Тема: Имитационное моделирование
Введение
Цель: Построение имитационных моделей больших систем и проведение машинных экспериментов с этими моделями с целью получения статистических оценок характеристик моделируемой системы.Основная цель исследования различных систем массового обслуживания — выработка рекомендаций по рациональному построению таких систем, рациональной организации их работы и регулированию потока заявок для обеспечения высокой эффективности функционирования СМО.
Разработанная программа представляет собой интерактивную среду моделирования, предоставляющую возможности проектирования моделей сетей массового обслуживания, планирования эксперимента с построенной моделью, получения стохастических характеристик модели.
Используя результаты имитационного моделирования, можно описать поведение системы, оценить влияние различных параметров системы на ее характеристики, выявить преимущества и недостатки предлагаемых изменений, прогнозировать поведение системы
Решаемые задачи: На сегодняшний день теория систем массового обслуживания является одним из основных средств анализа функционирования самых разнообразных систем: экономических, производственных, социальных, транспортных, вычислительных и т.д. В терминах СМО описываются многие реальные системы: вычислительные системы, узлы сетей связи, погрузочно-разгрузочные комплексы (порты, товарные станции), системы посадки самолетов, различные предприятия и организации сферы обслуживания (магазины, парикмахерские, больницы), производственные участки и т.д. Системы массового обслуживания отличаются высокой наглядностью отображения моделируемых объектов и вследствие этого сравнительной простотой перехода от реальных объектов к соответствующим СМО.
Программа обеспечивает поддержку основных этапов имитационного моделирования:
• проектирование концептуальной схемы модели;(Представление концептуальной структуры СМО в виде стохастической сети, узлами которой являются объекты СМО. Всего программа должна поддерживать создание 4 типов объектов: генератор заявок, канал, накопитель и сток, предназначенный для уничтожения заявок.)
• настройка свойств отдельных элементов модели; (определение свойств узлов СМО и правил движения заявок между узлами.)
• планирование эксперимента с построенной моделью(Планирование и построение распределений значений основных показателей эффективности СМО.)
• запуск и выполнение эксперимента;
• оценка и интерпретация результатов эксперимента. ( Проверка гипотезы о предполагаемом законе неизвестного распределения с использованием критерия 2, планирование и проведение однофакторного эксперимента с построенной моделью)
• Представление распределений в виде гистограмм. (Представление результатов однофакторного эксперимента в виде графиков.
Реализация модели, разработка и описание процесса моделирования и проведения эксперимента.
Исполняемым файлом программы является файл qsmodel.exe, размер которого составляет 500 Кб.
Запуск программы представляет собой запуск в среде Windows исполняемого файла qsmodel.exe. Для комфортной работы рекомендуется разрешение экрана 1024768.
Создание новой модели.
Имитационное моделирование исследуемой сети массового обслуживания начинается с создания концептуальной схемы модели.
Для создания новой модели после запуска программы нужно выбрать пункт меню ФайлСоздать. Для автоматизации процесса создания графа модели в программе предусмотрен графический конструктор, позволяющий визуализировать сетевую структуру модели, осуществлять операции добавления, удаления, модификации узлов СМО, устанавливать связи между узлами модели. Кроме того, в главном окне программы отображается список всех структурных элементов модели, сгруппированный по видам.
Основными видами структурных элементов модели являются возможные типы заявок и типы узлов сети массового обслуживания: генераторы, накопители, каналы и стоки.
Добавление новых объектов в модель.
Процесс создания концептуальной структуры модели состоит в создании элементов сети обслуживания и установлении связей между ними.
Для добавления нового узла в модель необходимо нажать кнопку на панели инструментов с обозначением нужного типа узла, затем с помощью манипулятора «мышь» указать то место в области проектирования графа модели, где требуется расположить новый объект. При этом в модель добавиться требуемый узел, а его изображение появиться в области проектирования и в списке структурных элементов модели. Для обозначения объектов используются следующие условные изображение: 
- генератор, 
- накопитель, 
- канал, 
- сток, 
- тип заявки.
а)Создаем нужное количество генераторов. В данном случае (согласно нашему варианту) 3 генератора:
б) Устанавливаем требуемые свойства для генераторов:
Правой кнопкой мыши кликаем Генератор>> Свойства>> Изменяем закон распределения интервалов на Показательный и задаем нужное значение интенсивности (0.125):
В)Создаем нужное количество накопителей. ( В данном случае 3)
Г) Создаем канал. Для установки параметров канала нужно выбрать вкладку «Параметры» окна свойств канала.
На вкладке «Параметры» можно установить следующие параметры канала.
Д) Добавляем Сток 1 и создаем связи между узлами модели. Для добавления связей в правом верхнем углу над областью проектирования находится кнопка «Связать узлы», обозначенная стрелкой. После нажатия этой кнопки пользователь должен сначала указать узел- источник заявок, произведя на нем щелчок левой кнопкой мыши, а затем таким же образом указать узел-приемник заявок.
2)Выполняем эксперимент. Для вычисления показателей эффективности СМО необходимо осуществить имитационный эксперимент, т.е. провести имитацию функционирования системы в течение определенного времени. Чтобы выполнить эксперимент, нужно выбрать пункт меню «Эксперимент Управление экспериментом». В появившемся окне управления экспериментом необходимо перейти на вкладку «Показатели», и нажать кнопку «Выполнить эксперимент».
Результаты эксперимента:
Анализ результатов
1) Среднее время простоя больше среднего времени обслуживания – недопустимо
2) Коэффициент загрузки равен 0.333 – система слабо загружена
3) Среднее время ожидания меньше среднего времени обслуживания (удовлетворяет)
4) Средняя длина очереди равно 0 (удовлетворяет)
5) Отказы равны 0 (удовлетворяет)
6) Сток – 99% (удовлетворяет)
Решение проблемы
Для уменьшения времени простоя следует уменьшить число каналов. Для этого по результатам эксперимента построим зависимость, с ее помощью мы сможем узнать, какое количество каналов необходимо для уменьшения времени простоя:
Анализируем график: среднее время простоя Канала1среднее время ожидания накопителя наиболее эффективны при числе устройств, равных 2. Открываем свойства Канала1 и устанавливаем следующие параметры:
Выполняем эксперимент
Анализ результатов
1) Среднее время простоя меньше среднего времени обслуживания (удовлетворяет)
2) Коэффициент загрузки равен 0.577 – система загружена наполовину (удовлетворяет)
3) Среднее время ожидания меньше среднего времени обслуживания (удовлетворяет)
4) Средняя длина очереди равно 0.104 (удовлетворяет)
5) Отказы равны 0 (удовлетворяет)
6) Сток – 99% (удовлетворяет)
Вывод: каналы и система в целом справляются с нагрузкой.