Анализ моделирующей программы

Размещено на http://www.allbest.ru/

КУРСОВАЯ РАБОТА

по дисциплине «Программирование»

«Моделирующая программа. Система массового обслуживания. Модель дозаправки самолетов в воздухе»



СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

1. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

1.1 Назначение разработки

1.2 Основание для разработки

1.3 Требования к программе

1.3.1 Входные данные

1.3.2 Выходные данные

1.3.3 Процессы обработки

1.3.4 Требования пользователя

1.3.5 Функциональные требования

1.3.6 Требования к условиям эксплуатации

1.3.7 Требования к численности и квалификации персонала

1.3.8 Требования по стандартизации и унификации

1.3.9 Требования к программной совместимости

1.3.10 Результирующие компоненты изделия

1.3.11 Этапы разработки программы

1.3.12 Требования к документации

2. ВАРИАНТ ЗАДАНИЯ

3. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

4. ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОЕКТ

4.1 Сценарий диалога с пользователем

5. РАБОЧИЙ ПРОЕКТ

5.1 Основные переменные, константы и типы модуля

5.2 Отладка и тестирование программного продукта

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЕ



ВВЕДЕНИЕ

Системы массового обслуживания - это такие системы, в которые в случайныемоменты времени поступают заявки на обслуживание, при этом поступившие заявкиобслуживаются с помощью имеющихся в распоряжении системы каналов обслуживания.

С позиции моделирования процесса массового обслуживания ситуации, когдаобразуются очереди заявок (требований) на обслуживание, возникают следующимобразом. Поступив в обслуживающую систему, требование присоединяется к очередидругих (ранее поступивших) требований. Канал обслуживания выбирает требование изнаходящихся в очереди, с тем чтобы приступить к его обслуживанию. После завершенияпроцедуры обслуживания очередного требования канал обслуживания приступает кобслуживанию следующего требования, если таковое имеется в блоке ожидания.

Цикл функционирования системы массового обслуживания подобного родаповторяется многократно в течение всего периода работы обслуживающей системы. Приэтом предполагается, что переход системы на обслуживание очередного требования послезавершения обслуживания предыдущего требования происходит мгновенно, в случайныемоменты времени.

Примерами систем массового обслуживания могут служить:

1. посты технического обслуживания автомобилей;

2. посты ремонта автомобилей;

3. персональные компьютеры, обслуживающие поступающие заявки илитребования на решение тех или иных задач;

4. станции технического обслуживания автомобилей;

5. аудиторские фирмы;

6. отделы налоговых инспекций, занимающиеся приемкой и проверкойтекущей отчетности предприятий;

7. телефонные станции и т. д.

Основными компонентами системы массового обслуживания любого видаявляются:

- входной поток поступающих требований или заявок на обслуживание;

- дисциплина очереди;

- механизм обслуживания.

Входной поток требований. Для описания входного потока требуется задатьвероятностный закон, определяющий последовательность моментов поступлениятребований на обслуживание и указать количество таких требований в каждом очередномпоступлении. При этом, как правило, оперируют понятием «вероятностное распределениемоментов поступления требований». Здесь могут поступать как единичные, так игрупповые требования (требования поступают группами в систему). В последнем случаеобычно речь идет о системе обслуживания с параллельно-групповым обслуживанием.

Дисциплина очереди - это важный компонент системы массового обслуживания,он определяет принцип, в соответствии с которым поступающие на вход обслуживающейстемы требования подключаются из очереди к процедуре обслуживания. Чаще всегоиспользуются дисциплины очереди, определяемые следующими правилами:

- первым пришел - первый обслуживаешься;

- пришел последним - обслуживаешься первым;

- случайный отбор заявок;

- отбор заявок по критерию приоритетности;

- ограничение времени ожидания момента наступления обслуживания (имеетместо очередь с ограниченным временем ожидания обслуживания, чтоассоциируется с понятием «допустимая длина очереди»).

Механизм обслуживания определяется характеристиками самой процедурыобслуживания и структурой обслуживающей системы. К характеристикам процедурыобслуживания относятся: продолжительность процедуры обслуживания и количествотребований, удовлетворяемых в результате выполнения каждой такой процедуры. Дляаналитического описания характеристик процедуры обслуживания оперируют понятием«вероятностное распределение времени обслуживания требований».

Следует отметить, что время обслуживания заявки зависит от характера самойзаявки или требований клиента и от состояния и возможностей обслуживающей системы.В ряде случаев приходится также учитывать вероятность выхода обслуживающегоприбора по истечений некоторого ограниченного интервала времени.

