Лекція 10 Імітаційне моделювання в автоматизованому проектуванні



Скачати 51.38 Kb.
Дата конвертації05.03.2017
Розмір51.38 Kb.
Лекція 10

Імітаційне моделювання в автоматизованому проектуванні
Складність і різноманіття процесів функціонування проектованих систем не завжди дозволяють одержати для них окремі математичні моделі традиційного вигляду (аналітичні моделі: цільова функція й обмеження подані в аналітичному вигляді). Виникаючі тут проблеми математичного моделювання в багатьох випадках можуть бути успішно вирішені за рахунок використання методики імітаційного моделювання (ІМ). Суть ІМ у тому, що досліджувана динамічна система заміняється її імітатором і з ним проводяться експерименти. Призначення імітаційних експериментів – одержати інформацію про досліджувану систему. Взагалі говорячи, імітатори можуть бути реалізовані не тільки на ЕОМ, але і на гідродинамічних, механічних чи електронних системах. Найбільш ефективним є підхід, пов'язаний з реалізацією імітатора на ЕОМ. Для імітатора складається програма, що є, в свою чергу, програмою функціонування проектованого об'єкта. У процесі ІМ ЕОМ відтворює явища, описувані математичною моделлю, зі збереженням їхньої логічної структури і послідовності чергування в часі. Рівень деталізації імітаційної моделі може бути різним (залежно від поставлених цілей), що спрямовано на одержання потрібних характеристик. Ці характеристики виводяться до друку і використовуються як прямі або непрямі результати проектування.

Висновок. У процесі імітаційного моделювання конструюється модель проектованого об'єкта. На ній проводяться експерименти з метою вивчення закону функціонування і поводження проектованого об'єкта з урахуванням цільової функції і заданих обмежень. У принципі, будь-яку математичну модель можна назвати імітаційною. Але термін «Імітація» більш точний, коли побудована модель відбиватиме не тільки структуру і статичний взаємозв'язок складових частин об'єкта проектування, але і його розвиток у часі. Існує два принципових підходи до побудови моделей подібного класу. Один з них використовує аналітичні методи опису функціонування проектованих систем (динамічні моделі), а другий – статичні (статичні моделі). Недоліки першого підходу: укрупненість параметрів і обмежень, неповне врахування специфіки проектованих систем, перевага екзогенних характеристик стану над ендогенними, що обмежує реалізацію потенційних можливостей систем проектування. Використання подібних моделей при відсутності елементів прогнозування можливих наслідків, породжує рішення науково не підготовлені, котрі незабаром доводиться корегувати чи взагалі відмінити. Проблема одержання й врахування оцінки можливих наслідків у механізмі ухвалення рішення в САПР дуже актуальна і відповідні розробки мають пріоритетний характер. В основі цих розробок лежать методи статистичного моделювання, тому що вони в достатньому ступені деталізації можуть описувати динамічні процеси, в яких беруть участь випадкові фактори. Методологія імітаційного моделювання, власне кажучи, являє собою обчислювальну процедуру, реалізація якої зв'язана з наступною послідовністю заходів:

  1. постановка задачі імітаційного моделювання;

  2. збір і попередня обробка даних, необхідних для функціонування імітаційної моделі;

  3. вибір принципів опису моделей і їхніх доступних спрощень;

  4. побудова моделі, що одночасно припускає визначення її параметрів;

  5. проведення послідовності імітаційних випробувань з метою вивчення зміни результатів залежно від зміни умов функціонування моделі;

  6. перевірка придатності імітаційної моделі.

Основний принцип побудови імітаційних моделей полягає в тому, що всі їхні компоненти діють послідовно. Щоб зробити в моделі одночасність декількох подій, що відбуваються в різних частинах реальної системи, необхідно побудувати механізм задання часу в моделях.

Ще до побудови моделюючого алгоритму повинні бути вирішені питання вибору математичного апарата дослідження. Для імітації процесів функціонування окремих елементів об'єкта і всього об'єкта в цілому мають бути обрані основні оператори, що погоджуються між собою відповідно до формалізованої системи досліджуваного процесу. До основних операторів відносяться обчислювальні (арифметичні) й логічні оператори, оператори формування реалізацій випадкових процесів і невипадкових величин, оператори рахунку. Охарактеризуємо перераховані вище оператори.

Обчислювальні оператори призначені для реалізації будь-яких обчислювальних функцій за допомогою системи арифметичних операцій, властивій системі команд моделюючої ЕОМ. До моменту початку роботи оператора треба забезпечити наявність усіх необхідних даних, одержуваних від інших операторів алгоритму.

З метою імітації дії різних випадкових факторів на процес, що моделюється, використовують оператори формування реалізацій випадкових процесів (датчики випадкових чисел). Формування різних констант і невипадкових функцій часу, власне кажучи, не відрізняється від формування звичайних обчислювальних операцій.

Оператори рахунку (лічильники) служать для підрахунку числа різних об'єктів, що володіють заданими властивостями. Результати, видавані лічильниками, як правило, служать вихідними даними для логічних операторів, що забезпечують синхронізацію моделюючого алгоритму.

Логічні оператори служать для перевірки справедливості заданих умов і вироблення ознак, що позначають результат перевірки.

Процес імітації містить у собі велике число операцій, пов'язаних з формуванням, перетворенням і використанням реалізації випадкових подій, величин і процесів, тому результати моделювання теж мають випадковий характер. Вони відбивають випадкові сполучення діючих факторів, що складаються у процесі моделювання. Якщо процес, що моделюється, нестаціонарний, то шукані величини при імітаційному моделюванні визначають у результаті статистичної обробки сукупності даних деякого числа реалізацій процесу моделювання. Сукупність реалізацій виступає в ролі статистичного матеріалу при машинному експерименті, а оцінка параметрів – у ролі експериментальних даних. Саме тому імітаційне моделювання фактично є методом статистичного моделювання.

При автоматизованому проектуванні імітаційні моделі призначені для вивчення особливостей функціонування проектованих структур, що складаються з різноманітних елементів (дискретних і безупинних, детермінантних і стохастичних).

Імітаційні програми доцільно будувати за модульним принципом, при якому всі елементи системи описуються одноманітно, у вигляді деякої стандартної математичної схеми – модуля. Схеми й оператори сполучення моделей один з одним дозволяють будувати універсальні програми імітації. Ці програми повинні здійснювати введення і формування масиву вихідних даних для моделювання, перетворення елементів системи і схем сполучення до стандартного вигляду, імітацію модуля і взаємодії елементів системи, обробку й аналіз результатів моделювання, а також керування моделлю.

Модель проектованого об'єкта повинна бути деталізованою, однак не настільки, щоб стати громіздкою в поводженні.

Вибір мови програмування визначається постановкою задачі, де враховуються характеристики об'єкта моделювання, тип розроблювальної імітаційної моделі, умови проведення експерименту.

До мов висувають наступні вимоги:

1. Система мови має бути такою, щоб складати модель процесу, що імітується, тобто у користувача повинні бути можливості опису процесу моделювання відповідно до предметного мислення.

2. Мова повинна бути плановим засобом імітації, коли всі роботи на реалізованій моделі (включаючи створення імітатора) автоматизовані настільки, що від користувача не потрібні спеціальні знання.

3. Мова повинна мати зручні синтаксичні засоби для швидкого і простого опису системи, що моделюється.

С
хема організації процесу імітаційного моделювання при автоматизованому проектуванні має вигляд, наведений на рис.1.10.



Рис.1.10 - Схема організації процесу імітаційного моделювання






База даних захищена авторським правом ©lecture.in.ua 2016
звернутися до адміністрації

    Головна сторінка