Контрольные вопросы к 3 главе.

1. Объясните разницу между познавательными и прагматическими моделями.

2. Дайте классификацию математических моделей.

3. Назовите подэтапы построения концептуальной моделей.

4. На какие классы можно разбить множество математических моделей?

5. Назовите основные типы СМО.

6. Дайте определение имитационной модели.

7. Назовите подэтапы построения моделирующего алгоритма.

8. Какие группы задач решаются с помощью ЭВМ?

9. Объясните понятие «модельное время» - МВ.

10. Назовите отличительные признаки двух методов представления МВ.

11. Что входит в понятие процесса ИМ?

12. Чем отличается модель системы от реальной системы?

13. Охарактеризуйте две части описания имитационной модели.

14. Назовите основные принципы организации квазипараллелизма в ИМ.

15. Что такое «базовая случайная величина»?

16. Какие типы датчиков БСВ вы знаете?

17. Что такое адекватность ИМ?

18. Назовите основные этапы верификации.

19. Назовите основные составляющие пригодности.

Глава 4. Программные комплексы имитационного моделирования

4.1 Общая характеристика языков программирования

В главе 2 было показано, что ПО ИТ, используемое при решении задач исследования и проектирования представляет собой сложную иерархическую структуру, которая должна отвечать ряду требований:

• обладать свойством открытости,

• адекватно описывать процесс функционирования системы,

• обладать свойством адаптивности, обеспечивая при этом удобный ввод исходных данных и сигналов перестроения,

• обладать широкими возможностями анализа полученных результатов и развитой системой синтеза,

• быть простой в отладке и иметь четкую систему верификации,

• быть понятной пользователю, обладая дружественным интерфейсом.

Рассмотрим структуру языков программирования, относящихся как к универсальным языкам программирования – УЯП, входящих в состав ПО, так и к программным комплексам имитационного моделирования – ПКИМ, включающим в себя языки имитационного моделирования - ЯИМ. Структура приведена на рис. 4.1.

4.1 Структура языков программирования

На рис. 4.1. введены следующие обозначения: ЯНУ – языки низшего уровня (машинно-ориентированные), состоящие из машинных кодов и мнемонических символов-автокодов, однократно преобразуемых в машинные коды специальной программой – Ассемблером.

Интерпретатор, представляющий собой программу, сразу выполняющую операции при поступлении инструкций входного языка. Трансляция происходит все время, пока работает программа, написанная на языке интерпретатора.

Компиллятор – программа, однократно преобразующая инструкции входного языка в программы в машинных кодах или в автокод, транслируемый затем ассемблером. Полученные программы выполняются без повторного обращения к транслятору.

ПО обеспечивает решение ряда задач, условно разделенных на рисунке на простые, описываемых УЯП типа Basic и на сложные (графика, обработка изображений), описываемых языками типа Fortran, PL, Si++, Pascal и т.п.

В состав ПКИМ могут входить самые разные ЯИМ, которые вместе с УЯП составляют языки высокого уровня – ЯВУ. ПКИМ является комплексом взаимосвязанных предметно-ориентированных программ, - ядра на рис. 4.1, предназначенного для автоматизации решения задач моделирования и устройства сервиса – утилиты, которые не обязательно являются программами (экранные меню, графические файлы), работающих по принципу WIMP (windows, icons, mice, pointer). В большинстве случаев ПКИМ должен включать: общие сведения и условия применения, описание задачи, используемые технические средства, правила вызова и загрузки, подробное руководство пользователя и т.д. [17, 21].

При разработке ИМ может быть использован любой из УЯП, однако на практике предпочтение отдается специализированным ЯИМ.

Использование универсальных языков позволяет достичь гибкости при разработке, отладке и тестировании модели, а также их высокого быстродействия и, в то же время, приводит к большим затратам времени и средств на разработку и отладку моделей. Этим объясняется использование данного подхода при создании уникальных моделей, а также моделей, функционирующих в реальном времени.

ЯИМ обладают рядом преимуществ, в их числе: простота изучения; удобство программирования; концептуальная выразительность; надежность компилятора; автоматизация сбора, обработки и представления результатов моделирования; возможность подключения модулей, написанных на универсальных языках программирования. Однако ЯИМ не всегда обеспечивает необходимую гибкость и быстродействие ИМ. Этим объясняется предпочтительное использование ЯИМ для разработки типовых моделей определенного класса СС, предназначенных для применения на этапах анализа и проектирования.

Многообразие ЯИМ (сейчас их известно более 500) вызвано применением имитационного моделирования в различных предметных областях, ориентацией на определенный тип моделей, использованием различных способов имитации и типов ЭВМ. В табл. 4.1 в качестве иллюстративного примера приведена классификация некоторых известных ЯИМ по типу модели и способу имитации (более полные и подробные классификации можно найти в [21, 23].

