.

GPSS является объектно-ориентированным языком [10]. Его возможности визуального представления информации позволяют наблюдать и фиксировать внутренние механизмы функционирования моделей. Его интерактивность позволяет одновременно исследовать и управлять процессами моделирования. С помощью встроенных средств анализа данных можно легко вычислить доверительные интервалы и проводить дисперсионный анализ, автоматически создавать и выполнять сложные отсеивающие и оптимизирующие эксперименты.

Система GPSS World была разработана, чтобы полностью использовать возможности вычислительной системы. Использование механизма виртуальной памяти позволяет моделям реально достигать размера миллиарда байт. Вытесняющая многозадачность и многопоточность обеспечивают высокую скорость реакции на управляющие воздействия и дают возможность GPSS World одновременно выполнять множество задач.

Последняя версия GPSS World 4.3.2. (от 8 ноября 2001 года) включает в себя массу нововведений, позволяющих проводить более  эффективные исследования и сделать работу с системой максимально простой и удобной для пользователя.

 

2.2. Факторы выбора инструментальных  средств моделирования. Механизмы  формирования системного времени.

Факторами выбора инструментальных средств  моделирования являются следующие:

В какой форме будет описываться объект исследования: непрерывная, дискретная система или смешанный вариант.

Проблемно-ориентированная среда (ARENA, ARIS) или универсальная система (GPSS). [11]

На выбор той или иной системы  влияет выполнение следующих условий:

1) Наличие практического опыта  работы с конкретным инструментальным  средством, в том числе и  наличие обученного персонала.  Все современные системы достаточно  сложны (особенно в части средств  организации эксперимента и анализа).

2) Стоимость лицензии и стоимость разработки. Их соотношение со средствами, выделенными на проект. Современные проблемно-ориентированные системы моделирования очень дороги, по сравнению с просто языками моделирования.

3) Размерность создаваемой модели (несложный объект, учебные задачи и т.д.). Современные средства моделирования достаточно функциональны. Поэтому при небольшой размерности целесообразнее ориентироваться на более простую систему (GPSS/W), даже если она не очень вписывается в предметную область.

4. Предметная область объекта исследования. Возможность или ее отсутствие выбрать конкретную проблемно-ориентированную систему.

2.3. GPSS - язык имитационного моделирования

 

Исторически GPSS – это одна из первых систем моделирования общего назначения.

Язык разработан в 1961 году (Джефри Гордоном) фирма IBM вслед за  разработкой компилятора с языка ФОРТРАН. Представляет собой Фортран ориентированную версию языка имитационного моделирования. Язык выдержал множество модификаций для самых различных операционных систем и ЭВМ (60…70-е годы – IBM 360/370, 70…80-е годы – PDP/11, ЕС ЭВМ и СМ ЭВМ, 80-е годы – IBM PC) и в то же время сохранил почти неизменными внутреннюю организацию и основные блоки [12].

Идеальное средство для начинающих осваивать имитационное моделирование. GPSS достаточно легок в освоении, а наличие в нем функций, переменных, стандартных атрибутов, графики и статистических блоков существенно расширяет его возможности.

Язык привнес множество важных концепций в каждую из коммерческих реализаций языков компьютерного моделирования дискретных событий, разработанных с тех пор. Ни один из языков моделирования не оказал на имитацию столь большого воздействия, как GPSS. Можно даже сказать, что GPSS заложил основы большинства современных языков и систем моделирования. Например, сходство языков СЛЭНГ и GPSS простирается вплоть до заимствования большинства ключевых слов.

Система GPSS предназначена для написания имитационных моделей систем с дискретными событиями. Например,  для моделирования систем с материальными и информационными потоками. Наиболее удобно в системе GPSS описываются модели систем массового обслуживания, для которых характерны относительно простые правила функционирования составляющих их элементов. Хотя наличие дополнительных встроенных средств позволяет моделировать и некоторые другие системы (например, распределение ресурсов между потребителями).

В системе GPSS моделируемая система  представляется с помощью набора (сети) абстрактных элементов, называемых объектами: 

Каждый объект принадлежит к  одному из 4-х (5 тип – разные) типов объектов;

Каждый объект характеризуется  рядом атрибутов (параметров), отражающих его свойства, например таблица 1.

Таблица 1.

Общий формат предложений GPSS

Номер строки	{Метка}	Оператор	Операнды	{Комментарии}
до 10 цифр	до 20 символов: цифры		А,B,C,D,E

 

Каждому исполняемому оператору может  быть сопоставлен блок со стандартизованным  графическим изображением. Это позволяет  на этапе построения моделей до написания  текстов программ построить блок диаграмм, отображающих последовательность продвижения динамических объектов.

Общая схема проведения имитационного  моделирования в системе GPSS. [13]:

1) Модель, дополненная необходимыми  управляющими предложениями операционной  системы, вводится в ЭВМ и  поступает на обработку ассемблером  GPSS,

2) Ассемблер GPSS проводит синтаксический контроль модели и преобразует ее во внутреннюю форму, удобную для проведения моделирования. Модель во внутренней форме передается с помощью программы ввода интерпретатору модели

Интерпретатор выполняет моделирование. Во внутренней форме все объекты, описанные в модели, получают последовательные номера в порядке поступления. Последовательности номеров выстраиваются отдельно по типам объектов: среди устройств, накопителей, очередей и т.д. Эти номера могут быть напрямую указаны в модели программистом.

Интерпретатор модели является основной частью системы моделирования GPSS. Функции интерпретатора:

Создание транзактов;

Проводка их через блоки модели с одновременным выполнением  действий, связанных с каждым блоком. Движение транзактов в модели соответствует движению отображаемых ими объектов в реальной системе.

Ведение модельного времени

Всякое изменение состояния  модели, например, переход транзактов от одного блока к другому, можно  рассматривать как некоторое  событие, происходящее в определенный момент условного (системного) времени, задаваемого "часами" системы, работа которых организуется интерпретатором.

Фактически, "часы" в интерпретаторе GPSS - это целая переменная, значение которой соответствует текущему моменту условного времени модели.

При построении модели пользователь должен задаться соотношением единицы  системного времени, используемого  в модели, к реальному времени, в котором происходит функционирование моделируемой системы.

Отметим, что системное время  никак не связано с машинным временем, затрачиваемым на выполнение моделирования.

Очередность событий

В процессе моделирования интерпретатор  автоматически определяет правильную очередность наступления событий. В случае, если нужные действия в  намеченный момент времени выполнены быть не могут (например, занято устройство, к которому обращается транзакт), интерпретатор временно прекращает обработку "застрявшего" транзакта, но продолжает следить за причиной, которая вызвала блокировку его обработки. Как только эта причина исчезает (например, освобождается занятое устройство), интерпретатор возвращается к обработке задержанного транзакта.

При продвижении транзактов через  блоки могут происходить события  следующих 4-х основных типов:

1) создание, преобразование или  уничтожение транзактов;

2) изменение значения атрибута  объекта; 

3) задержка транзактов на некоторый  промежуток системного времени; 

4) изменение маршрута движения  транзактов по блокам модели.

Большая часть статистики собирается в GPSS автоматически и не требует, поэтому дополнительных усилий разработчика модели.