Моделирование – создание и анализ системы-заместителя, которая повторяет основные характеристики исходной, но позволяет снизить расходы (времени или денег) требуемые для проведения экспериментов. Реализация имитационной модели. Блок-схема алгоритма.
При низкой оригинальности работы "Имитационное моделирование процесса работы регулировочного участка", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
Из накопителя агрегаты прошедшие первичную регулировку, поступают попарно на вторичную регулировку, которая выполняется в среднем за 30 мин, а не прошедшие первичную регулировку поступают на полную, которая занимает 100 мин для одного агрегата. В качестве цели моделирования выберем изучение функционирования системы, а именно оценивание ее характеристик с точки зрения эффективности работы системы, т.е. будет ли обеспечено безотказное обслуживание поступающих агрегатов. Формализовав процесс функционирования исследуемой системы в абстракциях Q-схемы, на втором этапе алгоритмизации модели и ее машинной реализации выберем язык имитационного моделирования, потому что высокий уровень проблемной ориентации языка значительно упростит программирование, а специально предусмотренные в нем возможности сбора, обработки и вывода результатов моделирования позволят быстро и подробно проанализировать возможные исходы имитационного эксперимента с моделью. Вероятность отказа в первичной регулировке и загрузку накопителя агрегатами, нуждающимися в полной регулировке, параметры и ввести в систему накопитель, обеспечивающий безотказное обслуживание поступающих агрегатов. количество поступающих агрегатов на полную регулировку будет меньше, чем на первичной регулировке, так как время, затрачиваемое на обработку агрегатов на полной регулировке, равно 100 минут, тогда как на первичной регулировке затрачивается 30 минут, а также на первичную регулировку агрегаты поступают попарно, а на полную по одному.Целью данного курсового проекта было: научиться использовать язык моделирования GPSS World для исследования процедур и разработки имитационных проектов сложных технических объектов, представленных как системы массового обслуживания (СМО), и применять технологии имитационного моделирования от постановки задачи до принятия решений по результатам моделирования.
Введение
Созданию системы, действующей в реальном мире, предшествует моделирование - создание и анализ системы-заместителя, которая повторяет основные характеристики исходной, но позволяет снизить расходы (времени или денег) требуемые для проведения экспериментов.
Разнообразие форм моделирования требует построения их классификации. Обычно модели делят на мысленные и материальные. Методы материального моделирования подразделяют на следующие группы: 1) Натуральное моделирование - эксперимент на самом исследуемом объекте, который при специально подобранных условиях опыта служат моделью самого себя;
2) Физическое моделирование - эксперимент на специальных установках, сохраняющих природу явлений, но воспроизводящим их в количественно измененном масштабированном виде;
3) Математическое моделирование - использование моделей, по физической природе отличающихся от моделируемых объектов, но имеющих сходное математическое описание.
Среди математических моделей, позволяющих адекватно описать и проводить анализ широкого класса систем, следует выделить имитационные модели. В процессе преобразования наших знаний о системе в ее математическую модель нужно определить назначение модели;
- определить, какие компоненты должны быть включены в состав модели;
- определить параметры и переменные, относящиеся к этим компонентам;
Процесс проектирования модели, проверки ее адекватности, проведения экспериментов и формулирования выводов связан с конкретным назначением модели. После того, как определена цель, для которой потребовалось создание модели, наступает этап определения необходимого набора компонентов, влияющих как положительно, так и отрицательно на эффективность ее работы. Затем решается вопрос, следует ли включать тот или иной компонент в состав модели. С одной стороны, стремимся сделать модель как можно проще, (упростить формулировку, повысить эффективность моделирования), с другой - получить более точную модель.
В данной курсовой работе используется среда моделирования GPSS. GPSS - General Purpose Simulating System - общецелевая моделирующая система, предназначенная для решения задач по моделированию работы всевозможных систем массового обслуживания.
Система массового обслуживания (СМО) - это система, в которой выполняется ряд операций (действий) по обслуживанию случайного потока заявок (требований на обслуживание). В GPSS заявку называют транзактом.
Сущность машинного моделирования СМО состоит в проведении на ЭВМ эксперимента с моделью этой системы. Машинная модель СМО - это программа, составленная на языке GPSS, которая описывает поведение элементов системы в процессе ее работы. Результатом прогона этой программы на ПЭВМ является статистика - данные о модели, полученные в результате машинных расчетов по составленной и отлаженной программе. Анализ статистики позволяет уточнить исходную программу. Моделирование заканчивается, когда полученная машинная модель адекватна реальной системе массового обслуживания.
