ФГБОУ ВПО “МОСКОВСКИЙ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ (МАДИ)”
Направление подготовки
09.03.02 – Информационные системы и технологии
КОНТРОЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ
По дисциплине «Моделирование процессов и систем» Модель “Имитация процесса перехода пассажиров на монорельсы”
Выполнил: М.В. Багдасарян
Группа: 2бИС1
Москва 2015
Содердание
- Введение
- 1. Описание AnyLogic
- 2. Создание модели
- Заключение
- Список использованной литературы
Введение
Применение количественных методов исследования в любой области требует построения математической модели. Модель является представлением объекта, системы или процесса в некоторой форме, как правило, отлично от формы их реального существования и служит средством изучения, исследования или совершенство системы. Если при моделировании объекта учитывают изменение параметров объекта или системы во времени, то модель называют динамической, в противном случае модель статическая. Выбор статической или динамической модели определяется режимом работы исследуемого объекта.
Наиболее важная область применения моделирования – анализ систем и процессов с использованием ЭВМ, обеспечивающий исследования без проведения экспериментов с реальными объектами. Поэтому при анализе системы должны учитываться:
– ресурсы и компоненты системы;
– цели и показатели эффективности системы;
– окружение системы и общесистемные цели;
– возможные методы управления системой
Моделирование – инструмент анализа и синтеза объектов (систем, процессов, явлений), используемый в самых различных областях жизнедеятельности человека: науке, технике, медицине, химии, военном деле и др. Невозможно представить себе современную науку без широкого применения математического моделирования. Сущность этой методологии состоит в замене исходного объекта его «образом» – математической моделью – и дальнейшем изучении модели с помощью реализуемых на компьютерах вычислительно-логических алгоритмов. Этот метод познания, конструирования, проектирования сочетает в себе многие достоинства как теории, так и эксперимента. Работа не с самим объектом (явлением, процессом), а с его моделью дает возможность без повреждений объекта, относительно быстро и без существенных затрат исследовать его свойства и поведение в любых мыслимых ситуациях (преимущества теории). В то же время вычислительные (компьютерные, симуляционные, имитационные) эксперименты с моделями объектов позволяют, опираясь на мощь современных вычислительных методов и технических инструментов информатики, подробно и глубоко изучать объекты в достаточной полноте, недоступной чисто теоретическим подходам (преимущества эксперимента). Неудивительно, что методология математического моделирования бурно развивается, охватывая все новые сферы от разработки технических систем и управления ими до анализа сложнейших экономических и социальных процессов.
Современное развитие информационных технологий привело к появлению высокоэффективных методов моделирования, рассчитанных на современные компьютеры. Прежде всего имеется в виду применение профессиональных программ MATLAB, LABVIEW, SCILAB. AnyLogic Методы моделирования бизнес-процессов:
Flow Chart Diagram (диаграмма потока работ) – это графический метод представления процесса в котором операции, данные, оборудование процесса и пр. изображаются специальными символами. Метод применяется для отображения логической последовательности действий процесса. Главным достоинством метода является его гибкость. Процесс может быть представлен множеством способов.
Data Flow Diagram (диаграмма потока данных). Диаграмма потока данных или DFD применяется для отображения передачи информации (данных) от одной операции процесса к другой. DFD описывает взаимосвязь операций за счет информации и данных. Этот метод является основой структурного анализа процессов, т.к. позволяет разложить процесс на логические уровни. Каждый процесс может быть разбит на подпроцессы с более высоким уровнем детализации. Применение DFD позволяет отразить только поток информации, но не поток материалов. Диаграмма потока данных показывает, как информация входит и выходит из процесса, какие действия изменяют информацию, где информация хранится в процессе и пр.
Role Activity Diagram (диаграмма ролей). Она применяется для моделирования процесса с точки зрения отдельных ролей, групп ролей и взаимодействия ролей в процессе. Роль представляет собой абстрактный элемент процесса, выполняющий какую-либо организационную функцию. Диаграмма ролей показывает степень «ответственности» за процесс и его операции, а также взаимодействие ролей.
IDEF (Integrated Definition for Function Modeling) – представляет собой целый набор методов для описания различных аспектов бизнес-процессов (IDEF0, IDEF1, IDEF1X , IDEF2, IDEF3, IDEF4, IDEF5). Эти методы строятся на базе методологии SADT (Structured Analysis and Design Technique). Для моделирования бизнес процессов наиболее часто применяют методы IDEF0 и IDEF3.
IDEF0 – позволяет создать модель функций процесса. На диаграмме IDEF0 отображаются основные функции процесса, входы, выходы, управляющие воздействия и устройства, взаимосвязанные с основными функциями. Процесс может быть декомпозирован на более низкий уровень.
