Моделирование систем массового обслуживания с использованием системы AnyLogic на примере объектов железнодорожной тематики

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Цель работы - получить навыки моделирования систем массового обслуживания с использованием системы AnyLogic на примере объектов железнодорожной тематики.

2. Требования к оформлению

Описание каждой модели должно включать в себя:

-Описание задачи

-Функциональная схема

-Все элементы модели должны иметь русские имена.

-Описание каждого элемента модели с приведенным скриншотом его основных свойств (включая элементы статистики).

-Использовать слайдеры в случае необходимости изменения параметров модели.

- Результаты моделирования в наглядной форме.

- Выводы

3. Задания к работе



Задача 1

Постановка задачи

На металлургическом заводе, подъемный кран грузит в полувагоны листовой металл в рулонах и трубы. В качестве времени поступления и времени погрузки берутся случайные числа, равномерно распределенные соответственно в интервалах: a₁, b₁ (для листового металла) и a₂, b₂ минут (для труб). Провести моделирование работы подъемного крана металлургического завода в течение 30 суток.

моделирование кран контейнерный транспортный

Вариант заданий

Вариант	а1	в1	а2	в2
1	30	10	26	11

Функциональная схема (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1.-Функциональная схема 1



На входе стоят два объекта задачи:МеталлВРулонах и Трубы.В качестве объектов моделирования в Anylogic используем Source и щадаем им необходимые свойства(рис.1.2 и рис.1.3).В графе Заявки прибывают согласно для МеталлВРулонах выбираем Времени между прибытиями ,время между прибытиями указываем значения a1 и b1. Аналогично и для Трубы.

Рисунок 1.2.-Свойства объекта Source

Рисунок 1.3.-Свойства объекта Source

В качества фигуры анимации указываем рисунки image1 и image2.Их свойства указаны в рис.1.4 и рис.1.5. Возвращаясь в объекты source необходимо указать изображения в качестве фигур анимации для МеталлВРулонах и Трубы.



Рисунок 1.4.-Изображение 1

Рисунок 1.5.-Изображение 2

Далее МеталлВрулонах и Трубы встают в очередь.В Anylogic в качестве обекта очереди используется объект Queue.Задаем ему свойства (рис.1.6).

Рисунок 1.6.-Свойства Queue

Далее объекты поступают на погрузку в полувагоны краном. В качестве крана используем объект Delay.Выбираем этот тип объекта,потому что нам нужна имитация одноканального устройства с указанием времени задержки.Открываем вкладку основные объекта Delay,в строку время задержки указываем значения a2 и b2 (рисунок1.7).



Рисунок 1.7.-Свойства объекта Delay

Далее выбираем тип объекта SelectOutput (рисуно 1.8). Он имитируем подсчет погруженных объектов при выходе. Для этого вводим 2 переменные perem_trub и perem_metall(рис.1.9 и рис.1.10),указываем их в строчки Действие при входе и Действие при выходе с нарастающим итогом.

Рисунок 1.8.-Объект SelectOutput

Рисунок 1.9.-Переменная perem_trub



Рисунок 1.10.-Переменная perem_metall

Далее выбираем из Палитры тип объекта Oval.Он имитирует тип объекта Kran.Чтобы наглядно видеть на модели,когда кран свободен и когда занят,мы можем в строчке цвет заливки динамически изменять цвет овала с желтого на красный (рис.1.11).

Рисунок 1.11.-Свойства Oval

Если в случае необходимо изменить количество кранов, используем объект silder-Бегунок и добавляем ему свойства (рис.1.12).

Рисунок 1.12.-Бегунок

И, наконец, мы заканчиваем нашу имитационную модуль объектом Sink.Это окончание погрузки, то есть этот объект фиксирует количество груженных металла в рулонах и труб в полувагоны. Свойства объекта Sink на рисунке 1.13.



