مدلسازی تعاملی بصری-شبیه سازی گسسته پیشامد

مدلسازی تعاملی بصری-شبیه سازی گسسته پیشامد

اسلاید 1: مدلسازی تعاملی بصری - شبیه سازی گسسته پیشامدسعید ناصحی مقدم – سید حسین حسینی – سید مجتبی قافله باشی – مسلم توشقانیان

اسلاید 2: شبیه سازی کامپیوتری تعریف شده شبیه سازی کامپیتر استفاده ای از مدل به عنوان یک پایه برای کاوش و آزمایش ارزانتر،ایمن تر، سریعتر و محرمانه تر از استفاده از سیستم واقعی ورودی های شناخته شده و دیدن اثراتشان بر روی خروجی ها

اسلاید 3: مدلسازی در شرایط عدم قطعیت تئوری تصمیم بر پایه ارزش مورد انتظار شبیه سازی: شبیه سازی ایستاتحلیل ریسک یا رویکرد منت کارلو شبیه سازی پویاتغییر رفتار در طول زمان

اسلاید 4: فراتر از میانگین ها: شبیه سازی ایستاآیا اگر مواردی در میانگین درست باشند به طور کل درست هستند؟وام 100 هزار پوندی – پرداخت 25 ساله – پرداخت سالانه نرخ بهره ثابت 7% نرخ بهره متغییردر میانگین، نتیجه هر دو حالت یکی است ولی کدام باید انتخاب شود؟

اسلاید 5: Spreadsheet  Excel  تابعPMT()پرداخت سالانه 8581/05 پوند

اسلاید 6: نتایج مختلف  اعداد تصادفی متفاوتنتایج حاصله از 50 آزمایش:

اسلاید 7: اساس نمونه گیری تصادفی در شبیه سازی – نمونه گیری top-hatمدل شامل عناصری است که توسط یک توزیع احتمالی معین می شوندنمونه گیری تصادفی طی دو مرحلهاصول: یک یا چند عدد تصادفی ساختگی ایجاد کنید آنها را به یک توزیع مورد نیاز انتقال دهید

اسلاید 8: نمونه گیری top-hat :گرفتن نمونه از توزیعهای احتمال تجربیاستفاده از اعداد تصادفی ساختگی:دنباله ای از اعداد در یک بازه (معمولا بین 0 و 1) که احتمال رخ دادن یکسانی دارند

اسلاید 9:

اسلاید 10: اجرای شبیه سازی ایستا به روی Spread sheetAdd-ins :Crystall ball , @Risk , InsightSim.xla ورژن تقلیل یافته Insight

اسلاید 11: شبیه سازی کامپیوتری پویابرای چه نوعی از سیستمها متد های شبیه سازی مدرن کامپیوتری مناسب است؟ پویا باشندرفتار مشخصی را نمایش می دهند که با تغییر در حول زمان شناخته شده است تعاملی باشندسیستم از اجزایی تشکیل شده که با یکدیگر تعامل دارند و این تعاملات رفتار مشخص سیستم را ایجاد می کند پیچیده باشندموضوعات زیادی بر بهره سیستم اثر وتعامل دارند و پویایی انفرادی آنها نیاز به تحلیل و توجه دقیق دارد

اسلاید 12: برخی کاربردهای شبیه سازی پویا تولید سلامت و مراقبت بهداشتی مهندسی مجدد فرآیند های کسب و کار سیستمهای حمل و نقل دفاع

اسلاید 13: شبیه سازی وقایع گسسته

اسلاید 14: سه رویکرد در مدلسازی شبیه سازی پویاشبیه سازی پیوسته(continuous) پویاییهای سیستمیشبیه سازی گسسته/ پیوستهشبیه سازی وقایع(نواحی) گسسته دارای کاربرد در علم مدیریت

اسلاید 15: سامانه هایی که به روش شبیه سازی نواحی گسسته، مدلسازی شده اند دارای موجودیتهای گسسته ای هستند که حالات گسسته ای را در طول زمان به خود اختصاص می دهند. به عنوان مثال، سامانه بیمارستان را در نظر بگیرید. یکی از موجودیتهای آن، بیمارانی است که هر یک ممکن است حالاتی چون «پذیرش شده»، «در اتاق عمل» و... را در برگیرند. یا پزشکان که هر یک ممکن است حالاتی چون «در حال آزمایش بیمار»، «نوشتن نسخه»، «عمل روی بیمار» و... را به خود اختصاص دهند.

