Title: An approach to develop a user friendly way of implementing DEV&DESS models in powerDEVS
Other Titles: Eine benutzfreundlicher Zugang zur Implementierung von DEV&DESS-Modellen in PowerDEVS
Language: English
Authors: Preyser, Franz Josef 
Qualification level: Diploma
Advisor: Breitenecker, Felix 
Assisting Advisor: Hafner, Irene 
Issue Date: 2015
Number of Pages: 158
Qualification level: Diploma
Abstract: 
Im Bereich der Simulation von Produktionsprozessen wird neben den üblichen logistischen Aspekten das Thema Energieverbrauch immer wichtiger. Dabei entstehen sogenannte "hybride" Modelle. Dabei handelt es sich um Modelle, die sich weder rein diskret noch rein kontinuierlich beschreiben lassen. Die genaue Spezifikation hybrider Modelle sowie eine solide Handhabung in der Simulation stellen eine ausgesprochen schwierige Aufgabe dar. Gleichzeitigkeit von Ereignissen, Zustandsereignisse sowie Rückkopplungen in gekoppelten Modellen sind einige der wichtigsten Ursachen dafür. Ziel dieser Diplomarbeit ist es, zuerst formale Beschreibungsmethoden für hybride Modelle vorzustellen um danach die Implementierungsmöglichkeiten für derartige Modelle in einem konkreten Simulator zu untersuchen. Als Beschreibungsformalismus wird der auf Bernard Zeiglers Formalismen DEVS und DESS für ereignisdiskrete bzw. kontinuierliche Modelle aufbauende DEV&DESS - Formalismus von Herbert Praehofer gewählt. Eine Beschreibung dieser Formalismen ist in Kapitel 2 zu finden, wo außerdem QSS (Quantised State System) erklärt wird. QSS ist eine Sammlung von Verfahren zur ereignisdiskreten Beschreibung und numerischen Integration von kontinuierlichen Signalen und ist daher im Zusammenhang mit hybrider Modellierung von besonderem Interesse, vor allem da er dazu verwendet werden kann, kontinuierliche Modelle in ereignisdiskrete Modelle umzuwandeln. PowerDEVS ist ein Simulator, der sowohl den DEVS - Formalismus als auch QSS unterstützt und somit sehr vielversprechend im Hinblick auf die Implementierungsmöglichkeiten von hybriden Modellen ist. Da PowerDEVS in weiterer Folge verwendet wird, wird in Kapitel 3 eine Einführung in dieses open-source Simulationstool gegeben. Im 4. Kapitel wird auf diverse Problematiken eingegangen, die im Zuge der DEVS - Modellierung, speziell bei gekoppelten Systemen, auftreten. Die Ursachen dieser Probleme liegen in der korrekten Auflösung von gleichzeitigen Ereignissen in Kombination mit Rückkopplungen. Der DEVS-Formalismus überlässt diese Auflösung dem Modellierer, erzwingt jedoch keine explizite Formulierung des Modellverhaltens im Falle von gleichzeitigen Ereignissen. An diesem Schwachpunkt von DEVS setzt die Erweiterung Parallel DEVS (P-DEVS) an. Zur Simulation eines P-DEVS Modells wird jedoch ein eigener P-DEVS Simulator benötigt. PowerDEVS arbeitet jedoch mit dem ursprünglichen DEVS Formalismus. Um trotzdem die angesprochenen Probleme in den Griff zu bekommen, werden diese in Kapitel 4 schrittweise identifiziert und es werden Lösungsansätze entwickelt. Am Ende entsteht ein neuer generischer PowerDEVS Bibliotheksbaustein namens "Atomic PDEVS block", bei dessen Verwendung das Verhalten eines Modellblocks gemäß dem P-DEVS-Formalismus definiert werden kann. Unter Verwendung von QSS für die kontinuierlichen Anteile (Differentialgleichungsmodelle) werden diese in PowerDEVS ebenfalls in ereignisdiskrete DEVS Modelle umgewandelt. Somit können sowohl kontinuierlicher Anteil als auch diskreter Anteil eines hybriden Modells in PowerDEVS implementiert und simuliert werden. Jedoch existiert noch kein Bibliotheksblock mittels dem eine direkte Umsetzung eines DEV&DESS Modells in PowerDEVS möglich ist. Die Entwicklung eines solchen Bausteins namens "Atomic DEV&DESS block" ist Thema des 5. Kapitels, das mit der Implementierung eines konkreten DEV&DESS Modells unter Verwendung dieses Bausteins abschließt.