Рисунок 1.13.- Свойства объекта Sink

Также можно наглядно смотреть процесс отгрузки в полувагоны.Для этого используем объект Столбиковая диаграмма (рис.1.14) и указываем в строках Значение переменные perem_trub и perem_metall, в которых накапливалось количество отруженных МеталлВРулонах и Трубы,когда мы вводили объект Счетчик.

Рисунок 1.14.-Столбиковая диаграмма

Также можно отслуживать среднюю длину очереди при поступлении на погрузку. Для этого используем Временной график, его свойства на рис.1.15.

Рисунок 1.15.-Временной график



Вот так выглядит итоговая модель (рис.1.16).

Рисунок 1.16.-Итоговая модель

Моделируем нашу модель в течение 30 суток. Нажимаем запуск, вот что получилось (рис.1.17).

Рисунок 1.17.-Модель при запуске



Выводы к задачи №1

· построена модель погрузки краном в полувагоны листовой металл в рулонах и трубы;

· модель построена в течение 30 суток;

· согласно графику за это время погружено 2034 труб и 2057 металла в рулонах;

· средняя длина очереди-5 объектов.

Задача 2

Постановка задачи

На контейнерной площадке для отправки платформ, груженых 3х тонными контейнерами работают 4 крана. Для рационального использования грузоподъемности платформы на нее необходимо установить 8 трехтонных контейнеров. Время установки одного контейнера в минутах есть случайное число, равномерно распределенное на интервале от a₁ до b₁. После того как все контейнеры установлены на платформе, их необходимо закрепить специальными тросами. Время закрепления в минутах равномерно распределено в интервале от a₂ до b₂ минут. Платформа и необходимое количество контейнеров поступают на контейнерную площадку с интервалом от a₃ до b₃ минут. Разработать GPSS-модель для анализа работы контейнерной площадки в течение восьми часов. Предусмотреть подсчет отправленных платформ с контейнерами.

Варианты заданий

Вариант	Вместительность платформы	а1	в1	а2	в2	в3	в3
1	6	2	6	1	5	3	5

Функциональная схема 2 (рис.2.1).



Рисунок 2.1.-Функциональная схема 2

В качестве контейнера используется объект Source,так как он стоит на входе. Имя у объекта Контейнеры_3тонны (рис.2.2),в качестве фигуры анимации заявки используем Container(рис.2.3).

Рисунок 2.2.- Контейнеры_3тонны



Рисунок 2.3.- Container

Далее контейнеры поступают в очередь (рис.2.4).

Рисунок 2.4.- Объект Очередь

Затем контейнеры поступают на погрузку на платформы с помощью четырех кранов.В качестве крана мы взяли объект Delay,и таких у нас 4.Свойства первого крана представлены на рисунке 2.5,в качестве фигуры анимации используется Oval и указываем его в свойства объекта Delay (рис.2.6).

Рисунок 2.5.- Объект Delay

Рисунок 2.6.-Oval



На выходе используем объект Assembler-Накопитель,чтобы фиксировать количество отгруженных платформ(рис.2.7).

Рисунок 2.7.- объект Assembler-Накопитель

Введем переменную Количество (рис.2.8).Она необходима нам для подсчета отправленных платформ. Выберем объект Sink,в нем необходимо указать эту переменную нарастающим итогом (рис.2.9).

Рисунок 2.8.-Переменная Количество

Рисунок 2.9.-Объект Sink



Введем объект Текст, назовем его Подсчет отправленных платформ и укажем необходимые свойства, чтобы наглядно видеть, сколько платформ мы погрузили (рис.2.10).

Рисунок 2.10.-Объект Текст

Также можно построить временной график, чтобы видеть изменение в длине очереди (рис.2.11).

Рисунок 2.11.- Временной график

Итоговая модель (рис.2.12, 2.13).

Рисунок.2.12.- Итоговая модель



Рисунок 2.13.-Рабочая модель при запуске



Выводы к задачи №2

· Продемонстрирована модель отправки платформ, груженых 3-х тонными контейнерами;

· На входе стоят трехтонные контейнеры;

· Количество отправленных платформ -72;

· Средняя длина очереди-260.

