Моделирование работы цеха сборки

Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

Высшего профессионального образования

Северо-Кавказский государственный технический университет

Факультет информационных технологий и телекоммуникаций

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту (работе) по

Моделирование систем

на тему: Моделирование работы цеха сборки

Специальность 230102.65

Автоматизированные ситемы обработки информации_и управления

шифр, наименование

Руководитель проекта Е.Г. Степанова

Ставрополь 2011 г.

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"

Кафедра автоматизированных систем обработки и управления информации

ЗАДАНИЕ

по курсовому проектированию (курсовой работе)

Студента 3 курса, группы АСОУ-081, Ким Рената Жоровича

фамилия, имя, отчество

. Тема

Моделирование работы цеха сборки

. Исходные данные к проекту

Комплекты деталей поступают в цех сборки в среднем каждую минуту. В этом цехе изделия собираются целиком и отправляются в ОТК для проверки. При проверки изделия признаться годными только на 40%, остальные требуют доработки. На сборку 1 изделия затрачивается в среднем 3 минуты, на проверку качества - 30 секунд. Все временные интервалы распределены экспоненциально. Смоделировать работу цеха и ОТК в течении 2 часов. Определить количество участков в цехе сборки, исключающее неограниченный рост числа комплектов, ожидающих начало сборки, а также коэффициентов загрузки ОТК.

3. Содержание расчетно-пояснительной записки (перечень подлежащих разработке вопросов)

1. Описание моделируемой системы

________________________________

. Структурная схема модели системы и её описание

______________________________

3. Временная диаграмма и её описание

______________________________

. Q-схема системы и её описание

_______________________________

. Укрупнённая схема моделирующего алгоритма

_______________________________

6. Детальная схема моделирующего алгоритма

_______________________________

7. Математическая модель и её описание

________________________________

8. Описание машинной программы решения задачи

________________________________

9. Результаты моделирования и их анализ

________________________________

10. Описание возможных улучшений в работе системы

________________________________

11. Результаты оптимизации системы и их анализ

________________________________

4. Перечень графического материала (с точным указанием обязательных чертежей)

Структурная схема процессов системы передачи, Структурная схема системы передачи, Временная диаграмма процессов системы передачи пакетов, - Q-схема системы передачи пакетов, Укрупнённая схема моделирующего алгоритма, Математическая модель и её описание, Блок-диаграмма GPSS

. Литература, пособия

Советов Б.Я. Моделирование систем. Практикум: Учеб. Пособие для вузов/Б.Я. Советов, С.А. Яковлев. - 2-е изд., перераб. И доп - М.: Высш. шк., 2003. - 295 с.

6. Дата выдачи задания 26.04.11

. Срок сдачи студентом законченного проекта

Руководитель проекта Е.Г. Степанова

Задание принял к исполнению

Аннотация

Данная курсовая работа выполнена в соответствии с заданием, требующим смоделировать работу участка, состоящего из сборочного и регулировочных частей, при поступлении 100 комплектов деталей; определить возможные места очередей и коэффициенты загрузки мастеров по сборке и регулировки.

Курсовая работа занимает ____ лист и содержит следующие разделы:

•        Построение концептуальной модели системы, где описываем моделируемую систему, определяем цели, задачи и параметры системы. Строим структурную схему модели, где систему разбиваем на функциональные блоки, каждый из которых описываем, и определяем связи с другими блоками. Затем строим временную диаграмму, с помощью которой можно выявить все особые состояния системы, которые необходимо будет учесть при построении детального моделирующего алгоритма.

•        Формализация модели. В данном разделе строим Q-схему. Используя задание и полученную Q-схему строим обобщенную схему моделирующего алгоритма с использованием "принципа Δt", которая задает общий порядок действий. Далее строим блок-диаграмму GPSS. Выяснив все особенности функционирования системы, производим математический расчет основных показателей моделируемой системы и написание программы на языке имитационного моделирования GPSS. Сравнение результатов имитационного моделирования и аналитического расчета основных показателей, является неотъемлемой частью моделирования систем. Если показатели модели не удовлетворяют требованиям, то система должна модернизироваться для повышения значений основных показателей.

Содержание

Введение

1. Построение концептуальной модели системы

1.1 Описание моделируемой системы

1.2 Структурная схема модели системы

2. Формализация модели

2.1 Q-схема системы

2.2 Обобщенная схема моделирующего алгоритма с использованием "принципа Δt"

2.3 Блок-диаграмма GPSS

2.4 Математическая модель

2.5 Результаты моделирования и их анализ

2.6 Сравнение результатов имитационного моделирования и аналитического расчета характеристик

2.7 Описание возможных улучшений в работе системы

Заключение

Список литературы

Приложения

Введение

Внедрение новых информационных технологий в процесс разработки автоматизированных систем способствует дальнейшему развитию модельного подхода. Увеличивается многообразие используемых моделей, самостоятельное значение приобретают модели предметных областей, математические схемы решения вычислительных задач, модели представления знаний и т.д. Совершенствуется и процесс машинного моделирования. Возникают новые перспективные направления в теории моделирования, ориентированные на анализ и синтез сложных систем. Машинное моделирование становится средством, позволяющим без капитальных затрат решать проблемы построения различных систем.