Таблица 4.1

Тип модели	Способ имитации	Примеры ЯИМ
дискретный	событийный просмотр активностей процессный транзактный	SIMSCRIPT SMPL, FORSIM SIMPULA GPSS
агрегативный	агрегатный	АИС, САПАС
непрерывный	аппроксимация дифференциальных уравнений	DYNAMO MIMIC
непрерывно-дискретный	комбинированный (возможны различные комбинации выше перечисленных способов имитации)	SLAM, НЕДИС
сетевой	имитации сетевых моделей	SIMMET, NETWORK

С появлением персональных ЭВМ интенсивно развиваются специализированные системы моделирования для этих типов компьютеров. Часто они представляют собой развитие известных систем моделирования для универсальных ЭВМ, например: GPSS, SIMSCRIPT II.5, SIMULAP, MiniDYNAMO, MicroDYNAMO/DOS, SLAM II/PC. В книге Е. Киндлера «Языки программирования» приведен каталог наиболее известных зарубежных систем имитационного моделирования, включающий 200 наименований. Некоторые из этих систем вошли в табл. 4.2. В таблице указаны, в основном, системы, предназначенные для использования на IBM-совместимых универсальных (MF) и персональных (РС) ЭВМ. В таблице дополнительно указывается требуемый транслятор (с базового языка программирования), операционная система, а также некоторые особенности или возможности систем (в графе «Примечания»). По своему назначению системы разбиты на разделы. Первые четыре раздела включают ЯИМ общего назначения, ориентированные на определенный тип модели. В последующих разделах системы объединены по типу предметной области, либо условиям применения.

Таблица 4.2

Название	Тип ЭВМ, транслятор			Примечания
Дискретные модели
GPSS/PC GPSS/H SIMSCRIPT II.5 SIMULA SIMULAP MIC-SIM OPTIC PC-SOL 4.0	PC PC PC, MF PC, MF PC, MS DOS и Windows PC, PS/2 PC PC; Паскаль 4.0			Интерактивная графика и анимация Версия системы GPSS для ПЭВМ Параметрическое моделирование Графика и анимация
Непрерывные модели
DYNAMO III /F+/ 370 Micro-DYNAMO Mini- DYNAMO Pro- DYNAMO+ CSSL-IV ISIM OPT ISIM SYSL / M ACSL	MF; Фортран РС 16-разрядные РС РС PC, MF; Фортран-77 РС РС РС; Фортран РС; Фортран			Нелинейные модели Дополнительные возможности оптимизации моделируемых систем Дополнительные возможности оптимизации
Сетевые модели
SIMNET Network II.5 BEST-NETWORK	PC; Фортран-77 PC; MF; VAX MF; Фортран
Непрерывно-дискретные модели
SLAM II SLAM II / PC Micro PASSIM PASION SIMAN + Cinema	MF; Фортран PC PC; Паскаль PC; Паскаль PC Фортран-77			Комбинированные модели дискретного, непрерывного и сетевого типа Расширенные возможности статистического анализа; ориентация на производственные системы; интерактивная графика и анимация
Динамические системы (ДС)
ENPORT-7 TSIM LSMP DSL/ VS	MF; Фортран VAX PC MF; Фортран, Фортран-77, ПЛ /1			Нелинейные ДС Нелинейные ДС Линейные ДС
Системы реального времени
NET Real Time DATE-INTER-ACTIVE		PC VAX		Ориентация на моделирование автоматизированных производств. Непрерывные модели; интерактивная графика
Системы, ориентированные на производственные процессы и контроль качества
GEMS-II MAST SIMPLE SPAR XCELL+ SIMIS III Process Quality Simulator		PC;Фортран-77 PC;Фортран-77 PC PC РС PC, MF РС		Сетевые модели Анализ производственных процессов Оценка возможности роста производства Быстрое построение прототипов производственных систем средствами интерактивной графики Моделирование производственных и материальных потоков Моделирование систем управления качеством продукции
Системы моделирования экономических процессов
LIBRA MULTLSIM			PC DEC-20 Simula	Построение моделей равновесия экономических систем Многоуровневые модели рынка
Моделирование вычислительных и коммутационных систем (КС)
CIRCUITS			Macintosh	Моделирование мощных вычислительных систем; интерактивная графика
Моделирование робототехнических систем
ROSCAD ROSY			Silicon, Sun VAX	Графическое моделирование в реальном времени
Системы статистического моделирования и обработки данных
СТАТМОД СТАН			РС РС	Статистическое моделирование случайных величин, векторов, процессов Статистический анализ результатов экспериментов

Даже небольшое количество ЯИМ, приведенных в Таблице 4.2 определяет сложность их выбора, который необходимо осуществлять на основе требований, предъявляемых к СС. Для РЭС наиболее подходящими ЯИМ являются языки описания дискретных моделей (дискретный приход сигнала, дискретное изменение КЦФ, дискретное возникновение событий и т.д.), кроме того, эти языки перекрывают практически все способы организации квазипараллелизма. Поэтому проведем сравнение наиболее распространенных ЯИМ, описывающих дискретные системы: GPSS, SIMSCRIPT, SIMULA [21]. Выделим из общего ансамбля свойств наиболее важные:

• возможности языка, т.е. способность описывать структуру системы, ее поведение и алгоритмы управления;

• простота применения для построения модели, реализация ее и представление результатов моделирования;

• предпочтение пользователя (удобство, простота, универсальность).

В таблице 4.3 представлены результаты экспертного оценивания с учетом расширения возможностей GPSS/H r.3.

Таблица 4.3

Возможности языка	Простота применения	Предпочтение пользователя
SIMULA	GPSS/H	SIMSCRIPT
GPSS/H	SIMSCRIPT	GPSS/H
SIMSCRIPT	SIMULA	SIMULA

Простой подсчет баллов говорит в пользу языка GPSS/H, поэтому в дальнейшем в главе 4 будем рассматривать последнюю версию языка, обладающего новыми возможностями. Описание этой версии на русском языке дается впервые.