Задача 3

Постановка задачи

В ремонтно-технологический участок (РТУ) дистанции сигнализации, централизации и блокировки (ШЧ) поступают реле железнодорожной автоматики и телемеханики для ремонта. Поток реле - пуассоновский; в среднем на ремонт поступает три реле в час.

Каждое реле состоит из четырех блоков, причем все блоки требуют ремонта. Блоки, входящие в реле, могут ремонтироваться независимо друг от друга разными электромеханиками.

В РТУ работают два электромеханика. Время ремонта одного элемента реле - экспоненциальная случайная величина со средним значением 30 мин.

После ремонта всех элементов, входящих в реле, требуется регулировка реле на специальном стенде. Регулировка занимает от 20 до 40 мин.

Реле железнодорожной автоматики и телемеханики поступают в РТУ только в течение 8 часов. РТУ работает круглосуточно.

Требуется разработать GPSS-модель для анализа работы РТУ в течение 30 суток.

Определить, сколько электромехаников надо использовать, чтобы их коэффициент загрузки был приемлемым.

Варианты заданий

Количество блоков, из которых состоит реле, рассчитывается по формуле (1 mod 5 + 1) =2, в среднем на ремонт поступает четыре реле в час, время ремонта одного элемента реле - экспоненциальная случайная величина со средним значением 20+N=20+1= 21 минут, где N - номер варианта, вариант 1.

Функциональная схема 3 (рис.3.1).



Рисунок 3.1.-Функциональная схема 3

На входе на ремонт стоят блоки из разных реле.В качестве фигуры анимации выбираем group1(рис.3.2).Поток поступления пуассоновский по 4 реле и по 2 блока (расчет из 1 mod 5 +1)=>реле поступают через каждые 15 минут.

Рисунок 3.2.-Свойства объекта Source



Далее используем объект SelectOutput для проверки, поступали ли блоки от реле на ремонт в данный день или нет (рис.3.3).

Добавляем условие отбора (((int)time()%1440)<480), что значит, поступление блоков возможно только в течение 8 часов за сутки (в них 1440 минут).

Рисунок 3.3.- Объект Выбор_рабочегоДня

Если все-таки реле поступали, то они встают в очередь (рис.3.4).

Рисунок 3.4.-Объект Очередь

Затем блоки попадают на ремонт к электромеханикам, причем блоки могут быть от разных реле (рис.3.5).Используем объект для одноканального поступления блоков-Delay.Время задержки распределено по экспоненциальному закону (в среднем 21 минута согласно своему варианту 20+1).



Рисунок 3.5.-Объект Delay

Теперь уже отремонтированные блоки собираем в одно реле. Свойства объекта Batch представлены на рисунке 3.6.

Рисунок 3.6.-Свойства объекта Batch

Затем отремонтированные блоки, собранные в реле, поступают на регулировку в стенд. Регулировка занимает от 20 до 40 мин (рис.3.7).

Рисунок 3.7.-Объект Delay-Регулировка_в_стенде



Добавляем график (рис.3.8).В нем подсчитываем, в какой период времени поступали блоки, а в какой нет.

Рисунок 3.8.-Временной график

Далее изменяем свойства ломаной electroMeh.Если электромеханик освобождается,цвет меняется с красного на зеленый (рис.3.9).

Рисунок 3.9.-Свойства ломаной

Итоговая модель представлена на рисунке 3.10.

Рисунок 3.10.-Итоговая модель



Выводы к задачи №3

· Смоделирована работа ремонтно-технологического участка (РТУ) дистанции сигнализации, централизации и блокировки;

· На входе поступают реле, которое состоит из 2-х блоков (по 1 варианту);

· Время работы 386 минут;

· На выходе 57 отремонтированных реле;

· Оптимальное количество электромехаников-1730.



Задача 4

Постановка задачи

Для сборки трехосных тележек в вагонном ремонтном депо необходимо три одинаковых колесные пары, закрепляемых на раме.

