В.В. Зиновьев Компьютерная имитация и анимация программа, методические указания и контрольные задания для студентов заочной формы обучения специальности 210200

10

Методические указания

При изучении предыдущих разделов интервалы прихода транзактов

ивремена их обслуживания предполагались распределенными равномерно. Это было сделано для того, чтобы уделить внимание более сложным аспектам создания GPSS/H-моделей. Этот раздел посвящен изучению вопросов задания неравномерных распределений. Перед началом его изучения рекомендуется повторить основные понятия теории вероятностей и математической статистики.

Основой случайности в GPSS/H являются 8 встроенных генераторов равномерно распределенных случайных чисел. Следует обратить особое внимание на то, что в рекомендуемой литературе по изучению специализированного языка GPSS описываются его старые версии, в которых последовательности псевдослучайных чисел во всех генераторах одинаковы,

ипоэтому для получения различных последовательностей необходимо изменять их начальные значения. В GPSS/H такие последовательности изначально разные. При знакомстве с работой генераторов случайных чисел необходимо уяснить принцип розыгрыша значений в соответствии с некоторым распределением. Здесь следует разобраться, что такое псевдослучайные числа и какими особенностями они обладают. Необходимо остановиться на вопросах преобразования последовательностей равномерно распределенных случайных чисел в последовательность для имитации воздействий на моделируемую систему.

Особую роль занимает определение функций пользователем. Здесь необходимо изучить этапы задания дискретной и непрерывной функций, ознакомиться с управляющим оператором, необходимым для задания функций и форматом его написания.

При изучении формирования случайных величин с заданным законом распределения надо обратить внимание на определение встроенных функций. Здесь достаточно заучить формат написания наиболее часто употребляемых распределений (равномерного, нормального, экспоненциального).

Ранее при изучении блоков GENERATE и АDVANCE достаточно было рассматривать только простейшее распределение. Поэтому перед изучением темы, посвященной заданию различных распределений в этих блоках, рекомендуется повторить их функциональное назначение.

11

Изученный материал в соответствии с представленной выше тематикой позволяет создавать модели и проводить имитационные эксперименты. Раздел, посвященный получению и интерпретации результатов моделирования, лучше всего изучать с использованием персонального компьютера. Рекомендуется на основе изученного ранее материала построить простую GPSS/H-модель (лучше, если эта модель будет содержать такие элементы, как прибор, многоканальное устройство, очередь). После запуска GPSS/H-модели сформировать стандартный файл отчета (СФО), по которому просмотреть ошибки модели и результаты моделирования. При изучении основных частей СФО особое внимание необходимо обратить на часть, где представлены результаты моделирования особенно на информацию об объектах GPSS/H-модели.

Вопросы для самоконтроля

1.Почему генерируемые на ЭВМ последовательности чисел называются псевдослучайными и какие особенности имеет генерация случайных чисел в GPSS/H?

2.Как задаются дискретная и непрерывная функции в GPSS/H- моделях?

3.Опишите на языке GPSS/H входной поток транзактов, если интервал времени между появлениями транзактов – случайная величина

сэкспоненциальным законом распределения с интенсивностью

0,21 мин.

4.Как можно смоделировать процесс обработки заготовки, если время обработки – случайная величина с нормальным законом распределения, математическим ожиданием 20 мин и среднеквадратическим отклонением 3 мин.

5.Определите дискретную функцию, которую можно использовать для розыгрыша случайных чисел, принимающих значения 2, 3, 4, 5

свероятностями 0,10; 0,30; 0,40; 0,20 соответственно.

6.Из каких частей состоит стандартный файл отчета моделирования и какая информация приводится относительно объектов GPSS/H- модели?

12

2.6. Изменение логики работы модели в ходе моделирования

Моделирование непоследовательных событий (блок TRANSFER). Режимы блока TRANSFER. Многократные прогоны модели. Управляющие операторы CLEAR и RESET. Блоки BCLEAR и BRESET. Переопределение операндов блоков в модели. Переопределение последовательностей случайных чисел в генераторах GPSS/H (управляющий оператор RMULT). Сравнение вариантов модели при прочих равных условиях. Стандартные числовые атрибуты. Присвоение числовых значений параметрам транзакта. Проверка числовых выражений в GPSS/H-моделях. Изменение приоритетов транзактов.

