Построение модели системы определения мест на стеллаже
Министерство
образования и науки
Российской
Федерации
Федеральное
государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального
образования "Ивановский государственный энергетический университет имени
В.И. Ленина"
Кафедра
программного обеспечения компьютерных систем
Пояснительная
записка к курсовому проекту
по дисциплине
"Моделирование систем"
Выполнил:
студент гр. 3-42 Кудрявцев А.Д.
Проверила:
к.т.н. Новосельцева С.С.
Иваново 2014
Содержание
Задание
.
Концептуальная модель
. Структурная
схема модели верхнего уровня
. Описание
отдельных блоков подлежащих моделированию
.1 Сборочный
цех
.2 Стеллаж 1
.3 Контролёр
1
.4 Контролёр
2
3.5 Стеллаж 2
.6 Наладчик
. Модель СМО
в среде Simulink
.
Функционирование блоков системы в среде Simulink
.1 Генератор
заявок
.2 Стеллаж 1
.3 Контролер
1
.4 Контролер
2
.5 Стеллаж 2
.6 Наладчик
. Серия
экспериментов
Заключение
Список
литературы
Задание
Модель технического контроля изделий
Условие:
Собранные телевизионные приемники после сборки проходят испытания на
станции технического контроля. Если в процессе контроля оказывается, что
функционирование телевизора ненормально, его переправляют на участок наладки,
после которой он вновь возвращается на станцию контроля для повторной проверки.
После одной или нескольких проверок телевизор попадает в цех упаковки.
Описанная ситуация иллюстрируется схемой, приведенной на рисунке. Телевизионные
приемники попадают на станцию контроля каждые 5±2 мин. На станции работают два
контролера, каждому из них на проверку телевизора нужно 9±3 мин. Примерно 85%
телевизоров проходят проверку успешно и попадают в цех упаковки, остальные 15%
попадают на участок наладки, на котором работает один рабочий-наладчик. Наладка
занимает 30±10 мин.
Задание:
Построить имитационную модель системы и оцените с ее помощью, сколько
мест на стеллажах необходимо предусмотреть на станции технического контроля и
на участке наладки. На одном месте на стеллаже может храниться один телевизор,
ожидающий контроля или наладки, соответственно.
1.
Концептуальная модель
Представим данные о системе в виде концептуальной модели (Рис. 1).
Рис. 1. Концептуальная модель системы тех. контроля
Для полной проверки телевизор должен пройти несколько стадий проверки: сборочный
цех - стеллаж контроля - контролёр - упаковочный цех. Если телевизор
неисправен, то он следует по пути: контролёр - стеллаж наладки - наладчик -
стеллаж контроля, и снова попадает в первоначальный поток.
В данной модели по заданию работает 2 контролера, 2 стелажа и 1 наладчик
телевизоров.
На стеллаже контроля хранится K телевизоров, на стеллаже наладки хранится
N телевизоров. Значения K и N необходимо найти в хоте работы.
2. Структурная схема модели верхнего уровня
На основе исходных данных была построена модель верхнего уровня (Рис.
2.).
Рис. 2. Структурная схема модели верхнего уровня- событие
"Поступление телевизора в систему",- состояние "Количество
телевизоров на стеллаже контроля",- событие "Отправление на
наладку",- событие "Отправление на упаковку",- событие
"Начало проверки телевизора",- состояние "Передача телевизора
второму контролёру",- состояние " Количество телевизоров на стеллаже
наладки",- событие "Начало наладки телевизора",- событие
"Отправление на контроль".
3. Описание отдельных блоков подлежащих моделированию
На схеме представлены следующие элементы СМО:
. Сборочный цех - Генератор заявок,
. Стеллаж 1 - Очередь 1,
. Контролёр 1 - Обслуживающее устройство 1,
. Контролёр 2 - Обслуживающее устройство 2,
. Стеллаж 2 - Очередь 2,
. Наладчик - Обслуживающее устройство 3
Описание
отдельных блоков подлежащих моделированию
Определим блоки системы, особенности их функционирования и согласования
между собой.