IDEF3 – этот метод позволяет создать «поведенческую» модель процесса. IDEF3 состоит из двух видов моделей. Первый вид представляет описание потока работ. Второй – описание состояний перехода объектов.
Цветные сети Петри – этот метод представляет модель процесса в виде графа, где вершинами являются действия процесса, а дугами события, за счет которых осуществляется переход процесса из одного состояния в другое. Сети Петри применяют для динамического моделирования поведения процесса.
Unified Modeling Language (UML) – представляет собой объектно-ориентированный метод моделирования процессов. Он состоит из 9-ти различных диаграмм, каждая из которых позволяет моделировать отдельные статические или динамические аспекты процесса.
Большинство из указанных методов реализованы в виде программного обеспечения. Оно позволяет осуществлять поддержку бизнес-процессов или проводить их анализ. Примерами такого ПО являются различные CASE средства моделирования процессов.
anylogic дискретный имитационный
1. Описание AnyLogic
В начале 1990-х в компьютерной науке наблюдался большой интерес к построению математически трактуемого описания взаимодействия параллельных процессов. Что сказалось на подходах к анализу корректности параллельных и распределённых программ. Группа учёных из Санкт-Петербургского Политехнического университета разработала программное обеспечение для анализа корректности системы; новый инструмент назвали COVERS (Параллельная Верификация и Моделирование). Анализируемая система процессов задавалась графически, с помощью описания её структуры и поведения отдельных параллельных компонентов, которые могли взаимодействовать с окружением — с другими процессами и средой. Инструмент использовался в исследовательских проектах компании Хьюлетт-Паккард.
В 1998 г. успех этого исследования вдохновил лабораторию организовать коммерческую компанию с миссией создания нового программного обеспечения для имитационного моделирования. Акцент при разработке ставился на прикладные методы: моделирование стохастических систем, оптимизацию и визуализацию модели. Новое программное обеспечение, выпущенное в 2000 г., было основано на последних преимуществах информационных технологий: объектно-ориентированный подход, элементы стандарта UML, языка программирования Java, современного GUI, и т. д.[3]
Продукт получил название AnyLogic, потому что он поддерживал все три известных метода моделирования:
· системная динамика;
· дискретно-событийное (процессное) моделирование;
· агентное моделирование.
А также любую комбинацию этих подходов в пределах одной модели. Первой версии был присвоен индекс 4 — Anylogic 4.0, так как нумерация продолжила историю версий предыдущей разработки — COVERS 3.0.
Рис. 1 Три подхода имитационного моделирования
Огромный шаг вперёд был сделан в 2003 году, когда был выпущен AnyLogic 5, ориентированный на бизнес-моделирование. С помощью AnyLogic стало возможным разрабатывать модели в следующих областях[5]:
· производство;
· логистика и цепочки поставок;
· рынок и конкуренция;
· бизнес-процессы и сфера обслуживания;
· здравоохранение и фармацевтика;
· управление активами и проектами;
· телекоммуникации и информационные системы;
· социальные и экологические системы;
· пешеходная динамика;
· оборона.
Последней версией программы является AnyLogic 7. AnyLogic 7 написан на языке программирования Java в популярной среде разработки Eclipse. Anylogic 6 является кросс-платформенным программным обеспечением, работает как под управлением операционной системы Windows, так и под Mac OS и Linux. AnyLogic включает в себя графический язык моделирования, а также позволяет пользователю расширять созданные модели с помощью языка Java. Интеграция компилятора Java в AnyLogic предоставляет более широкие возможности при создании моделей, а также создание Java апплетов, которые могут быть открыты любым браузером. Эти апплеты позволяют легко размещать модели AnyLogic на веб-сайтах. В дополнение к Java-апплетам, AnyLogic Professional поддерживает создание Java-приложений, в этом случае пользователь может запустить модель без инсталляции AnyLogic.
Методы имитационного моделирования:
Рис. 2 Подходы имитационного моделирования на шкале уровня абстракции
Модели AnyLogic могут быть основаны на любой из основных парадигм имитационного моделирования: дискретно-событийное моделирование, системная динамика, и агентное моделирование.
Системная динамика и дискретно-событийное (процессное) моделирование, под которым мы понимаем любое развитие идей GPSS — это традиционные устоявшиеся подходы, агентное моделирование — относительно новый. Системная динамика оперирует в основном с непрерывными во времени процессами, тогда как дискретно-событийное и агентное моделирование — с дискретными.
Системная динамика и дискретно-событийное моделирование исторически преподаются совершенно разным группам студентов: менеджмент, инженеры по организации производства и инженеры-разработчики систем управления. В результате возникли три различных практически не пересекающихся сообщества, которые почти никак не общаются друг с другом.
