РЕФЕРАТ

Курсова робота: пояснювальна записка: 34 с., 6 рис., 8 табл., 5 джерел, 1 додаток.

ІМІТАЦІЙНЕ МОДЕЛЮВАННЯ, ПРОГРАМА, ОЦІНКА ТОЧНОСТІ, СИСТЕМА МАСОВОГО ОБСЛУГОВУВАННЯ, КОМПЛЕКТУВАЛЬНИЙ КОНВЕЄР, GPSS WORLD, Q-СХЕМА.

Об`єкт дослідження – комплектувальний конвеєр.

Мета роботи – визначення ймовірності пропуску секції, максимальних та середніх черг, а також економічну доцільність на переходу роботи конвеєра на інший режим роботи.

Метод дослідження – імітаційне моделювання, завдяки якому створено імітаційну модель комплектувального конвеєра відповідно до постановки задач. Дослідження здійснювалося з використанням пакета програм моделювання GPSS World, який є найбільш ефективним для імітаційного моделювання подібних систем.

Імітаційна модель була створена технічному засобі із операційною системою Windows 10, процесором Intel(R) Core(TM) i7 та 16 ГБ ОЗУ. Обсяг програми становить 11 Кб, час виконання – 0,08 секунди.

Результати роботи можуть бути використані на підприємстві де є комплектувальні конвеєри з подібною структурою.

ЗМІСТ

Вступ………………………………………………………………………………….6

1 Опис об'єкта моделювання та постановка завдання……………………………...8

2 Розробка концептуальної моделі та її формалізація……………………………...9

2.1 Структурна схема моделі системи та її опис…………………………….9

2.2 Q-схема системи та її опис………………………………………………..9

3 Алгоритмізація та машинна реалізація моделі………………………………….11

3.1 Вибір методу моделювання……………………………………………...11

3.2 Вибір програмних засобів моделювання……………………………….11

3.3 Опис моделювального алгоритму………………………………….…...13

3.4 Розробка блок-діаграми……………………………………………….....14

4 Планування машинного експерименту………………………………………….16

4.1 Планування машинного експерименту………………………………...16

4.2 Аналіз результатів моделювання………………………………………..21

4.3 Можливі варіанти з вдосконалення характеристик системи………….21

Висновки……………………………………………………………………………23

Перелік джерел……………………………………………………………………...24

Додаток. Опис програм…………………………………………………………….25

ВСТУП

З давніх давен людина використовує моделювання для дослідження об'єктів, процесів та явищ у різних галузях своєї діяльності. Результати цих досліджень допомагають визначити й покращити характеристики реальних об'єктів та процесів, краще зрозуміти сутність явищ та пристосуватись до них або керувати ними, конструювати нові та модернізувати старі об'єкти. Моделювання допомагає людині приймати обґрунтовані рішення та передбачати наслідки своєї діяльності. Поняття комп'ютерного моделювання відображає використання в цьому процесі комп'ютера, як потужного сучасного засобу опрацювання інформації. Завдяки комп'ютеру істотно розширено межі застосування моделювання, а також забезпечено всебічний аналіз отриманих результатів.

Сьогодні дуже гостро постає питання ефективності використання ресурсів, як матеріальних так і трудових. Майже у кожному цеху, заводі, виробничому підприємстві є конвеєра, які використовуються для переміщення деталей, комплектів і тощо. Тому дуже важливо перед тим, як відкривати підприємство, змоделювати роботу конвеєра, щоб мінімізувати пропуски секцій, черги, а також вибрати необхідний інтервал ходу конвеєра.

В якості основних методів вирішення таких здач використовуються імітаційне моделювання. Основною перевагою імітаційного моделювання є можливість дослідження більш складних об’єктів. Імітаційні моделі дозволяють досить просто враховувати такі фактори як наявність дискретних і неперервних елементів, нелінійні характеристики елементів об’єкта, численні випадкові впливи та інші, які часто створюють труднощі при аналітичних дослідженнях.

