Diskrete Simulation: Eine Einführung Mit Modula-2

ISBN-13: 9783540544210 / Niemiecki / Miękka / 1991 / 422 str.

Bernd Page

Opis

Dieses Lehrbuch vermittelt die Grundlagen von Entwurf, Implementierung und Validierung zeitdiskreter Simulationsmodelle sowie der statistischen Ergebnisauswertung und gibt einen Uberblick uber moderne Simulationssoftware sowie neuere Ansatze der Modellbildung und Simulation, speziell aus dem Bereich Kunstliche Intelligenz. Mit Beispielen zur Simulation von Bedienungs-/Wartesystemen, Lagerhaltungssystemen und allgemein storungsanfalligen Systemen werden die wesentlichen Anwendungsbereiche diskreter Simulationsmodelle abgedeckt. Beim Modellentwurf werden die verschiedenen Modellierungsstile der diskreten Simulation (ereignis-, prozess-, transaktions- und aktivitatsorientiert) einander gegenubergestellt. Die Implementierung von Modellen wird ausfuhrlich und praxisorientiert behandelt, unter Einsatz von Hilfsmitteln auf verschiedenen Stufen (von Modula-2 uber eine schrittweise entwickelte Modula-2-Simulationsumgebung bis hin zum umfassenden Simulationspaket DESMO). Die Validierung von Modellen sowie Verfahren der Simulationsstatistik, die zur Ermittlung valider Simulationsergebnisse unerlasslich sind, werden ausfuhrlich und ubersichtlich dargestellt. Zahlreiche Programmbeispiele in Modula-2, Ubungsaufgaben und anspruchsvolle Projektvorschlage sind dazu geeignet, die vermittelten Methoden praktisch einzuuben. Das Lehrbuch soll Studierende der Informatik und verwandter Studiengange darauf vorbereiten, diskrete, stochastische Simulationsmodelle selbst zu entwerfen, mit modernen Hilfsmitteln zu implementieren und die Simulationsergebnisse kritisch zu analysieren."