Агентное моделирование до недавнего времени было строго академическим направлением. Однако, растущий спрос на глобальную оптимизацию со стороны бизнеса, заставил ведущих аналитиков обратить внимание именно на агентное моделирование и его объединение с традиционными подходами с целью получения более полной картины взаимодействия сложных процессов различной природы. Так родился спрос на программные платформы, позволяющие интегрировать различные подходы.[4]
Теперь рассмотрим подходы имитационного моделирования на шкале уровня абстракции. Системная динамика, заменяя индивидуальные объекты их агрегатами, предполагает наивысший уровень абстракции. Дискретно-событийное моделирование работает в низком и среднем диапазоне. Что же касается агентного моделирования, то оно может применяться практически на любом уровне и в любых масштабах. Агенты могут представлять пешеходов, автомобили или роботов в физическом пространстве, клиента или продавца на среднем уровне, или же конкурирующие компании на высоком.
При разработке моделей в AnyLogic можно использовать концепции и средства из нескольких методов моделирования, например, в агентной модели использовать методы системной динамики для представления изменений состояния среды или в непрерывной модели динамической системы учесть дискретные события. Например, управление цепочками поставок при помощи имитационного моделирования требует описания участников цепи поставок агентами: производители, продавцы, потребители, сеть складов. При этом производство описывается в рамках дискретно-событийного (процессного) моделирования, где продукт или его части — это заявки, а автомобили, поезда, штабелёры — ресурсы. Сами поставки представляются дискретными событиями, но при этом спрос на товары может описываться непрерывной системно-динамической диаграммой. Возможность смешивать подходы позволяет описывать процессы реальной жизни, а не подгонять процесс под доступный математический аппарат.
Среда моделирования
Рис. 3 Конструкции среды моделирования AnyLogic
Графическая среда моделирования AnyLogic включает в себя следующие элементы:
· Stock & Flow Diagrams (диаграмма потоков и накопителей) применяется при разработке моделей, используя метод системной динамики.
· Statecharts (карты состояний) в основном используется в агентных моделях для определения поведения агентов. Но также часто используется в дискретно-событийном моделировании, например для симуляции машинных сбоев.
· Action charts (блок-схемы) используется для построения алгоритмов. Применяется в дискретно-событийном моделировании (маршрутизация звонков) и агентном моделировании (для логики решений агента).
· Process flowcharts (процессные диаграммы) основная конструкция, используемая для определения процессов в дискретно-событийном моделировании.
Среда моделирования также включает в себя: низкоуровневые конструкции моделирования (переменные, уравнения, параметры, события и т.п), формы представления (линии, квадраты, овалы и т.п.), элементы анализа (базы данных, гистограммы, графики), стандартные картинки и формы экспериментов.
Среда моделирования AnyLogic поддерживает проектирование, разработку, документирование модели, выполнение компьютерных экспериментов с моделью, включая различные виды анализа — от анализа чувствительности до оптимизации параметров модели относительно некоторого критерия.
2. Создание модели
Имитация процесса перехода пассажиров на монорельсы через кассы и турникеты.
Любой пешеход в Пешеходной библиотеке AnyLogic задается объектом класса Ped.
Рис. 4
· pedScource — Заявки могут быть либо базового для заявок класса Entily, либо любого класса пользователя, унаследованного от этого базового класса. Вы можете сконфигурировать объект так, чтобы он создавал заявки других типов, указав конструктор нужного класса в параметре “Новая заявка”, а также задать действие, которое должно выполняться перед тем, как новая заявка покинет объект, и связать с заявкой определенную фигуру анимации.
Рис. 5
· pedSelectOutput — направляет входящие заявки в один из двух выходных портов, в зависимости от выполнения заданного условия. В нашем случае, этот блок эмулирует проверку на запись ЭВМ
Условие, при котором выбирается вход одни, идут сразу к турникетам, другие к кассе и потом к турникету.
Рис. 6 True:
· pedServiceТурникеты Захватывает для заявки заданное количество ресурсов, задерживает заявку, а затем освобождает захваченные ею ресурсы
Рис. 7
· pedService1 Касса
Рис. 8
· pedGoTo Движение людей от турникетов до конечной цели (вагон монорельсов)
Рис. 9
· pedSink
Уничтожает поступившие заявки. Обычно используется в качестве конечной точки потока заявок.
Рис. 10
2х мерная модель процесса перехода пассажиров на монорельсы
Рис. 11
Заключение
Была разработана модель, процесса перехода пассажиров на монорельсы.
Список использованной литературы
1. Википедия // AnyLogic
2. AnyLogic //Моделирование систем в AnyLogic 6
3. М.В. Киселёва //Моделирование в AnyLogic
