Введение

Если технологическая система не поддается физическому эксперименту, прибегают к математическому моделированию, т.е. отражению некоторых свойств системы совокупностью математических объектов (чисел, переменных, матриц, множеств, точек, отрезков прямых и т.д.) и отношений между ними. Математическое моделирование систем делят на аналитическое и имитационное. Аналитическое моделирование представляет собой функциональные соотношения (алгебраические, интегро-дифференциальные, конечно-разностные) или логические усло­вия. Во многих случаях невозможно получить аналитические зависимости, отображающие поведение и взаимосвязь элементов технологической системы. Особенно трудно учесть действие случайных факторов и динамику функционирования объекта. Поэтому используют имитационное моделирование. Имитационное моделирование похоже на физические эксперименты, но эти эксперименты проводятся не на физическом объекте, а на его компьютерной модели. Сущность имитационного моделирования состоит в том, что над моделью проводят эксперименты типа «Что, если…?». Изменяя исходные показатели в модели, анализируют результаты экспериментов. Имитационная модель реализуется на ЭВМ при помощи языков программирования. Очень часто имитационные модели сложных технологических систем разрабатывают с использованием универсальных языков, таких как Паскаль, С⁺⁺, Delphi. Функционирование системы описывают последовательностью уравнений. Затем кодируют их на языке программирования и вводят программу в компьютер. Потом производят расчеты, изменяя некоторые коэффициенты. Разработка таких программ требует нескольких человеко-месяцев труда специалистов по технологии, математике и программированию. Модель получается достаточно громоздкой, в результате затрудняется ее исправление и дополнение. Зачастую разработка модели отстает от развития производства, и моделирование теряет смысл.

Альтернативой является использование методов, основанных на специализированных языках и системах имитационного моделирования ARENA, GPSS, SIMAN, SLAM, SIMSCRIPT, SIMULA, GASP и др. Специализированные языки содержат, как правило, написанные на универсальном языке блоки – отдельные динамические модели. Поведение системы имитируется как смена ее состояний. Процесс отображается не системой уравнений, а взаимодействием отдельных динамических моделей во времени и пространстве. Поведение системы описывается от события к событию, означающих начало или окончание технологической операции.

Одним из наиболее распространенных специализированных языков имитационного моделирования является GPSS, предложенный фирмой IBM в 1962 г. Он развивался во многих версиях. В настоящем учебном пособии рассмотрена предпоследняя версия языка – GPSS/Н.

Недостатком имитационного моделирования является то, что необходимо интерпретировать результаты моделирования. Сам процесс имитации скрыт от экспериментатора. Поэтому специализированные языки имитационного моделирования соединяются с программами компьютерной анимации (CIMAN – CINEMA, GPSS/H – Proof Animation), позволяющими отображать динамику процесса на экране компьютера в соответствии с работой имитационной модели и выводить результаты на монитор.