Литература: [4, 5, 6, 7, 9].

Методические указания

Блок перенаправления транзактов TRANSFER имеет 8 различных режимов. Наиболее часто используются три из них: безусловный, статистический и режим ВОТН. Поэтому в обязательном плане рекомендуется изучить именно эти три режима. При этом особое внимание следует обратить на форматы команд.

При изучении управляющих операторов CLEAR и RESET и блоков ВCLEAR и ВRESET необходимо понять их предназначение и различие, уяснить, как они работают. Особое внимание следует обратить на местоположение этих объектов в GPSS/H-модели, так как от этого могут меняться результаты имитационных экспериментов.

Чтобы легче разобраться в предназначении управляющего оператора RMULT, рекомендуется ознакомиться с принципами статистического моделирования на ЭВМ. При этом особое внимание следует уделить способам получения достоверных результатов при моделировании стохастических систем. Для этого достаточно воспользоваться рекомендуемой литературой [1].

При изучении стандартных числовых атрибутов надо разобраться в их предназначении, изучить их типы и имена. Особое внимание уделить рассмотрению параметров транзактов и их особенностям.

13

При рассмотрении блоков, присваивающих числовые значения параметрам транзакта, необходимо иметь в виду, что между блоками ASSIGN и BLET нет никакой функциональной разницы, разница лишь в формате написания команд.

При изучении блока, присваивающего приоритет транзактам (блок PRIORITY), рекомендуется вернуться к рассмотрению систем массового обслуживания и регистраторов очереди, повторить материл, посвященный дисциплинам обслуживания очереди. После этого предназначение блока PRIORITY станет ясным.

В заключение необходимо рассмотреть еще один блок (наряду с ТRANSFER), который может перенаправлять транзакты. Здесь внимание надо обратить на значения, указываемые в операторе отношения блока TEST. Надо рассмотреть режимы блока. Особое внимание следует уделить формату написания команд, так как они имеют некоторые отличия от рассматриваемых ранее форматов.

Вопросы для самоконтроля

1.Изобразите блок TRANSFER в режимах безусловной и вероятностной передачи. Приведите примеры использования этих режимов

2.Перечислите функции управляющих операторов CLEAR и RESET.

3.Для чего предназначен управляющий оператор RMULT?

4.Как записывается стандартный числовой атрибут в GPSS/H- модели, значением которого является загрузка прибора под именем ВОХ?

5.Какие стандартные числовые атрибуты GPSS/H-модели имеют своими значениями относительное и абсолютное время?

6.Покажите, как в GPSS/H-модели полусловному параметру 1 присвоить значение, равное текущей загрузке прибора KRAN?

7.Каким образом в GPSS/H-модели можно динамически менять уровень приоритета транзактов?

8.Назовите функциональное предназначение блока TEST. В каких режимах можно использовать этот блок?

14

2.7. Компьютерная анимация технологических процессов

Приложения анимации в системах компьютерной автоматизации технологических процессов. Входные и выходные файлы, используемые Proof Animation. Просмотр готовых анимационных изображений. Графическое отображение статических и динамических элементов технологий в

Proof Animation. Опции меню в Proof Animation. Режим рисования стати-

ческих элементов анимации. Система координат и время в Proof Animation. Изменение заданных по умолчанию масштаба и скорости анимации. Определение класса объекта. Опции режима Class Mode.

Литература: [8, 10, 11].

Методические указания

При изучении приложений анимации в системах компьютерной автоматизации технологических процессов, прежде всего, необходимо уяснить, что такое компьютерная анимация и для чего она предназначена.

