Проектирование технологических процессов на ЭВМ

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

1. Теоретическая часть

1.1 Основы теории моделирования

2. Практическая часть

2.1 Постановка задачи

2.2 Разработка модели

Заключение

Введение

Математическое моделирование - процесс построения и изучения математических моделей. Все естественные и общественные науки, использующие математический аппарат, по сути занимаются математическим моделированием: заменяют реальный объект его моделью и затем изучают последнюю. Под математической моделью принято понимать совокупность соотношений (уравнений, неравенств, логических условий, операторов и т. п.), определяющих характеристики состояний объекта моделирования, а через них и выходные значения - реакции, в зависимости от параметров объекта-оригинала, входных воздействий, начальных и граничных условий, а также времени. Математическая модель, как правило, учитывает лишь те свойства объекта-оригинала, которые отражают, определяют и представляют интерес с точки зрения целей и задач конкретного исследования.

Математическая модель будет воспроизводить подходящим образом выбранные стороны физической ситуации, если можно установить правило соответствия, связывающее специфические физические объекты и отношения с определенными математическими объектами и отношениями. Поучительным и/или интересным может также быть и построение математических моделей, для которых в физическом мире аналогов не существует. Наиболее общеизвестными математическими моделями являются системы целых и действительных чисел и евклидова геометрия; определяющие свойства этих моделей представляют собой более или менее непосредственные абстракции физических процессов (счет, упорядочение, сравнение, измерение).

Объекты и операции более общих математических моделей часто ассоциируются с множествами действительных чисел, которые могут быть соотнесены с результатами физических измерений.

Математическое моделирование является неотъемлемой частью современного исследования.

Цель курсовой работы - развитие практических навыков решения задач исследования и проектирования технологических процессов на ЭВМ.

Задачи курсовой работы:

-закрепление знаний по математическим и программным средствам имитационного моделирования;

-постановка и проведение имитационных экспериментов с моделями технологических процессов на базе методов компьютерной оценки вероятностно-временных характеристик функционирования систем;

-принятие обоснованных инженерных решений.

В качестве программного обеспечения используется специализированный язык компьютерной имитации GPSS/World.

1. Теоретическая часть

1.1 Основы теории моделирования

Моделирование - это замещение одного объекта (оригинала) другим (моделью) и фиксация или изучение свойств оригинала путем исследования свойств модели. Объект (система) определяется совокупностью параметров и характеристик. Множество параметров системы отражает ее внутреннее содержание - структуру и принципы функционирования. Характеристики системы - это ее внешние свойства, которые важны при взаимодействии с другими системами. Характеристики системы находятся в функциональной зависимости от ее параметров. имитационный компьютерный модель

Имитационное моделирование (англ. simulation modeling) - метод исследования, при котором изучаемая система заменяется моделью, с достаточной точностью описывающей реальную систему (построенная модель описывает процессы так, как они проходили бы в действительности), с которой проводятся эксперименты с целью получения информации об этой системе. Такую модель 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. 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 создание аналитической модели принципиально невозможно, либо не разработаны методы решения полученной модели, либо решения неустойчивы. 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.

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

Теория моделирования представляет собой взаимосвязанную совокупность положений, определений, методов и средств создания и изучения моделей. Эти положения, определения, методы и средства, как и сами модели, являются предметом теории моделирования.

Основная задача теории моделирования заключается в том, чтобы вооружить исследователей технологией создания таких моделей, которые достаточно точно и полно фиксируют интересующие свойства оригиналов, проще или быстрее поддаются исследованию и допускают перенесение его результатов на оригиналы.

Объектом исследования в теории моделирования является система. Система - это совокупность взаимосвязанных элементов, объединенных в одно целое для достижения некоторой цели, которая определяется назначением системы. При этом элемент - это минимально неделимый объект, рассматриваемый как единое целое. Если система - это совокупность взаимосвязанных элементов, то комплекс - это совокупность взаимосвязанных систем.

Язык GPSS WORLD

Язык GPSS (General Purpose Simulation System), ориентированный на процессы, разработан еще в 1961 г., но продолжает широко использоваться.

Язык реализован в ряде программ имитационного моделирования, так, версия программы GPSS/PС в среде Windows создана в 2000 г.

Модель (программа) на языке GPSS представляет собой последовательность операторов (их называют блоками), отображающих события, происходящие в СМО (системы массового обслуживания) при перемещениях транзактов. Поскольку в интерпретаторах GPSS реализуется событийный метод и в СМО может быть одновременно много транзактов, то интерпретатор будет попеременно исполнять разные фрагменты программы, имитируя продвижения транзактов в текущий момент времени до их задержки в некоторых устройствах или очередях.

