Universidad Nacional de CatamarcaFacultad de Ciencias Exactas y Naturales

SEDE SAN MIGUEL DE TUCUMÁNCICLO PROFESORADO EN COMPUTACIÓN

SEMINARIO DISCIPLINAR ISIMULACIÓN

Introducción al Lenguaje de Simulación GPSS-H

Ing. Georgina Inés Cerúsico

Recordemos¿QUÉ ES LA SIMULACIÓN?

Existen innumerables definiciones de simulación, aquí

se presenta una que nos permite retomar lo que habían visto la clase anterior:

      

““Simulación es el proceso de diseñar y desarrollar Simulación es el proceso de diseñar y desarrollar un modelo de un sistema o proceso real y conducir un modelo de un sistema o proceso real y conducir

experimentos con el propósito de entender el experimentos con el propósito de entender el comportamiento del sistema o evaluar varias comportamiento del sistema o evaluar varias

estrategias (dentro de límites impuestos por un estrategias (dentro de límites impuestos por un criterio o conjunto de criterios) para la operación criterio o conjunto de criterios) para la operación

del sistema.”del sistema.”  

ROBERT. SHANNONROBERT. SHANNON        

¿QUÉ ES LA SIMULACIÓN? También se destacó que la Simulación se aplica

especialmente al estudio de sistemas complejos y dinámicos.

VENTAJAS DE LA SIMULACIÓN

No es necesario interrumpir las operaciones de la organización donde se lleva a cabo el estudio.

Proporciona muchos tipos de alternativas posibles de explorar. La simulación proporciona un método más simple de solución cuando los

procedimientos matemáticos son complejos y difíciles. La simulación proporciona un control total sobre el tiempo, debido a que un

fenómeno se puede acelerar. Auxilia el proceso de innovación ya que permite al experimentador

observar y jugar con el sistema. Una vez construido el modelo se puede modificar de una manera rápida

con el fin de analizar diferentes políticas o escenario. Permite análisis de sensibilidad

Generalmente es más barato mejorar el sistema vía simulación que hacerlo en el sistema real.

Los métodos analíticos se desarrollan casi siempre relativamente sencillos donde suele hacerse un gran número de suposiciones simplificaciones, mientras que en los métodos de simulación es posible analizar sistemas de mayor complejidad o con menor detalle.

En algunos casos, la simulación es el único medio para lograr una solución.

DESVENTAJAS DE LA SIMULACIÓN

La simulación es imprecisa, y no se puede medir el grado de su imprecisión.

Los resultados de simulación son numéricos; por tanto, surge el peligro de atribuir a los números un grado mayor de validez y precisión.

Los modelos de simulación en una computadora son costosos y requieren mucho tiempo para desarrollarse y validarse.

Se requiere gran cantidad de corridas computacionales para encontrar soluciones, lo cual representa altos costos.

Es difícil aceptar un modelo de simulación y difícil de vender.

Los modelos de simulación no dan soluciones óptimas. La solución de un modelo de simulación puede dar al

análisis un falso sentido de seguridad.

PELIGROS Y PROBLEMAS EN SIMULACIÓN

Definir los límites y nivel de detalles del sistema. Subestimar el tiempo y costos involucrados en el proceso de

modelación. Fallar en la selección del más simple y económico de los

modelos para el fin establecido. Ausencia o pérdida de metodología estadística. Considerar como aproximados algunos atributos de un

sistema que no existe. Entendimiento superficial del sistema a ser modelado. Poca destreza para comunicarse con administradores y staff

que financiarán el proyecto.

ÁREAS DE APLICACIÓN DE SIMULACIÓN

TIPOS DE SIMULACIÓN:Simulación Analógica

El caso de los túneles de vientos para pruebas de aviones. Las ecuaciones diferenciales que describen las fuerzas sobre un avión en vuelo pueden resolverse en un computador analógico que represente estas fuerzas con potencias eléctricas y luego opere con ella. Éste es un caso típico de SIMULACIÓN ANALÓGICA.

