Дискретно событийное моделирование. Библиотека EnterpriseLibrary

Подходом, соответствующим низкому и среднему уровню абстракции, является дискретно-событийное (далее ДС) моделирование.

Дискретно-событийное моделирование — это вид имитационного моделирования. В дискретно-событийном моделировании функционирование системы представляется как хронологическая последовательность событий. Событие происходит в определенный момент времени и знаменует собой изменение состояния системы.

Его концепцию предложил в 60-х годах прошлого века Джефри Гордон, разработав популярное и сегодня программное средство GPSS. В работе он предложил использовать концепции заявок (entities), ресурсов и потоковых диаграмм (flowcharts). На рис.1 изображена типичная потоковая диаграмма, согласно которой моделируется работа call центра. Заявки, в данном случае звонки, представляют собой некие пассивные объекты, которые перемещаются, захватывают и освобождают ресурсы согласно потоковым диаграммам – схемам, описывающим изучаемый процесс. Заявки могут представлять собой людей, товары, детали, документы, сообщения. ДС моделирование является дискретным – каждому событию соответствует определенный дискретный момент времени. Характерной чертой данного подхода является «обезличенность» заявки, от ее индивидуальных свойств абстрагируются. Считается, что все заявки обладают универсальной логикой поведения и обрабатываются по единому, заранее известному алгоритму. Ядро модели отвечает за генерацию, обработку и уничтожение заявок.

    Рис.1. Пример потоковой диаграммы «обработка звонков в call-центре»

Среда разработки AnyLogic основана на парадигме объектно-ориентированного программирования. Активный объект в AnyLogic – это объект со своим собственным функционированием, взаимодействующий с окружением. Он может включать в себя неограниченное количество экземпляров других активных объектов. Отличительной особенностью AnyLogic является то, что данная среда разработки не ограничивает пользователя только одной парадигмой моделирования, позволяя использовать различные уровни абстрагирования, различные стили и концепции, строить модели в рамках той или иной парадигмы и смешивать их при создании одной и той же модели, использовать ранее разработанные модули, собранные в библиотеки, дополнять и строить свои собственные библиотеки модулей. Благодаря встроенным возможностям анимации и наглядной визуализации результатов, в процессе работы модели позволяют понять суть процессов, происходящих в моделируемой системе, упростить отладку модели. 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.[Приложения в среде AnyLogic создаются с помощью библиотек Enterprise Library, Pedestrian Library и Rail Yard Library, которые позволяют создавать сложные имитационные модели всех «классических» видов. С помощью стандартных средств реализуются задачи системной динамики, агентные и дискретно-событийные модели, применимые практически ко всем областям деятельности человека - от производственных циклов до процессов, происходящих в окружающей среде.

Рассмотрим подробнее библиотеку Enterprise Library.

Библиотека AnyLogicTM Enterprise Library предоставляет высокоуровневый интерфейс для быстрого создания дискретно-событийных моделей с помощью блок-схем. Графическое представление систем с помощью блок-схем широко используется во многих важных сферах деятельности: производстве, логистике, системах обслуживания, бизнес-процессах, моделировании компьютерных и телекоммуникационных сетей, и т.д. AnyLogicTM позволяет моделировать при помощи визуальных, гибких, расширяемых, повторно-используемых объектов, как стандартных, так и разработанных. Библиотека Enterprise Library содержит традиционные объекты: очереди, задержки, конвейеры, ресурсы, и т.п., так что модель быстро строится в стиле «перетащить и оставить» (drag-and-drop) и очень гибко параметризуется.

Реализация стандартных объектов Enterprise Library открыта для пользователя, их функциональность может быть как угодно расширена, вплоть до создания собственных библиотек. Чтобы лучше понять, как работают объекты библиотеки, и как создать свои собственные объекты с требуемой функциональностью нужно изучить код объектов библиотеки.

Библиотечный класс сообщений Entity является базовым классом для заявок, ресурсов и транспортеров. Ее объекты по своей функциональности делятся на шесть категорий, которые описаны ниже.

3. Анимация и визуализация исполнения модели (на примере модели работы банковского отделения). Описание результатов моделирования в среде AnyLogic.

Ниже описании пример создания модели.

Создание нового проекта

Создаем новую модель. В свойствах эксперимента Simulation задаем выполнение модели в режиме реального времени с выполнением одной единицы модельного времени в одну секунду. В этой модели под единицей модельного времени подразумевается одна минута работы банковского отделения.

Создание блок-схемы

Создаем блок – схему модели, которая пока будет состоять только из банкомата. Для этого создаем и соединяем объекты так, как показано ниже.

Объект Source генерирует заявки определенного типа через заданный временной интервал. Заявки представляют собой объекты, которые производятся, обрабатываются, обслуживаются, или еще каким-нибудь образом подвергаются действию моделируемого процесса: это могут быть клиенты в системе обслуживания, детали в модели производства, документы в модели документооборота и т.д. В моем примере заявками будут посетители банка, а объект Source будет моделировать их приход в банковское отделение.

Объект Queue моделирует очередь клиентов, ожидающих обслуживания.

Объект Delay моделирует задержку. В нашем примере он будет моделировать банкомат, тратящий определенное время на обслуживание клиента.

Объект Sink обозначает конец блок-схемы.