Разработка модели предприятия по ремонту и обслуживанию вычислительной техники

Частное образовательное учреждение высшего  профессионального образования «Курский институт менеджмента, экономики и бизнеса»

Кафедра государственного, муниципального управления и связей с общественностью

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                   Курсовая по предмету “Имитационное моделирование”

Тема: Разработка модели предприятия по ремонту  и обслуживанию вычислительной техники.

 

 

 

 

                                           

 

 

 

 

 

 

 

                                                        2012 год

Оглавление

Введение 3

1. Имитационное моделирование 4

1.1 Понятие, цели и область применения имитационного моделирования 4

1.2 Виды имитационного моделирования 6

2.Алгоритмизация модели и ее машинная реализация 7

2.2  Описание моделируемой системы 8

2.3  Структурная схема модели системы и ее описание 8

2.4 Временная диаграмма и ее описание 9

2.5  Q-схема системы и ее описание 9

2.6 Обобщенная схема моделирующего алгоритма 11

2.7 Математическая модель и ее описание 13

3. Описание машинной программы решения задачи 13

4.  Результаты моделирования и их анализ 14

4.1  Описание возможных улучшений в работе системы 17

Заключение 18

Список литературы 19

                                                            Введение

 

Моделирование, в широком смысле этого слова, один из самых мощных методов познания природы. Сущность этого метода состоит  в выделении наиболее существенных в рассматриваемой ситуации сторон или свойств явления (объекта, системы) и последующем воспроизведении  их тем или иным способом для получения  необходимых характеристик (качественных или количественных) исследуемого явления.

Всякая модель тем или иным образом  отражает, имитирует реальную или  проектируемую систему. В этом смысле всякое моделирование является в  той или иной мере – имитационным моделированием. Однако термин «имитационное моделирование» обычно употребляется в более узком смысле для обозначения одного из методов моделирования, получившего в последние годы бурное развитие в связи с появлением мощных ЭВМ, и связанного с представлением системы в виде программы, работа которой имитирует существенные в данном исследовании свойства системы. Имитационная модель любой системы массового обслуживания представляет собой алгоритм, отражающий поведение данной системы, то есть отражающий изменения состояния СМО во времени при заданных потоках заявок, поступающих на входы системы. Основной целью является построение модели, определение ее количественных и качественных характеристик, а также выбор наиболее оптимального и экономически выгодного варианта решения.

При построении концептуальной, формализованной математической модели системы воспользуемся теоретическими основами, приведенными учебных пособиях: Советов Б.Я., Яковлев С.А. «Моделирование систем», Советов Б.Я., Яковлев С.А. «Моделирование систем. Практикум», Вентцель Е.С. «Исследование операций», Бычков С.П., Храмов А.А. «Разработка моделей в системе моделирования GPSS».

1. Имитационное  моделирование

1. Понятие, цели и область применения имитационного  моделирования

 

Имитационное  моделирование (ситуационное моделирование) — метод, позволяющий строить модели, описывающие процессы так, как они проходили бы в действительности. Такуюмодель можно «проиграть» во времени как для одного испытания, так и заданного их множества. При этом результаты будут определяться случайным характером процессов. По этим данным можно получить достаточно устойчивую статистику.

Имитационное  моделирование — это метод исследования, при котором изучаемая система заменяется моделью, с достаточной точностью описывающей реальную систему, с которой проводятся эксперименты с целью получения информации об этой системе. Экспериментирование с моделью называют имитацией (имитация — это постижение сути явления, не прибегая к экспериментам на реальном объекте).

Имитационное  моделирование — это частный случай математического моделирования. Существует класс объектов, для которых по различным причинам не разработаны аналитические модели, либо не разработаны методы решения полученной модели. В этом случае аналитическая модель заменяется имитатором или имитационной моделью.

Имитационным  моделированием иногда называют получение  частных численных решений сформулированной задачи на основе аналитических решений или с помощью численных методов[1].

