Юрий Карпов
ИМИТАЦИОННОЕ
МОДЕЛИРОВАНИЕ
СИСТЕМ
Введение в моделирование
С AnyLogic 5
Санкт-Петербург
2006
Оглавление
Предисловие.................................................................................................... ……………….1
Среда разработки и примеры моделей................................................................ ……………….2
Благодарности............................................................................................... ……………….3
Введение........................................................................................................ ……………….5
Моделирование............................................................................................. ……………….5
Проблемы разработки имитационных моделей........................................ ……………….6
AnyLogic инструмент имитационного моделирования нового поколения…………… 8
Структура книги........................................................................................... ………………..9
Часть 1. ОБЩИЕ ВОПРОСЫ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ………..11
Глава 1. Модели. Наука и искусство моделирования..................... ………………… 13
1.1 Модели процессов и систем.............................................................. ………………....13
1.2 Моделирование для поддержки принятия управленческих решений……………… 16
1.3 Уровни абстракции и адекватность модели................................... ……………………17
1.4 Моделирование как наука и искусство............................................. ………………….19
Глава 2. Виды моделей............................................................................. ……………………..20
2.1 Статические идинамические модели................................................ ……………………..20
2.2 Непрерывные, дискретные и гибридные модели............................ ……………………..21
2.3 детерминированные и стохастические модели................................. ……………………..22
2.4 Аналитические и имитационные модели........................................ ……………………..23
Глава 3. Имитационное моделирование............................................... ……………………..24
3.1 Что такое имитационное моделирование.......................................... ……………………..24
3.2 Примеры Задач, решаемых с помощью имитационного моделирования …………….25
3.2.1 система массового обслуживания с тремя устройствами обслуживания………..25
3.2.2 Максимизация прибыли поставщика сервиса для мобильной связи………………..28
3.2.3 Модель роста рынка.................................................................. ……………………..29
3.3 Этапы имитационного моделирования......................................... ………………………...30
3.4 Визуализация и анимация............................................................... …………………………33
Глава 4. Имитационное моделирование в среде AnyLogic. Общие понятии ………………… 34
4.1 Первая модель на AnyLogic………………………………………………………..34
4.1.1 Структурная диаграмма………………………………………………..37
4.1.2 Окна свойств объектов модели............................................ ……….38
4.1.3 Окно поведения активного объекта.................................... ………39
4.1.4 Окно редактора анимации активного объекта................... ………40
4.2. Режим выполнения модели................................................................ ………41
4.2.1.Запуск модели........................................................................ ………42
4.2.2.Эксперименты с моделью..................................................... ………43
4.2.3.Управление скоростью выполнения модели и изображением……. 44
4.2.4.Предварительно определенные эксперименты с моделью ………44
4.3. Работа с окнами..................................................................................... ………45
4.4. Доработка модели................................................................................. ………46
4.4.1.Изменение цвета мяча в анимации при отскоке................ ………46
4.4.2.Введение второго мяча в модель.......................................... ………48
4.4.3.Произвольные перемещения мяча....................................... ………50
4.5. Основные концепции имитационного моделирования в среде AnyLogic…52
4.5.1.Две фазы имитационного моделирования.......................... ……….52
4.5.2.Активные объекты, классы и экземпляры активных объектов……52
4.5.3.Объектно-ориентированный подход................................... ……….53
4.5.4.Визуальная разработка модели............................................. ……….53
4.5.5.Встроенный язык Java........................................................... ……….54
4.5.6.Средства описания поведения объектов............................. ……….54
4.5.7. Имитация нескольких параллельно протекающих процессов……..55
4.5.8.Модельное и реальное время................................................ ……….55
4.5.9.Анимация поведения модели............................................... ……….56
4.5.10. Интерактивный анализ модели......................................... ……….56
4.6. Запуск и проигрывание других моделей........................................... ……….56
4.7. Заключение............................................................................................ ……….57
ЧАСТЬ II. СРЕДСТВА ANYLOGIC ДЛЯ ИМИТАЦИОННОГО
МОДЕЛИРОВАНИЯ СИСТЕМ............................................................ ……….59
Глава 5. Разработка простых моделей непрерывных систем....................... ………. 61
5.1. Построение простой модели с нуля. Модель сердечных сокращений……..61
5.1.1. Постановка задачи.................................................................. ……….63
5.1.2. Рассматриваемые вопросы..................................................... ……….63
5.1.3. Файлы для контроля............................................................... ………64
5.1.4. Создание нового проекта....................................................... ………64
5.1.5.Построение модели................................................................ ………66
5.1.6. Запуск модели.......................................................................... ………70
5.1.7. Графики (диаграммы)............................................................. ………71
5.1.8. Эксперименты......................................................................... ………72
5.1.9.Анимация модели....................................:............................ ………73
5.2. Счетчик (Continuous Counter).............................................................. ………78
5.2.1. Рассматриваемые вопросы..................................................... ………79
5.2.2. Постановка проблемы............................................................ ………79
5.2.3. Модель...................................................................................... ……….79
5.2.4. Генератор тиков...................................................................... ………80
5.2.5. Разряд счетчика....................................................................... ………81
5.2.6. Корневой объект..................................................................... ………81
5.2.7. Анимация модели................................................................... ………83
5.3. Заключение: поддержка моделирования непрерывных процессов в AnyLogic....84
5.3.1. Активные объекты.................................................................. ………84
5.3.2.Переменные............................................................................ ………85
5.3.3. Формулы, системы алгебраических и дифференциальных уравнений…..85
5.3.4.Параметры............................................................................... ………86
5.3.5. Визуализация исполнения модели........................................ ………87
5.3.6. Эксперименты с моделью...................................................... ………88
Глава 6. Разработка моделей дискретно-событийных систем....................... ……… 89
6.1.Порты и сообщения. Дискретная модель счетчика......................... ………89
6.1.1. Рассматриваемые вопросы.................................................... ………90
6.1.2.Структура модели.................................................................. ………90
6.1.3.Представление сигнала как сообщения............................... ………90
6.2. Реагирующие системы (reactive systems) и стейтчарты.................... ………93
6.3. Модель пешеходного перехода: переключение состояний в стейтчартах…97
6.3.1.Постановка проблемы........................................................... ………97
6.3.2. Рассматриваемые вопросы..................................................... ………98
6.3.3.Построение модели................................................................ ………98
6.3.4.Создание анимации.............................................................. ……….103
6.3.5.Срабатывание перехода по сигналу................................... ……….104
6.3.6. Срабатывание перехода по условию.................................. ………108
6.4. Системы массового обслуживания: использование библиотеки
стандартных объектов.............................................................................. ………110
6.4.1. Системы массового обслуживания..................................... ………110
6.4.2.Постановка проблемы......................................................... ………111
6.5. Средства AnyLogic для разработки дискретно-событийных моделей……..115
6.5.1.События................................................................................. ……….115
6.5.2.Таймеры................................................................................. ……….117
6.5.3. Стейтчарты............................................................................ ……….118
6.5.4.Непосредственное порождение событий.......................... ……….118
6.5.5.Сообщения и порты............................................................. ……….118
6.5.6.Шаги выполнения модели................................................... ……….118
6.5.7.Библиотека Enterprise Library.............................................. ……….119
6.6. Заключение.......................................................................................... ……….120