Методи імітаційного моделювання дозволяють зібрати необхідну інформацію про поведінку системи шляхом створення її комп'ютерної моделі. Ця інформація використовується потім для проектування системи. Імітаційне моделювання дає можливість тестувати різні ідеї, «програючи» їх на комп'ютерній моделі, що набагато дешевше, ніж проводити безліч випробувань і виправлень помилок на реальних процесах.

Об’єктом моделювання в даній курсовій роботі виступає конвеєр складального цеху, на якому виконується комплектація. За заданим словесним описом системи потрібно побудувати її модель та за допомогою засобів імітаційного моделювання дослідити.

Метою роботи є визначення ймовірності пропуску секції, максимальних та середніх черг, а також економічну доцільність на переходу роботи конвеєра на інший режим роботи.

1 Опис об'єкта моделювання та постановка завдання

На комплектувальний конвеєр складального цеху кожні 5 ± 1 хв надходять 5 деталей першого типу і кожні 20 ± 7 хв надходять 20 деталей другого типу. Конвеєр складається з секцій, що вміщають по 10 деталей кожного типу. Комплектація починається тільки при наявності деталей обох типів в необхідній кількості і триває 10 хв. При нестачі деталей секція конвеєра залишається порожньою.

Змоделювати роботу конвеєра складального цеху протягом 8 ч. Визначити ймовірність пропуску секції, середні та максимальні черги по кожному типу деталей. Визначити економічну доцільність переходу на секції по 20 виробів з часом комплектації 20 хв.

Згідно з описом об’єкта дослідження можна вважати комплектувальний конвеєр системою масового обслуговування (СМО), а деталі, що надходять до нього – заявками на обслуговування.

Перед розробкою концептуальної моделі потрібно візуалізувати об’єкт моделювання, щоб чітко розуміти вигляд об’єкта моделювання. Для цього наведемо зображення даного конвеєра – рис. 1.1.

Рисунок 1.1 – Зображення комплектувального конвеєра

2 Розробка концептуальної моделі об'єкта та її формалізація

2.1 Структурна схема моделі системи та її опис

Для опису процесів, що протікають в системі зручно використовувати структурну схему. Наведемо структурну схему складального цеху у відповідності до умов задачі на рис. 2.1.

Рисунок 2.1 – Структурна схема процесу функціонування комплектувального конвеєра

Із структурної схеми видно, що на конвеєр потрапляють деталі двох видів, після чого виконується процес комплектації, а на виході ми маємо комплект.

Також зробимо наступні припущення, що в час комплектації закладено час переміщення секції конвеєра.

2.2 Q-схема системи та її опис

Для формалізації процесів СМО можна використати апарат неперервно-стохастичного підходу, тобто Q-схем [1]. Структурна схема з використанням цього апарату представлена на рис. 2.2, де Д – джерело, К – канал обслуговування, що відповідає комплектації, Q – черги, В – вентилі, які потрібні для того, щоб задати логіку роботи, тобто до тих пір поки у перший черзі і у другій кількість деталей буде більше або дорівнювати десяти, вентилі не пускають транзакти далі у канал обслуговування. Представлена Q-схема являє собою приклад одно-фазного обслуговування у одно-канальній СМО.

Рисунок 2.2 – Структурна схема в процесу функціонування обчислювального центру у вигляді Q-схеми

3 Алгоритмізація та машинна реалізація моделі

3.1 Вибір методу моделювання

Слід зазначити, що для вивчення Q-схем можуть використовуватись два під- ходи: аналітичний та імітаційний. При аналітичному підході Q-схема представляється у вигляді математичних співвідношень, що базуються на теорії масового обслуговування. Можна стверджувати, що використання аналітичних методів теорії масового обслуговування для розв’язання поставленої задачі неможливе через неможливість врахування стохастичного характеру часу введення задач до системи та часу обробки цих задач технічними засобами системи. Введення ж припущень та апроксимацій щодо названих факторів призведе до зростання похибок моделювання.