En Ingeniería, un túnel de viento o túnel aerodinámico es una herramienta de investigación desarrollada para ayudar en el estudio de los efectos del movimiento del aire alrededor de objetos sólidos. Con esta herramienta se simulan las condiciones que experimentará el objeto de la investigación en una situación real. En un túnel de viento, el objeto o modelo, permanece estacionario mientras se propulsa el paso de aire o gas alrededor de él. Se utiliza para estudiar los fenómenos que se manifiestan cuando el aire baña objetos como aviones, naves espaciales, misiles, automóviles, edificios o puentes.

TIPOS DE SIMULACIÓN:Simulación Contínua

La resolución de ecuaciones diferenciales a veces se denomina CONTÍNUA y dado que la variable independiente es contínua en el tiempo, a estos trabajos se los clasifica como de SIMULACIÓN CONTÍNUA.

SIMULACIONES NUMÉRICAS USANDO PROCESAMIENTO PARALELO CON TARJETAS GRÁFICAS.Estudio analítico y simulación numérica de ecuaciones diferenciales parciales en la modelación de fenómenos de reacción y de transporte, caracterizados por la formación de estructuras complejas.

Simulación numérica del estado estacionario de concentración de bacterias (por ejemplo, F. oxysporum) en presencia de un antagonista (por ejemplo, B. subtilis), bajo un modelo de competencia hiperbólico-parabólico de tipo quimiotáctico.

Si en cambio, las relaciones y ecuaciones del modelo ocurren siempre en un número finito de puntos en el tiempo, no necesariamente a intervalos de tiempos iguales, e incluye la posibilidad de trabajar en forma aleatoria, estamos ante la SIMULACIÓN DE EVENTOS DISCRETOS.

TIPOS DE SIMULACIÓN:Simulación de Eventos Discretos

ETAPA DE TRASLACIÓN DEL MODELO (CODIFICACIÓN):

LENGUAJES

PROCESO DE SIMULACIÓNPROCESO DE SIMULACIÓN

Lenguajes de Simulación

Lenguajes de Programación Generales

Lenguajes de Simulación Específicos

Lenguajes Generales(C, C++, Pascal, JAVA)

•No proveen ninguna facilidad directa a la simulación •Generalmente adoptan para simular un enfoque de planificación de eventos•El analista-programador deberá programar todos los detalles relacionados a los algoritmos de avance del tiempo, a la FEL (Lista de Eventos Futuros), obtención de estadísticas, generación de muestras con una determinada distribución y generación de reportes.•Para modelos grandes, el programa es difícil de corregir •Baja performance•Se lo utiliza como herramienta de aprendizaje de los conceptos de “event-scheduling”: Planificación de eventos.

Lenguajes Específicos( GPSS/H, SLAM II, SIMSCRIPT II.5, SIMAN 5,

VENSIM)

REDUCCIÓN EN LA TAREA DE PROGRAMACIÓN.

MEJOR DEFINICIÓN DEL SISTEMA.

MAYOR FLEXIBILIDAD PARA CAMBIOS.

MEJOR DIFERENCIACIÓN DE LAS ENTIDADES QUE FORMAN EL SISTEMA.

OBTENCIÓN DE REPORTES FLEXIBLES FUNCIONES INTEGRADAS

SIMULACIÓNORIENTADA A PROCESOS

-GPSS/H (General Purpose Simulation System:Sistema de Simulación de Propósito General)- SIMNET II (Simulation Network)

SIMULACIÓNORIENTADA A PROCESOS/EVENTOS

-SLAM II (Simulation Language for Alternative Modelling)- SIMSCRIPT II.5

-SIMAN 5 (Simulation Modelling and Analysis)

LENGUAJES DE SIMULACIÓNESPECÍFICOS

GPSSGPSS//HH

• LENGUAJE DE SIMULACIÓN DISCRETA.

• DISEÑADO POR GEOFREY GORDON EN LOS60'S

• ORIENTADO HACIA SISTEMAS DE COLAS

• ADMITE UN AMBIENTE DE ANIMACIÓN DENOMINADO PROOF ANIMATION

• GPSS/H CONSIDERA AL PROCESO COMOENTIDADES QUE SE MUEVEN DENTRO DELSISTEMA

MODELIZACIÓN

• El analista define al modelo de simulación en términos de entidades y su ciclo de vida tal como estas entidades fluyen en el sistema, demandando recursos y ubicándose en distintas colas a esperar por recursos.

