Даненова Г.Т.

Карагандинский государственный технический университет, Казахстан

Применение имитационных моделей для исследования систем массового обслуживания

На сегодняшний день метод имитационного моделирования является одним из самых мощных и наиболее эффективных методов исследования процессов и систем самой различной природы и степени сложности. Сущность этого метода состоит в написании компьютерной программы, имитирующей процесс функционирования системы, и проведение экспериментов с этой программой с целью получения статистических характеристик моделируемой системы. 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.

Лучшей иллюстрацией области применения имитационного моделирования являются системы массового обслуживания. В терминах систем массового обслуживания описываются многие реальные системы: вычислительные системы, узлы сетей связи, магазины, производственные участки – любые системы, где возможны очереди и отказы в обслуживании. Системы массового обслуживания (СМО) отличаются высокой наглядностью отображения моделируемых объектов и вследствие этого сравнительной простотой перехода от реальных объектов к соответствующим СМО.

Основная цель разработки автоматизированной системы имитационного моделирования СМО – реализация современных подходов к проведению имитационного моделирования и обеспечение простой и доступной среды для проектирования имитационных моделей СМО.

Программа обеспечивает поддержку основных этапов имитационного моделирования:

- проектирование концептуальной схемы модели;

- настройка свойств отдельных элементов модели;

- планирование эксперимента с построенной моделью;

- запуск и выполнение эксперимента;

- оценка и интерпретация результатов эксперимента.

Конструирование модели СМО осуществляется в соответствии с принципами объектно-ориентированного проектирования. Для этого каждый элемент модели определяется, как некоторый объект, описывается каждая связь между элементами, определяются свойства объектов и связей. В целях формализации представления модели концептуальная структура СМО задается в виде ориентированного графа, вершины которого представляют множество возможных узлов обслуживания. Ниже приведены четыре типа узлов, реализованных в комплексе:

- генератор предназначен для моделирования входящего потока заявок. Он создает новые заявки и передает их в другие узлы модели;

- канал состоит из одного или нескольких обслуживающих устройств, которые работают параллельно и осуществляют обслуживание заявок;

- накопитель служит для организации очереди, в которой заявки ожидают обслуживания;

- сток предназначен для уничтожения заявок. Заявка, попавшая в сток, покидает систему.

Процесс создания концептуальной структуры модели состоит в определении узлов сети обслуживания и установлении связей между ними. При этом должны быть учтены следующие требования:

- модель обязательно должна содержать в своем составе хотя бы один генератор заявок;

- модель обязательно должна содержать в своем составе хотя бы один сток;

- генератор заявок не может быть приемником заявок ни для какого узла сети;

- сток не может быть источником заявок ни для какого узла сети.

Параметрическая настройка отдельных элементов сети состоит в определении свойств узлов и их связей. Каждый объект модели имеет определенный набор функций и параметров, которые в совокупности описывают логику и закономерности его поведения. Параметры узлов могут быть как общими для всех типов узлов (уникальное наименование, дисциплина выбора приемника), так и специфическими, определяемыми типом узла.

Процесс моделирования СМО представляет собой последовательность изменения состояния узлов сети, которые определенным образом реагируют на события и осуществляют передачу заявок в другие узлы модели, выполняя расчет своих статистических характеристик.

Разрабатываемый программный комплекс предназначен для функционирования под управлением операционных систем Windows и активного использования удобных диалоговых средств, предоставляемых графическим интерфейсом этих операционных систем.

Для реализации процесса построения графа модели предполагается использование конструктора, позволяющего визуализировать сетевую структуру модели, осуществлять операции добавления, удаления, модификации узлов СМО, устанавливать связи между узлами модели. При таком подходе размещение узлов модели на рабочей области и связь их между собой будет осуществляться с помощью соответствующих кнопок на панели инструментов.

Также предполагается создания панели свойств узловых элементов. Выбрав необходимый узел модели, можно будет изменить любой из его параметров. Разумеется, предполагается наличие контроля корректности вводимых данных.

Также планируется создание некоторого числа диалоговых окон, позволяющих изменять такие характеристики модели как критерии остановки моделирования, тип проводимого эксперимента и тип фактора, набор данных по которому необходимо вести статистику.

Результаты моделирования могут выдавать в виде графической и текстовой информации с возможностью сохранения в виде файлов и вывода на печать.

Пользователь автоматизированной системы моделирования располагает возможностями абсолютного контроля над своей моделью, может варьировать по желанию любой параметр и судить о поведении модели по наблюдаемым результатам.

Разрабатываемый комплекс может использоваться для решения таких задач:

- формализация представления модели СМО в лаконичном и понятном виде;

- описание логики и закономерностей поведения моделируемого объекта;

- оценка основных показателей эффективности функционирования СМО;

- построение и проверка гипотез, которые могут объяснить наблюдаемое поведение;

- анализ чувствительности СМО к изменению параметров отдельных элементов;

- поиск оптимальных вариантов реализации СМО.

Использование среды моделирования позволяет избежать программирования имитационной модели в ручную, существенно повысить скорость создания моделей, легко модифицировать их в дальнейшем. Таким образом, пользователь получает возможность рассмотреть и проанализировать несколько моделей различных СМО и выявить специфику моделирования СМО в различных прикладных областях. С использованием среды моделирования можно быстро оценить адекватность той или иной программы, реализующей имитационную модель, что практически невозможно сделать на интуитивном уровне или с помощью аналитических методов.

Универсальность и гибкость моделей СМО обуславливает широкую область применения данного программного обеспечения: исследование производственных бизнес-процессов, анализ функционирования сетей связи, транспортных систем, различных организаций сферы обслуживания и т.д. Дальнейшее развитие данной системы моделирования связано с решением задач автоматического поиска оптимальных параметров исследуемых объектов и использование имитационных моделей в составе математического обеспечения автоматизированных систем обработки информации и управления.