При знакомстве с языком Proof Animation рекомендуется пользоваться ПК и готовыми анимационными примерами, это намного упростит процесс изучения. В начале изучения этого раздела необходимо понять принцип работы Proof Animation. Здесь необходимо выделить типы файлов, которые используются в языке, и понять их предназначение. Особое внимание надо обратить на типы расширений имен файлов, так как в процессе работы появляется множество дополнительных файлов, информация в которых может быть полезной.

При углублении изучения языка Proof Animation сначала рекомендуется разобраться с предназначением опций и подопций в меню оболочки, появляющейся по умолчанию. Можно открыть какой-нибудь пример анимации и просмотреть его, переключаясь между опциями и подопциями меню Proof Animation.

При переходе к теме, посвященной рисованию статических и динамических объектов анимации, также рекомендуется пользоваться готовыми примерами. В них можно изменять форму объектов, дополнять новые объекты, удалять существующие, а затем просматривать анимацию с изменениями. Особое внимание следует обратить на формат написания

15

имен создаваемых объектов, так как Proof чувствителен к длине имени и регистру. Мощным инструментом в Proof является опция средств редактирования «Box Edit», поэтому рекомендуется подробнее остановиться на ее изучении.

Особое внимание следует обратить на изменение заданных по умолчанию масштаба и скорости анимации, так как очень часто создаваемое изображение не вмещается на экран и/или анимация идет слишком быстро или слишком медленно.

Вопросы для самоконтроля

1.Что такое компьютерная анимация?

2.Какие преимущества дает анимация при моделировании автоматизированных производств?

3.Перечислите типы входных и выходных файлов, используемых в Proof Animation, и назовите их функции и расширения.

4.Какое минимальное количество файлов необходимо для запуска анимации в Proof Animation?

5.Перечислите основные функции опций меню View в Proof Animation.

6.Перечислите основные функции опций меню Draw Mode в Proof Animation?

7.Что позволяет делать опция меню средств редактирования Box Edit в Proof Animation?

2.8. Управление анимацией

Способы создания файла управления анимацией. Продвижение времени анимации к новому значению. Создание динамического объекта в файле управления. Помещение объекта на экран и удаление объекта с экрана. Установка и изменение цвета объекта. Управляемое и неуправляемое движение объектов. Вращение объектов. Вывод динамических сообщений на экран.

Литература: [8, 10, 11].

16

Методические указания

Изучение данного раздела требует определенных знаний и навыков при просмотре готовых анимационных отображений и рисовании статических и динамических элементов. В данном разделе требуется рассмотреть способы создания файла управления анимацией и его структуру. Особое внимание следует обратить на фундаментальную команду файла управления – TIME и на схему обработки команд файла управления.

При создании динамического объекта необходимо заострить внимание на понятии «класс объекта» и на его связи с объектом. Здесь необходимо изучить все опции режима «Class Mode», которые задают свойства динамическим объектам в анимации.

При изучении команд файла управления, которые изменяют цвет объектов, надо обратить внимание на типы цветов в Proof Animation. Необходимо запомнить способы избежания ошибок, связанных с наложением цветов (в результате чего объекты становятся невидимыми).

При изучении способов перемещения объектов, необходимо понять концепцию управляемого и неуправляемого движения, серьезно отнестись к формату написания команд. Особое внимание следует уделить режиму пути – «Path Mode», так как именно путь является основой движения в анимации.

В процессе изучения вращения объектов рекомендуется нарисовать простой несимметричный объект, в файле управления задать несколько различных команд вращающих его и на анимации просматривать варианты поворота.

При изучении вывода динамических сообщений на экран необходимо вернуться к рассмотрению опции «Message» режима «Draw Mode».

Вопросы для самоконтроля

1.Что содержит Trace File в Proof Animation и для чего он предназначен?

2.Какие действия необходимо совершить для создания динамиче-

ского объекта в Proof Animation?

3.Приведите команду файла управления анимацией, по которой объект 21 начнет перемещаться из текущих координат на 4 едини-

17

цы в направлении х и на 6 единиц в направлении у со скоростью

10.

4.Что произойдет по команде WRITE robo robocar в Proof Animation?

5.В чем состоит концепция управляемого и неуправляемого движе-

ния объектов в Proof Animation?