اسلاید 16: موجودیت: اجزای محسوس سیستم- چیزی که رفتارش درون مدل به عنوان عملکرد شبیه سازی پی گرفته می شود. موجودیتهای انتخاب شده برای مدل باید مرتبط با هدف وجودی شبیه سازی باشند.سیستم شبیه سازی، اطلاعات رفتاری موجودیتها در حال و آینده محتمل را پیگیری می کند.کلاس: در برخی نرم افزارهای شبیه سازی، موجودیتهای مشابه با خواص مشترک را می توان به کلاسهایی طبقه بندی کرد. لذا در مثال بالا می توان موجودیتها را به کلاسهایی چون بیماران، پزشکان و پرستاران طبقه بندی کرد. موجودیت ها و کلاس ها

اسلاید 17: بدنه مدل شبیه سازی نواحی گسسته شامل مجموعه ای از توضیحات منطقی و قابل محاسبه است که تغییر حالتهای موجودیت را توصیف می کند. به عنوان مثال برای سامانه بیمارستان می توان اینگونه بیان کرد که:اگر (این پزشک = آزاد) و (انتظار بیمار <0) بود پس} حالت انتظار را از این بیمار بگیراین بیمار را به این پزشک اختصاص بدهزمان مشاوره را محاسبه کناین پزشک و این بیمار را بعد از زمان مشورت آزاد کن.{

اسلاید 18: برای سامانه های پیچیده یا سطح بالا، نیاز به نوشتن برنامه کامپیوتری است. این برنامه ممکن است در زبانهای برنامه نویسی عمومی همچون Java یا C++ یا در زبانهای برنامه نویسی با اهداف خاص همچون SIMSCRIPT یا MODSIM نوشته شود. از دهه 90 میلادی به بعد نرم افزارهای خاص شبیه سازی تولید شدند. این ابزارها به عنوان سیستمهای مدلسازی بصری(VIMS) شناخته می شوند.

اسلاید 19: موجودیتها، حالت ها را برای یک دوره زمانی، اشغال می کنند. حالتها برای یک موجودیت، همپوشانی ندارند و هیچ موجودیتی نمی تواند به طور همزمان بیشتر از یک حالت را به خود اختصاص دهد. اگر موجودیت بیکار بود، باید آن را به عنوان حالت بیکاری در نظر گرفت و نباید آن را سردرگم رها کرد.زمانی که موجودیتها حالتشان را تغییر می دهند، یک واقعه اتفاق می افتد. زمانی که موجودیت در یک حالت شناخته شده قرار دارد و در حال تغییر در طی زمان است؛ این عمل را به عنوان فعالیت می شناسیم. فعالیت ممکن است به همکاری بیشتر از یک کلاس موجودیت نیاز داشته باشد. به عنوان مثال برای آغاز یک فعالیت مشاوره پزشکی، پزشک باید در حالت «با بیمار» و بیمار نیز در حالت «ملاقات با پزشک» باشد. یک فعالیت با یک واقعه شروع، و با واقعه دیگر، پایان می پذیرد. فرایند، سلسله ای از فعالیتهای متوالی است که موجودیت، از آنها عبور می کند. حالت ها، وقایع، فعالیت ها و فرایندها

اسلاید 20:

اسلاید 21: پویایی های زمانزمان بوسیله ساعت شبیه سازی کنترل می شود و به طور غیرمنظم از اتفاقی به اتفاق دیگر، رو به آینده در حرکت است.از آنجایی که تغییرات فقط در وقایع به وقوع می پیوندند، زمان بین وقایع در شبیه سازی نواحی گسسته در نظر گرفته نمی شود. بنابراین هنگامی که شبیه سازی طی یک نمایش زنده مثل یک کارخانه، در حال اجرا باشد، نمایش به نظر نامنظم و گسسته می رسد، مگر آنکه مراحل داده شده به فرایند، در ظاهر یکنواخت باشند.

