Objektorientierte Prozeßsimulation in C++

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1 Joachim Fischer Klaus Ahrens Objektorientierte Prozeßsimulation in C++ SUB Göttingen A24564 ADDISON-WESLEY PUBLISHING COMPANY Bonn Reading, Massachusetts Menlo Park, California New York Don Mills, Ontario Harlow, England Amsterdam Milan Sydney Tokyo Singapore Madrid San Juan Seoul Mexico City Taipei, Taiwan

2 Inhaltsverzeichnis Teil I Grundlagen der Simulation 1 Systeme, Modelle, Modellbildung, Simulation: Ein Überblick Allgemeines Anliegen von Systemanalyse, Modellbildung und Computersimulation Computersimulation als Problemlösungsprozeß Anwendungsaspekte der Computersimulation Objektorientierte Modellbildung Begriffsbildungen Konzepte der Modellbildung Strukturgetreue Modellierung Objektorientierte Modellierung Systemorientierte und objektorientierte Modellierung Ein Beispiel: Simulation einer Tankerflotte 53 2 Mathematische Beschreibung von Modellen Ereignismodelle Ereigniskonzept Rolle von Wahrscheinlichkeit und mathematischer Statistik bei der Modellierung dynamischer Systeme Differential- und Differenzengleichungen Klassifikation und Lösung Typen von Differentialgleichungen Systeme von Differentialgleichungen Lösungen Stabile Lösungen : Differenzengleichungen Zustandsraumanalyse und Stabilität 82 3 Grundlegende Simulationstechniken Numerische Integration Die Simulation von Zufall Erzeugung von [O,l]-Zufallszahlen der Gleichverteilung 98 '3.2.2 Zufallszahlengenerierung anderer Verteilungen Methoden der diskreten Ereignissimulation 102 es

3 8 Inhaltsverzeichnis Ereignis-sc/zerfw/fng-Methode Prozeßorientierte sc/iedwzmg-methode Analyse von Ausgabedaten Mittelwert, Standardabweichung, Streuung Analyse von Zusammenhängen 113 Teil II C++ als Modellierungssprache 4 Objektorientierte Modellierung mit C Entwicklung der Sprache C Objektorientierte Programmierung in C Klassen und Objekte Vererbung Dynamische Typerkennung Ein portables Koroutinenkonzept für C Motivation und Vorarbeiten Implementierungsdetails Die C++-Basisprozeßbibliothek process Aufbau hierarchischer Bibliotheken Prozesse der Prozeßbibliothek Das scfeeduzing-verfahren im Überblick Die Klasse Process Sc/ieduZmg-Funktionen von Process Prozeßverkettung und Synchronisation Das Memo- Verkettungsprinzip Kaskadierung von Prozessen Kommunikationspuffer Modellzeit und Timer ' Allgemeine Synchronisation von Prozessen Verwendung statischer Prozeßobjekte 220 Teil III Zeitdiskrete Simulation 6 Die Klassenbibliothek statistics Beobachtung und Kennwertebestimmung von Modellvariablen 225

4 Inhaltsverzeichnis Erzeugung von Pseudozufallszahlen Zufallsgrößen diskreter Verteilungen Zufallsgrößen stetiger Verteilungen Beispiele Anwendung der Normalverteilung Implementierung eines Generators zur Dreiecksverteilung Zeitdiskrete Simulation mit ödem Einführung odem-prozesse Prozeßverwaltung Freispeicherverwaltung für dynamische Objekte Prozeßwarteschlangen Geteilte Nutzung von Ressourcen ; Die Klasse Res Die Klasse Bin Die Klasse Waitq Die Klasse Condq Zyklische Generierung von Prozessen Initialisierung und Endebehandlung in ödem Initialisierung Endebehandlung Allgemeine Trace-, Report- und List- Möglichkeiten Anwendungsbeispiele Transportproblem (Anwendung von Condq und Waitq) Recyclinghof (Anwendung von Res, Bin und Waitq) 283 Teil IV Zeitkontinuierliche und kombinierte Simulation 8 Die Klassenbibliothek cadsim zur Simulation zeitkontinuierlicher Prozesse Modellierung und Realisierung zeitkontinuierlicher Prozesse Die Klasse Continuous Die member-funktion derivatives Die member-funktion take_a_step Die member-funktion integrate 301

5 10 Inhaltsverzeichnis Benutzung von Continuous als Process Einrichtung zeitkontinuierlicher Prozesse Datenerfassung zeitkontinuierlicher Zustandsänderungen Trace-Ausgabe Datensammlung mit Graph Graphische Darstellung kontinuierlicher Zustandsgrößen Kombinierte Simulation mit cadsim Prozeßsynchronisation Kopplungen von Continuous- und Discrete-Objekten Kopplungen von zeitkontinuierlichen Prozessen Anwendungsbeispiele von cadsim Tiefofen Chemische Reaktoren Tankerflotte 341 Literatur.351 Stichwortverzeichnis 353