.1 Сборочный цех
Рисунок 3. Генератор "Сборочный цех"
Принцип работы:
Генерирует событие Y1 каждые 5±2 единицы модельного времени.
Выходной поток:- событие "Поступление телевизора на контроль"
Рисунок 4. Диаграмма состояний генератора заявок "Сборочный
цех"
Изменение состояний:- В начальный момент времени задаётся время
поступления следующего телевизора и Генератор переходит в состояние
"Активен" (tc= tc0).- В момент времени заданный функцией UNIFRND(3,7)
на выход поступает событие Y1, задаётся время поступления следующего телевизора
и Генератор переходит в состояние "Активен" ([Tc = tc]: tc =
unifrnd() + Tc: Y1^;).
.2 Стеллаж 1
Рисунок 5. Очередь "Стеллаж 1"
Принцип работы:
Входной поток:- событие "Поступление телевизора на контроль"-
событие "Начало обслуживания(проверки) телевизора"
Выходной поток:- состояние "Количество телевизоров на стеллаже"
Рисунок 6. Диаграмма состояний очереди "Стеллаж 1"
Изменение состояний:- Длина очереди.- В начальный момент времени
количество телевизоров равно нулю очередь переходит в состояние "Не
заполнена" (Z=0;Y1 = Z).- Поступление события X2 означает, что телевизор
был взят на проверку, поэтому уменьшается количество на стеллаже, а очередь переходит
в состояние "Не заполнена" (X2^:Z--;Y1=Z).- Поступление события X1
увеличивает количество хранимых на стеллаже телевизоров на единицу, очередь
переходит в состояние "Не заполнена" (X1^:Z++;Y1=Z).
.3 Контролёр 1
Рисунок 7. ОУ "Контролёр 1"
Принцип работы:
Проверяет телевизор в течение 9±3 единиц времени. По окончании проверки
определятся исправен телевизор (вероятность 85%) или нет (вероятность 15%).
Входной поток:- состояние "Количество телевизоров на стеллаже"
Выходной поток:- событие "Телевизор неисправен. Отправление на
наладку"- событие "Телевизор исправен. Отправление на упаковку"-
событие "Начало обслуживания(проверки) телевизора"- состояние
"ОУ 1 занято. Поступление телевизора на контроль"
Рисунок 8. Диаграмма состояний ОУ "Контролёр 1"
Изменение состояний:- Занятость ОУ- В начальный момент времени ОУ
переходит в состояние "Свободно"
(Z=0).
- Если на вход поступает X1 длина очереди, а ОУ "Свободно", то
телевизор берётся на проверку и определяется время его контроля с помощью
UNIFRND(6,12)
([X1>0 && Z=0] Z=1;Y3^;Y4=Z;too = Tc + unifrnd();).
III - Когда на вход поступает X1 длина очереди, а ОУ "Занято",
передаётся состояние Y4
([X1>0]:Y4=1).
- Как только телевизор проверен, то с вероятность 85 процентов он
исправен и вызывается событие Y2, иначе телевизор неисправен и вызывается
событие Y1
([Tc = too]: Z=0; Y4=Z;
[rand(1)<0.15]:Y1^;[rand(1)>0.15]:Y2^;).
.4 Контролёр 2
Рисунок 9. ОУ "Контролёр 2"
Принцип работы:
Проверяет телевизор в течении 9±3 единиц времени. По окончании проверки
определятся исправен телевизор(вероятность 85%) или нет (вероятность 15%).
Входной поток:- состояние "ОУ 1 занято. Поступление телевизора на
контроль"
Выходной поток:- событие "Телевизор неисправен. Отправление на
наладку"- событие "Телевизор исправен. Отправление на упаковку"-
событие "Начало обслуживания(проверки) телевизора"
Рисунок 10. Диаграмма состояний ОУ "Контролёр 2"
Изменение состояний:- Занятость ОУ- В начальный момент времени ОУ
переходит в состояние "Свободно".
