Управление временем в последовательном имитационном моделировании

Известно, что большую роль в имитационных моделях играет фактор времени. По определению имитационное моделирование является методом исследования динамических систем, в котором реальный объект (система) заменяются имитационной моделью. Процесс моделирования сопровождается отображением реального объекта (системы) в модель, которая выполняется, изменяя свое состояние с течением времени, причём время необратимо, оно не замедляется и не ускоряется. Состояние системы определяется состоянием её элементов, а каждый элемент обладает набором свойств (характеристик).

Прежде всего, следует определить, что следует понимать под термином «время» в имитационном моделировании. В работе Fujimoto и других работах по имитационному моделированию различают: физическое (physical), модельное (system time) и процессорное (wallclock time). Рассмотрим более подробно все эти 3 разновидности:

- Физическоевремя (physical-T_p) – это время, которое используется в реальной (физической) системе, которую моделируют. Например, мы моделируем работу некоторого предприятия в течение рабочего дня с 8.00 до 17.00.

- Модельное время (simulation time - T_s) – это представление физического времени в модели. Так работу предприятия в модельном времени можно представить отрезком времени [8.00,17.00], за единицу модельного времени (h) можно принять временной интервал в 1 минуту, в 10 минут, в 30 минут, в один час и т.д. T_s = T_p/h.

- Процессорное время (wallclock time - T_w) – время работы симулятора на компьютере. Так, например, моделирование предприятия может занять 1 час работы на компьютере.

Моделирование должно выполняться как можно скорее (as-fast-as-possible), т.е. модельное время продвигается с гораздо большей скоростью, чем процессорное. Например, работа некоторого физического процесса длится несколько суток, единицу модельного времени выбирают равной одному часу, а процесс моделирования на компьютере выполняется за 30 минут.

Иногда (при использовании тренажёров) продвижение модельного времени должно быть синхронизировано с процессорным. Такое моделирование называют моделированием в реальном времени (real time). Действительно, при использовании тренажёров человек погружается с виртуальную среду, которая должна выглядеть как можно более реалистичной.

Итак, одной из важнейших задач системы имитации является продвижение модельного времени. Вначале кратко рассмотрим алгоритм продвижения модельного времени в последовательном моделировании.

Известно, что существуют различные виды имитационных моделей, в основе которых лежит та или иная концепция:

- События (events).

- Процессы (processes).

- Объекты (objects) или агенты (agents).

- Непрерывные (continues) модели (системная динамика).

Событие – это изменение состояния системы, причём событие происходит мгновенно. В промежутке между двумя событиями модель остаётся неизменной. Процесс – это последовательность активностей, а активность – это элементарная работы по переводу системы из одного состояния в другое. Активность начинается и завершается событием.

Как уже говорилось ранее, система моделирования, управляющая выполнением модели, должна уметь продвигать модель из одного состояния в другое. Продвижение модели из одного состояния в другое выполняется по определённым правилам, эти правила определяют сценарий поведения модели во времени, причинно-следственные связи между активностями. Управляющая программа, которая выполняет продвижение времени называется симулятором.

В зависимости от того, какая концепция лежит в основании имитационной модели, системы моделирования делятся процессо-ориентированные, событийно-ориентированные, объектно-ориентированные, агентные.

Рассмотрим более подробно событийно-ориентированное моделирование

В событийно-ориентированных системах моделирования приняты следующие соглашения:

- модель продвигается во времени от события e_i к событию e_j, которые изменяют состояние модели,

- логика наступления событий определяет последовательность смены состояний модели, которые связаны с наступлением этих событий;

- время продвигается от события к событию;

Пусть время – частично упорядоченное множество T ={t₁, t₂,…,t_n}. Пусть существует множество событий e _i Î E, i = 1,2..,n. Любое событие может включать преобразование Sch: E ´ T ´ E, т.е. событие e _i (выполняющееся в момент времени t _i) может планировать выполнение другого события e _j в момент времени t _j и размещать его в календаре событий. Календарь событий состоит из элементов, каждый из которых содержит два поля:

- ссылку на запланированное событие (e _i);

- модельное время, на которое запланировано событие (t _i).

Таким образом, можно сказать, что календарь событий (обозначим его SE) – это список элементов l _i, где каждый элемент l _i представляет собой пару (e _i, t _i).

Управляющая программа (симулятор) должна выбрать из календаря событий событие с минимальным временем.Это время становитсятекущим модельным временем. Симулятор присваивает системной переменной с текущим модельным временем (назовём эту переменную именем Systemtime) минимальное значение времени, на которое запланировано событие из календаря событий, т.е. Systemtime = min (t _i). Далее симулятор передаёт управление событию e _i (с минимальным временем).

Цель: Необходимо выбрать очередное событие в календаре событий и передать ему управление: