Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации

ФГБОУ ВО "Брянский государственный технический университет"

Факультет отраслевой и цифровой экономики

Кафедра "Высшая математика"

Курсовая работа

по дисциплине

"Имитационное моделирование"

На тему

"Трикотажное ателье"

Выполнил: Гулин Н.С.

Научный руководитель:

к.т.н. Гореленков А.И.

Брянск 2021

Содержание

Введение

1. Постановка задачи

2. Разработка программной модели

2.1 Концептуальная модель схемы

3. Выбор программных средств моделирования

4. Моделирование и анализ результатов моделирования

4.1 Порядок работы программы

4.2 Описание программной реализации модели на языке GPSS/PC

4.3 Анализ результатов моделирования

5. Выполнение заданий по моделированию

Заключение

Список использованной литературы

Приложения

Введение

В предлагаемом курсовом проекте рассматривается проблема моделирования процесса наблюдения и настройки телевизоров. Целью курсовой работы является создание и описание модели, моделирование обработки определенного количества задач, получение основных характеристик модели исследуемой системы, анализ и интерпретация результатов.

Функциональные процессы различных систем и сетей связи могут быть представлены одним или другим набором систем массового обслуживания (КА) - стохастическими, динамическими, дискретно-непрерывными математическими моделями. Исследование свойств таких моделей может проводиться как аналитическими методами, так и моделированием.

В последнее время, особенно с развитием компьютерных технологий, вопросы моделирования играют все более важную роль. Моделирование - наиболее эффективный метод исследования больших систем. Он дает возможность тестировать, оценивать и экспериментировать с предлагаемой системой, не влияя на нее напрямую. При моделировании алгоритм, реализующий модель, воспроизводит процесс временного функционирования системы, а элементарные явления, составляющие этот процесс, моделируются, сохраняя их логическую структуру и временную последовательность, что позволяет получать информацию для получения обрабатывают статусы через систему в определенные моменты времени из исходных данных, посредством чего можно оценить характеристики системы. То, что раньше делалось за часы, недели или месяцы, теперь можно смоделировать за гораздо более короткое время.

Моделирование наиболее мощный универсальный метод исследования и оценки эффективности систем, поведение которых зависит от воздействия случайных факторов. Области применения методов имитации чрезвычайно широки и разнообразны. Однако по опыту научной работы и материалам диссертационных советов можно сделать вывод о том, что исследователи пока довольно редко используют в качестве инструментальных средств исследования системы моделирования, преимущества которых вполне очевидны. Системы моделирования имеют специализированные средства, реализующие дополнительные возможности по организации модельных экспериментов на компьютере. Они также предоставляют возможность учитывать в моделях фактор времени, то есть строить динамические имитационные модели, что особенно важно для многих систем, в том числе и систем военного назначения.

Применение универсальных языков программирования при реализации имитационных моделей позволяет исследователю достигнуть гибкости при разработке, отладке и испытании модели. Однако языки моделирования, ориентированные на определенную предметную область, являются языками более высокого уровня, поэтому дают возможность с меньшими затратами создавать программы моделей для исследования сложных систем.

Очень хорошо себя зарекомендовала общецелевая система моделирования GPSS World, разработанная компанией Minuteman (США). Эта система является развитием GPSS/PC, но приобрела комбинированный характер, т. е. может моделировать как дискретные, так и непрерывные процессы. Эти возможности обеспечиваются как новыми объектами языка GPSS, так и включением в состав GPSS World языка Plus - языка программирования низкого уровня. Этот язык сделал GPSS World более открытой системой и позволяет взаимодействовать с другими приложениями, а также создавать пользователям свои библиотеки процедур. Язык Plus вместе с другими инструментальными средствами GPSS World позволил автоматизировать весь цикл исследований от разработки модели до выработки рекомендаций за счет новых функций планирования экспериментов и обработки статистики. И наконец, система моделирования GPSS World работает в операционной системе Windows и максимально ориентирована на использование современных технологий, обеспечивающих высокую интерактивность и визуальное представление информации.

1. Постановка задачи

В данной курсовой работе была поставлена задача создать и проанализировать модель процесса контроля работы трикотажного ателье.

В трикотажном ателье 50 швейных машин работают 8 ч в день, пять дней в неделю. Любая из этих машин может выйти из строя. В этом случае ее заменяют резервной машиной, причем либо сразу, либо по мере ее появления. Тем временем сломанную машину отправляют в ремонтную мастерскую, где ее чинят и возвращают в цех, но уже в качестве резервной. Руководство ателье хочет знать, сколько рабочих должно быть на производстве, сколько машин следует иметь в резерве, какую платить среднюю плату, чтобы резервными машинами можно было подменить 50 собственных. Цель ? минимизировать стоимость производства. Заработная плата рабочих составляет 1,5 ден. ед. в час; за машины, находящиеся в резерве, надо платить по 30 ден. ед. в день. Почасовой убыток при использовании менее 50 машин в производстве оценивается примерно в 20 ден. ед. на машину. Этот убыток возникает из-за снижения производства. Опыт эксплуатации показывает, что на ремонт сломанной машины уходит 7±3 ч. Когда машину используют в производстве, время наработки до отказа распределено равномерно и составляет 160±25 ч.

Задание по моделированию:

– Смоделировать работу производственной линии в течении 7 часов.

– Определить операционные характеристики производственной линии.

– Построить гистограмму и функцию распределения времени испытания телевизоров с учетом отбраковки.

– В качестве основного программного обеспечения моделирования принять GPSS/PC.

– Вспомогательные вычисления и графические построения выполнить в MATLAB.

2. Разработка программной модели

Чтобы правильно разработать программную модель, составим 3 основные задачи:

– Построение концептуальной модели работы транспортного цеха объединения и ее формализация.

– Алгоритмизация модели системы и ее машинная реализация.

– Получение и интерпретация результатов моделирования системы.

2.1 Концептуальная модель схемы

Концептуальная, или функциональная схема позволяет в общих чертах определить будущий вид программной реализации, расставить акценты, выявить возможные сложные места (рисунок 1).

Рисунок 1 - Концептуальная схема работы трикотажного ателье

В нижеописанной схеме (рисунок 2) машины будут отсеивания рабочих от нерабочих. моделирование программирование имитационный



Рисунок 2 - Блок-схема

В данной схеме (рисунок 2) машины проходят стадию контроля, на которой отстраняются сломанные станки. Далее на их место назначается некоторое количество рабочих. После замены неисправных блоков станки отправляются в работу.

3. Выбор программных средств моделирования

В качестве программы моделирования самой задачи на мой взгляд наиболее удобно использовать программу GPSSPC которая на языке программирования GPSS позволяет быстро смоделировать процесс работы моего транспортного цеха. Немаловажным фактором использования данного метода является удобная отладка модели, также с помощью дополнительных графиков вызываемых командами (alt+F и alt+B) можно наглядно увидеть работу модели и устранить ошибки которые могут возникнуть в процессе работы.

Основной критерий выбора данного метода решения поставленной задачи является совместимость его с теорией массового обслуживания и очередей, а также наличие инструментов для решения задач связанных с ними. К ним относятся средства генерации случайных чисел и переменных, возможность отладки и изменения алгоритма во время работы, отображение статистических данных по работе модели и многое другое помогающее организовать вычислительный процесс.

GPSS - интегрирующая языковая система, применяющаяся для описания пространственного движения объектов. Такие динамические объекты в языке GPSS называются транзактами и представляют собой элементы потока. Транзакты "создаются" и "уничтожаются". Функцию каждого из них можно представить как движение через модель М с поочерёдным воздействием на её блоки.

Функциональный аппарат языка образуют блоки, описывающие логику модели, сообщая транзактам, куда двигаться и что делать дальше.

4. Моделирование и анализ результатов моделирования

Построение алгоритма является последним шагом перед написанием программной реализации модели.

4.1 Порядок работы программы

Алгоритм отображает структуру программы в целом (рисунок 4).

Рисунок 4- План работы программы

4.2 Описание программной реализации модели на языке GPSS/PC

В соответствии с приведённым выше планом была реализована программа на языке GPSS (полная реализация приведена в Приложении А).

Выше была представлена программа, позволяющая смоделировать работу по сбору агрегатов в течение 8 часов. Опишем программу моделирования системы в GPSS (рисунок 5), созданную на основе блок-схемы моделирующего алгоритма, Q-схемы модели системы, а также описания работы в задании.



Рисунок 5 - схема работы трикотажного ателье в GPSS

Оператор SIMULATE предназначен для инициализации процесса моделирования (в некоторых версиях не обязателен).

Выделяем память для приборов.

KNTRS STORAGE 2

PRIBOR STORAGE 1

NAL STORAGE 1

STORAGE - определяет емкость памяти. Форматы: num STOR[AGE] А num - номер памяти. А - емкость. STOR[AGE]A,B А - память (S) (стандартный числовой атрибут) В - емкость памяти (по умолчанию 32767). Устанавливает определенную емкость памяти. Если емкость не определена, то значением по умолчанию является 32767.

Затем мы генерируем транзакты (детали) которые в дальнейшем будут обслуживать филиалы А, В и С.

GENERATE 5.5,2

В программе используется формат GENERATE [<A>],[<B>].

В поле А указывается время, которое определяет интервал между моментами генерации сообщений блоком GENERATE. В поле В задается модификатор, который изменяет значения интервала генерации сообщений по сравнению с интервалом, указанным в поле А. Задан модификатор-интервал, с помощью которого задается равномерный закон распределения времени между генерацией сообщений.

REPEAT QUEUE TYPE1

QUEUE - помещает транзакт в конец очереди. Формат: QUEU[E] А,В А - номер очереди (числовое или символьное имя очереди); В - число добавляемых к очереди элементов (по умолчанию 1). Увеличивает текущее содержимое очереди, указанной в поле А, на значение в поле В. Если поле В не определено, увеличивает содержимое очереди на единицу. Транзакт может находиться в двух различных очередях одновременно.

Работа с устройством.

ENTER KNTRS

DEPART TYPE1

ADVANCE 9,3

DEPART - удаляет транзакт из очереди. Формат: DEPA[RT] А,В А - номер (имя) очереди; В - число удаляемых из очереди элементов. Удаляет текущий транзакт из очереди, указанной в поле А, и уменьшает содержи-мое очереди на значение поля В. Транзакт может находиться одновременно в двух различных очередях.

Блок SEIZE имеет следующий формат: SEIZE <A>. Операнд А может быть именем, положительным целым, СЧА или СЧА*<параметр>. Свободный блок SEIZE позволяет вошедшему в него сообщению занять указанное устройство. Блок SEIZE задерживает сообщение, если устройство занято или находится в состоянии недоступности. В поле А задается номер занимаемого устройства. В нашем случае говорится о первом устройстве - устройстве погрузки изделий в филиале А.

Блок ADVANCE имеет следующий формат записи: ADVANCE <A>, [<B>]. Блок ADVANCE задерживает продвижение сообщения на заданный период времени. В поле А задается среднее время пребывания сообщения в блоке ADVANCE. В поле В указывается способ модификации среднего значения, заданного в поле А. Операнд В может быть именем, положительным целым числом, СЧА или СЧА*<параметр>. Интервал изменения среднего времени задержки может быть задан константой, значение которой не должно превосходить среднего времени задержки, вычисленного для данного сообщения. Эта константа определяет интервал, в котором времена задержки распределены равномерно. Все времена задержки выражаются целыми числами. Любое из (2В+1) целых чисел, заключенных в интервале (А-В, А+В), будет выбираться с вероятностью 1/(2B+1). В нашем случае мы в течении 20 единиц времени осуществляем погрузку изделий. Константа, определяющая интервал времени задержки, не должна превосходить среднего времени задержки, в противном случае может быть получено отрицательное время задержки в блоке ADVANCE. Отрицательное значение задержки всегда считается ошибкой.

LEAVE KNTRS

LEAVE - выводит транзакт из памяти. Формат: LEAV[E] А,В А - номер памяти; В - число освобождаемых единиц, памяти (по умолчанию 1). Транзакт удаляется из памяти, имя (номер) которой указано в поле А. Число осво-бождаемых при этом единиц памяти определяется полем В.

TRANSFER 0.15,SERVICEABLE,BROKEN

TRANSFER - изменяет движение транзакта в модели. Формат: TRAN[SFER] А,В,С,D А - режим передачи (ALL,BOTH,FN,P,PICK,SBR,SIM); В - следующий блок; С - следующий блок; D - значение индекса, используемое в режиме ALL. Транзакт направляется в блок, определяемый в соответствии с режимом передачи, указанным в поле А. Режимы передачи поля А: 1. Пробел - транзакт передается в блок, определяемый полем В. 2. "." - статистический режим; в поле А указано десятичное число, выражающее вероятность перехода в блок С; его дополнение до единицы указывает вероятность перехода в блок В. 3. ALL - транзакт последовательно пытается перейти в блоки, определяемые значениями В, B+D, B+2D.....C. 4. BOTH - транзакт последовательно пытается войти в блок В, затем в блок С, до тех пор, пока один из них станет доступным. 5. FN - функциональный режим: поле В является номером функции; следующий блок определяется суммой значения этой функции поля С. 6. Р - параметрический режим: поле В является номером параметра; следующий блок определяется суммой значения этого параметра и поля С. 7. PICK - выборочный режим: блок выбирается с равной вероятностью из блоков с номерами: В, B+l,..., С. 8. SBR - режим перехода к подпрограмме: номер текущего блока помещается в параметр, указанный в поле С, а транзакт передается в блок, номер которого указан в поле В. 9. SIM - одновременный режим: проверяется одновременное выполнение условий беспрепятственного движения транзактов в задерживающих блоках. Если условие выполняется, транзакт передается в следующий блок, в противном случае транзакт переходит на блок С.

Далее повторяем аналогичные действия для другого устройства.

SERVICEABLE ENTER KNTRS

ENTER PRIBOR

ADVANCE 1.2

LEAVE KNTRS

LEAVE PRIBOR

TRANSFER 0.15,ENDING,BROKEN

BROKEN QUEUE TYPE2

ENTER NAL

DEPART TYPE2

ADVANCE 30,7

LEAVE NAL

TRANSFER,REPEAT

Работа данных блоков описана выше.

ENDING TERMINATE 1

TERMINATE - удаляет транзакт. Формат: TERMI[NATE] А А - величина, вычитаемая из содержимого счетчика завершений(поле А карты START). Транзакт удаляется из модели и поступает в пассивный буфер. Если в поле А пробел, воздействия на счетчик завершений не происходит, в противном случае его значение уменьшается на величину, указанную в поле А.

4.3 Анализ результатов моделирования

Система GPSS/PC позволяет получить файл стандартного отчета. Он создается автоматически и имеет имя то же, что и имя моделируемой программы, но с расширением RPT (полный текст отчёта приведён в Приложении В).

Отчет состоит из подразделов, содержащих стандартную статистику об объектах GPSS, используемых в данной модели (FACILITY и др.).

Рассмотрим файл стандартного отчета, полученный после выполнения описанной выше программы.

Вторая строка файла стандартного отчета является информативной с точки зрения основных результатов работы модели.

START TIME - абсолютное системное время в момент начала моделирования;

в нашем случае - 0

END TIME - абсолютное время, когда счетчик завершений принимает значение 0;

в нашем случае - 159,299

BLOCKS - количество блоков, использованных в текущей модели, к моменту завершения моделирования;

в нашем случае - 20

FACILITIES - количество устройств, использованных в модели, к моменту завершения моделирования;

в нашем случае - 0

STORAGES - количество многоканальных устройств, использованных в текущей модели к моменту завершения моделирования;

в нашем случае - 3

FREE MEMORY - количество байтов памяти доступной для дальнейшего использования.

в нашем случае - 97872

Описываемая программа имеет 45 блоков, 2 устройства. Время моделирования равно 12000 секундам.

Блоки текущей модели описываются полями:

LINE определяет номер строки в рабочей модели, связанный с блоком GPSS/PC;

LOC определяет имя или номер этого блока;

BLOCK TYPE определяет тип блока GPSS/PC;

ENTRY COUNT определяет количество транзактов, вошедших в данный блок с начала работы программы;

CURRENT COUNT определяет количество транзактов, находящихся в данном блоке в конце моделирования;

RETRY определяет количество транзактов, ожидающих специальных условий, зависящих от состояния данного блока.

Наибольшее значение имеет поле ENTRY COUNT, так как оно позволяет судить о том, правильно ли распределены транзакты по блокам.

Информация об устройствах:

FACILITY определяет номер или имя объекта типа "устройство";

ENTRIES определяет количество раз, когда устройство было занято или прервано;

UTIL. определяет часть периода моделирования, в течение которого устройство было занято;

AVE.TIME определяет среднее время занятости устройства одним сообщением в течение периода моделирования;

AVAILABLE определяет состояние готовности устройства в конце периода моделирования. Оно равно 1, если устройство готово и 0 - если не готово;

OWNER определяет номер последнего сообщения, занимавшего устройство. 0 означает, что устройство не занималось;

PEND определяет количество сообщений, ожидающих устройство, находящееся в "режиме прерывания";

INTER определяет количество сообщений, прерывающих устройство в данный момент.

RETRY определяет количество сообщений, ожидающих специальных условий, зависящих от состояния объекта типа "устройство";

DELAY определяет количество сообщений, ожидающих занятия устройства. Сюда входят также сообщения, ожидающие освобождения устройства в "режиме прерывания".

Выходная статистика вполне соответствует заданным в условии цифрам.

5. Выполнение заданий по моделированию

Выполним задания по моделированию, упомянутые в пункте 1 данного курсового проекта:

Определить операционные характеристики производственной линии.

Определим занятость каналов:

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

KNTRS 2 0 0 2 52 1 1.842 0.921 0 2

PRIBOR 1 1 0 1 22 1 0.166 0.166 0 0

NAL 1 0 0 1 5 1 0.754 0.754 0 6

Определим среднее время занятости устройства:

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

KNTRS 2 0 0 2 52 1 1.842 0.921 0 2

PRIBOR 1 1 0 1 22 1 0.166 0.166 0 0

NAL 1 0 0 1 5 1 0.754 0.754 0 6

Определим количество транзактов прошедшее через каждое устройство:

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

KNTRS 2 0 0 2 52 1 1.842 0.921 0 2

PRIBOR 1 1 0 1 22 1 0.166 0.166 0 0

NAL 1 0 0 1 5 1 0.754 0.754 0 6

Далее дополняем код, и нажимаем создать симуляцию (рисунок 5):



Рисунок 5 - Удачное создание симуляции.

Затем необходимо провести симуляцию данной программы. Ввиду того, что нам не требуется какой-то временной отрезок, вводим START 1. После чего формируется отчёт, который представлен в приложении Б.

Заключение

В данной курсовой работе мы исследовали функционирование системы массового обслуживания при помощи машинной модели, составленной и реализованной в пакете моделирования дискретных систем (ПМДС) GPSS/PC. При исследовании мы сначала построили концептуальную схему модели, и для удобства написания программы, мы построили схему алгоритма программы. Составили отчёт по выполненной программе, который более наглядно изображает все процессы, происходящие при выполнении программы.

Имитационное моделирование дало ценную информацию о процессах, протекающих в работе вычислительного комплекса. На сбор подобной информации опытным путем было бы потрачено значительное количество времени и средств. Имитационное же моделирование требует (при наличии готовой модели) нажатия десятка клавиш и простейшего анализа файла стандартного отчета.

Данный курсовой проект еще раз подтвердил достоинства имитационных средств моделирования для исследования систем массового обслуживания, а именно пакета GPSS/PC v.2. Он позволяет, не меняя общей структуры модели, исследовать различные характеристики системы и находить оптимальные решения для нее путем модификации численных значений различных блоков.

Моделирование наиболее мощный универсальный метод исследования и оценки эффективности систем, поведение которых зависит от воздействия случайных факторов. Области применения методов имитации чрезвычайно широки и разнообразны. Однако по опыту научной работы и материалам диссертационных советов можно сделать вывод о том, что исследователи пока довольно редко используют в качестве инструментальных средств исследования системы моделирования, преимущества которых вполне очевидны. Они также предоставляют возможность учитывать в моделях фактор времени, то есть строить динамические имитационные модели, что особенно важно для многих систем, в том числе и систем военного назначения.