Структура обслуживающей системы определяется количеством и взаимнымрасположением каналов обслуживания (механизмов, приборов и т. п.). Прежде всегоследует подчеркнуть, что система обслуживания может иметь не один каналобслуживания, а несколько; система такого рода способна обслуживать одновременнонесколько требований. В этом случае все каналы обслуживания предлагают одни и те жеуслуги, и, следовательно, можно утверждать, что имеет место параллельноеобслуживание.

Система обслуживания может состоять из нескольких разнотипных каналовобслуживания, через которые должно пройти каждое обслуживаемое требование, т. е. вобслуживающей системе процедуры обслуживания требований реализуютсяпоследовательно. Механизм обслуживания определяет характеристики выходящего(обслуженного) потока требований.

Предметом теории массового обслуживания является установление зависимостимежду факторами, определяющими функциональные возможности системы массовогообслуживания, и эффективностью ее функционирования. В большинстве случаев всепараметры, описывающие системы массового обслуживания, являются случайнымивеличинами или функциями, поэтому эти системы относятся к стохастическим системам.

Случайный характер потока заявок (требований), а также, в общем случае, идлительности обслуживания приводит к тому, что в системе массового обслуживанияпроисходит случайный процесс. По характеру случайного процесса, происходящего всистеме массового обслуживания (СМО), различают системы марковские и немарковские.В марковских системах входящий поток требований и выходящий поток обслуженныхтребований (заявок) являются пуассоновскими. Пуассоновские потоки позволяют легкоописать и построить математическую модель системы массового обслуживания. Данныемодели имеют достаточно простые решения, поэтому большинство известныхприложений теории массового обслуживания используют марковскую схему. В случаенемарковских процессов задачи исследования систем массового обслуживаниязначительно усложняются и требуют применения статистического моделирования,численных методов с использованием ЭВМ.

Независимо от характера процесса, протекающего в системе массовогообслуживания, различают два основных вида СМО:

- системы сотказами, вкоторыхзаявка, поступившая всистему вмомент, когда все каналы заняты, получает отказ и сразу же покидает очередь;

- системы с ожиданием (очередью), в которых заявка, поступившая в момент, когда все каналы обслуживания заняты, становится в очередь и ждет, пока неосвободится один из каналов. Системы массового обслуживания с ожидание мделятся на системы с ограниченным ожиданием и системы с неограниченным ожиданием.

В системах с ограниченным ожиданием может ограничиваться:

- длина очереди;

- время пребывания в очереди.

В системах с неограниченным ожиданием заявка, стоящая в очереди, ждет обслуживание неограниченно долго, т.е. пока не подойдет очередь.

Все системы массового обслуживания различают по числу каналов обслуживания:

- одноканальные системы;

- многоканальные системы.

Приведенная классификация СМО является условной. На практике чаще всегосистемы массового обслуживания выступают в качестве смешанных систем. Например, заявки ожидают начала обслуживания до определенного момента, после чего система начинает работать как система с отказами.

В данной курсовой работе решается задача одноканальной СМО с ожиданием. Программа реализуется на языке С++ в среде программирования BorlandBuilder6.0.



1. ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ

1.1 Назначение разработки

Разрабатываемая программа предназначена для моделированя работы дозаправщиков в течении N часов, выяснить среднее число дозаправленных самолетов, нахождения вероятности что самолет будет дозаправлен, среднее число самолетов, ожидающих дозаправки в воздухе, среднее время ожидания самолета в очереди на дозаправку.

1.2 Основание для разработки

Данный программный продукт разрабатывается как курсовая работа.

1.3 Требования к программе

1.3.1 Входные данные

Входными данными программы являются плотность потока самолетов, количество дозаправщиков, среднее время дозаправки одного самолета, среднее время ожидания дозаправки, общее время работы.

1.3.2 Выходные данные

К выходным данным относятся подсчет среднего числа дозаправленных самолетов, среднего число самолетов, ожидающих дозаправки в воздухе, среднего времени ожидания самолета на дозаправку, вычисление вероятности того, что самолет будет дозаправлен.

1.3.3 Процессы обработки

Моделирование работы дозаправщиков в воздухе и вывод данных и вероятностей описанных выше.

1.3.4 Требования пользователя

Разрабатываемая программа, с точки зрения пользователя, должна обладать следующими свойствами:

· работа в условиях визуального (графического) режима;

· однозначность и наглядность представления результатов моделирования.