Spis treści

1 Einführung und Grundbegriffe.- 1.1 Systeme.- 1.2 Modelle.- 1.3 Simulation.- 1.4 Modellbildung und Modellbildungszyklus.- 1.5 Anwendungsfelder der zeitdiskreten Simulation.- 1.6 Möglichkeiten und Grenzen der Modellbildung und Simulation.- 1.6.1 Das Potential der Modellbildung und Simulation.- 1.6.2 Probleme der Modellbildung und Simulation.- 2 Elemente zeitdiskreter Simulationsmodelle.- 2.1 Beziehungen zwischen Zustand und Zeit.- 2.2 Konzepte der zeitdiskreten Simulation.- 2.2.1 Ereignisorientierte Sicht (event scheduling).- 2.2.2 Prozeßorientierte Sicht (process interaction).- 2.2.3 Transaktionsorientierte Sicht (transaction flow).- 2.3 Komponenten ereignisorientierter Simulationsmodelle.- 2.4 Typische Modellklassen und ihre Realisierung.- 2.4.1 Simulation von Bedienungs-/Wartesystemen.- 2.4.1.1 Systemstruktur.- 2.4.1.2 Beispiel: Ein Bedienungssystem mit mehreren Servicestellen und begrenztem Warteraum.- 2.4.1.3 Implementation in Modula-2.- 2.4.2 Simulation von Lagerhaltungssystemen.- 2.4.2.1 Systemstruktur.- 2.4.2.2 Beispiel: Ein Mehrprodukt-Lagerhaltungssystem mit Vorbestellungen.- 2.4.3 Simulation von ausfallanfälligen Systemen.- 2.4.3.1 Systemstruktur.- 2.4.3.2 Beispiel: Wartungsstrategien für eine technische Anlage.- 2.5 Ereignisorientierte versus prozeßorientierte Sicht.- 2.5.1 Beispielmodell eines Fertigungssystems.- 2.5.2 Ereignisorientierte Version.- 2.5.3 Prozeßorientierte Version.- 3 Implementation von Simulationsmodellen mit Modula-2.- 3.1 Anforderungen an Implementationssprachen für Simulationsmodelle.- 3.1.1 Allgemeine Anforderungen.- 3.1.2 Simulationsspezifische Anforderungen.- 3.2 Realisierung grundlegender Simulationsbausteine mit Modula-2.- 3.2.1 Modularisierung.- 3.2.2 Freispeicherverwaltung.- 3.2.3 Simulationsstatistik.- 3.2.4 Ereignislisten Verwaltung (Modul EventChain).- 3.2.5 Warteschlangenverwaltung (Modul Queue).- 3.2.6 Verteilungsfunktionen (Modul Distributions).- 3.2.7 Implementationsdetails.- 3.3 Implementation eines Beispielmodells in der Modula-2-Simulationsumgebung.- 3.3.1 Datenstrukturen.- 3.3.2 Prozeduren.- 3.3.3 Statistische Berechnungen.- 4 Statistische Verfahren.- 4.1 Zufallszahlenerzeugung.- 4.1.1 Die Bedeutung von Zufallszahlen für die Simulation.- 4.1.2 Erzeugung gleichverteilter Zufallszahlen.- 4.1.3 Zufallszahlen beliebiger Verteilungen.- 4.2 Ein portabler Zufallszahlengenerator in Modula-2.- 4.3 Testverfahren zur Bestimmung statistischer Eingabeverteilungen für Simulationsmodelle.- 4.4 Die statistische Planung und Auswertung von Simulationsexperimenten.- 4.4.1 Zur Notwendigkeit der Wiederholung von Simulationsexperimenten.- 4.4.2 Anfangszustand und Anlaufphase.- 4.4.2.1 Heuristische Verfahren zur Bestimmung der Anlaufphase.- 4.4.2.2 Statistische Testverfahren zur Bestimmung der Anlaufphase.- 4.4.3 Schätzgenauigkeit der Simulationsergebnisse.- 4.4.3.1 Autokorrelation.- 4.4.3.2 Konfidenzintervalle bei unabhängigen Stichproben werten.- 4.4.3.3 Konfidenzintervalle bei quasi-unabhängigen Stichprobenwerten.- 4.4.3.4 Konfidenzintervalle bei autokorrelierten Stichprobenwerten.- 4.4.3.5 Schlußbetrachtung zur Ermittlung der Schätzgenauigkeit.- 4.4.4 Wahl des Stichprobenumfangs.- 4.4.5 Varianzreduzierende Methoden.- 4.4.5.1 Antithetische Variablen.- 4.4.5.2 Gemeinsame Zufallszahlen.- 4.4.6 Bestimmung des Optimums in einem Simulationsexperiment.- 5 Modellvalidierung und -dokumentation.- 5.1 Zur Notwendigkeit einer Gültigkeitsprüfung.- 5.2 Grundsätze für ein Validierungskonzept.- 5.3 Ein mehrstufiger Ansatz zur Modellvalidierung.- 5.3.1 Validierung des konzeptuellen Modells.- 5.3.2 Modellverifikation.- 5.3.3 Operationale Modellvalidierung.- 5.4 Modelltransparenz durch Dokumentation.