Помощь в написании студенческих работ
Антистрессовый сервис

Визуально-интерактивная система имитационного моделирования технологических систем

Диссертация: Визуально-интерактивная система имитационного моделирования технологических систем
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Создателям новых библиотек рекомендуется придерживаться архитектуры ЭМ, описанной в данной главе. Однако стоит заметить, что она лучше всего подходит для имитации технологического оборудования в составе ТС, и может не подходить для имитации каких-то других систем: социальных, биологических и т. д. Поэтому создатели ЭМ могут использовать свои архитектуры, которые, с их точки зрения, лучше всего… Читать ещё >

Визуально-интерактивная система имитационного моделирования технологических систем (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Содержание

  • Глава 1. Определение требований к современной системе имитационного моделирования технологических систем
    • 1. 1. Неформальное определение требований к системе имитационного моделирования
    • 1. 2. Подход к организации имитационных экспериментов
    • 1. 3. Визуальное представление процесса и результатов имитации
    • 1. 4. Связь с внешними системами
    • 1. 5. Обзор наиболее известных программных комплексов имитационного моделирования технологических систем
    • 1. 6. Выводы

Актуальность проблемы. Компьютерное имитационное моделирование является мощным и широко распространенным методом исследования сложных систем, используемым практически во всех отраслях науки и техники.

Использование имитационного моделирования (ИМ) заключается в разработке имитационных моделей исследуемых систем и проведении имитационных экспериментов с этими моделями. Для автоматизации этих процессов существуют многочисленные системы и пакеты ИМ. Но использование этих средств автоматизации ИМ требует от пользователя профессиональной подготовки в области ИМ.

В настоящее время возрастает потребность использования ИМ при проектировании, разработке, оптимизации технических систем и технологических процессов, информационных и управляющих систем в разных прикладных областях. Но отсутствие у потенциальных и пользователей, являющихся специалистами конкретных прикладных областей, профессиональной подготовки в области ИМ препятствует широкому использованию ИМ в этих областях.

Поэтому проблема разработки системы ИМ, ориентированной на использование широким кругом пользователей, являющихся специалистами в своих предметных областях, но не имеющих глубоких знаний в области ИМ и не имеющих опыта разработки имитационных моделей, является актуальной.

Объектом исследования является имитационное моделирование технологических систем.

Предметом исследования являются технология разработки ориентированной на непрофессионального пользователя системы имитационного моделирования и методология быстрого создания имитационных моделей для различных предметных областей.

Цель работы состоит в разработке визуально-интерактивной системы ИМ широкого класса технологических систем.

Основные задачи работы. В диссертации поставлены и решены следующие задачи:

1. Исследованы потребности пользователей современной системе имитационного моделирования технологических систем (СИМТС).

2. Определены требования к современной СИМТС.

3. Разработана архитектура СИМТС.

4. Реализована СИМТС.

5. Разработана методология быстрого построения имитационных моделей с использованием СИМТС.

Основные защищаемые положения. Основными защищаемыми положениями диссертационной работы являются:

1. Перечень требований к современной СИМТС.

2. Система имитационного моделирования технологических систем MTSS (Manufacturing Transportation Simulation System).

3. Имитационная модель технологической инфраструктуры нефтегазодобывающего предприятия, разработанная с использованием системы имитационного моделирования MTSS.

Научная новизна. Предложен подход, средства и технология эффективного создания и использования имитационных моделей специалистами в предметных областях. На основании предложенных подхода, средств и технологии разработана архитектура системы ИМ. В качестве реализации предложенной архитектуры создана система MTSS, удовлетворяющая всем определенным в диссертации требованиям к современной системе имитационного моделирования технологических систем.

Практическая значимость. Практическая значимость работы продемонстрирована на примере разработки имитационной модели технологической инфраструктуры нефтегазодобывающего предприятия, которая использована при выполнении Государственного контракта № 02.514.11.4126 «Разработка интеллектуальной системы пространственно-технологического мониторинга на базе глобального спутникового позиционирования с целью повышения энергоэффективности и экологической безопасности существующих методов добычи углеводородов» в рамках ФЦНТП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 20 072 012 годы» .