Колесные пары поступают в цех с интервалами от 5 до 15 мин. Для них требуется обточка, выполняемая на токарном станке. В цехе имеется один токарный станок. Время обточки колесной пары - гауссова случайная величина со средним значением 7 мин и стандартным отклонением 1 мин.

Рамы поступают в цех в среднем через каждые полчаса; поток рам - пуассоновский. Для рам никакой обработки не требуется. Закрепление одной колесной пары на раме занимает от 3 до 7 мин. В цехе имеется одно рабочее место для сборки трехосных тележек.

Требуется разработать модель для анализа работы ремонтного депо в течение 30 суток. Сколько надо рабочих мест по сборке, чтобы коэффициент использования сборщиков был приемлемым?

При разработке модели вагонного ремонтного депо для синхронизации транзактов использовать операторы MATCH.

Варианты заданий

Количество колесных пар, закрепляемых на раме, рассчитывается по формуле (1 mod 3 + 1=3), среднее время поступления рам определяется по формуле (20+1=21) минут, где N - номер варианта (вариант 1). Время обточки колесной пары - гауссова случайная величина со средним значением 4 мин и стандартным отклонением 1 мин.

Функциональная схема 4 (рис.4.1).



Рисунок 4.1.-Функциональная схема 4

На входе колесные пары, которые нуждаются в обточке на токарном станке (рис.4.2).Количество колесных пар-(N mod 3 + N),т.е.-3. В качестве объекта для колесных пар используем объект Source.

Рисунок.4.2.- Объект Source

В качестве очереди применяет объект Queue,в который входят колесные пары (объект Source) (рис.4.3).



Рисунок.4.3.- Объект Queue

Для этого объекта используем фигуру анимации Polyline.

Далее вводим непосредственно объект Delay-Токарный станок,на котором непосредственно происходит обточка колесный пар (все свойства этого объекта на рис.4.4).

Рисунок 4.4.- Объект Delay-Токарный станок

Также помимо рам в задаче использован другой объект Source-Рамы (рис.4.5).Они также входят в очередь, но им не требуется обточка. Среднее время поступления рам-21 мин.

Рисунок 4.5.- Объект Source-Рамы



Далее в модели представлен объект Combine (рис.4.6),который будет собирать потоки Колесные пары и рамы путем нахождения пар заявок, удовлетворяющих критерию соответствия.

Рисунок 4.6.- Объект Combine

После этого объекта объект КолесныеПары (уже после обточки) идет в накопление (объект Batch-Накопление). Там сохраняются готовые обточенные пары колес (рис.4.7).

Рисунок 4.7.- Объект Batch

Далее необходимо закрепить каждую колесную пару на раме. Для этого опять добавляем объект Delay -Закрепление (рис.4.8).

Рисунок 4.8.-Объект Delay -Закрепление



Для объектов ТокарныйСтанок используем фигуру анимации tokar-Ломаная и (рис.4.9).

Рисунок 4.9.- Tokar-Ломаная

И, наконец ,вот так выглядит готовая модель (рис.4.10).

Рисунок 4.10.-Итоговая модель



Выводы к задачи№4

· Продемонстрирован процесс сборки трехосных тележек в вагонном ремонтном депо;

· Количество колесных рам, закрепленных на раме-1349;

· Оптимальное количество рабочих мест -10799.



Задача 5

Постановка задачи

У транспортной компании имеется 600 полувагонов и 400 цистерн. Для вагонов периодически требуется ремонт. Интервалы времени между ремонтами (т.е. интервалы от окончания ремонта до момента, когда потребуется следующий ремонт) представляют собой случайные величины, распределенные по экспоненциальному закону. Для полувагонов интервалы между ремонтами составляют в среднем 12 месяцев, для цистерн - 24 месяца. Время ремонта - случайная величина, также распределенная по экспоненциальному закону; ремонт полувагона занимает в среднем 5 дней, цистерны - 10 дней. На ремонтном депо работают 15 ремонтников.