Список использованной литературы

1. Бусленко, В.Н. Автоматизация имитационного моделирования сложных систем / В.Н. Бусленко. - М.: Главная редакция физико-математической литературы издательства "Наука", 2020. - 2 c.

2. В.Е., Лаевский Имитационное моделирование / В.Е. Лаевский, В.П. Денисов und Д.В. Дубинин. - М.: LAP Lambert Academic Publishing, 2017. - 132 c.

3. Герасимова, Дарья Имитационное моделирование как инструмент оптимизации производства / Дарья Герасимова. - М.: LAP Lambert Academic Publishing, 2017. - 104 c.

4. Динамическое моделирование процессов трансформации органического вещества почв. Имитационная модель ROMUL. - Москва: Огни, 2017. - 96 c.

5. Емельянов, В.В. Введение в интеллектуальное имитационное моделирование сложных дискретных систем и процессов. Язык РДО / В.В. Емельянов, С.И. Ясиновский. - М.: АНВИК, 2017. - 156 c.

6. Кобелев, Н.Б. Имитационное моделирование объектов с хаотическими факторами. Учебное пособие / Н.Б. Кобелев. - М.: Инфра-М, КУРС, 2017. - 192 c.

8. Кобелев, Н.Б. Имитационное моделирование объектов с хаотическими факторами. Учебное пособие. Гриф МО РФ / Н.Б. Кобелев. - М.: Курс, 2017. - 137 c.

9. Кораблев, Юрий Имитационное моделирование / Юрий Кораблев. - М.: КноРус, 2017. - 117 c.

10. Кудрявцев, Е.М. GPSS World. Основы имитационного моделирования различных систем: моногр. / Е.М. Кудрявцев. - М.: ДМК Пресс, 2018. - 37 c.

Приложение А.

KNTRS STORAGE 2

PRIBOR STORAGE 1

NAL STORAGE 1

GENERATE 5.5,2

REPEAT QUEUE TYPE1

ENTER KNTRS

DEPART TYPE1

ADVANCE 9,3

LEAVE KNTRS

TRANSFER 0.15,SERVICEABLE,BROKEN

SERVICEABLE ENTER KNTRS

ENTER PRIBOR

TRANSFER 0.15,ENDING,BROKEN

BROKEN QUEUE TYPE2

ENTER NAL

DEPART TYPE2

ADVANCE 30,10

LEAVE NAL

TRANSFER,REPEAT

ENDING TERMINATE 1

Приложение Б.

GPSS World Simulation Report - Untitled Model 1.14.1

Saturday, May 23, 2021 15:02:01

START TIME END TIME BLOCKS FACILITIES STORAGES

0.000 6240.00 10 0 3

NAME VALUE

BROKEN 11.000

ENDING 17.000

KNTRS 10000.000

NAL 10002.000

PRIBOR 10001.000

LABEL LOC BLOCK TYPE ENTRY COUNT CURRENT COUNT RETRY

1 GENERATE 53 0 0

REPEAT 2 QUEUE 4 1 0

3 ENTER 1986 0 0

4 ADVANCE 1986 1 0

5 LEAVE 1938 0 0

6 TRANSFER 1936 1 0

SERVICEABLE 7 ENTER 1936 0 0

8 ENTER 1933 0 0

9 TRANSFER 1933 0 0

ENDING 10 TERMINATE 1 0 0

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

TYPE1 1 1 4 2 0.024 0.134 0.268 0

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

KNTRS 2 0 0 2 4 1 1.086 0.543 0 2

PRIBOR 1 0 0 1 1 1 0.000 0.000 0 0

NAL 1 1 0 0 0 1 0.000 0.000 0 0

FEC XN PRI BDT ASSEM CURRENT NEXT PARAMETER VALUE

5 0 27.079 5 0 1

3 0 27.867 3 5 6

Размещено на Allbest.ru

...