Постановка задачи
На регулировочный участок цеха через случайные интервалы времени поступают по два агрегата в среднем через каждые 30 мин. Первичная регулировка осуществляется на двух агрегатах одновременно и занимает около 30 мин. Если в моменты прихода агрегатов предыдущая партия не была обработана, поступившие агрегаты на регулировку не принимаются. Агрегаты после первичной регулировки получившие отказ, поступают в промежуточный накопитель. Из накопителя агрегаты прошедшие первичную регулировку, поступают попарно на вторичную регулировку, которая выполняется в среднем за 30 мин, а не прошедшие первичную регулировку поступают на полную, которая занимает 100 мин для одного агрегата. Все величины, заданные средними значениями, распределены экспоненциально.
Смоделировать работу участка в течение 100 ч. Определить: • вероятность отказа в первичной регулировке;
• загрузку накопителя агрегатами, нуждающимися в полной регулировке.
Анализ и выбор метода моделирования
Необходимо исследовать работу регулировочного участка, состоящего из первичной, вторичной и полной регулировок, а также агрегатов поступающих на регулировку. В качестве цели моделирования выберем изучение функционирования системы, а именно оценивание ее характеристик с точки зрения эффективности работы системы, т.е. будет ли обеспечено безотказное обслуживание поступающих агрегатов. С учетом имеющихся ресурсов в качестве метода решения задачи выберем метод имитационного моделирования, позволяющий не только анализировать характеристики модели, но и проводить структурный, алгоритмический и параметрический синтез модели на ЭВМ при заданных критериях оценки эффективности и ограничениях.
В качестве критерия оценки эффективности процесса функционирования системы целесообразно выбрать вероятность отказа в первичной обработке вследствие переполнения очереди, которая должна быть минимальной, при этом загрузка УПД и каждой ЭВМ должна быть максимальной.
Экзогенные (независимые) переменные модели: время первичной обработки;
время вторичной обработки;
время полной обработки;
количество обрабатываемых агрегатов на каждой регулировке;
Эндогенные (зависимые) переменные модели: вероятность отказа в первичной регулировке;
загрузка накопителя агрегатами, нуждающимися в полной регулировке;
При построении математической имитационной модели процессов функционирования системы будем использовать непрерывно-стохастический подход на примере типовой Q-схемы, потому что исследуемая система может быть представлена как система массового обслуживания с непрерывным временем обработки параметров. Формализовав процесс функционирования исследуемой системы в абстракциях Q-схемы, на втором этапе алгоритмизации модели и ее машинной реализации выберем язык имитационного моделирования, потому что высокий уровень проблемной ориентации языка значительно упростит программирование, а специально предусмотренные в нем возможности сбора, обработки и вывода результатов моделирования позволят быстро и подробно проанализировать возможные исходы имитационного эксперимента с моделью. Для получения полной информации о характеристиках процесса функционирования системы необходимо будет провести полный факторный эксперимент, который позволит определить, насколько эффективно функционирует система, и выдать рекомендации по ее усовершенствованию.
Анализ моделируемой системы
Перед началом анализа моделируемой системы, проведем анализ исходных данных. Исходя из условия задачи в данной СМО можно выделить: 1) входные данные: На регулировочный участок цеха через случайные интервалы времени поступают по два агрегата в среднем через каждые 30 мин, распределенных экспоненциально.
2) внутренние данные
В системе моделирования регулировочного участка по заданию необходимо: два прибора (первичная и вторичная, которая может быть также полной), промежуточный накопитель (для агрегатов, получивших отказ в первичной обработке), накопитель для деталей, прошедших первичную обработку.
3) выходные данные
Вероятность отказа в первичной регулировке и загрузку накопителя агрегатами, нуждающимися в полной регулировке, параметры и ввести в систему накопитель, обеспечивающий безотказное обслуживание поступающих агрегатов.
Для заполнения пробелов в понимании задачи исследования, а также проверки возможных результатов моделирования при проведении машинного эксперимента выдвигаем следующие гипотезы: количество первичных и вторичных обработок будет одинаково, так как они выполняются последовательно;
количество поступающих агрегатов на полную регулировку будет меньше, чем на первичной регулировке, так как время, затрачиваемое на обработку агрегатов на полной регулировке, равно 100 минут, тогда как на первичной регулировке затрачивается 30 минут, а также на первичную регулировку агрегаты поступают попарно, а на полную по одному.
На основе анализа исходных данных и выдвинутых гипотез можно сделать вывод о том, что процессы, происходящие в моделируемой системе, являются процессами массового обслуживания, поэтому эти процессы целесообразно описать на языке Q-схем и разработать концептуальную модель. Концептуальная модель отображает основные элементы системы массового обслуживания: источник заявок, приборы, очереди и связи между ними. Кроме того, концептуальная модель содержит основные параметры элементов системы массового обслуживания, например, название прибора и время задержки транзакта в нем. Для данной задачи концептуальная модель выглядит следующим образом:
Рис. 1. Концептуальная модель
Описание Q-схемы: В системе имеется источник заявок, имитирующий поступление агрегатов. Если прибор первичной регулировки не занят, то партия поступает на регулировку, если занят - то в промежуточный накопитель. После первичной регулировки партия из 2 агрегатов поступает в накопитель, а с него на вторичную регулировку. Детали, не проходившие первичную регулировку (т.е. детали из промежуточного накопителя), поступают на прибор вторичной обработки, но регулировку проходит на нем полная. После вторичной (полной) регулировки агрегаты покидают систему. Приборы в системе используются многоканальные, накопитель используются без оговоренной размерности.