• Más precisamente un proceso es el ciclo de vida de una entidad • El ciclo de vida puede consistir de varios eventos y actividades• Algunas actividades pueden requerir el uso de uno o más recursos

con capacidad limitada

Tiempo

Evento Arribo

x

Comienza Servicio

x

Termina Servicio

xDemora Actividad

Tiempo

Evento Arribo

x

Comienza Servicio

x

Termina Servicio

xDemora

Actividad

interaccióncliente n

cliente n+1

BLOQUES GPSS

UN BLOQUE REPRESENTA UNA ACCIÓN O EVENTO

LA COLECCIÓN DE BLOQUES REPRESENTA EL SISTEMATOTAL LLAMADO DIAGRAMA DE BLOQUES.

LAS ENTIDADES DINÁMICAS QUE SE MUEVEN DE BLOQUE EN BLOQUE SON LLAMADAS TRANSACCIONES

LA EJECUCIÓN DE UN BLOQUE (EVENTO) PUEDE AFECTAR A UNA

O MÁS TRANSACCIONES Y CAMBIAR EL ESTADO DEL SISTEMA.

CADA BLOQUE EN EL DIAGRAMA DE BLOQUES REPRESENTA

EXACTAMENTE UNA LÍNEA EN EL PROGRAMA FUENTE.

0.1

5+-1

2+-1

1

Las instrucciones SIMULATE, START

y END, son las llamadas instrucciones

de control y sirven para dirigir las

acciones del modelo de simulación con las

instrucciones de bloque.

A fin de que las instrucciones GPSS sean interpretadas correctamente por el compilador y así simular adecuadamente, se necesita:

•seguir una estructura adecuada

y

•seguir un formato específico.

MODELANDO EN GPSS/H ...

Ciclo de vida de las entidades

•UNA INSTRUCCIÓN DE CONTROL NO PARTICIPA EN EL MODELO PROPIAMENTE DICHO

•UNA INSTRUCCIÓN DE BLOQUE FORMA PARTE DEL MODELO Y SÓLO SE EJECUTA SI ES ACTIVADA POR UNA ENTIDAD (TRANSACCIÓN)

•REPRESENTA UNA ACTIVIDAD DEL MODELO

MODELANDO EN GPSS/H ...

Entidades llamadas transacciones fluyen a través del diagrama de

bloques.

Para implementar en GPSS un modelo sólo

deberán escribir un programa que describa el

ciclo de vida de una entidad / transacción

Para iniciar el aprendizaje en la elaboración de modelos de simulación en GPSS es

necesario saber cómo generar transacciones ya que son los elementos que circularán por

el modelo

= TRANSACCIONESENTIDADES DINÁMICAS

ENTIDADES TEMPORARIAS (clientes, autos, repuestos, mensajes, frutas, cajas, etc.)

La instrucción de bloque que permite generar las transacciones e ingresarlas en el modelo se denomina

GENERATE

Su sintaxis es: GENERATE A, B, C, D

•A es el tiempo promedio de creación de transacciones en unidades de tiempo simulado. (Default cero).

•B es la dispersión en el tiempo de creación promedio de las transacciones. El tiempo entre-arribos de las transacciones al modelo será de A + - B unidades de tiempo. (Default cero).

•C es un operando donde se coloca el tiempo simulado al que llega la primera transacción al modelo. (Default no determinado).

•D es el número límite de transacciones creadas y su valor por omisión es infinito.

La instrucción de bloque que permite generar las transacciones e ingresarlas en el modelo se denomina

GENERATE

Ejemplo 1: GENERATE 5,1

Cada 5+-1 unidades de tiempo (distribución uniforme) ingresará una entidad al sistema

Ejemplo 2: GENERATE 3

Cada 3 unidades de tiempo (constante) ingresará una entidad al sistema

La Instrucción de bloque que se emplea para destruir las transacciones que ingresan al sistema se denomina

TERMINATE

Su sintaxis es: TERMINATE A

Donde A es un operando entero, cuyo valor es el decremento del contador de las terminaciones (cuyo número inicial se especifica en la instrucción de control START).