1.3.5 Функциональные требования

Программа должна удовлетворять следующим функциональным требованиям:

· доступное изображение статистических показателей

1.3.6 Требования к условиям эксплуатации

- ПЭВМ класса IBMPC/AT;

- операционная система WindowsXPSP3 и выше;

- язык программирования С++;

- среда программирования BorlandC++ Builder 6 и выше;

- разрешение экрана не менее 800x600 точек.

1.3.7 Требования к численности и квалификации персонала

Для работы с программой требуется один человек, квалифицированный в области СМО и алгоритмизации, обладающий средней квалификацией в программировании на языке С++.

1.3.8 Требования по стандартизации и унификации

Нотация идентификаторов и терминология комментариев во всех компонентах среды должны соответствовать терминологии, используемой в теории графов и вычислительной технике. Сценарий диалога с пользователем должен отвечать стандартам приложений ОС семейства Windows.



1.3.9 Требования к программной совместимости

Код программы должен быть написан на стандартном языке С++ с использованием стандартных компонент библиотеки BorlandBuilder6.0.

1.3.10 Результирующие компоненты изделия

Результирующий программный продукт необходимо представить в виде исполнимого модуля, совокупности исходных программных модулей, снимков с экрана (скриншотов), набора тестовых примеров и эксплуатационной документации (в электронной форме и на бумажном носителе).

1.3.11 Этапы разработки программы

- проектирование структуры программы;

- разработка сценария диалога с пользователем;

- разработка основных алгоритмов;

- проектирование формата файлов;

- программирование алгоритмов и структур данных;

- отладка и тестирование программы;

- документирование.

1.3.12 Требования к документации

Перечень представляемых документов:

- задание на курсовую работу;

- техническое задание на разработку;

- описание структуры программы;

- описание сценария диалога с пользователем;

- схемы основных алгоритмов;

- описание форматов данных и файлов;

- контрольные примеры и результаты программы;

- листинги основных программных модулей;

- краткая эксплуатационная документация.

Все документы оформляются на листах формата A4, на одной стороне листа, и представляются в виде пояснительной записки.

Документы по содержанию должны соответствовать ГОСТ 34.201-89, 34.602-89, 19.701-90.



2. ВАРИАНТ ЗАДАНИЯ

После выполнения задания самолеты производят дозаправку в воздухе. В районе дозаправки постоянно дежурят 4 самолета-дозаправщика. Среднее время дозаправки одного самолета равно 10 минут. Плотность потока самолетов, нуждающихся в дозаправке, составляет 0.4. Если самолет, нуждающийся в дозаправке, застает все дозаправщики занятыми, он может некоторое время ожидать их освобождения в районе дозаправки. Среднее время ожидания дозаправки 20 минут. Самолет, не дождавшийся дозаправки, производит посадку на запасной аэродром. Если самолет дозаправлен, он производит посадку на основной аэродром. Смоделировать процесс дозаправки самолетов в течение N часов. В ходе моделирования выяснить среднее число дозаправленных самолетов, вероятность того, что самолет будет дозаправлен, среднее число самолетов, ожидающих дозаправки в воздухе, среднее время ожидания самолета в очереди на дозаправку.



3. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Система массового обслуживания имеет один канал. Входящий поток заявок на обслуживание поток имеет интенсивность л. Интенсивность потока обслуживания равна м (т. е. в среднем непрерывно занятый канал будет выдавать м обслуженных заявок). Длительность обслуживания -- случайная величина, подчиненная показательному закону распределения. Заявка, поступившая в момент, когда канал занят, становится в очередь и ожидает обслуживания.

Рассмотрим систему с ограниченной очередью. Предположим, что независимо оттого, сколько требований поступает на вход обслуживающей системы, данная система (очередь + обслуживаемые клиенты) не может вместить более N-требований (заявок), из которых одна обслуживается, а (N-1) ожидают, Клиенты, не попавшие в ожидание, вынуждены обслуживаться в другом месте и такие заявки теряются. Наконец, источник, порождающий заявки на обслуживание, имеет неограниченную (бесконечно большую) емкость. пользователь программный совместимость переменный

Обозначим P - количество тактов, по истчерению которых прилетает самолет. Эта величина вычисляется по формуле:

,

Где R - случайная велечина лежащая в диапазоне [0.01…0.99]

л - плотность потока самолетов

Рассчитаем статистику для одноканальной СМО с ожиданием и неограниченной длиной очереди.