Врахування названих факторів без втрати точності оцінок параметрів процесу функціонування досліджуваного об’єкта є можливим за умови використання методу імітаційного моделювання.

Імітаційне моделювання є одним з видів комп’ютерного моделювання, що використовує методологію системного аналізу, центральною процедурою якого є побудова узагальненої моделі, що відображає всі фактори реальної системи, а в якості методології дослідження виступає обчислювальний експеримент [2].

3.2 Вибір програмних засобів моделювання

Важливим моментом в процесі моделювання є вдалий вибір мови пакету програм моделювання. Основними вимоги до мов є: зручність опису модельованого процесу, зручність введення даних, внесення змін в структуру і параметри моделі, а також методи відображення та аналізу результатів. Для вирішення задачі моделювання можуть використовуватися мови загального призначення та мови імітаційного моделювання [1].

Сучасне середовище імітаційного моделювання GPSS World – це зручний програмний комплекс, що працює під Windows. GPSS поєднує в собі функції дискретного і безперервного моделювання. Можливість переходу з дискретної фази моделювання в безперервну фазу і назад забезпечує тісний зв'язок з безперервним моделюванням. В безперервній фазі можуть бути встановлені порогові значення, керуючі створенням транзактів в дискретній фазі. Система має транслятор програмного коду, тобто модель працює тільки в середовищі GPSS і не може компілюватися в виконувані файли [2].

Транзактами в мові GPSS називають заявки, що поступають до системи масового обслуговування. За їх обробку відповідає послідовність операторів, що отримала назву «блок». Такі блоки здатні відобразити події, що відбуваються в СМО під час переходу транзактів по системі. Оскільки через апаратні особливості неможливо реалізувати паралельне виконання будь-яких двох процесів у системі, а заявок може бути досить багато в один і той же час, інтерпретатор здатний виконувати почергову обробку різних фрагментів програми. Завдяки такому підходу можна зімітувати паралельне виконання деяких операцій в СМО [5].

Система GPSS орієнтована на клас об'єктів, процес функціонування яких можна представити у вигляді безлічі станів і правил переходу з одного стану в інший, що визначаються в дискретній просторово-часовій області. Прикладами таких об'єктів є обчислювальні системи, мережі ЕОМ, системи передачі повідомлень, транспортні об'єкти, склади, магазини, підприємства і т.п. [4].

Система включає велику кількість різних типів вікон, що спрощують перегляд і аналіз об'єктів моделі. Дружній інтерфейс полегшує роботу з системою. Крім того є бібліотека процедур, що забезпечує маніпуляції із строковими даними і дозволяє виконувати розрахунки і широко використовувати розподіли ймовірності [4].

До складу GPSS входять наступні об'єкти: транзакти, блоки, списки, пристрої, пам'яті, логічні ключі, черги, таблиці, комірки, функції, змінні. Будь-яку модель на мові GPSS можна представити у вигляді комбінації компонентів, взятих з числа названих об'єктів. Модель має три рівні уявлення:

– верхній рівень, що визначається комбінацією функціональних основних об'єктів: пристроїв, пам'яті, ключів, черг;

– середній рівень, представлений схемою з типових блоків, між якими переміщуються транзакти;

– нижній рівень – рівень фізичної реалізації мови GPSS у вигляді програм і наборів даних, що становлять основу моделюючої системи [4].

Час GPSS-моделі дискретний – він може змінюватися лише на ціле число одиниць. Фізичний зміст однієї одиниці модельного часу – година, хвилина, секунда і тощо – визначає користувач GPSS-експериментатор, який будує модель досліджуваної системи.