اسلاید 22: برنامه اجرایی یا کنترلیبرنامه کنترلی یا اجرایی، وظایف سلسله مراتبی و زمانبندی را در شبیه سازی انجام میدهد. به عنوان یک قیاس، نمایش عروسکی را در نظر بگیرید که در آن یک عروسک گردان باید نخها را بکشد تا از حرکت عروسکها مطمئن شود. در یک شبیه سازی نواحی گسسته، موجودیتها، عروسکهاوقایع، فعالیتها و فرایندها، نخهاو برنامه اجرایی یا کنترلی، همان عروسک گردان است.

اسلاید 23: برنامه اجرایی نیاز دارد تا حالتهای جاری همه موجودیتها و اینکه چه مدت دیگر در آن حالت باقی می مانند را بداند. برنامه اجرایی، لیستی روزانه (عمدتا به عنوان لیست وقایع یا تقویم وقایع شناخته می شود) شامل اطلاعات درباره موجودیتهای شبیه سازی را نگهداری می کند.هنگام تغییر حالت موجودیت این اطلاعات به روز می شود.این تغییر حالت ممکن است بر اثر یکی از دو چیز زیر باشد:

اسلاید 24: 1اول اینکه، موجودیت تنها هنگامی حالت را تغییر می دهد که دیگر منابع (به طور عمومی دیگر موجودیتها) در دسترس باشند و با آن همکاری کنند. لذا زمان آن قابل پیش بینی نیست. به عنوان مثال بیمارانی که در ساعت 2 بعد از ظهر منتظر ملاقات با پزشک هستند و این ملاقات تا هنگامی که پزشک آماده نباشد، رخ نخواهد داد. زمان واقعه برای چنین فعالیتی، ناشناخته است و برنامه اجرایی تا هنگامی که دیگر وقایع لازم، مداخله کنند، نمی تواند هیچ اقدام مستقیمی را انجام دهد.

اسلاید 25: 2نوع دوم واقعه، آنی است که به طور واضحی در برخی زمانهای شناخته شده اتفاق می افتد. به طور مثال زمان مشاوره با یک پزشک بعد از شروع، به سمت پایان حرکت خواهد کرد و این پایان بستگی به دوره مشاوره دارد. لذا می توان برای تعیین زمان پایان از یک توزیع احتمال استفاده نمود. این «زمان پایان» پس از آن روی تقویم وقایع جایگذاری می شود.نوع دوم به طور عمومی در پایان فعالیت، منابع را آزاد می کنند در حالی که در نوع اول اتفاق، باید منتظر آزاد شدن منابع و بکارگیری آن شد.

اسلاید 26: استفاده از نمودارها برای ساخت مدلهای شبیه سازیهنگامی که یک مدل شبیه سازی وقایع گسسته را می سازیم، دانستن منطق سیستم شبیه سازی شده و بیان موضوع توسط موجودیتها و تعاملات بینشان، برای ﭘشتیبانی از تفکرات مفید است. معمولا این را به عنوان مدلسازی مفهومی می شناسیم. دیاگرامهای چرخه فعالیت، راهی برای توسعه مدلهای مفهومی هستند.

اسلاید 27: نمودارهای چرخه فعالیتیک نمودار چرخه فعالیت(ACD) شبکه ای است که چگونگی فرایندهای کلاسهای موجودیت مختلف و تعاملات بین آنها را نشان می دهد. نمودار چرخه فعالیت(ACD) دو نماد دارد: حالت فعال که دوره زمانی اش می تواند به طور مستقیم، تعیین شده باشد. حالت مرده(غیرفعال) که دوره اش چندان نمی تواند تعیین شده باشد و تنها می تواند با دانستن اینکه دوره حالتهای فعال، چقدر ممکن است طول بکشد، براورد شود. حالت غیر فعال، آن حالتی است که در آن یک موجودیت برای اتفاق افتادن چیزی انتظار می کشد و لذا برخی افراد به آن، به عنوان صف رجوع می کنند.حالت فعالحالت مرده

اسلاید 28: مطالعه موردی: سالن اگزوز جوبرای آقای جو حداقل منتظر نگه داشتن مشتری دارای اهمیت است.سالن اگزوز جو از ساعت 7 تا 9 بعدازظهر باز است و تا جایی که کاری وجود داشته باشد، کار ادامه دارد.صاحبان خودرو بدون اطلاع قبلی از راه می رسند.جو می خواهد بداند به چه تعداد تنظیم گر و رمپ نیاز دارد.او می خواهد مشتریانش قبل از معاینه اولیه، کمتر از 10 دقیقه منتظر او بمانند و همچنین، می خواهد مطمئن شود که یک مشتری بیش از 60 دقیقه را در سالن نمی گذراند.جو در مورد حرفه اش بسیار پنهانکار است و نمی خواهد اطلاعاتی به مدلساز بدهد. او ترجیح می دهد پس از آگاه شدن راجع به تنظیم گرها و رمپها، خودش تحلیلهای مالی مربوطه را انجام دهد.