Тогда среднее число дозаправленных самолетов:

PlaneApply - среднее число дозаправленных самолетов

Вероятность того, что самолет будет дозаправлен:



statApply = PlaneApply/vsego,

где

PlaneApply - среднее число дозаправленных самолетов

vsego - количество прилетевших самолетов, за все время

Среднее число самолетов, ожидающих дозаправки в воздухе:

statOcher1 = statOcher2/taktAll,

где

taktAll - количество тактов

statOcher2 - очередь самолетов ожидающих дозаправки

Среднее время ожидания самолета в очереди на дозаправку:

statTime1 = statTime2/taktAll



4. ТЕХНИЧЕСКИЙ ПРОЕКТ

4.1 Сценарий диалога с пользователем

Работу пользователя с разрабатываемой программой представим в виде сценария, заданного ориентированным графом переходов. Вершины графа поставим в соответствие основным окнам и диалогам программы, а дугами будем отображать все возможные переходы между ними. На каждой дуге запишем пункт меню или идентификатор кнопки, при выборе которых происходит соответствующий переход. Граф представлен на рис. 1. По графу легко проследить возможные переходы пользователя по диалогам. Например, при запуске программы открывается главное окно. В нем нажав клавишу «Смоделировать» запускается моделирование дозаправки самолетов в воздухе с выводом анализа.

Рис. 1

На ней распологаются элементы Lable1, демонстрирующие пользователю название программы, элемент управления: Button1 и Button2. Button1 отвечает за переход к генератору. Button2 отвечает за выход из программы.

Далее на рисунке 2 представлен сам генератор:

Рис. 2

На нем располагаются два элемента управления Button3 и Button4. Button4 отвечает за непосредственную генерацию. Кнопка Button4 отвечает за выход в меню. Так же на ней расположены формы вывода статистических показателей Edit(1-6).



5. РАБОЧИЙ ПРОЕКТ

5.1 Основные переменные, константы и типы модуля

int timeAll -количество тактов.

double potokS - плотность прилета самолетов.

double timeOne - среднее время работы над одним самолетом.

double timeWait - среднее время ожидания дозаправки.

int s1,s2,s3,s4 - перменные используемые для проверки занятости дозаправщиков.

int timeWork1,2,3,4 - используются для выражения времени работы дозаправшиков 1,2,3 и 4.

5.2 Отладка и тестирование программного продукта

В ходе отладки и тестирования программы осуществлялся ввод входных данных различного диапазона. Правильность выдаваемых данных, их адекватность и соответствие требуемым условиям.

Далее показаны снимки программы на различных этапах, с различными исходными данными.

Исходное состояние окна показано на рисунке 3:

Рис. 3

Результат в течении 8 часов представлен на рисунке 4:

Рис. 4

На рисунке 5 показан результат в течении 24 часов:

Рис. 5 Окно программы с предупреждением о невозможности анализа с нулевым начальным средним веременм обслуживания



ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Разрабатываемая программа предназначена для моделированя работы дозаправщиков в воздухе в течении нескольких часов и нахождение требуемой статистики.

Входными данными программы являются среднее время дозаправки одного самолета, среднее время прилета следующего клиента, среднее время ожидания дозаправки, время работы дозаправщиков.

К выходным данным относятся вычисление различных вероятностей и расчет статистических данных выводимх на экран в виде текста. После ввода всех значений можно провести моделирования, нажав клавижу «Начать».



БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. И.В.Зотов, Э.И.Ватутин, Д.Б.Борзов “Процедурно - ориентированное программирование на С++”, Курск 2008

2. Г. Шилдт C++ Шаг за шагом Москва 2010.



ПРИЛОЖЕНИЕ

Листинг программы

//==============

#include <vcl.h>

#include <cstdlib>

#include <iostream>

#include <vector>

#include <math.h>

using namespace std;

#pragma hdrstop

#include "Unit1.h"

#include "Unit3.h"

//---------------------------------------------------------------------------

#pragma package(smart_init)

#pragma resource "*.dfm"

TForm2 *Form2;

//---------------------------------------------------------------------------

__fastcall TForm2::TForm2(TComponent* Owner)

: TForm(Owner)

{

}

//---------------------------------------------------------------------------

void __fastcall TForm2::Button2Click(TObject *Sender)

{

Form2->Visible = false;

Form1->Visible = true;

}

//---------------------------------------------------------------------------

void __fastcall TForm2::Button1Click(TObject *Sender)

