Имитационное моделирование работы сборочного цеха

Процесс моделирования включает такие этапы, как создание модели, программирование, проведение имитационных экспериментов, обработку и интерпретацию результатов моделирования. Однако традиционно предпочтение отдавалось этапу программирования. Возникающая при этом схема моделирования во многом повторяет схему проведения натурных испытаний и сводится лишь к имитации траекторий изученных моделей. С появлением имитационных моделей изменилась концепция моделирования, которая теперь рассматривается как единый процесс построения и исследования моделей, имеющий программную поддержку. Теперь во главу угла ставится формальное понятие модели, которое не только поясняет динамику системы, но и служит предметом математических исследований. Становится возможным достоверный анализ многих практически важных свойств модели (стационарных распределений, малых вероятностей, чувствительности, надежности и достоверности результатов моделирования). Эти свойства особенно существенны при исследовании высокоответственных и крупно масштабных систем, где цена ошибки особенно высока.

Этап 6 (1985-1994). Перенос программного обеспечения для имитационного моделирования на персональные ЭВМ с использованием средств графического интерфейса (для визуализации и анимации процессов моделирования).

Этап 7 (1995-1998). Разработка средств технологической поддержки процессов распределенного имитационного моделирования на мультипроцессорных ЭВМ и сетях.

1.2. Современные задачи и проблемы имитационного моделирования.

Технологические возможности современных систем моделирования во многом определяют сегодня оживление интереса к имитационному моделированию не только в области государственного, глобального моделирования, но и в коммерческой сфере. Потребителями такого рода аналитической продукции выступают аналитические отделы банков, промышленные компании, финансово-промышленные группы, страховые и инвестиционные компании, консультационные, проектные организации, региональные органы власти, отрасли и др. С помощью имитационного моделирования эффективно решаются задачи самой широкой проблематики, - в области стратегического планирования, бизнес-моделирования и реинжиниринга , менеджмента и управления производством, цепочками поставок.

Область приложения методов имитационного моделирования столь обширна, что заслуживает отдельного изложения, так же как и вопросы применимости различных подходов и средств в разных задачах и бизнес-решениях. На рис. 1. демонстрируются основные приложения имитационного моделирования.

Рис.1 Приложения имитационного моделирования.

Технологические возможности современных систем моделирования характеризуются:

• универсальностью и гибкостью базовой и альтернативной к базовой концепций структуризации и формализации моделируемых динамических процессов, заложенных в систему моделирования. Сегодня популярны среди систем моделирования дискретного типа процессно-ориентированные концепции структуризации, основанные на сетевых парадигмах, автоматном подходе и некоторые другие; среди систем моделирования непрерывного типа – модели и методы системной динамики;

• наличием средств проблемной ориентации, когда система моделирования содержит наборы понятий, абстрактных элементов, языковые конструкции из предметной области соответствующего исследования;

• применением объектно-ориентированных специализированных языков программирования, поддерживающих авторское моделирование и процедуры управления процессом моделирования;

• наличием удобного и легко интерпретируемого графического интерфейса, когда блок-схемы дискретных моделей и системные потоковые диаграммы непрерывных реализуются на идеографическом уровне, параметры моделей определяются через подменю;

• использованием развитой двух- и трех-мерной анимации в реальном времени;

• возможностью для реализации нескольких уровней представления модели, средствами для создания стратифицированных описаний. Современные системы моделирования применяют структурно-функциональный подход, многоуровневые иерархические, вложенные структуры и другие способы представления моделей на разных уровнях описания;

• наличием линеек и инструментов для проведения и анализа результатов сценарных, вариантных расчетов на имитационной модели;

• математической и информационной поддержкой процедур анализа входных данных, анализа чувствительности и широкого класса вычислительных процедур, связанных с планированием, организацией и проведением направленного вычислительного эксперимента на имитационной модели;

• Экспериментальные исследования на имитационной модели информативны, поэтому необходима реализация подхода Simulation Data Base, основанного на доступе к базам данных моделирования. Технологически это решается при помощи собственных специализированных аналитических блоков системы моделирования или за счет интеграции с другими программными средами;

• исполнительный модуль может функционировать вне среды для разработки модели;

• применением многопользовательского режима работы, интерактивного распределенного моделирования, разработками в области взаимодействия имитационного моделирования со Всемирной паутиной и др.

2. АНАЛИЗ ТЗ И ФОРМАЛИЗАЦИЯ ЗАДАЧИ МОДЕЛИРОВАНИЯ.

2.1. Анализ ТЗ курсового проекта, начальные представления о данных.

Задание 15

В сборочном цеху из агрегатов двух типов монтируются готовые изделия. Агрегаты первого (второго) типа поступают в цех через ин­тервалы времени, распределенные нормально.