اسلاید 29:

اسلاید 30: نمودار چرخه فعالیت برای کلاس موجودیت راننده/خودرو

اسلاید 31: مصنوعات نمودارنمودار دارای حلقه بسته است.حلقه شامل حضور یک در میان حالتهای فعال و غیر فعال است. اگر یک حالت غیر فعال، میان دو حالت فعال بنشیند، رفتارش می تواند از ترکیب عملیات همسایگانش براورد شود.حالت Arrive به عنوان یک حالت فعال درنظر گرفته شده است.

اسلاید 32: نمودار چرخه فعالیت برای موجودیت جو

اسلاید 33: نمودار کامل چرخه فعالیت برای سالن اگزوز جو

اسلاید 34: منابع سیستم و موجودیتهاتنظیم گرها و رمپها به عنوان منابع سیستم عمل می کنند. یک منبع سیستم چیزی است که برای بیان اشیایی که می توانند اندازه گیری یا شمرده شوند و عملا مشابهند به کار می روند. بدین معنی که به جای نگهداری حالت هر رمپ یا تنظیم گر، تنها نیاز است تا برنامه تعدادی از آنها که آزادند و تعدادی از آنها که درحال استفاده اند را دربرداشته باشد. لذا منطقی که معاینه اگزوز خودرویی را که وارد سالن جو شده است، هدایت می کند، ممکن است توسط عبارات زیر بیان شود:

اسلاید 35: اگر (حداقل یک راننده/خودرو در حالت Await Joe است) و (جو در حالت بیکاری است) و (رمپهای آزاد>0) پس{حالت جو را از بیکاری به معاینه اگزوز تغییر بده؛اولین راننده/خودرو را بگیر، حالت آن را از Await Joe به در حال معاینه تغییر بده؛از تعداد رمپهای آزاد یکی کم کن؛تصمیم بگیر چه مدت این معاینه طول خواهد کشید؛به اجرایی بگو به معاینه در این زمان از آینده پایان بده؛}اگر ما می خواستیم بدانیم که هر کدام از رمپها و تنظیم گرها در چه زمانی در حال استفاده بوده اند، آنها را به عنوان موجودیت وارد مدل می کنیم.

اسلاید 36: ساده VIMSیک - Micro Saint در فصل 7 اشاره می شود که VIMSها جهت توسعه مدلهای SD یا شبیه سازی سیستم هایی که بدان طریق مدلسازی می شوند ، استفاده می شوند .

اسلاید 37: یک حوزه تکنیکی اصلی برای مدلسازی تعاملی – بصری ، شبیه سازی پیشامدهای گسسته می باشد .هدف از این بخش : معرفی یک VIMS شبیه سازی پیشامدهای گسسته به نام Micro Saintشبیه سازی JEP توسط Micro Saint

اسلاید 38: تعدادی ازVIMS های شبیه سازی پیشامدهای گسسته :Witness,Promodel,Automodel,Simul8مزیت Micro Saintقدرت بالا در عین سادگینکته : هرچند استفاده از یک VIMS نیاز به مهارتهای بالا در برنامه نویسی کامپیوتری ندارد ، ولی معمولا باید بعضی از منطق های وظیفه ای شبیه سازی را با استفاده از یک زبان برنامه نویسی ساده شده داخل یک VIMS تعریف کنیم .

اسلاید 39:

اسلاید 40: Micro Saint در JEP مبتنی بر مفهوم شبکه وظیفه ای می باشد .Micro Saint for windowsهر وظیفه در شبکه توسط یک آیکون نامگذاری شده و بیضی شکل نشان داده میشود .شکل 9-10 نشان دهنده یک شبکه وظیفه ای برای می باشد که شامل 6 وظیفه می باشد :ورود، بازرسی،تعویض،بازبینی،پرداخت دستمزد ،ترخیصپیکان ها نشان دهنده جریان وظایف میان موجودیت های شبیه سازی می باشند .آیکون های لوزی شکل نمایانگر گره های تصمیم می باشند .