Публикации. Основное содержание диссертации достаточно полно отражено в 21 печатной работе соискателя, включая 1 работу в журнале из списка ВАК и 1 регистрацию программы в Фонде Алгоритмов и Программ СО РАН.

Личный вклад. В перечисленных работах все результаты, связанные с формулированием требований к системе имитационного моделирования технологических систем, разработкой архитектуры системы имитационного моделирования, программной реализацией системы MTSS, получены автором лично. Результаты по разработке элементарных моделей энергетических объектов нефтегазодобывающего предприятия получены совместно с С. С. Журавлевым и являются неделимыми. Из остальных совместных работ с С. К. Андрюшкевичем, Е. П. Золотухиным, В. В. Окольнишниковым, C.B. Шакировым, М. И. Нечепуренко, A.C. Зензиным в диссертацию включены только те результаты, которые принадлежат лично автору.

Представление работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих Российских и международных конференциях:

— The Second LASTED International Multi-Conference «Automation, Control, and Applications», Russia, Novosibirsk, 2005;

— Вторая Всероссийская научно-практическая конференция по имитационному моделированию и его применению в науке и промышленности «Имитационное моделирование. Теория и практика» (ИММОД 2005), Санкт-Петербург, 2005;

— Пятая азиатская международная школа семинар «Проблемы оптимизации сложных систем», Бишкек, 2009;

— IEEE Region 8 International Conference on Computational Technologies in Electrical and Electronics Engineering «SIBIRCON 2010», Russia, Irkutsk, 2010;

— International Conference on Modelling and Simulation in Prague (MS' 10), Czech Republic, Prague, 2010.

— Шестая азиатская международная школа семинар «Проблемы оптимизации сложных систем», Усть-Каменогорск, 2010.

Результатом работы является визуально-интерактивная система имитационного моделирования технологических систем, позволяющая неспециалистам в области имитационного моделирования строить имитационные модели в своей предметной области. Для создания этой системы предложены изменения в методологии имитационного моделирования.

Первая глава диссертации посвящена исследованию потребностей и определению требований к современной СИМТС.

В этой главе приводится сравнительный анализ существующих подходов к моделированию технологических процессов, а также сравнительный анализ существующих программных продуктов имитационного моделирования.

Вторая глава посвящена разработке архитектуры СИМТС.

Третья глава описывает разработанную систему имитационного моделирования МТБ 8 [72].

Четвертая глава посвящена разработанной на основе МТБ Б библиотеке имитационного моделирования технологической инфраструктуры нефтегазодобывающего предприятия и содержит практический пример использования этой библиотеки в моделировании инфраструктуры нефтегазодобывающего предприятия.

3.7. Выводы.

Разработанная среда имитационного моделирования МТБ Б успешно применяется для построения прикладных, расширяемых библиотек ЭМ, которые затем передаются пользователям для проведения имитационных экспериментов.

Среда МТ8Б имеет развитый интерфейс пользователя и программный интерфейс для создания и сопровождения библиотек ЭМ. Оба эти интерфейса разработаны на основе опыта создания и использования различных имитационных моделей и библиотек ЭМ.

Предлагаемая архитектура ЭМ (состояния, команды, слоты управления) позволяет эффективно реализовать декомпозицию ТО в программном коде, а также решать проблемы, связанные с сопровождением и развитием существующих библиотек ЭМ.

В процессе использования МТБ Б определены примеры использования, позволяющие эффективно организовать предоставление услуг по созданию библиотек ЭМ.

Создателям новых библиотек рекомендуется придерживаться архитектуры ЭМ, описанной в данной главе. Однако стоит заметить, что она лучше всего подходит для имитации технологического оборудования в составе ТС, и может не подходить для имитации каких-то других систем: социальных, биологических и т. д. Поэтому создатели ЭМ могут использовать свои архитектуры, которые, с их точки зрения, лучше всего подходят для решения поставленной задачи.

Система МТБ Б может применяться как для моделей транспортных систем, так и для создания имитационных моделей других систем. Главным должны оставаться 2 пункта:

— модульная организация модели с возможностью (динамического) создания различных связей между отдельными модулями (ЭМ).

— разработка моделей специалистами предметной области.