Агрегаты первого типа поступают на операцию настройки (ОН1) с длительностью операции Т1 минут. Агрегаты второго типа посту­пают на операцию настройки (ОН2) с длительностью T2 минут. Монти­рование агрегатов для получения готового изделия может начаться только при наличии одного агрегата первого типа и двух агрегатов второго типа и только после монтирования предыдущего изделия. Монтирование агрегата первого типа занимает T3 минут, двух агрега­тов второго типа - Т4 и Т5 минут, соответственно. Операции монтиро­вания производятся параллельно. Длительность каждой операции за­висит от количества задействованных на ней рабочих.

На участке может быть задействовано не более N рабочих. Зара­ботная плата одного рабочего составляет Z единиц стоимости за 1 час. Стоимость хранения одного агрегата каждого типа в цеху на про­тяжении 1 часа составляет S единиц стоимости.

Определить наилучшее с экономической точки зрения распре­деление рабочих между операциями.

Входные параметры модели приведены в таблице.

2.2. Построение концептуальной структуры модели объекта. Формализация модели в виде Q-схемы и описание ее работы с позиции основных потоков и потоков управления.

Рассмотрим Q-схему данной модели. Она изображена на рис.2.

Описания  функционирования структурной схемы.

Рассмотрим подробнее элементы Q-схемы:

1.                Г - поток агрегатов.

2.                ОП1, ОП2 – проверка параметров агрегата, с временем Т1 и Т2 зависящих от количества рабочих на пунктах N1 и N2. ОЖИД – условие перехода агрегатов на сборку (ожидает 2 агрегата первого типа и один агрегат второго типа).

3.                МА1-3 – монтирование агрегатов на изделие (сборка), с временем Т3-5 зависящих от количества рабочих на пунктах N3-5.

Рисунок 2 - Q-схема разрабатываемой модели

3. ПОСТРОЕНИЕ ИМИТАЦИООНОЦ МОДЕЛИ ОБЪЕКТА ИССЛЕДОВАНИЕЯ.

3.1.           Блок-диаграмма имитационной модели.

3.2. Спецификация и описание используемых блоков, операндов, СЧА в имитационной модели.

В модели были использованы следующие блоки:

GENERATE A,B – генерирует транзакты с интервалом А±В.

SPLIT A,B – создает А копий транзакта и направляет копии в метку В.

TEST E A,B,C – условие, если А=В (так как символ отношения Е, обозначающий равенство), то перейти к следующему оператору, иначе перейти к оператору с меткой С.

SEIZE A – занимает устройство с именем А, другие транзакты становятся в очередь до освобождения устройства.

ADVANCE A,B – время обработки (задержки) транзакта А±В единиц времени.

RELEASE A – освобождение устройства с именем А.

TRANSFER ,B – безусловный переход транзакта к оператору с меткой В.

ASSEMBLE A – соединяет А транзактов в один.

Met1 MATCH Met2 – ожидание транзактов на метках Met1 и Met2 одновременно.

GATE NU A,B – если объект А находится в заданном состоянии (NU – устройство свободно), то транзакт переходит к следующему оператору, иначе транзакт переходит к оператору с меткой В.

SAVEVALUE A,B – присваивает переменной А значение В. Если после А есть + (-), значит значение В будет прибавлено (вычтено) к переменной А.

TERMINATE A – уничтожает А транзактов. Моделирование завершается, когда содержимое счетчика транзактов станет равно 0 или меньше 0.

A EQU В – присваивает переменной А значение В.

А VARIABLE B – присваивает переменной А значение выражения В.

В модели были созданы переменные DOHOD – экономическая эффективность работы цеха, STIME – счетчик времени, ZP – заработная плата всех рабочих за изготовление единицы изделия, NN1, NN2, NN3, NN4, NN5 – количество рабочих на каждой из операций.

3.3     Исходный текст модели

         NN1 EQU 3                            ;кол-во рабочих на ОП1

              NN2 EQU 1                            ;кол-во рабочих на ОП2

              NN3 EQU 1                            ;кол-во рабочих на МА1             

              NN4 EQU 1                            ;кол-во рабочих на МА2

              NN5 EQU 2                            ;кол-во рабочих на МА3

          SMENA EQU 480

              ;DOHOD EQU 0              ;доход за смену

              ;ZP EQU 0                            ;зарплата рабочим

              ;STIME EQU C1              ;прошедшее время

;***************************************************************************

              GENERATE 1                            ;каждую минуту агрегат

              SPLIT 1,TT2                            ;на ОП1 или на ОП2

TT1              TEST E NN1,1,M12              ;если кол-во рабочих =1

              SEIZE 1                            ;занять устройство 1

              ADVANCE 100,30                            ;время обработки

              RELEASE 1                            ;освободить устройство

              TRANSFER ,M11                            ;на М11

M12              TEST E NN1,2,M13              ;если кол-во рабочих =2

              SEIZE 1                            ;занять устройство 1

              ADVANCE 58,20                            ;время обработки

              RELEASE 1                            ;освободить устройство

              TRANSFER ,M11                            ;на М11

M13              TEST E NN1,3,M11              ;если кол-во рабочих =3

              SEIZE 1                            ;занять устройство 1