Cuando el contador alcanza un valor menor o igual a cero se ejecuta la siguiente instrucción debajo del START, si es un END, la simulación termina.

Ejemplos:

TERMINATE -----> Cada transacción que ingresa se destruye.

TERMINATE 5 -----> Cada transacción que ingresa se destruye y decrementa el contador de terminaciones en 5 unidades cada vez.

Con las instrucciones de bloque GENERATE y TERMINATE se está en condiciones de crear y destruir transacciones, es decir, de ingresarlas al modelo y de sacarlas del modelo (pero sin que se ejecute alguna actividad en el modelo)

Ahora es necesario poder simular la ocupación de un equipo (realizando alguna actividad) por una transacción y poder simular la liberación del equipo

Instrucción de bloque ADVANCE

Suspende el movimiento de una transacción por una cantidad especificada de tiempo simulado.

Representa el gasto del tiempo

Su sintaxis es: ADVANCE A,B

Donde el operando A corresponde al tiempo de permanencia (retardo) para la transacción y

B es el intervalo de dispersión alrededor de A.

Ejemplos:

ADVANCE 12,4 ---> Retarda la transacción 12 + - 4 unidades de tiempo simulado.

ADVANCE 15 ---> Retarda exactamente 15 unidades de tiempo a la transacción.

........

GENERATE 5,1 * Ingreso al sistema *

ADVANCE 2,1 * Alguna actividad *

TERMINATE 1 * Salida del sistema *

........

5+-1

5+-1 5+-1

2+-1

Instrucción de bloque TRANSFER

TRANSFER permite elegir una localización distinta a la secuencial

Su sintaxis es: TRANSFER A,B,C

El operando A es el factor de selección, B y C son los rótulos de los bloques a donde tiene que ir la transacción.

Ejemplos:

TRANSFER .1, ACC, REJ (el 90% de las transacciones que pasen por este bloque continúan con la instrucción que sigue en el rótulo ACC, el 10% se transfieren al bloque posicionado en REJ).

TRANSFER .1, , REJ (el 10% se transfieren al bloque posicionado en REJ, el 90% continua con la próxima instrucción)

TRANSFER ,REJ (Transferencia incondicional a REJ).

SIMULATE

GENERATE 5,2 * Ingreso al sistema *

ADVANCE 2,1 * Alguna actividad *

TRANSFER 0.1, ACC, REJ * Selec. Prox. Act. *

ACC TERMINATE 1 * Salida del sistema *

REJ TERMINATE 1 * Salida del sistema *

START 1000

10%

90%ACC

REJ5+-25+-25+-2 2+ -1

CLASIFICA 1000 PIEZASOjo Robótico

SIMULATE

GENERATE 5,2 * Ingreso al sistema *

ADVANCE 2,1 * Alguna actividad *

TRANSFER 0.1, ACC, REJ * Selec. Prox. Act. *

ACC TERMINATE 1 * Salida del sistema *

REJ TERMINATE * Salida del sistema *

START 1000

10%

90%ACC

REJ5+-25+-25+-2 2+ -1

Ojo RobóticoCLASIFICA HASTA QUE

1000 PIEZAS SEAN ACEPTADAS

SIMULATE

GENERATE 5,2 * Ingreso al sistema *

ADVANCE 3,1 * Alguna actividad *

TRANSFER 0.1, ACC, REJ * Selec. Prox. Act. *

ACC TERMINATE 1 * Salida del sistema *

REJ TERMINATE * Salida del sistema *

START 1000

10%

90%ACC

REJ5+-25+-25+-2 3+ -1

Ojo RobóticoEste modelo está suponiendo que el

servidor está siempre disponible!!

(o que puede atender a más de una

entidad al mismo tiempo)

Instrucción de bloque SEIZE

SEIZE se utiliza para que una transacción que ingresa registre la ocupación de un servidor. El servidor quedará ocupado hasta que la transacción ingrese a una instrucción RELEASE.

Si la unidad está ocupada, entonces las transacciones deberían esperar formando una COLA

Su sintaxis es: SEIZE A

El operando A se emplea para dar la identificación a la unidad/servidor que se ocupa (número o nombre).