Как пример, можно предложить использовать MTSS в создании аркадной компьютерной игры. Редактор PlayYard может в этом случае использоваться как, например, редактор уровней, а работа имитационной модели будет представлять запуск игры с возможностью интерактивного взаимодействия с пользователем (игроком). Система сбора статистики может использоваться для сбора данных по успешности игрока, режим 3D стать основным для повышения реальности игрового процесса, и так далее.

Заключение

.

Основным результатом диссертационной работы является система имитационного моделирования, основанная на модификации стандартной процедуры создания имитационной модели. Согласно этому подходу, имитационные модели могут создаваться специалистами в предметной области. Аспекты имитационного моделирования являются скрытыми от конечного пользователя. Создание имитационных моделей осуществляется из готовых элементарных моделей, созданных специалистами в области имитационного моделирования.

В диссертации представлена архитектура, проектное решение современной системы имитационного моделирования, а также система МТБЗ, построенная с применением этой архитектуры. Применение системы МТЗЭ продемонстрировано на примере создания библиотеки имитационного моделирования НГДП и применения ее для моделирования технологической системы НГДП. Результаты диссертации:

1. Исследованы потребности и определены требования к современной системе имитационного моделирования технологических процессов и технических систем.

2. Разработана архитектура и проект системы имитационного моделирования технологических процессов и технических систем.

3. Разработана система имитационного моделирования МТЖ.

4. Разработана имитационная модель технологической инфраструктуры нефтегазодобывающего предприятия. Эта модель успешно применена при отладке нового программного комплекса ЭО СОМТИ.