С помощью систем моделирования можно представить наглядную информацию в виде таблиц, графов, статистических данных и анимации процессов. Таким образом, с использованием систем моделирования можно избежать проблем не эффективной автоматизации или ошибочного планирования, которые порой приводят к необходимости повторной реорганизации и реконструкции производства, а в дальнейшем и всего предприятия.

Для написания данной курсовой работы мы будем использовать систему имитационного моделирования GPSS\PC, так как она является одной из самых удобных систем моделирования.

Данная курсовая работа преследует следующие цели:

•        Развитие у студентов навыков научно-исследовательской и проектно-конструкторской работы в области исследования и разработки сложных систем;

•        Постановка и проведение имитационных экспериментов с моделями процессов функционирования систем на современных ЭВМ для оценки вероятностно-временных характеристик систем как наиболее характерных для системного исследования и проектирования АСОИУ;

•        Принятие экономически и технически обоснованных инженерных решений;

•        Анализ научно-технической литературы в области системного моделирования, а также использование стандартов;

•        закрепление и углубление знаний у студентов, полученных в результате изучения теоретического курса дисциплины.

Задачей данного курсового проекта является проведение имитационных экспериментов с моделями процессов функционирования систем на современных ЭВМ для оценки вероятностно-временных характеристик систем.

Разработка велась на основании задания на курсовой проект.

1. Построение концептуальной модели системы

1.1 Описание моделируемой системы

На сборочный участок поступают комплекты деталей через интервалы времени 8+3 минуты.

Процесс сборки каждого изделия занимает 7+2 минуты.

Собранные изделия поступают на одно из двух рабочих мест для регулировки (на то, которое свободно). Время регулировки 6+1 минут.

Смоделировать работу участка при поступлении 100 комплектов деталей. Определить возможные места очередей и их характеристики, а также коэффициенты загрузки мастеров по сборке и регулировке.

1.2 Структурная схема модели системы

На основании задания, прежде всего, строим структурную схему системы массового обслуживания (рисунок 1.1). Проанализировав задание на курсовой проект, мы можем выделить две части моделируемой системы. Первая часть - сборочный участок, на который поступают детали и происходит сборка изделий. Вторая часть - регулировочный участок, на котором производится регулировка готовых изделий.

модель цех сборка система

Рисунок 1.1 - Структурная схема функционирования участка

Анализ условия задачи и структурной схемы позволяет сказать, что в процессе функционирования участка возможны следующие ситуации:

.        Режим нормального обслуживания, когда производится своевременное комплектование изделий на сборочном участке и регулировка готовых изделий на регулировочном участке;

.        Режим накопления, когда происходит безграничное поступление деталей в накопитель перед сборочным участком, а также возможное использование накопителей перед рабочими местами.

1.3 Временная диаграмма и ее описание

Более детально процесс функционирования участка можно представить на временной диаграмме (рисунок 1.2).

На временной диаграмме:

Ось 1 - моменты поступления комплектов деталей на сборочный участок (источник);

Ось 2 - пребывание комплектов деталей в накопителе 1;

Ось 3 - сборка изделия на сборочном участке;

Ось 4 - возможное пребывание изделий в накопителе 2;

Ось 5 - регулировка изделия на рабочем месте 1;

Ось 6 - возможное пребывание изделий в накопителе 3;

Ось 7 - регулировка изделия на рабочем месте 2;

Рисунок 1.2 - Временная диаграмма процесса функционирования СМО

С помощью временной диаграммы можно выявить все особые состояния системы, которые необходимо будет учесть при построении блок-диаграммы и разработке программы на языке имитационного моделирования GPSS.

2. Формализация модели

2.1 Q-схема системы

Все описанное в первой главе есть, по сути, этап построения концептуальной модели системы. Следующим должен стать этап формализации модели. Так как описанные процессы являются процессами массового обслуживания, то для формализации задачи используем символику Q-схем. В соответствии с построенной концептуальной моделью и символикой Q-схем структурную схему данной СМО (рисунок 1.1) можно представить в виде, показанном на рисунке 2.1.