Слід відзначити ще одну обставину: в GPSS, на відміну від реальних систем, мається два різновиди модельного часу – абсолютний та відносний. Абсолютний час починає свій відлік з моменту початку моделювання (експерименту з моделлю), а відносний – з моменту, зазначеного користувачем як момент, починаючи з якого необхідно збирати статистику в ході моделювання. Якщо немає спеціальних вказівок користувача, абсолютний і відносний час в GPSS збігаються.

3.3 Опис моделювального алгоритму

Для побудови блок-діаграми моделі та написання коду програми мовою імітаційного моделювання GPSS World було розроблено алгоритм імітаційного моделювання відповідно до Q-схеми:

 моделювання приходу деталей до комплектувального конвеєра складального цеху першого и другого типу, з інтервалами часу між надходженнями, що є випадковими величинами з рівномірним законом розподілу на інтервалі 5±1 хвилин для деталей першого типу і 20±7 хвилин для деталей другого типу;

 копіювання транзактів для імітації партії з 5 деталей першого типу и 20 деталей другого типу;

моделювання очікування, доки деталей у кожній із черг буде більше або дорівнювати десяти;

моделювання роботи конвеєра з інтервалом руху 10 хвилин, що відповідає часу комплектації;

моделювання системи упродовж 8 годин.

3.4 Розробка блок-діаграми

Для проведення імітаційного моделювання за допомогою мови імітаційного моделювання GPSS була побудована блок-діаграма програми з використанням спеціальних символів операторів мови GPSS [1], представлена на рис. 3.1. При побудові блок-діаграми було використано т. зв. «принцип Δt», що передбачає зміну стану системи через певний проміжок часу Δt. При моделюванні мовою GPSS квант часу дорівнює одиниці моделювального часу [1]. У системі, що моделювалася, Δt = 1 хв.

Завершення процесу моделювання відбувається в той момент, коли закінчується системний час моделювання – 8 годин. На кожному етапі виконання програми, доки системний час не вичерпано, виконується робота базових елементів систем масового обслуговування, що моделюють роботу системи.

Виконаємо опис блок схеми. Спочатку ми генеруємо один транзакт, далі розчіплюємо його на мітку Detali1 і на мітку Detali2. Розчепленні транзакти затримуються у блоці ADVANCE по заданому закону розподілу, а саме 5±1 хвилин і 20±7, після затримки транзакт розчіплюється на мітки MET1 і MET2 відповідно, а транзакт що іде далі, завдяки безумовному переходу знов передається на мітку Detali1 і Detali2, так моделюється надходження деталей. На мітці MET1 за допомогою команди ASSEMBLE збирається 10 транзактів і за допомогою команди MATCH синхронізується з міткою SINCH2, що відповідає тому, що у LINE2 є 10 транзактів, далі транзакт видаляється з системи. На мітці MET2 за допомогою команди ASSEMBLE збирається 10 транзактів і за допомогою команди MATCH синхронізується з міткою SINCH1, що відповідає тому, що у LINE1 є 10 транзактів. Якщо у LINE1 і LINE2 назбиралося по 10 транзактів, то змінну СOMPLECTOV збільшуємо на одиницю, далі транзакт очікує доки змінна SECTIAPRISHLA не буде дорівнювати одиниці, якщо вона дорівнює одиниці то черги LINE1 і LINE2 звільнюються на 10 транзактів, а змінна SECTIAPRISHLA встановлюється в нуль. Наступний блок моделює роботу конвеєра, тобто кожні 10 умовних одиниць часу генеруємо транзакт, далі перевіряємо умову, що якщо СOMPLECTOV більше нуля, то збільшуємо змінну VSEGO на одиницю, SECTIAPRISHLA встановлюємо у значення один, змінну СOMPLECTOV зменшуємо на одиницю і видаляємо транзакт. Інакше змінну PROPUSK збільшуємо на одиницю, змінну SECTIAPRISHLA встановлюємо у значення нуль. Останній блок генерує один транзакт у 480 одиниць умовного часу і зменшує лічильник часу на одиницю.

Рисунок 3.1 – Блок схема програми