Реализация имитационной модели
Для машинной реализации имитационной модели составим блок-схему, представленную на рис.2, а по ней и алгоритм решения.
Рис.2. Блок-схема алгоритма
Далее представлен алгоритм, написанный на языке GPSS, с подробным описанием каждой команды: моделирование алгоритм имитационный
1. функция для задания экспоненциального распределения EXPO FUNCTION RN1,C12 ;
21. подсчитать общее количество отрегулированных агрегатов SAVEVALUE OBSH ,1
22. поместить в ячейку памяти значение вероятности SAVEVALUE VEROYAT,V$VER
23. удалить транзакт TERMINATE
24. указать, что на отказ поступила партия из 2 агрегатов OTKAZ SAVEVALUE OTK ,2
25. создать копию транзакта, чтобы в поступившей партии было 2 агрегата SPLIT 1
26. занять промежуточный накопитель, для агрегатов, получивших отказ в первичной обработке QUEUE PROMNAK
27. занять прибор вторичной регулировки ENTER VTORREG,P1
28. покинуть промежуточный накопитель DEPART PROMNAK
29. отправить на полную (вторичную) регулировку TRANSFER,REGUL
30. время работы участка - 100 часов GENERATE 6000
31. конец программы TERMINATE 1
Организация экспериментов
План экспериментального моделирования на ЭВМ представляет собой метод получения с помощью эксперимента необходимой информации.
Экспериментальное моделирование на ЭВМ требует затрат труда и времени экспериментатора, а также затрат времени ЭВМ. Поэтому целесообразно иметь план, позволяющий извлекать из каждого эксперимента максимально возможное количество информации. Основная цель - изучение поведения моделируемой системы при наименьших затратах. Поэтому планировать и проектировать нужно не только модель, но и процесс ее использования, т.е. проведение на ней экспериментов.
Планирование выгодно в двух отношениях: 1) позволяет уменьшить число необходимых испытаний и тем самым повысить экономичность эксперимента;
2) служит структурной основой процесса исследований.
Рассматриваются вопросы стратегического планирования, т.е. получение желаемой информации при минимальных затратах и тактического планирования - определение способов проведения испытаний. Этот этап планирования связан с решением задач двух типов: 1) определение начальных условий в той мере, в какой они влияют на достижение установившегося режима;
2) возможно большим уменьшением дисперсии решений при одновременном сокращении размеров выборки.
Первая связана с тем, что модель носит искусственный характер, хорошо подобранные начальные условия уменьшают время переходного процесса; а вторая связана с необходимостью оценки точности результатов эксперимента и степени надежности заключений или выводов.
Результаты, полученные после запуска нашей программы представлены на рис.3.
Рис.3. Результаты экспериментов
Оценка адекватности модели
Согласно заданию, необходимо определить вероятность отказа в первичной регулировке и загрузку накопителя агрегатами, нуждающимися в полной регулировке. Определить параметры и ввести в систему накопитель, обеспечивающий безотказное обслуживание поступающих агрегатов.
Вероятность отказа в первичной регулировке = 1.593
Вероятность больше 1 показывает, что прибор вторичной (полной) обработки не справляется с загрузкой.
Загрузку накопителя агрегатами, нуждающимися в полной регулировке: - максимальное количество агрегатов в очереди = 153
- среднее значение = 153
Для безотказного обслуживания поступающих агрегатов, необходимо поставить накопитель на 153/2=72,5. Округляем до 73 агрегатов.
Вывод
Целью данного курсового проекта было: научиться использовать язык моделирования GPSS World для исследования процедур и разработки имитационных проектов сложных технических объектов, представленных как системы массового обслуживания (СМО), и применять технологии имитационного моделирования от постановки задачи до принятия решений по результатам моделирования. Поставленная цель выполнена. Также смоделирована работа участка в течение 100 ч и определены: • вероятность отказа в первичной регулировке;
• загрузка накопителя агрегатами, нуждающимися в полной регулировке.
По полученным результатам моделирования предоставлены следующие рекомендации: Для безотказного обслуживания поступающих агрегатов, необходимо поставить накопитель на 73 агрегата.
Список литературы
1. Алтаев А.А. Имитационное моделирования на языке GPSS: методическое пособие. - Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2012. - 77 с.