Ejemplos:

SEIZE SUPERVISOR ---> Registra la ocupación de una unidad de servicio llamada SUPERVISOR

SEIZE 9 ---> Registra la ocupación de la unidad de servicio número 9.

Facilidades(facility)

Instrucción de bloque RELEASE

RELEASE se utiliza para desocupar la unidad de servicio ocupada previamente por la transacción.

Su sintaxis es : RELEASE A

El operando A indica la identificación el servidor que se libera.

Ejemplo:

RELEASE SUPERVISOR---> Indica que la transacción libera a la unidad de servicio SUPERVISOR que ocupó con anterioridad.

SIMULATEGENERATE 5,2 * Ingreso al sistema * SEIZE SUP * Ingresa al servidor SUP”ADVANCE 3,1 * Alguna actividad *RELEASE SUP * Libera el servidor SUP”TRANSFER 0.1, ACC, REJ * Selec. Prox. Act. *

ACC TERMINATE 1 * Salida del sistema *REJ TERMINATE 1 * Salida del sistema *

START 1000

3+-1

10%

90%

ACC

REJ

SUP

Instrucción de bloque ENTER/LEAVE/STORAGE

ENTER sirve para registrar el empleo de una unidad de servicio por parte de una transacción que entra, de tal forma que la unidad queda ocupada hasta que la transacción ingresa a una instrucción LEAVE.

Su sintaxis es: ENTER A

El operando A se emplea para dar la identificación a la unidad que se ocupa (número o nombre).

Su sintaxis es : LEAVE A

El operando A indica la identificación de la unidad que se libera.

Adicionalmente se puede indicar la cantidad de unidades de servicios

Idénticas. Ejemplo:

A STORAGE 5 ó STORAGE S(A), 5

Almacenamientos(storage)

SIMULATESUP STORAGE 2

GENERATE 5,2 * Ingreso al sistema * ENTER SUP * Ingresa al servidor SUP”ADVANCE 3,1 * Alguna actividad *LEAVE SUP * Libera el servidor SUP”TRANSFER 0.1, ACC, REJ * Selec. Prox. Act. *

ACC TERMINATE 1 * Salida del sistema *REJ TERMINATE 1 * Salida del sistema *

START 1000

3+-110%

90%

ACC

REJ

3+-1

SUP

Instrucción de bloque QUEUE/DEPART

Manipulan fenómenos de espera

Su sintaxis es: QUEUE A

DEPART A

El operando A se emplea para dar la identificación a la fila de espera

Siempre que este bloque sea usado, automáticamente serán impresas estadísticas.

Ejemplos:

QUEUE LINEA DEPART LINEA

QUEUE UNO DEPART UNO

GENERATE 5,2 * Ingreso al sistema *

QUEUE LINEA * Ingreso a la fila *

SEIZE SUP * Ingresa al servidor SUP

DEPART LINEA * Deja la fila LINEA *

ADVANCE 3,1 * Alguna actividad *

RELEASE SUP * Libera el servidor SUP

TRANSFER 0.1, ACC, REJ * Selec. Prox. Act. *

ACC TERMINATE 1 * Salida del sistema *

REJ TERMINATE 1 * Salida del sistema *

START 1000

3+-1

10%

90%

ACC

REJ

SUPLINEA

Ejecuta el Bloc de Notas e ingresa el código, luego guarda el archivo eligiendo la opción “todos los archivos” (no como .txt) y colócale el nombre EJEMPLO.GPS.

Para compilar y ejecutar los programas GPSSH

*PRIMER EJEMPLO

SIMULATE

GENERATE 5,1

ADVANCE 2,1

TERMINATE

START 1

END

* FIN DE CODIGO

Para compilar y ejecutar los programas GPSSH se realiza a través del siguiente comando:

C:\GPSSH>gpssh EJEMPLO.GPS

Pasos para compilar y ejecutar los programas GPSSH

Compilación y ejecución exitosa

Pasos para compilar y ejecutar los programas GPSSH

Compilación y ejecución exitosa

Pasos para compilar y ejecutar los programas GPSSH

Pueden consultar el manual de GPSS-H

C:\Manual Gpssh.pdf