6.Если определена характеристика пути Circularity (круговой), что будут делать объекты, достигшие конца пути?

7.По какой команде файла управления анимацией в Proof Animation, объект BOX мгновенно повернется на 900 по часовой стрелке?

2.9. Связь анимации с имитационной моделью

Переменные ввода вывода в GPSS/H-моделях. Директивы компилятора INTEGER и REAL. Присвоение значений переменным (блоки ASSIGN и BLET, управляющий оператор LET). Файлы пользователя и логические имена файлов. Связь логического имени файла с фактическим файлом. Чтение данных из внешнего файла и вывод информации во внешний файл. Управляющий оператор GETLIST и блок BGETLIST. Управляющий оператор PUTPIC и блок BPUTPIC. Генерирование файла управления анимацией имитационной моделью. Использование стандартных числовых атрибутов транзакта – XID1 и времени – АС1.

Литература: [5, 9, 11].

Методические указания

Основное предназначение языка Proof Animation – отображение динамики работы оборудования на мнемосхеме компьютера в соответствии с работой имитационной модели. Поэтому изучение способов связи анимации с имитационной моделью является важной частью дисциплины.

Этот раздел следует начинать с изучения переменных, используемых в GPSS/H-моделях. Здесь необходимо уяснить их предназначение и типы, усвоить, как они задаются в модели. Внимание следует обратить на способы присвоения числовых значений переменным.

18

В имитационных моделях полезным является способность читать данные из одного внешнего файла и выводить результаты моделирования в другой внешний файл. Для использования такой особенности необходимо изучить специальные управляющие операторы GETLIST, PUTPIC и блоки BGETLIST, BPUTPIC. При изучении данной темы следует обратить внимание на опции этих управляющих операторов и блоков и на формат написания команд.

При создании моделей компьютерной имитации и анимации помогут стандартные числовые атрибуты времени AC1 и транзактов XID1, поэтому рекомендуется повторить тему разд. 2.6, посвященную стандартным числовым атрибутам. Для упрощения изучения данного раздела рекомендуется использовать готовые примеры компьютерной имитации и анимации.

Контрольные вопросы

1.Назовите функциональное предназначение переменных ввода вывода и перечислите их типы.

2.Какие директивы компилятора используются для определения переменных?

3.Покажите способы присвоения переменным числовых значений?

4.Для чего и как используются логические имена файлов?

5.При помощи каких управляющих операторов и блоков можно читать данные из внешнего файла и выводить информацию во внешний файл?

6.Назовите преимущества применения анимации для отображения результатов моделирования по сравнению с традиционным способом представления выходных данных в стандартном файле отчета?

7.Перечислите этапы связи анимации с имитационной моделью.

8.Какую роль играют стандартные числовые атрибуты AC1 и XID1 при связи анимации с имитационной моделью?

19

3. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

3.1. Цель и задачи контрольной работы

Цель контрольной работы – развитие практических навыков решения задач исследования и проектирования технологических процессов на ПЭВМ.

В задачи контрольной работы входят:

•закрепление знаний по математическим и программным средствам имитационного моделирования;

•постановка и проведение имитационных экспериментов с моделями технологических процессов на базе методов компьютерной имитации и анимации для оценки вероятностно-временных характеристик функционирования систем;

•принятие обоснованных инженерных решений.

3.2. Содержание контрольной работы

Темы контрольной работы (КР) назначаются преподавателем. Преподаватель выдает вариант типового задания (один из 30), содержащий текстовое описание технологического процесса и численные данные о переменных и параметрах объекта моделирования и воздействиях внешней среды, характеристики процесса функционирования объекта, которые необходимо оценить в ходе моделирования.

Выполнение контрольной работы состоит из четырех этапов.

Этап 1. Представление заданного технологического процесса в виде системы массового обслуживания (СМО).

Этап 2. Разработка в соответствии с СМО имитационной модели на специализированном языке GPSS/Н.

Этап 3. Отображение динамики технологического процесса при помощи языка компьютерной анимации Proof Animation.