Показать весь текст

Список литературы

  1. С.К., Журавлев С. С., Золотухин E.H., Окольнишников В. В., Рудометов C.B. Разработка системы мониторинга с использованием имитационного моделирования // Проблемы информатики, 2010. № 4. — С. 65−75.
  2. Буч Г., Рамбо Д., Джекобсон А. Язык UML. Руководство пользователя = The Unified Modeling Language user guide. — M., СПб.: ДМК Пресс, Пигер, 2004.
  3. ГОСТ 27.004−85. — 12.02, 2011. — URL: http://www.i-mash.ru/normatdok/gosty/g 4 30/2194-gost 2 700 485.html.
  4. Р., Бишоп Р. Современные системы управления / пер. Копылова Б. И. — М.: Лаборатория базовых знаний, 2002. — 832 р.
  5. С.С., Окольнишников В. В., Рудометов C.B. Моделирование технологических процессов нефтегазодобывающих предприятий // Труды Шестой азиатской международной школы-семинара «Проблемы оптимизации сложных систем». 2009. — С. 163−168.
  6. С.С., Окольнишников В. В., Рудометов C.B., Шакиров C.B. Моделирование водоотливных и транспортных систем угольных шахт // Труды Шестой азиатской международной школы-семинара «Проблемы оптимизации сложных систем». 2010. — С. 169−175.
  7. A.B. СуперЭВМ МВС-100, МВС-1000 и опыт их использования при решении задач механики и физики // Математическое моделирование, 2000. Т. 12, № 5. — С. 61−66.
  8. A.C., Окольнишников, В.В., Рудометов, C.B. Интегрированная с АСУ ТП система распределенного моделирования // Труды Шестого Международного семинара «Распределенная обработка информации». Новосибирск, 1998. — С. 511−514.
  9. Казаков Ю.П.С., P.JI. Об организации распределенного имитационного моделирования // Программирование, 1994. N. 2. — С. 45−63.
  10. Ю.Г. Имитационное моделирование систем. Введение в моделирование с AnyLogic 5. — СПб: БХВ-Петербург, 2006. — 400 с.
  11. В.Д. Параллельное программирование в MPI. -2-е изд., испр. — Новосибирск: Изд-во ИВМиМГ СО РАН, 2002.
  12. Левин В.К.: Отечественные суперкомпьютеры семейства МВС, http ://parallel .ru/m vs/levin. htm 1
  13. И.А. Философия техники. —Ростов н/Д: Учеб. пособие: Для техн. вузов.- Дон. гос. техн. ун-т, 1997.
  14. А.Л. Проектирование АСУТП. Книга 1: Издательство ДЕАН, 2006.
  15. М.И., Окольнишников В.В., C.B. Р. Разработка библиотеки параллельного имитационного моделирования с использованием MPI // Труды Всероссийской научной конференции «Высокопроизводительные вычисления и их приложения. М., 2001. — С. 144−147.
  16. В.В. Представление времени в имитационном моделировании // Вычислительные технологии, 2005. Т. 10, № 5. — С. 57−80.
  17. В.В. Разработка средств распределенного имитационного моделирования для многопроцессорныхвычислительных систем. — Новосибирск: Диссертационная работа на соискание степени Доктора Технических наук, 2006. — 250 с.
  18. В.В., Рудометов C.B. Моделирование систем управления распределенных систем реального времени // Системное моделирование: Сб научтр, 1998. Т. 4(22). —С. 141−150.
  19. В.Д. Как улучшить работу ума: Алгоритмы без программистов это очень просто! —Москва: Дело, 2001.
  20. С.В. Язык распределенного имитационного моделирования и его реализация // Труды Шестого Международного семинара «Распределенная обработка информации». Новосибирск, 1998. — С. 147−151.
  21. А.Д., Щербина О. А. Системный анализ и современные информационные технологии // Труды Крымской Академии наук, 2006.1. С. 47−59.
  22. Сибирский Суперкомпьютерный Центр СО РАН. — 18.02, 2011. — URL: http://www2.sscc.ru.
  23. Справочная документация AnyLogic. — 02.05, 2011. — URL: Imp: //www, xj tek.ru/anylogic/help/index, j sp.
  24. Т.Д. Моделирование на GPSS. — M.: Машиностроение, 1980.592 с.
  25. Al-Aomar R., Ulgen О., Willams E. Process Simulation using WITNESS: Including Learn and Six-Sigma Applications: Wiley-Interscience, 2009.
  26. Banks J., Carson J., Nelson В., Nicol D. Discrete-event system simulation -fourth edition: Pearson, 2005.
  27. Dahl O.-J., -Nygaard K. SIMULA, a language for programming and description of discrete event systems. — Oslo: Norsk Regnesentralen, 1967. Vol. 5. Ed.
  28. Ferscha A. Parallel and Distributed Computing Handbook // Parallel and Distributed Simulation of Discrete Event Systems: McGraw-Hill, 1996.
  29. Ferscha A. Parallel and Distributed Simulation of Discrete Event Systems: Institut fur Angewandte Informatik, University of Vienna, 1995.
  30. Flanagan D. Java In A Nutshell: O’Reilly, 2005.
  31. Fujimoto R.M. Parallel and Distributed Simulation Systems: Wiley Interscience, 2000.
  32. Fujimoto R.M. Parallel and Distributed Simulation Systems // Proc of the Winter Simulation Conference. —P. 147−157.
  33. Gamma E., Beck K. Contributing to Eclipse: Principles, patterns, and PlugIns: Addison-Wesley Professional, 2003.
  34. Grosso W. Java RMI.: O’Relly Media., 2001.
