Система имитационного моделирования MTSS

Назначение
В настоящее время возрастает потребность использования имитационного моделирования при проектировании, разработке, оптимизации технических систем и технологических процессов, информационных и управляющих систем в различных прикладных областях. Отсутствие у потенциальных пользователей, являющихся специалистами конкретных прикладных областей, профессиональной подготовки в области имитационного моделирования, препятствует его широкому использованию.

Поэтому проблема разработки системы имитационного моделирования, ориентированной на широкий круг пользователей, являющихся специалистами в своих предметных областях, но не имеющих глубоких знаний в области имитационного моделирования и не имеющих опыта разработки имитационных моделей, является актуальной.

Область применения
Программные продукты (ПП), построенные на основе системы MTSS (Manufacturing and Transportation Simulation System), позволяют неспециалистам в имитационном моделировании визуально строить имитационные модели технологических систем (ТС) и проводить различные имитационные эксперименты с этими моделями. Моделируемые технологические системы определяются набором элементарных моделей (ЭМ), включенных в состав ПП, созданных и провалидированных специалистами в имитационном моделировании.

Основные свойства системы MTSS:

• система применяется для создания библиотек ЭМ для различных технологических систем. ЭМ представляет собой имитационную модель технологического объекта (ТО), входящего в состав исследуемой ТС. ЭМ создаются с использованием языка программирования Java, среды Eclipse, и набора классов, определенных в самой системе;
• библиотеки ЭМ могут быть объединены для собственно создания программного продукта на основе системы MTSS;
• библиотеки ЭМ используются затем специалистами в предметных областях для самостоятельного проведения имитационных исследований технологических систем. Специалист в предметной области, используя только интерфейс предложенной системы, визуально создает различные имитационные модели из экземпляров ЭМ, помещая их в модель и соединяя друг с другом. В любой момент такая имитационная модель может быть запущена на исполнение. Статистические данные собираются и анализируются во время исполнения имитационной модели, что позволяет не тратить время на дополнительный анализ полученных данных.

Система MTSS позволяет использовать построенные с ее помощью имитационные модели следующим образом:

1. Как самостоятельные имитационные модели, для проведения имитационных исследований.
2. Соединять имитационные модели с другими программными и аппаратными системами (существующими и перспективными) и использовать их для: 

• отображения процессов в реальной системе (в этом случае модель использует данные о функционировании реальных ТО);
• управления реальной системой посредством алгоритмов ЭМ;
• имитации некоторых или всех технологических объектов, физически не представленных в исследуемой ТС, но требуемых, например, для отладки различных программ управления.

Интерфейс пользователя
Система MTSS используется как специалистами в предметной области, так и специалистами в имитационном моделировании.
Специалист в предметной области использует окно программы, представленное на рисунке.

 Рис. Интерфейс пользователя системы MTSS (библиотека технологических объектов нефтегазодобывающего предприятия)
Область 1 – представление параметров модели в целом или выбранного в области 2 экземпляра какой-либо ЭМ
Область 2 – визуальное создание и исполнение имитационной модели в двумерном режиме (область PlayYard). В этой области происходит добавление экземпляров ЭМ, визуальное соединение этих экземпляров, выбор текущего экземпляра ЭМ (для настройки его параметров в области 1), а также для наблюдения за исполнением модели
Область 3 – быстрая навигация по имитационной модели
Область 4 – вывод статистических данных
Область 5 – выбор ЭМ для добавления в модель, управление имитационным запуском. При создании нового экземпляра ЭМ пользователь должен выбрать нужную ЭМ в этой области, а затем щелкнуть мышью в области 2. После этого экземпляр ЭМ будет создан в модели, и доступен для дальнейших манипуляций (настройки, соединение с другими экземплярами ЭМ).

Для визуального представления ЭМ в имитационной модели используется двумерное изображение ЭМ. Трехмерное изображение технологической системы также возможно, но применяется только для целей отображения хода имитационного эксперимента. Для редактирования модели используются только двумерные изображения

Специалист в имитационном моделировании использует среду Eclipse и плагин Eclipse для системы MTSS для создания новых ЭМ и библиотек. Создание ЭМ является программным, а потому не имеет никаких ограничений, накладываемых обычно визуальными системами программирования.

Библиотеки ЭМ
На момент публикации реализовано пять различных библиотек ЭМ, в различных предметных областях.
Некоторые из этих библиотек являются коммерческими продуктами (wirthsim [1]), другие выполняются как научные разработки: библиотека нефтегазодобывающего предприятия (НГДП) для отладки Экспериментального Образца Системы Оперативного Мониторинга Технологической Информации (ЭО СОМТИ) [3], библиотека ЭМ водоотлива угольной шахты [4], библиотека ЭМ угольного забоя, библиотека ЭМ системы конвейеров угольной шахты [4]).

Система MTSS представлена в материалах конференций [5-7], описание этой системы приведено в [2].

Список литературы

1.            WirthLogistic GMBH. — 19.10, 2011. — www.wirthsim.com.
2.            Рудометов С.В. Визуально-интерактивная система имитационного моделирования технологических систем  // Вестник СибГУТИ, 2011. №3. — С. 14–27.
3.            Журавлев С.С., Окольнишников В.В., Рудометов С.В. Моделирование технологических процессов нефтегазодобывающих предприятий  // Труды Шестой азиатской международной школы-семинара "Проблемы оптимизации сложных систем". 2009. — C. 163–168.
4.            Журавлев С.С., Окольнишников В.В., Рудометов С.В., Шакиров С.В. Моделирование водоотливных и транспортных систем угольных шахт  // Труды Шестой азиатской международной школы-семинара "Проблемы оптимизации сложных систем". 2010. — C. 169–175.
5.            Rudometov S.V. Workflow for Rapid Simulation of Complex Distribution Centers  // International Conference on Modelling and Simulation. Prague, Czech Republic, 2010. — P. 374–377.
6.            Рудометов С.В., Окольнишников В.В. Возможности среды имитационного моделирования TSS  // Труды ИВМ и МГ СО РАН Серия Информатика: Материалы Пятой азиатской международной школы семинара "Проблемы оптимизации сложных систем". Новосибирск, 2009. Т. 9. — C. 111–116.
7.            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.