Моделирование систем транспортного цеха

Размещено на http://www.allbest.ru/

10

Санкт-Петербургский Государственный Университет Телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича

Курсовая работа

по дисциплине: Моделирование систем

Выполнили:

студентки группы

ИСТ-71

Белокурова М.А.

Криволапова О.С.

Проверил:

Кутузов О.И.

Санкт-Петербург 2009 г.

Аннотация

Задачей моей курсовой работы является разработка имитационной модели работы транспортного цеха. Главная ценность имитационного моделирования состоит в том, что в его основу положена методология системного анализа. Она дает возможность исследовать проектируемую или анализируемую систему по технологии операционного исследования, включая такие взаимосвязанные этапы, как содержательная постановка задачи; разработка концептуальной модели; разработка и программная реализация имитационной модели; планирование экспериментов; принятие решений и разработка рекомендаций по реализации моделируемой системы. Благодаря этому имитационное моделирование можно применять как универсальный подход для принятия решений в условиях неопределенности и для учета в моделях трудно формализуемых факторов.

Целью моей работы является определение частоты пустых перегонов грузовиков между филиалами А и В, В и С с возможностью дальнейшей ее минимизации.

Содержание

1. Задание

2. Построение концептуальной модели

2.1 Анализ задачи

2.2 Формализация

2.3 Описание переменных и констант

2.4 Расчетные данные

3. Разработка моделирующего алгоритма

3.1 Блок-схема обобщенного алгоритма имитации

3.2 Блок-схемы частных алгоритмов имитации

4. Программная реализация моделирующего алгоритма

5. Проведение численных экспериментов

6. Анализ и интерпретация результатов

7. Рекомендации по реализации моделируемой системы

Список используемой литературы

1. Задание

Транспортный цех объединения обслуживает три филиала А, В и С. Грузовики перевозят изделия из А в В и из В в С, возвращаясь затем в А без груза. Погрузка в А занимает 20 мин, переезд из А в В длится 30 мин, разгрузка и погрузка в В -- 40 мин, переезд в С -- 30 мин, разгрузка в С -- 20 мин и переезд в А -- 20 мин. Если к моменту погрузки в А и В отсутствуют изделия, грузовики уходят дальше по маршруту. Изделия в А выпускаются партиями по 1000 шт. через 20±3 мин, в В -- такими же партиями через 20±5 мин. На линии работает 8 грузовиков, каждый перевозит 1000 изделий. В начальный момент все грузовики находятся в А.

Смоделировать работу транспортного цеха объединения в течение 1000 ч. Определить частоту пустых перегонов грузовиков между А и В, В и С.

2. Построение концептуальной модели

2.1 Анализ задачи

Как уже было сказано выше - целью данной курсовой работы является разработка имитационной модели работы транспортного цеха. С последующим определение частоты пустых перегонов грузовиков между филиалами А и В, В и С, которые уезжают без груза. Также требуется промоделировать работу транспортного цеха на протяжении 1000 часов.

Рис. 1. Структурная схема процесса функционирования.

Название объекта	Описание объекта
t =20+-3	Время поступления изделий в филиал А
t=20+-5	Время поступления изделий в филиал В
1	Переезд грузовиков из филиала А в филиал В
2	Переезд грузовиков из филиала В в филиал С
3	Переезд грузовиков из филиала С в филиал А.

Таким образом, входным потоком будут изделия, выпускающиеся в филиале А и филиале В, а выходным - пустые грузовики.

Критерием эффективности данной модели будет частота пустых перегонов грузовиков между филиалами А и В, В и С. Таким образом, чем меньше будет пустых грузовиков переезжающих из А в В, и из В в С, тем эффективней будет разработанная модель системы.

Предварительный расчет:

Предположим, что грузовики в стационарном режиме (т.е. достаточно времени спустя от начала процесса) движутся без пустых перегонов. Тогда один грузовик делает один круг за время, равное 160 минутам, т.к. 30 + 30 + 20 = 80 мин уходит на переезды между пунктами, и 20 + 40 + 20 = 80 мин - на погрузку и разгрузку в пунктах А, В и С. Итого время на один круг маршрута составляет 80 + 80 = 160 мин.

За 160 мин грузовик перевезет тогда 2 партии изделий, одну партию - в среднем за 80 мин. Следовательно, 8 грузовиков будут перевозить одну партию в среднем за 80/8 = 10 мин. Это время равно среднему времени между выпуском партий изделий: в пункте А партии выпускаются в среднем через 20 мин, и так же в пункте В. Вместе два пункта выдают одно изделие в среднем через 10 мин.

Таким образом, восьми грузовиков достаточно, чтобы успевать перевозить все производимые изделия (при условии, что грузовики не делают пустых перегонов). Очевидно, что если будут пустые перегоны, то грузовики не будут успевать развозить груз, и он будет накапливаться в пунктах его производства.