Операторы (блоки) GPSS имеют следующий формат:

<метка> <имя_оператора> <поле_операндов> [<комментарий>]

Метка может занимать позиции, начиная со второй, имя оператора - с восьмой, поле операндов - с девятнадцатой, комментарий обязательно отделяется от поля операндов пробелом.

Поле операндов может быть пусто, иметь один или более операндов, обозначаемых ниже при описании блоков символами A, B, C,... Операндами могут быть идентификаторы устройств, накопителей, служебные слова и стандартные числовые атрибуты (СЧА). К СЧА относятся величины, часто встречающиеся в разных задачах. Это, например, такие операнды, как S-объем занятой памяти в накопителе, F - состояние устройства, Q-текущая длина очереди, P - параметр транзакта (каждый транзакт может иметь не более L параметров, где L зависит от интерпретатора), V - целочисленная переменная (вещественная и булева переменные обозначаются FV и BV соответственно), X - хранимая переменная (переменная, для которой автоматически подсчитывается статистика), K - константа, AC1 - текущее время, FN - функция, RN - случайная величина и т.д.

Модель разрабатывается на языке GPSS и состоит из операторов, а объект " Модель " создается при помощи встроенного текстового редактора. Объект " Процесс моделирования " - это результат трансляции модели. Далее процесс моделирования запускается с помощью команд GPSS. По завершении моделирования, как правило, автоматически создается объект " Отчет ".

Текстовый объект (текстовый файл GPSS World) предназначен для упрощения разработки больших моделей и создания библиотеки исходных текстов. То есть модель может быть разделена на наборы операторов, представляющие собой отдельные текстовые файлы, а затем объектом "Процесс моделирования" собрана из них. Объект "Процесс моделирования" может также создавать новые текстовые файлы с фрагментами модели, результатами моделирования, а также считывать и записывать данные в текстовые файлы.

GPSS World предназначена для имитационного моделирования систем с дискретными и непрерывными процессами. Языком моделирования в ней является язык GPSS, улучшенный встроенным языком программирования низкого уровня PLUS. Язык GPSS построен в предположении, что модель сложной системы можно представить совокупностью элементов и логических правил их взаимодействия в процессе функционирования моделируемой системы. Набор абстрактных элементов, называемых объектами, небольшой. Также набор логических правил ограничен и может быть описан стандартными операциями. Комплекс программ, описывающих функционирование объектов и выполняющих логические операции, является основой для создания программной модели.

Кроме этого комплекса в составе GPSS World имеется программа- планировщик, выполняющая следующие функции:

· обеспечение продвижения по заданным разработчиком маршрутам динамических объектов, называемых транзактами;

· планирование событий, происходящих в модели, путем регистрации времени наступления каждого события и выполнения их в нарастающей временной последовательности;

· регистрация статистической информации о функционировании модели;

· продвижение модельного времени в процессе моделирования системы.

Чтобы обеспечить правильную последовательность обработки событий во времени, имеются системные часы, хранящие значения абсолютного модельного времени

Объекты в моделируемой системе предназначены для различных целей. Совершенно не обязательно, чтобы в одной модели участвовали все типы объектов. Необходимо лишь наличие блоков и транзактов, иначе модель работать не будет.

Объекты подразделяются на 7 категорий и 15 типов, которые представлены в таблице 1.

Категории	Типы объектов
Динамическая	Транзакты
Операционная	Блоки
Аппаратная	Одноканальные устройства, памяти (многоканальные
	устройства), логические ключи (переключатели)
Вычислительная	Переменные, функции, генераторы случайных чисел
Статистическая	Очереди, таблицы
Запоминающая	Ячейки, матрицы ячеек
Группирующая	Числовые группы, группы транзактов, списки

Таблица 1 - Объекты GPSS

Динамическими объектами являются транзакты, которые создаются в определенных точках модели, продвигаются планировщиком через блоки, а затем уничтожаются. Транзакты являются аналогами единиц - потоков в реальной системе. Они могут представлять собой различные элементы даже в одной модели. С каждым транзактом связаны параметры, которые используются для конкретных данных. Каждый транзакт может иметь любое число параметров. Параметры нумеруются или им даются имена. Номера параметров и имена используются для ссылок на значения, присвоенные параметрам. Транзактам может присваиваться приоритет. Приоритет определяет предпочтение, которое получает транзакт, когда он и другие транзакты претендуют на один и тот же ресурс.

Объекты аппаратной категории - это абстрактные элементы, на которые может быть декомпозирована реальная система. Воздействуя на эти объекты, транзакты могут изменять их состояние и влиять на движение других транзактов. К объектам этого типа относятся одноканальные устройства, памяти (многоканальные устройства) и логические ключи.

Одноканальные устройства (ОКУ) представляют собой оборудование, которое в любой момент времени может быть занято только одним транзактом. Например, один канал передачи данных, одноканальный ремонтный орган, один станок изготовления деталей, одно транспортное средство.