Прибыль от одного дня эксплуатации вагона составляет 15 ден. ед.

Разработать модель работы транспортной компании в течении 5 лет. Предусмотреть подсчет прибыли от эксплуатации вагонов. Подобрать необходимое количество ремонтников на основании коэффициента использования.

Варианты заданий

Прибыль от одного дня эксплуатации вагона составляет (N+10) =11ден. ед., количество цистерн (N mod 5 + 1)*100=200, где N - номер варианта (вар 1).

Функциональная схема 5 (рис.5.1).



Рисунок 5.1.-Функциональная схема 5

На входе полувагоны и цистерны.Для них мы используем объект Source (рис.5.2,5.3).

В строке действие на входе вводим ((Вагон)entity).времяСледующегоРемонта=exponential(1./730.);((Вагон)entity).тип="Полувагон".

Что значит, что очередной ремонт для полувагона необходим примерно через год,а для цистерн -через два года; создан класс Вагон.

Рисунок 5.2.-Объект Полувагоны



Рисунок 5.3.-Объект Цистерны

Далее проверим необходимость ремонта. Для это необходим объект SelectOutput (рис.5.4),который переключает указатель с одной линии на другую. В случае,есть ремонт необходим, что объекты Source встают в очередь (рис.5.5).

Рисунок 5.4.- Объект SelectOutput

Рисунок 5.5.-Объект Очередь

Далее попадают на ремонт-объект Delay (рис.5.6), время которого есть случайная величина,распределенная по экспоненциальному закону (для полувагона в среднем 5 дней,для цистерн-10).

Для этого в строчке время задержки вводим (entity.тип=="Полувагон")? exponential(1./5.) : exponential(1./10.) ,т.е. если на входе тип Полувагон, то ремонтируем его в среднем 5 дней, если нет, то 10 дней.

Соответственно на выходе время следующего ремонта равно времени последнего ремонта + некий промежуток времени. В ремонтном депо 15 ремонтников.

Рисунок 5.6.- Объект Delay

Прибыль от одного дня эксплуатации равно 11 ден.ед.Прибыль мы наращиваем в переменную ПрибыльИтого(рис.5.7,5.8) и отражаем в строчке Действие при выходе в объекте Delay-Время (рис.5.9).

Рисунок 5.9.-Объект Время

Данные о времени ожидания обслуживания отражаются в гистограмме (рис.5.10),в которую несет данные переменная Данные гистограммы- хранилищеВременОжидания (рис.5.11).



Рисунок 5.10.-Chart-Гистограмма

Рисунок 5.11.- Данные гистограммы- хранилищеВременОжидания

Рисунок 5.7.-ПрибыльИтого

Рисунок 5.8.-Переменная ПрибыльИтого

Вот так выглядит итоговая модель (рис.5.12).



Рисунок 5.12.-Итоговая модель



Выводы к задачи№5

· Смоделирована работа транспортной компании;

· В среднем время ожидания обслуживания 0,029;

· Согласно графику время ожидания постепенно снижалось за этот период;

· Доход от использования вагонного парка 15861989 руб.



Общие выводы по курсовой работе

1) Успешно смоделированы пять задач на железнодорожную тематику;

2) Получены навыки моделирования систем массового обслуживания с использованием системы Anylogic;

3) В каждой задачи приведены скрины основных объектов задач и их свойств с полным описанием условий;

4) Так и требовалось, все элементы моделей имеют русские имена;

5)В задачи№1 использован единственный слайдер для увеличения/уменьшения количества кранов;

6) Сделаны выводы по каждой задачи.



Список использованных источников

1) Карпов Ю. Г. Имитационное моделирование систем. Введение в моделирование с AnyLogic 5. -- СПб: БХВ-Петербург, 2006. -- 400 с;

2) Официальный сайт -http://www.anylogic.ru/.

Размещено на Allbest.ru

...