  35. Guimaraes D.A. A Simulation-Aided Introduction with VisSim: Springer, 2010.
  36. Harrell C.G., Biman K.- Bowden, Royce O. Simulation using ProModel.: McGraw Hill, 2004. — 730 p.
  37. Henriksen J.O. An Introduction to SLX // Proceedings of the 1995 Winter Simulation Conference. Institute of Electrical and Electronics Engineers, Piscataway, New Jersey. —P.502−509.
  38. Henriksen J.O. Windows-Based Animation with Proof // Proceedings of the 1998 Winter Simulation Conference. Institute of Electrical and Electronics Engineers, Piscataway, New Jersey.
  39. IEEE: IEEE Standard for Modeling and Simulation (M&S) High Level Architecture (HLA). Framework and Rules New York, NY, Institute of Electrical and Electronics Engineers, Inc., 2000
  40. Karayanakis N.M. Advansed System Modeling and Simulation With Block Diagram Languages: CRC Press, 1995.
  41. Kelton D.W., Sadowski R.P., Sweets N.B. Simulation with Arena, 5th Edition McGraw-Hill, 2010.
  42. Konyukh V.L., Sinoviev V. Computer simulation for geotechnical engineering //. Moskov, Russia. — P. 295−298.
  43. Lanner Simulation Software Explaned. — 6.10, 2011. — URL: http, 7/www. lancer, com/en/simulation-explained, cfin.
  44. Law A.M. How to build valid and credible simulation models // Proceedings of the 2008 Winter Simulation Conference. —P. 39−47.
  45. Law A.M. Simulation Modeling and Analysis (Fourth Edition): McGraw-Hill Science/Engineering/Math, 2006. — 846 p.
  46. LeBaron T., Jacobsen C. The simulation power of automod // WSC '07 Proceedings of the 39th conference on Winter simulation: 40 years! The best is yet to come — P. 210−218.
  47. Liang V.-C., Paredis C.J.J. A port ontology for automated model composition // Proceedings of the 2003 Winter Simulation Conference. — P. 613−622.
  48. McGregor I. THE RELATIONSHIP BETWEEN SIMULATION AND EMULATION // Proceedings of the 2002 Winter Simulation Conference. — P. 1683−1688.
  49. Okol’nishnikov V.V., Rudometov S.V. Development of distributed simulation system // Lecture Notes Comput Sci. Berlin, 1998. Vol. 2763. — P. 524−527.
  50. Okol’nishnikov V.V., Rudometov S.V. Distributed simulation system integrated into control system. // Proc of 13th Europ Simulation Multiconference. Warsaw, 1999. Vol. 2. — P. 510−512.
  51. Okol’nishnikov V.V., Rudometov S.V. Simulation of Complex Transportation Systems // Proc of the Second IASTED International Multi
  52. Conference «Software Engineering» (ACIT-SE). Novosibirsk, 2005. — P. 60−64.
  53. Okolnishnikov V.V., Rudometov S.V., Zhuravlev S.S. Simulation environment for industrial and transportation systems // International Conference on Modelling and Simulation. Prague, Czech Republic, 2010. — P. 337−340.
  54. Pedgen D.S., Sadowski R.P., Shannon R.E. Introduction to Simulation Using SIMAN 2nd. — New York, NY, USA: McGraw-Hill, Inc., 1995.
  55. Perumalla K.S., Fujimoto R.M. Effecient large-scale process-oriented parallel simulation // Proceedings of the 1998 Winter Simulation Conference. — P. 459−466.
  56. Rudometov S.V. Workflow for Rapid Simulation of Complex Distribution Centers // International Conference on Modelling and Simulation. Prague, Czech Republic, 2010. — P. 374−377.
  57. Rudometov S.V., Okolnishnikov V.V. Development of Distributed Simulation System // Proc of the Seventh International Conference «Parallel Computing Technologies (PaCT-2003)». Nizhni Novgorod, Russia, 2003. — P. 524−527.
  58. Selic B., Rumbaugh J. Using UML for Modeling Complex Real-Time // LCTES '98 Proceedings of the ACM SIGPLAN Workshop on Languages, Compilers, and Tools for Embedded Systems. London, UK.
  59. Wolverine Software. — 06.10, 2011. — URL: http://www.wolverincsoftware. com/.146
  60. OptTek Systems // OptTek Systems, Inc World leader in Simulation Optimization. — OptTek Systemc, Inc. — 17.02, 2011. — URL: http: //www, opttek. com/.
  61. Taylor S.J.E., Fujimoto R., Strassburger S., Bruzzone A., Gan B.P., Paul R.J. Distributed Simulation and industry: potentials and pitfalls // Proceedings of the 2002 Winter Simulation Conference. —P. 688−693.
  62. WITNESS simulation. — 12.02, 2011. — URL: http://www.lanner.com/.
  63. GPSS World. — 03.03, 2011. — URL: http://www.minutemansoftware.com/simulation.htm.
  64. Zeigler B.P., Hu, J., Rozenblit, J.W. Hierarchical Modular Modeling in DEVS-Scheme // Winter Simulation Conference. — P. 84−89.
  65. Zeigler B.P., Vahie, S. DEVS Formalism and Methodology: Unity Conception/Diversity of Application // Winter Simulation Conference. — P. 573−579.
  66. Рудометов C.B.: Система имитационного моделирования MTSS Новосибирск, ФАП СО РАН, 2011URL: http://fap.sbras.ru/node/2325
Заполнить форму текущей работой

Сессия? Спокойно!