Многоканальные устройства (МКУ) предназначены для имитации оборудования, осуществляющего параллельную обработку. Они могут быть использованы одновременно несколькими тран-зактами. МКУ можно использовать в качестве аналога, например, многоканального ремонтного органа, нескольких каналов связи.

Для моделирования такого оборудования, как переключатели, имеющие только два состояния, в GPSS используются логические ключи.

2. Практическая часть

2.1 Постановка задачи

Собранные телевизоры проходят серию испытаний на станции технического контроля. Если оказывается, что функционирование телевизора ненормально, то отбракованный телевизор передают в цех наладки, где заменяют неисправные блоки. После наладки телевизор возвращают на станцию контроля и снова проверяют. Со станции технического контроля телевизоры после одной или нескольких проверок поступают в цех упаковки.

Телевизоры попадают на станцию технического контроля каждые А ± В минут. На станции работают C контролеров одинаковой квалификации. Операция контроля одного телевизора состоит из двух проверок:

1) для первой проверки каждому контролеру необходимо D ± E минут;

2) для второй проверки на всех C контролеров имеется один тестовый прибор (продолжительность тестирования - F минут).

Приблизительно G процентов телевизоров успешно проходят проверку и попадают в цех упаковки, а другие К процентов - в цех наладки, в котором находится один рабочий - настройщик. Время наладки (замены) неисправных блоков распределено в соответствии c равномерным законом в интервале N±М минут.

Написать на GPSS модель функционирования этой производственной линии. Время моделирования - 8 ч.

Определить, сколько мест на стеллажах необходимо предусмотреть на входе станции контроля и в цехе наладки. В табл. 1 приведены значения параметров.

Параметр
А ± В	5,5 ± 2,0
С	2
D±E	9± 3
F	1,2
G	85
К	15
N±M	30±7

Таблица 1 - Значения параметров

2.2 Разработка модели

Модель - это аналог (заместитель) оригинала, отражающий некоторые его характеристики.

Моделирование является одним из ключевых видов деятельности человека и всегда в той или иной форме предшествует другим ее видам. Прежде чем браться за любую работу, нужно четко представлять себе отправной и конечный пункты деятельности, а также ее примерные этапы. То же можно сказать о моделировании.

Построение модели позволяет обоснованно принимать решения по усовершенствованию имеющихся объектов и созданию новых, изменению процессов управления ими и, в конечном счете, изменению окружающего нас мира в лучшую сторону.

На основании задания разработана схема модели. (Рисунок 1)

Рисунок 1 - Схема модели

Схема показывает, что телевизоры поступают на станцию контроля, проходят проверки. Приблизительно 85% телевизоров уходят в цех упаковки, так же приблизительно 15% телевизоров уходят в цех наладки. В этом цехе телевизоры проходят наладку и отправляются снова на станцию контроля.

РАЗРАБОТКА ПРОГРАММЫ НА ЯЗЫКЕ GPSS

STAN STORAGE 2; многоканальное устройство

GENERATE 5.5,2; поступление телевизоров на станцию

LAB3 QUEUE OCH1; телевизоры встают очередь на контроль

ENTER STAN; занятие устройства

DEPART OCH1; освобождение очереди

ADVANCE 9,3; продолжительность занятия устройства

LEAVE STAN; освобождение устройства

QUEUE OCH2; занятие очереди на проверку

SEIZE PRIB; занятие устройства

DEPART OCH2; освобождение очереди

ADVANCE 1.2; продолжительность занятия устройства

RELEASE PRIB; освобождение устройства

TRANSFER 0.85,LAB2,LAB1; переход 85% телевизоров на метку LAB1, остальные на меткуLAB2