In the area of production process simulation, beside the common logistical optimisation goals, the factor energy consumption is gaining more and more importance. Since energy consumptive processes are usually described continuously, whereas logistic models are purely discrete, considering both leads to 'hybrid' models. A model is called hybrid when its behaviour neither can be described purely continuously nor purely discretely or at least, not without a lot of additional effort. The exact and well defined formulation of the behaviour of hybrid models as well as their solid handling in simulation are very challenging tasks. Concurrent events, state events, and feedback loops in coupled models are the major causes for problems. The goal of this diploma thesis is to introduce formalisms for describing hybrid models and to investigate the possibilities for implementing such models in a specific simulator. As description formalism DEV&DESS, introduced by Herbert Praehofer, has been selected. DEV&DESS is based upon the two formalisms DEVS and DESS introduced by Bernard Zeigler. Using DEVS discrete event models can be described, whereas DESS is designated for the description of continuous models. The description of these formalisms represents the first part of Chapter 2. In its second part QSS (Quantized State System) is introduced. QSS denotes a set of methods for describing and numerically integrating continuous signals in a discrete event manner. Thus, it is of interest regarding the simulation of hybrid systems as it is capable of transforming continuous models into DEVS models. The simulator PowerDEVS supports both, the DEVS formalism, and QSS. Therefore, it seems to be quite promising for implementing and simulating hybrid models. Since PowerDEVS will be used in the following chapters, an introduction is given in Chapter 3. When creating and simulating coupled DEVS models, it turns out to be a quite challenging task to formulate a DEVS description leading to exactly the intended behaviour, particularly in situations with concurrent events. This is caused by the way concurrent events are resolved in coupled DEVS. Parallel DEVS (P-DEVS) denotes an extension of DEVS which exactly addresses this drawback. However, PowerDEVS does not support the implementation of P-DEVS models. In Chapter 4 the particular problems that occur with coupled DEVS models in combination with concurrent events and feedback loops are systematically identified and a solution approach for each of them is developed. This process concludes with the definition of the generic PowerDEVS library block 'Atomic PDEVS block'. It supports model description in P-DEVS manner and is supposed to solve the problems outlined. In PowerDEVS continuous models can be created graphically as block diagrams comparable to Simulink or Dymola. However, there exists no library block which allows to implement a DEV&DESS model directly. So the topic of Chapter 5 is the development of such a generic library block named 'Atomic DEV&DESS block' which is based on the Atomic PDEVS block introduced in Chapter 4. Finally it is demonstrated how to implement a specific DEV&DESS model in PowerDEVS using the Atomic DEV&DESS block.
Keywords: Diskrete Modellbildung; DEVS; Modellbildung und Simulation in Produktion und Logistik
Discrete Modeling; DEVS; Modeling andSimulation in Production und Logistics
URI: https://resolver.obvsg.at/urn:nbn:at:at-ubtuw:1-83604
http://hdl.handle.net/20.500.12708/9211
Library ID: AC12315517
Organisation: E101 - Institut für Analysis und Scientific Computing 
Publication Type: Thesis
Hochschulschrift
Appears in Collections:Thesis

Files in this item:

Show full item record

Page view(s)

16
checked on May 25, 2021

Download(s)

83
checked on May 25, 2021

Google ScholarTM

Check


Items in reposiTUm are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.