Обратим внимание на то, что интенсивность выпуска партий и интенсивность их перевозки -- при условии отсутствия пустых перегонов -- в точности одинаковы. Это напоминает ситуацию, когда в СМО коэффициент загрузки равен единице. Поэтому можно предположить, что рассматриваемая система перевозок будет иметь соответствующую специфику, то есть что стационарный режим для нее существует, но средняя длина очереди (в данном случае - число не перевезенных партий) равна бесконечности. Практически наличие такого стационарного режима означало бы, что мы можем моделировать только переходный процесс, т.к. длительность последнего бесконечна. В таком случае реальная система никогда не войдет в стационарный режим, хотя он (аналитически) существует. В аналитическом смысле система войдет в стационарный режим лишь через время, равное бесконечности.

Если высказанное предположение подтвердится, то необходимо будет рассмотреть возможность создания некоторого резерва для ресурса перевозок, т.е. для снижения загрузки системы.

2.2 Формализация

Данная модель может быть разработана с использованием любых типовых схем моделирования. Но лучше всего при разработки данной модели использовать математическую Q-схему, так как она предназначена для описания систем массового обслуживания.

Q-схема относится к непрерывно-стохастическим моделям, где непрерывность определяется реальным временем функционирования модели, а стохастичность случайными характеристиками входных потоков.

Базовой математикой является теория массового обслуживания и теория очередей, использующие аппарат теории вероятности и свойства агрегативности у моделей обработки очередей.

Элементарная Q-схема имеет 2 компонента:

1. накопитель, характеризующий обработку приема потока заявок.

2. канал обслуживания, описывающий обработку потока заявок в соответствии с информацией потока обслуживания.

Выходная информация определяется целями моделирования и не зависит от алгоритмов обработки входных потоков.

Рис. 2. Структурная схема модели в символике Q-схем.

Таблица определений.

Название объекта	Описание объекта
НА	Филиал А, является накопителем
НВ	Филиал В, является накопителем
НС	Филиал С, является накопителем
К1, К2, К3, К4, К5, К6, К7, К8	Перевоз груза (емкость - 1000 изделий)

2.3 Описание переменных и констант

Исходные данные:

Выпуск изделий в А - 20±3 мин

Выпуск изделий в В - 20±5 мин

Количество грузовиков - 8

Погрузка в А - 20 мин

Погрузка в В - 20 мин

Разгрузка в В - 20 мин

Разгрузка в С - 20 мин

Переезд из А в В - 30 мин

Переезд из В в С - 30 мин

Переезд из С в А - 20 мин

Емкость одного грузовика - 1000 изделий

Объем партии - 1000 изделий

Время работы транспортного цеха - 1000 часов = 60000 мин

Выходные данные:

Количество пустых прогонов - EMTY

Количество погрузок - POGR

Количество разгрузок - RAZGR

Не перевезенные партии в филиале A - X1

Не перевезенные партии в филиале В - X2

Вспомогательные данные:

Количество произведенных партий в филиале А - X1

Количество произведенных партий в филиале В - X2

Значение параметра транзакта - P1

Число грузовиков, прибывших в филиал А и проверивших наличие в нем груза - N3

Число грузовиков, заставших в филиале А груз и, соответственно, загруженных - N4

Число грузовиков, прибывших в филиал В и проверивших наличие в нем груза - N12

Число грузовиков, заставших в филиале В груз и, соответственно, загруженных - N13.

2.4 Расчетные данные

Количество пустых перегонов - EMTY

Время работы транспортного цеха - 1000 часов

Частота пустых перегонов определяется по формуле:

3. Разработка моделирующего алгоритма

3.1 Блок-схема обобщенного алгоритма имитации

3.2 Блок-схемы частных алгоритмов имитации

Блок-схема алгоритма работы филиала А.

Блок-схема алгоритма работы филиала В.

4. Программная реализация моделирующего алгоритма

Начальный момент времени все блоки GENERATE начинают выполняться одновременно. Поэтому во всех сегментах модели (разделенных комментариями) транзакты движутся - в модельном времени - одновременно. Взаимодействия между первым и вторым сегментами осуществляются через ячейки X1 и X2. Во втором сегменте эти ячейки пополняются (товар производится), в первом их содержимое разбирается транзактами (продукция развозится). В первом сегменте из блока GENERATE одновременно выходит 8 транзактов в нулевой момент времени. Но логически один из них приходит в блок TEST прежде других (хотя и в один и тот же момент времени). Он может «забрать груз». Следующий транзакт, приходящий в тот же момент модельного времени, но логически после первого, может «не застать груз» и из блока BEG TEST сразу уйти «в путь к В».

Ячейки X1 и X2 общедоступны для всех транзактов, как и продукция в филиалах А и В является общей для всех грузовиков. Значения этих двух ячеек изменяются в блоках SAVEVALUE. Значение параметра транзакта P1 у каждого транзакта свое, как и состояние каждого грузовика - индивидуальное.