{

srand ( time(NULL) );

vector <int> ocher;

int N;

N = StrToInt(Edit4->Text);

int timeAll=( (N*60) ), taktAll=N*60;

int PlaneNew = 0, timeLast = 0, s1 = 0, s2 = 0, s3 = 0, s4 = 0, i=0, timeNext = 0;

int timeWork1 = 0, timeWork2 = 0, timeWork3 = 0, timeWork4 = 0, planeTime = 0;

double randNext = 0, planeWait = 0, potokS = 0.4, timeOne = 0.17, timeWait = 0.333;

int PlaneIn = 0, PlaneMiss = 0, PlaneApply = 0, vsego=0, statOcher2 = 0, statTime2 = 0;

double statApply = 0, statApply1 = 0, statApply2 = 0, statOcher1 = 0, statOcher4 = 0, statOcher3 = 0, statTime1 = 0, statTime88 = 0;

for( ; timeAll > 0; timeAll-- )

{

if ( timeLast == 0 )

{

vsego++;

PlaneIn++;

PlaneNew = 1;

randNext = 1 + rand()%99;

randNext = randNext/100;

timeNext = (-1/potokS)*log(randNext);

if (timeNext==0) timeNext=2;

timeLast = timeNext;

}

if(PlaneNew == 1)

{

planeWait = 1 + rand()%99;

planeWait = planeWait/100;

planeTime = (-1/timeWait)*log(planeWait);

if (planeTime==0) planeTime=2;

statTime2 = planeTime + statTime2;

ocher.push_back(planeTime);

if ( s1 == 0 || s2 == 0 || s3 == 0 || s4 == 0 )

{

for(i=0; i<ocher.size(); i++)

{

if (ocher[i]>0)

{

ocher[i]=-2;

break;

}

}

if( s1==0 )

{

randNext = 1 + rand()%99;

randNext = randNext/100;

timeWork1 = (-1/timeOne)*log(randNext);

s1++;

}

else

if( s2==0 )

{

randNext = 1 + rand()%99;

randNext = randNext/100;

timeWork2 = (-1/timeOne)*log(randNext);

s2++;

}

else

if( s3==0 )

{

randNext = 1 + rand()%99;

randNext = randNext/100;

timeWork3 = (-1/timeOne)*log(randNext);

s3++;

}

else

if( s4==0 )

{

randNext = 1 + rand()%99;

randNext = randNext/100;

timeWork4 = (-1/timeOne)*log(randNext);

s4++;

}

//---------------

}

}

if( s1==1&&timeWork1>0 ) timeWork1--;

if( s1==1&&timeWork1==0 )

{

s1--;

PlaneApply++;

PlaneIn--;

}

if( s2==1&&timeWork2>0 ) timeWork2--;

if( s2==1&&timeWork2==0 )

{

s2--;

PlaneApply++;

PlaneIn--;

}

if( s3==1&&timeWork3>0) timeWork3--;

if( s3==1&&timeWork3==0 )

{

s3--;

PlaneApply++;

PlaneIn--;

}

if( s4==1&&timeWork4>0) timeWork4--;

if( s4==1&&timeWork4==0 )

{

s4--;

PlaneApply++;

PlaneIn--;

}

timeLast--;

for(i=0; i<ocher.size(); i++)

{

if (ocher[i]>=0) ocher[i]--;

if (ocher[i]==(-1))

{

PlaneMiss++;

ocher[i]--;

PlaneIn--;

}

}

PlaneNew = 0;

for(i=0; i<ocher.size(); i++)

{

if (ocher[i]>=0) statOcher2++;

}

}

if(PlaneIn != 0) PlaneMiss = PlaneMiss+PlaneIn;

statApply1 = PlaneApply;

statApply2 = vsego;

statApply = statApply1/statApply2;

statOcher3 = statOcher2;

statOcher4 = taktAll;

statOcher1 = statOcher3/statOcher4;

statTime88 = statTime2;

statTime1 = statTime88/statOcher4;

String count;

String count2;

String count3;

String count4;

String count5;

String count6;

count=FloatToStr(PlaneApply);

count2=FloatToStr(statApply);

count6=FloatToStr(PlaneMiss);

count4=FloatToStr(statOcher1);

count5=FloatToStr(statTime1);

Edit1->Text=count5;

Edit2->Text=count1;

Edit3->Text=count6;

Edit4->Text=count2;

Edit5->Text=count3;

}

//---------------------------------------------------------------------------

Размещено на Allbest.ru

...