اسلاید 41: در مثال دو گره تصمیم داریم که توسط حروف بزرگ و نمایش داده شده اند .حرف نمایانگر تصمیمات احتمالی و حرف نمایانگر گره چندگانه میباشد .تصمیمات احتمالی جریان کل را به چندین جریان منشعب می کنند .اثر یک گره چندگانه این است که به تکرار موجودیت ها می پردازد .با وجود تمام عناصر یک شبکه وظیفه ای در Micro saint ، اما باز همMicro Saint For Windows این امکان را به کاربر خود داده است تا جهت پارامتری کردن اجزای یک سیستم به جمع آوری داده بپردازد .

اسلاید 42: منطق وظیفه ای در micro saintهر VIMS به کاربر خود این امکان را می دهد تا از این منطق به شیوه های گوناگون استفاده کند.Micro saint مبتنی بر منطق وظیقه ای است، بنابراین به کاربر خود این امکان را می دهد تا از منطق های زیرین جهت تعریف وظایف استفاده کندRelease conditionsBeginning effectEnding effectLaunch effect

اسلاید 43: یک VIMS مانند Micro saint از مدلسازی صرفه جویانه حمایت می کند.هنگام استفاده از یک VIMS نیازی نیست که از ابتدا به شبیه سازی مدل کاملی بپردازیم.

اسلاید 44: اجرای یک مدل Micro saint یک VIMS باید محیطی تعاملی را برای جاییکه مدل اجرا می شود فراهم نماید. این بدین معنی است که شبیه سازی می تواند شبیه یک بازی ویدیویی با آزمایش تعاملی انجام شودهمانگونه که شبیه سازی اجرا می شود صفحه نمایش می تواند مرتب شود تا ویژگی های اصلی سیستمی که شبیه سازی شده است را نشان دهد، بنابراین کاربر می تواند اجرای مدل را تماشا کند

اسلاید 45: Micro saint به کاربر خود این امکان را می دهد تا تعدادی از پنجره های مختلف را حین شبیه سازی مشاهده نمایداین پنجره ها عبارتند از:The network diagramThe variable catalogueAction viewThe event queueبنابراین شبیه دیگر VIMS ها Micro saint ابزارهایی بصری جهت توسعه مدل، عیب یابی، ارائه به مشتری وتصحیح مدل فراهم کند.

اسلاید 46: Simul8 ابزار شبیه سازی کم هزینه و قدرتمند مزایا :کاربرد آسان،قیمت پایین، قدرت بالامقایسه با Micro saint:Micro saint براساس شبکه وظیفه ایست در حالیکه Simul8 بر اساس شبکه ماشینی استشبیه Micro saint ، Simul8 نیز به کاربر خود امکان بازکردن پنجره های حین اجرای شبیه سازی را می دهد

اسلاید 47:

اسلاید 48: آثار تغییر تصادفیزمانی که یک موجودیت در یک حالت است، ممکن نیست قطعی باشد. در عوض می تواند یک متغیر باشد. این متغیر در طی زمان به عنوان متغیر تصادفی شناخته می شود و یک مشخصه بسیاری از سیستمهای شبیه سازی شده توسط روشهای پیشامد گسسته است. وجود عناصر تصادفی در یک مدل شبیه سازی بدین معناست که هنگام تحلیل نتایج، بایستی بسیار دقت نمود.

اسلاید 49:

اسلاید 50:

اسلاید 51: ابعاد مهم شبیه سازی تصادفینتایج چنین شبیه سازی هایی که غالبا به عنوان آزمایشات نمونه گیری مطرح می شوند، بستگی به جریان اعداد تصادفی در تولید نمونه مورد نیاز جهت آزمایش استفاده می شوند، دارد.نمونه هایی که برای مقایسه دو گزینه یا بیشتر در یک شبیه سازی تصادفی استفاده می شوند، بایستی از توزیع تجربی یکسانی پیروی کنند. آزمایشهایی که جهت شبیه سازی تصادفی به کار می روند، باید به طور مناسب و با دقت، و با استفاده از تحلیلهای آماری، طراحی شوند.