5 EMPTY VARIABLE N3-N4+N12-N13; число пустых перегонов

10 GENERATE 8; выход 8-ми грузовиков

20 ASSIGN 1,0; помечаем грузовики как пустые

30 BEG TEST G X1,0,GOTOB ;проверка наличия груза в филиале А

40 SAVEVALUE 1-,1; забрать груз для погрузки

50 ADVANCE 20; погрузка 20 мин

60 ASSIGN 1,1; помечаем: грузовик с грузом

70 GOTOB ADVANCE 30; 30 мин переезд в филиал В

80 RAZGR TEST G P1,0,POGR; проверка: нужно разгружаться?

90 ADVANCE 20; разгрузка 20 мин

100 ASSIGN 1,0; помечаем: грузовик пуст

110 POGR TEST G X2,0,GOTOC ; проверка наличия груза в филиале В

120 SAVEVALUE 2-,1; забрать груз для погрузки

130 ADVANCE 20; погрузка 20 мин

140 ASSIGN 1,1; помечаем: грузовик с грузом

150 GOTOC ADVANCE 30; 30 мин переезд в филиал С

160 TEST G P1,0,GOTOA; проверка: нужно разгружаться?

170 ADVANCE 20; разгрузка 20 мин

180 ASSIGN 1,0; помечаем: грузовик пуст

190 GOTOA ADVANCE 20; 20 мин переезд в филиал А

200 TRANSFER ,BEG; начинаем новый круг

Производство перевозимой продукции:

210 GENERATE 20,3; выпуск партий в филиале А

220 SAVEVALUE 1+,1; число партий - в ячейке X1

230 TERMINATE

240 GENERATE 20,5; выпуск партий в филиале В

250 SAVEVALUE 2+,1; число партий - в ячейке X2

260 TERMINATE

Таймер для останова процесса моделирования:

270 GENERATE 60000; 1000 часов = 60000 минут

280 TERMINATE 1

5. Проведение численных экспериментов

Результаты программы при начальных условиях:

START TIME END TIME BLOCKS FACILITIES STORAGES

0.000 60000.000 28 0 0

NAME VALUE

EMPTY 21.000

X1 2.000

X2 1.000

POGR 5997.000

RAZGR 5993.000

Частота пустых перегонов равна 0,021 пустых перегонов в час.

Результаты программы при условии, что грузовики выходят друг за другом через 20 минут:

START TIME END TIME BLOCKS FACILITIES STORAGES

0.000 60000.000 28 0 0

NAME VALUE

EMPTY 9.000

X1 5.000

X2 4.000

POGR 5991.000

RAZGR 5987.000

6. Анализ и интерпретация результатов

транспортный перевозка моделирование

Большое число пустых перегонов обусловлено тем, что все восемь грузовиков выходят их филиала А одновременно. Конечно, это довольно нелепо - отправлять работать сразу восемь грузовиков, зная заранее, что для перевозки будет готова максимум одна партия изделий.

Поэтому посмотрим, что будет, если мы будем выпускать грузовики в рейс один за другим с интервалом в 20 мин, - т.е. через такое время, которое в среднем нужно для выпуска новой партии продукции.

Для этого в блок GENERATE 8 внесем изменение - запишем его как GENERATE 20,8, что соответствует выходу грузовиков друг за другом через 20 мин.

Моделируя этот вариант расписания, находим, что число пустых перегонов сократилось почти в 2 раза.

7. Рекомендации по реализации моделируемой системы

Моделируя вариант расписания, когда грузовики выходят из филиала А каждый через 20 минут, видим, что число пустых перегонов сократилось. Но число не перевезенных партий в среднем несколько возрастает, очевидно, по причине, что каждый грузовик в среднем вышел более чем на час позже, чем в первом варианте.

Можно разрабатывать десятки вариантов модели перевозки грузов по филиалам А, В и С. Например, вариант, когда грузовики в пунктах А и В, не обнаруживая груза, останавливаются до тех пор, пока груз не появится. Но и в этом случае со временем будут расти как число пустых перегонов, так и число не перевезенных партий продукции.

Продолжая такие поиски стратегий, убеждаемся, что ни одна стратегия не позволяет полностью исключить накопление числа пустых перегонов и числа не перевезенных партий. При этом наблюдаем такую закономерность, что некоторое снижение числа пустых перегонов, достигаемое в какой-либо конкретной стратегии, вызывает рост не развезенной продукции. Практические рекомендации, вытекающие из этих опытов, оказываются довольно тривиальными. Они сводятся к следующему:

· Грузовики следует выпускать через 20 мин друг за другом.

· Время от времени могут понадобиться дополнительные рейсы грузовиков, чтобы развезти накопившуюся продукцию в филиалах А и В.

Список используемой литературы

1. О.И. Кутузов, Т.М. Татарникова, К.О. Петров, Распределенные информационные системы управления: пособие по курсовому проекту/СПбГУТ, 2003 г.

2. О.И. Кутузов, Т.М. Татарникова, Моделирование телекоммуникационных сетей: учебное пособие/СПбГУТ, 2001 г.

3. Воронцова Е. В, Методические указания для выполнения лабораторной работы по дисциплине «Криптографические методы защиты»/Тольятти, 2005 г.

Размещено на Allbest.ru