Имитационная  модель — логико-математическое описание объекта, которое может быть использовано для экспериментирования на компьютере в целях проектирования, анализа и оценки функционирования объекта.

Применение  имитационного моделирования

К имитационному  моделированию прибегают, когда :

дорого  или невозможно экспериментировать на реальном объекте;

невозможно  построить аналитическую модель: в системе есть время, причинные  связи, последствие, нелинейности, стохастические (случайные) переменные;

необходимо  сымитировать поведение системы  во времени.

Цель  имитационного моделирования состоит  в воспроизведении поведения  исследуемой системы на основе результатов  анализа наиболее существенных взаимосвязей между её элементами или другими  словами — разработке симулятора (англ. simulation modeling) исследуемой предметной области для проведения различных экспериментов.

Имитационное  моделирование позволяет имитировать  поведение системы во времени. Причём плюсом является то, что временем в  модели можно управлять: замедлять  в случае с быстропротекающими процессами и ускорять для моделирования  систем с медленной изменчивостью. Можно имитировать поведение  тех объектов, реальные эксперименты с которыми дороги, невозможны или  опасны. С наступлением эпохи персональных компьютеров производство сложных  и уникальных изделий, как правило, сопровождается компьютерным трёхмерным имитационным моделированием. Эта точная и относительно быстрая технология позволяет накопить все необходимые  знания, оборудование и полуфабрикаты  для будущего изделия до начала производства[источник не указан 229 дней]. Компьютерное 3D моделирование теперь не редкость даже для небольших компаний[источник не указан 229 дней].

Имитация, как метод решения нетривиальных  задач, получила начальное развитие в связи с созданием ЭВМ  в 1950-х — 1960-х годах.

Можно выделить две разновидности имитации:

Метод Монте-Карло (метод статистических испытаний);

Метод имитационного  моделирования (статистическое моделирование).

 

2. Виды имитационного  моделирования

 

Агентное моделирование — относительно новое (1990-е-2000-е гг.) направление в имитационном моделировании, которое используется для исследования децентрализованных систем, динамика функционирования которых определяется не глобальными правилами и законами (как в других парадигмах моделирования), а наоборот, когда эти глобальные правила и законы являются результатом индивидуальной активности членов группы. Цель агентных моделей — получить представление об этих глобальных правилах, общем поведении системы, исходя из предположений об индивидуальном, частном поведении её отдельных активных объектов и взаимодействии этих объектов в системе. Агент — некая сущность, обладающая активностью, автономным поведением, может принимать решения в соответствии с некоторым набором правил, взаимодействовать с окружением, а также самостоятельно изменяться.

Дискретно-событийное моделирование — подход к моделированию, предлагающий абстрагироваться от непрерывной природы событий и рассматривать только основные события моделируемой системы, такие как: «ожидание», «обработка заказа», «движение с грузом», «разгрузка» и другие. Дискретно-событийное моделирование наиболее развито и имеет огромную сферу приложений — от логистики и систем массового обслуживания до транспортных и производственных систем. Этот вид моделирования наиболее подходит для моделирования производственных процессов. Основан Джеффри Гордоном в 1960-х годах.

Системная динамика — парадигма моделирования, где для исследуемой системы строятся графические диаграммы причинных связей и глобальных влияний одних параметров на другие во времени, а затем созданная на основе этих диаграмм модель имитируется на компьютере. По сути, такой вид моделирования более всех других парадигм помогает понять суть происходящего выявления причинно-следственных связей между объектами и явлениями. С помощью системной динамики строят модели бизнес-процессов, развития города, модели производства, динамики популяции, экологии и развития эпидемии. Метод основан Джеем Форрестером в 1950 годах.

             Популярные системы имитационного моделирования:

- AnyLogic;

-Aimsun;

-Arena;

-eM-Plant;

- Powersim;

- GPSS;

- NS-2;

- Transyt

 

2.Алгоритмизация модели и ее  машинная реализация

 

2.1 Постановка задачи моделирования:

 

Мастерская по ремонту компьютеров имеет 5 мастеров. В течение рабочего дня в мастерскую поступает в среднем 20±10 неисправных аппаратов. Каждый из мастеров в течение рабочего дня успевает отремонтировать 4±3 аппарата. Складское помещение имеет неограниченное число мест для хранения неисправной и отремонтированной аппаратуры.