- 6 Simulationssoftware.- 6.1 Klassifikation von Simulationssoftware.- 6.1.1 Simulationssoftware auf Sprachebene.- 6.1.2 Simulationssoftware auf Modellebene.- 6.1.3 Unterstützungssysteme.- 6.2 Simulationssysteme.- 6.2.1 Definition und generelle Zielsetzung.- 6.2.2 Anforderungen an Simulationssysteme.- 6.2.3 Aufbau von Simulationssystemen.- 6.2.4 Beispiel für ein Simulationssystem.- 7 DESMO — Ein umfassendes Simulationspaket in Modula-2.- 7.1 Entwicklungsziele.- 7.2 Unterstützte Modellierungsstile.- 7.3 Ereignisorientierte Modellierung.- 7.3.1 Entities und Ereignisse.- 7.3.2 Warteschlangen.- 7.4 Prozeßorientierte Modellierung.- 7.4.1 Entities.- 7.4.2 Warteschlangen.- 7.5 Höhere Modellierungskonstrukte.- 7.5.1 Ressourcenwettbewerb.- 7.5.2 Produzenten/Konsumenten-Beziehungen.- 7.5.3 Direkte Prozeßkooperation.- 7.5.4 Bedingtes Warten.- 7.6 Zufallszahlenerzeugung.- 7.7 Statistik.- 7.7.1 Nicht zeitgewichtete Statistik.- 7.7.2 Zeitgewichtete Statistik.- 7.7.3 Zeitreihen und Grafik.- 7.8 Reportgenerierung.- 7.9 Fehlerbehandlung.- 7.10 Deadlock-Überwachung.- 7.10.1 Definition und Ursachen.- 7.10.2 Behandlungsma ßnahmen.- 7.11 Implementation.- 7.11.1 Übersicht über die DESMO-Modulstruktur.- 7.11.2 Organisation der Ereignisliste.- 7.11.3 Systemtechnische Angaben.- 7.12 DESMO in der Simulationsanwendung.- 7.12.1 Modell eines Fertigungssystems (Jobshop-Modell).- 7.12.2 Ereignisorientierte Modellimplementation.- 7.12.3 Prozeßorientierte Modellimplementation.- 7.12.4 Transaktionsorientierte Modellimplementation.- 7.12.5 Aktivitätsorientierte Modellimplementation.- 7.12.6 Modellerweiterung: Prioritäten und Unterbrechungen.- 7.12.7 Zeitreihen und Grafik.- 7.12.8 Weitere Beispielmodelle.- 8 Ausblick: Neuere Konzepte zur Unterstützung der Modellbildung und Simulation.- 8.1 Objektorientierte Modellbildung.- 8.1.1 Objektorientierte Programmierung.- 8.1.2 Vorzüge der objektorientierten Programmierung.- 8.1.3 Bedeutung der objektorientierten Programmierung für die Modellbildung und Simulation.- 8.2 Einsatz von KI-Methoden.- 8.2.1 Einsatz von Expertensystemen zur Unterstützung der Modellbildung und Simulation.- 8.2.2 Qualitative Simulation.- Anhang A: Übungen.- A.1 Simulationsaufgaben.- A.2 Simulationsprojekte.- Anhang B: Modula-2-Simulationsprogramme.- B.1 Modula-2-Programm eines Platzreservierungsmodells.- B.2 Eine einfache Modula-2-Simulationsumgebung.- B.2.1 Modul EventChain.- B.2.2 Modul Queue.- B.2.3 Modul Distributions.- B.2.4 Modul FixedInOut.- B.2.5 Anwendungsbeispiel: Modul JobShop.- Anhang C: DESMO-Benutzerdokumentation.- C.1 Ereignisorientierte Simulation.- C.1.1 Modul EventSimulation.- C.1.2 Modul eQueue.- C.2 Prozeßorientierte Simulation.- C.2.1 Modul ProcessSimulation.- C.2.2 Modul Queue.- C.3 Höhere Synchronisationsmechanismen.- C.3.1 Modul Res.- C.3.2 Modul Bin.- C.3.3 Modul WaitQ.- C.3.4 Modul CondQ.- C.4 Zufallszahlen.- C.4.1 Modul RealDist.- C.4.2 Modul IntDist.- C.4.3 Modul BoolDist.- C.5 Statistik.- C.5.1 Modul Tally.- C.5.2 Modul Histogram.- C.5.3 Modul Count.- C.5.4 Modul Accumulate.- C.5.5 Modul Regression.- C.5.6 Modul TimeSeries.- C.5.7 Modul DESgraph.- C.6 Hilfsmodule.- C.6.1 Modul StringHdl.- C.6.2 Modul ReportIO.- Anhang D: Programmtexte der Beispielmodelle.- D.1 Jobshop-Modell.- D.1.1 Ereignisorientierte Version.- D.1.2 Prozeßorientierte Version.- D.1.3 Transaktionsorientierte Version.- D.1.4 Aktivitätsorientierte Version.- D.1.5 Version mit Prioritäten und Unterbrechungen.- D.2 Weitere Beispielmodelle.- D.2.1 Simulation einer Fähre.- D.2.2 Simulation einer Fähre mit direkt kooperierenden Prozessen.- D.2.3 Tanker-Modell mit Prioritäten.- D.2.4 Erweitertes Tanker-Modell.- Literatur.