Понятие об имитационном моделировании

Объектами имитационного моделирования являются глобальные и локальные вычислительные сети, телефонные и телеграфные сети, системы энергосбережения, транспортные системы, склады. Автозаправочные станции, ремонтные мастерские и т.п.

Анализ работы подобных систем основан на изучении процесса прохождения потока заявок. По-другому заявки называются требованиями запросами транзакциями. Приведем примеры транзакции прохождение телефонных вызовов в городской телефонной сети, распечатка нескольких документов, одновременно поступивших на печать, прохождение пакетов через маршрутизатор глобальной вычислительной сети, обслуживание клиентов в парикмахерской, покупателей в кассе магазина, водителей на автозаправочной станции, прохождение судами очереди на разгрузку в парту. В перечисленных системах заявки принимаются обслуживающим устройством, которое может содержать несколько каналов, например в магазине устанавливают несколько касс, а между автоматическими телефонными станциями создают несколько каналов связи. Если число поступивших заявок велико то не все они могут быть моментально быть обработаны, поэтому некоторые требования получают отказ от обслуживания или их ставят в очередь на ожидание.

Системы в которых с одной стороны возникают массовые запросы на выполнение услуг, а с другой стороны происходит удовлетворение этих запросов, называются системами массового обслуживания.

При физическом моделировании используют физические модели, элементы которых подобны натуральным объектам исследования, но чаще всего имеют иной масштаб. Физические модели могут иметь вид полномасштабных макетов (например, авиационные или космические тренажеры), выполняться в уменьшенном масштабе (например. Глобус, макет городского района) или в увеличенном масштабе, (например модель атома или молекулы). Физические модели конкретны, очень наглядны, часто их модно даже потрогать руками.

Физическое моделирование применяется для изучения сложных объектов исследования, не имеющих точного математического описания. Физическую модель, строят там, где математика пока еще бессильна.

При физическом моделировании для исследования некоторого процесса в качестве модели используют модели другой физической природы. Например, гидродинамическая система моделируется с помощью электрических цепей. При этом модель и исследуемый объект описываются аналогичными (сходными) математическими зависимостями. В этих случаях нет геометрического подобия между объектом исследования и моделью. Но объект исследования и модель описываются сходными математическими зависимостями. Примером могут служить маятник и колебательный контур.

Чаще всего в качестве модели-заместителя используются электрические цепи. При этом исследуемые процессы могут иметь разнообразную физическую природу (механическую, гидравлическую, тепловую и т.д)

При использовании электрических моделей физическое моделирование упрощается благодаря простоте измерений электрических и магнитных величин. Электрические цепи несложно собирать.

Например, с помощью системы моделирования радиоэлектронных устройств MicroCAP можно имитировать работу городской водопроводной сети. При этом вместо потока воды при моделировании используется электрический ток, вместо водяного напора (давления) – электрическое напряжение. Гидравлическое сопротивление водяных труб примерно эквивалентно электрическому сопротивлению резисторов. Гидравлическое сопротивление труб возрастает с уменьшением сечения трубы и с увеличением длины проводника. Между рассматриваемыми явлениями есть аналогия.

Итак, многие явления различной физической природы подобны (аналогичной) и описываются с помощью одних и тех же формул. Это позволяет исследовать некоторые явления путем изучения другого явления совершенно другой физической природы.

Описанный подход получил название аналогового моделирования. Физическая модель, которая по отношению к объекту исследования реализуется с помощью иных физических механизмов, называются аналоговой моделью.

В аналоговом моделировании используются аналоговые вычислительные машины АВМ и специализированные аналоговые модели.

В АВМ математические величины представляются в аналоговой форме в виде различных физических величин, например, электрического напряжения.