LAB1 QUEUE OCH3; занятие очереди на устройство упаковки

SEIZE UPAK; занятие устройства

DEPART OCH3; освобождение очереди

RELEASE UPAK; освобождение устройства

LAB2 QUEUE OCH4; занятие очереди на устройство наладки

SEIZE NALAD; занятие устройства

DEPART OCH4; освобождение очереди

ADVANCE 30,7; продолжительность занятия устройства

RELEASE NALAD; освобождение устройства

TRANSFER 0.15 LAB3; переход налаженных телевизоров на метку LAB3

TERMINATE; удаление телевизоров

GENERATE 480; время моделирования

TERMINATE 1; удаление из модели

START 1; счетчик завершения

РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ

GPSS World Simulation Report - Untitled Model 1.6.1

Thursday, March 26, 2019 18:17:29

START TIME END TIME BLOCKS FACILITIES STORAGES

0.000 480.000 25 3 1

NAME VALUE

LAB1 13.000

LAB2 17.000

LAB3 2.000

NALAD 10007.000

OCH1 10001.000

OCH2 10002.000

OCH3 10004.000

OCH4 10006.000

PRIB 10003.000

STAN 10000.000

UPAK 10005.000

LABEL LOC BLOCK TYPE ENTRY COUNT CURRENT COUNT RETRY

1 GENERATE 87 0 0

LAB3 2 QUEUE 101 0 0

3 ENTER 101 0 0

4 DEPART 101 0 0

5 ADVANCE 101 2 0

6 LEAVE 99 0 0

7 QUEUE 99 0 0

8 SEIZE 99 0 0

9 DEPART 99 0 0

10 ADVANCE 99 0 0

11 RELEASE 99 0 0

12 TRANSFER 99 0 0

LAB1 13 QUEUE 85 0 0

14 SEIZE 85 0 0

15 DEPART 85 0 0

16 RELEASE 85 0 0

LAB2 17 QUEUE 99 83 0

18 SEIZE 16 0 0

19 DEPART 16 0 0

20 ADVANCE 16 1 0

21 RELEASE 15 0 0

22 TRANSFER 15 0 0

23 TERMINATE 1 0 0

24 GENERATE 1 0 0

25 TERMINATE 1 0 0

FACILITY ENTRIES UTIL. AVE. TIME AVAIL. OWNER PEND INTER RETRY DELAY

PRIB 99 0.247 1.200 1 0 0 0 0 0

UPAK 85 0.000 0.000 1 0 0 0 0 0

NALAD 16 0.960 28.790 1 3 0 0 0 83

QUEUE MAX CONT. ENTRY ENTRY(0) AVE.CONT. AVE.TIME AVE.(-0) RETRY

OCH1 5 0 101 8 2.016 9.580 10.404 0

OCH2 1 0 99 88 0.015 0.074 0.670 0

OCH3 1 0 85 85 0.000 0.000 0.000 0

OCH4 83 83 99 1 38.419 186.272 188.173 0

STORAGE CAP. REM. MIN. MAX. ENTRIES AVL. AVE.C. UTIL. RETRY DELAY

STAN 2 0 0 2 101 1 1.925 0.962 0 0

FEC XN PRI BDT ASSEM CURRENT NEXT PARAMETER VALUE

89 0 481.188 89 0 1

3 0 482.961 3 20 21

87 0 483.630 87 5 6

88 0 485.007 88 5 6

90 0 960.000 90 0 24

Вывод по отчету: Среднее время обработки транзакта устройством очень велико, также с этим связано и среднее время пребывания в очереди, могу предположить, что нужно добавить еще один прибор.

5 мест на стеллажах необходимо предусмотреть на входе станции контроля.

83 места на стеллажах необходимо предусмотреть в цехе наладки.

Заключение

Четыре очереди (QUEUE: OCH1, OCH2, OCH3, OCH 4), вход в первую очередь составил 101 телевизор (ENTRY=101), количество нулевых входов составило 8 телевизоров (ENTRY(0) = 8), максимальная длина очереди составила 5 телевизоров (MAX=5), средняя длина первой очереди составила 2,16 телевизоров (AVE.CONT=2.016), среднее время обслуживания составило 9,5 минут (AVE.TIME=9.580), среднее время пребывания в очереде без учета "нулевых" входов составило 10,4 минуты (AVE(-0)=10.404).

Вход во вторую очередь составил 99 телевизор (ENTRY=99), количество нулевых входов составило 88 телевизоров (ENTRY(0) = 8), максимальная длина очереди составила 1 телевизоров (MAX=1), средняя длина второй очереди составила 0,05 телевизоров (AVE.CONT=0.015), среднее время обслуживания составило 9,5 минут (AVE.TIME=0.074), среднее время пребывания в очереди без учета "нулевых" входов составило 0,67 минуты (AVE(-0)=0.670)

Вход в третью очередь составил 85 телевизор (ENTRY=85), количество нулевых входов составило 85 телевизоров (ENTRY(0) = 85), максимальная длина очереди составила 1 телевизоров (MAX=1), средняя длина второй очереди составила 0 телевизоров (AVE.CONT=0.000), среднее время обслуживания составило 0 минут (AVE.TIME=0.000), среднее время пребывания в очереди без учета "нулевых" входов составило 0 минуты (AVE(-0)=0).

При выполнении курсовой работы было осуществлено моделирование системы в течении 8 часов модельного времени. По анализу статистического отчета было видно, что в цехе наладки большая очередь и долгое время обслуживания. Усовершенствовать модель можно при добавлении в цех наладки еще одного тестового прибора. Также, согласно цели, было выведено количество мест на стеллажах на входе станции контроля и в цехе наладки.

В результате выполнения данной курсовой работы были закреплены знания по работе с системой моделирования GPSS

Размещено на Allbest.ru

...