(Z=0)
- Если на вход поступает X1, а ОУ "Свободно", то телевизор
берётся на проверку и определяется время его контроля с помощью UNIFRND(6,12)
([X1>0 && Z=0] Z=1;Y3^;Y4=Z;too = Tc +
unifrnd();).
- Как только телевизор проверен, то с вероятность 85 процентов он
исправен и вызывается событие Y2, иначе телевизор неисправен и вызывается
событие Y1
([Tc = too]: Z=0; Y4=Z;
[rand(1)<0.15]:Y1^;[rand(1)>0.15]:Y2^;).
3.5 Стеллаж 2
Рисунок 11. Очередь "Стеллаж 2"
Принцип работы:
Хранит телевизоры, ожидающие освобождения одного из контролёров для
прохождения проверки. На стеллаж ТВ-приемники поступают от Сборочного цеха и
Наладчика.
Входной поток:- событие "Телевизор неисправен. Поступление на
наладку"- событие "Начало обслуживания(наладки) телевизора"
Выходной поток:- состояние "Количество телевизоров на стеллаже
2"
Рисунок 12. Диаграмма состояний очереди "Стеллаж 2"
Изменение состояний:- Длина очереди.- В начальный момент времени
количество телевизоров равно нулю очередь переходит в состояние "Не
заполнена"
(Z=0;Y1=Z).
- Поступление события X2 означает, что телевизор был взят на наладку,
поэтому уменьшается количество телевизоров на стеллаже, а очередь переходит в
состояние "Не заполнена"
(X1^:Z++;Y1=Z).
- Поступление события X1 увеличивает количество хранимых на стеллаже
телевизоров на единицу, очередь переходит в состояние "Не заполнена"
(X2^:Z--;Y1=Z).
.6 Наладчик
Рисунок 13. ОУ "Наладчик"
Принцип работы:
Про телевизор в течении 30±10 единиц времени. По окончании проверки
определятся телевизор отправляется на повторный контроль.
Входной поток:- состояние "Количество телевизоров на стеллаже
2"
Выходной поток:- событие "Начало обслуживания (наладки)
телевизора"- событие "Телевизор починен. Отправление на
контроль"
Рисунок 14. Диаграмма состояний ОУ "Наладчик"
Изменение состояний:- Занятость ОУ- В начальный момент времени ОУ
переходит в состояние "Свободно"
(Z=0).
- Если на вход поступает X1, а ОУ "Свободно", то телевизор
берётся на наладку и определяется время его наладки с помощью UNIFRND(20,40)
([X1>0 && Z=0]: Z=1; Y1^; too = Tc+unifrnd()).
- Как только телевизор налажен, он направляется на участок контроля
([Tc = too]:Z=0; Y2^;).
4. Модель СМО
в среде Simulink
На основе предыдущего пункта были смоделированы блоки и система в целом.
Время моделирования работы системы равно одному месяцу работы при 5-ти дневной
рабочей неделе с 8-ми часовом рабочем дне, т.е. 12 480 минутам.
Рисунок 15. Общая модель СМО
. Генератор заявок "Сборочный цех" -- GEN.
. Очередь "Стеллаж 1" - Stellazh 1.
. Обслуживающее устройство "Контролёр 1" - Kontroler 1.
. Обслуживающее устройство "Контролёр 2" - Kontroler 2.
. Очередь "Стеллаж 2" - Stellazh 2.
. Обслуживающее устройство "Наладчик" - Naladchik.
Основные события происходящие в системе:- событие "Поступление
телевизора в систему",- состояние "Количество телевизоров на стеллаже
контроля",- событие "Телевизор исправен. Отправление на
упаковку",- событие "Телевизор неисправен. Отправление на
наладку",- состояние " Количество телевизоров на стеллаже
наладки",- событие "Телевизор отремонтирован. Отправление на
контроль".