Смоделировать работу мастерской в  течение 5 дней. Определить среднюю  длину очереди неисправных аппаратов  и коэффициент загрузки мастеров.

 

                    2.2  Описание моделируемой системы

 

Из условия следует, что работа мастерской построена следующим  образом. Неисправные компьютеры поступают в мастерскую, где работает, пять мастеров, и если застают всех мастеров занятыми, то они остаются в складском помещении, которое имеет неограниченное число мест. Каждый из мастеров в течение рабочего дня успевает отремонтировать 4±3 прибора.

                    2.3  Структурная схема модели системы и ее описание

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 2.1. Структурная схема процесса функционирования система

Анализ условия задачи и структурной  схемы позволяет сказать, что в процессе работы мастерской возможны следующие ситуации:

1) очередной неисправный компьютер, поступающий в мастерскую, попадает к одному из пяти мастеров, который в данный момент свободен, тем самым, занимая его;

2) очередной неисправный компьютер, поступающий в мастерскую, попадает на склад, где и находится до тех пор, пока один из мастеров не освободится;

3) по завершению ремонта прибора  мастер освобождается;

                          2.4 Временная диаграмма и ее описание

 

Более детально процесс функционирования мастерской можно представить на временной  диаграмме (рис. 3.1).

На диаграмме:

• п – моменты поступления неисправных компьютеров в мастерскую;
• оч – поступление неисправных компьютеров на склад пока не освободится, какой-либо мастер;
• оси м1, м2, м3, м4, м5 – поступление компьютеров на ремонт к мастеру;

С помощью временной диаграммы  можно выявить все особые состояния  системы.

 

Рис. 3.1. Временная диаграмма

                               2.5  Q-схема системы и ее описание

 

Так как описанные процессы являются процессами массового обслуживания, то для формализации задачи используем символику Q-схем [1]. В соответствии с построенной концептуальной моделью и символикой Q-схем структурную схему данной СМО (рис. 2.1) можно представить в виде, показанном на рис. 4.1, где И – источник, К – канал, Н – накопитель.

Источник И имитирует процесс поступления неисправного компьютера в мастерскую. Система клапанов регулирует процесс занятия неисправными аппаратами каналов к1, к2, к3, к4, к5 соответствующих мастерам с теми же номерами на структурной схеме (рис. 1). Если канал к1 занят, то клапан 1 закрыт, а клапан 2 открыт; если канал к2 занят, то клапан 4 закрыт, а клапан 3 открыт; если канал к3 занят, то клапан 6 закрыт, а клапан 5 открыт и т.д. В результате если все каналы к1, к2, к3, к4, к5 заняты, то есть клапаны 2, 4, 6, 8, 9 закрыты, то заявка задерживается в накопителе до открытия одного из клапанов, что соответствует хранению неисправного компьютера на сладе.

2

 

 

 

 

 

 

 

Отремонтированные

компьютеры

 

 

 

 

Рис. 4.1. Структурная схема мастерской в символике Q – схем

 

                            2.6 Обобщенная схема моделирующего алгоритма

 

Обобщенная схема моделирующего  алгоритма данной задачи, построена с использованием «принципа Δt».

Любой алгоритм действий прежде чем он начнет свое выполнение должен быть запущенным (блок 1).

В блоке 2 осуществляется ввод параметров системы.

В блоке 3 осуществляется проверка. Если прошло заданное количество имитационного  времени, то переход осуществляется в блок 8. Если прошло меньше заданного  времени, то переход происходит в  блок 4.

Блок 4 проверяет наличие свободных  мастеров. Если нет свободного мастера, то переход осуществляется в блок 6. Если имеется хотя бы один свободный мастер – переход в блок 5.