Рисунок 16. Проверка работы модели технического контроля
5.
Функционирование блоков системы в среде Simulink
.1 Генератор заявок
Рисунок 17. Модель генератора заявок
Внутри блока random расположен блок подающий на выход функцию
unifrnd(3,7).
Выходы:- Поступление заявки в систему.
Рисунок 18.Проверка работы генератора заявок
.2 Стеллаж 1
Рисунок 19. Модель очереди "Стеллаж 1"
Входы:- Поступление заявки в очередь.- Уход заявки из очереди -
отправление на контроль.
Выходы:- Длина очереди.
Рисунок 20. Проверка работы модели очереди "Стеллаж 1"
.3 Контролер 1
Рисунок 21. Модель ОУ "Контролер 1"
Внутри блока random расположен блок подающий на выход функцию
unifrnd(6,12).
Внутри блока percent86 расположен блок подающий на выход функцию rand(1).
Входы:- Длина очереди.
Выходы:- Отправление телевизора на наладку- Отправление телевизора на
упаковку- Начало обслуживания(проверки) телевизора- ОУ 1 занято
Рисунок 22. Проверка работы модели ОУ "Контролер 1"
.4 Контролер 2
Рисунок 23. Модель ОУ "Контролер 2"
Внутри блока random расположен блок подающий на выход функцию
unifrnd(6,12).
Внутри блока percent86 расположен блок подающий на выход функцию rand(1).
Входы:- ОУ 1 занято
Выходы:- Отправление телевизора на наладку- Отправление телевизора на
упаковку- Начало обслуживания (проверки) телевизора
Рисунок 24. Проверка работы модели ОУ "Контролер 2"
.5 Стеллаж 2
Рисунок 25. Модель очереди "Стеллаж 2"
Входы:- Поступление заявки в очередь.- Уход заявки из очереди -
отправление на наладку.
Выходы:- Длина очереди.
Рисунок 26. Проверка работы модели очереди "Стеллаж 2"
.6 Наладчик
Рисунок 27. Модель ОУ "Наладчик"
Внутри блока random расположен блок подающий на выход функцию
unifrnd(20,40).
Входы:- Длина очереди
Выходы:- Отправление телевизора на участок контроля- Начало
обслуживания(наладки) телевизора
Рисунок 28. Проверка работы модели ОУ "Наладчик"
6. Серия
экспериментов
моделирование стеллаж место имитационный
Для определения числа мест на стеллажах контроля и наладки проведём серию
из 10 экспериментов. Время моделирования возьмём равным 12 480 минутам.
Остальные данные о блоках можно найти в разделе "Описание отдельных блоков
подлежащих моделированию".
Таблица 1. Серия экспериментов модели технического контроля
Номер эксперимента
|
Максимальная длина очереди на стеллаже 1
|
Максимальная длина очереди на стеллаже 2
|
1
|
7
|
8
|
2
|
4
|
6
|
3
|
5
|
4
|
7
|
15
|
5
|
4
|
10
|
6
|
8
|
4
|
7
|
6
|
5
|
8
|
8
|
10
|
9
|
4
|
5
|
10
|
8
|
8
|
По результатам серии экспериментов количество мест на стеллаже перед
станцией контроля определим равным 8 местам, а перед станцией наладки 15
местам.
Заключение
После моделирования системы и в результате проведения серии экспериментов
было определено число мест на стеллажах: 8 мест - Стеллаж 1, 15 мест - Стеллаж
2. Полученные данные можно использовать в дальнейшем, для оптимизации процессов
протекающих в системе.
Список
литературы
1. В.М.
Кокин. Моделирование систем: Учеб. пособие.- Иваново: ИГЭУ, 2002. - 116 с.