Рисунок 2.1 - Q-схема СМО

Источник И имитирует процесс поступления комплектов деталей на сборочный участок. Если в данный момент времени Сборочный участок занят обслуживанием заявки, то поступившие комплекты деталей попадают в накопитель Н1. После обслуживания комплектов деталей в канале К1, имитирующем работу сборочного участка, изделия поступают на регулировочный участок. Если канал К2 занят, то изделия поступают на канал К3, а если канал К3 занят, то - на канал К2. Если же оба канала заняты обработкой изделия, то происходит увеличение заявок в накопителях втором и третьем. После обслуживания заявки каналом 2 или каналом 3 она выходит из системы.

2.2 Обобщенная схема моделирующего алгоритма с использованием "принципа Δt"

После этапа формализации задачи необходимо приступить к построению моделирующего алгоритма или обобщенной схемы, задающий общий порядок действий.

Обобщенная схема моделирующего алгоритма задает общий порядок действий при реализации задания. Обобщенная схема построена с использованием "принципа Δ t".

Рисунок 2.2 - Обобщенная схема моделирующего алгоритма с использованием "принципа Δt"

2.3 Блок-диаграмма GPSS

Теперь мы можем приступить к оформлению поставленной задачи на языке GPSS/PC. Сформулированную ранее задачу можно представить в виде блок-диаграммы языка GPSS/PC. Блок-диаграмма приведена на рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 - Блок - диаграмма GPSS

2.4 Математическая модель

Данная СМО (рисунок 2.1) рассматривается в двух фазах:

одноканальная СМО с ожиданием (поступление деталей на одноканальное устройство и комплектация изделия);

многоканальная система (регулировка изделий);

Перед тем как вдаваться в подробности машинной реализации и сравнения результатов следует составить математическую модель системы, а также составить уравнения необходимые для получения расчетных результатов необходимых при подтверждении правильности машинных результатов.

Необходимо рассчитать коэффициенты загрузки мастеров по сборке и регулировке.

Введем некоторые переменные:

T - общее имитируемое время работы участка;

t_ср. г. - среднее время поступления комплектов деталей на участок;ср. об. су. - среднее время сборки одного изделия на сборочном участке;з. су - коэффициент загрузки мастера на сборочном участке;ср. об. рм. - среднее время регулировки одного изделия на регулировочном участке;- среднее количество занятых каналов;з. рм - коэффициент загрузки мастера на регулировочном участке;- количество каналов многоканального устройства.

Математическая модель:

T= t_{ср. г.} *100;

Т=8*100=800 (мин.)

k_{з. су}= (t_{ср. об. су}*100) /Т;

k_{з. су}= (7*100) /800=0,875;

A= (t_{ср. об. рм}*100) /Т;

A= (6*100) /800=0,875;_{з. рм}=A/N;_{з. рм}=0,75/2=0,375.

2.5 Результаты моделирования и их анализ

Результаты машинного моделирования приведены в отчете, генерируемом GPSS\PC, который приведен в Приложении 2. Файл отчета находится в папке с исходным кодом программы и называется REPORT. TXT. Листинг программы на GPSS\PC приведен в Приложении 1.

Из отчета видно, что:

•        Была сгенерирована 101 заявка;

•        Среднее количество занятых каналов СМО RM равен 0,751;

•        Коэффициент загрузки мастера на регулировочном участке k_{з. рм.} равен 37,6%;

•        Максимальная длина очереди в процессе моделирования составила две единицы;

•        Количество свободных каналов в момент завершения моделирования составило 2.

По завершению моделирования в системе осталась 1 заявка. Причина этого в том, что сгенерирована была 101 заявка, а процесс моделирования завершился после окончания обработки сотой заявки.

2.6 Сравнение результатов имитационного моделирования и аналитического расчета характеристик

Результаты имитационного моделирования подтвердили математические вычисления, что видно из таблицы 1.

Таблица 1 - Сравнение результатов имитационного моделирования и аналитического расчета характеристик

Как видно из выше приведенной таблицы значения показателей имитационного моделирования расходятся со значениями показателей математического моделирования на несущественные величины. Это связано с особенностями среды проектирования GPSS\PC.

2.7 Описание возможных улучшений в работе системы

В данном задании предлагалось определить возможные места появления очередей. В начале исследований мы предположили, что перед рабочими местами регулировочного участка могут образовываться очереди. Но результаты имитационного моделирования показали, что формирования очередей не происходит. Поэтому в качестве возможных улучшений в работе системы я предлагаю не использовать накопители перед рабочими местами регулировочного участка.

Заключение

Данный курсовой проект выполнен в соответствии с заданием, требующим смоделировать работу участка, состоящего из сборочного и регулировочных частей, при поступлении 100 комплектов деталей; определить возможные места очередей и коэффициенты загрузки мастеров по сборке и регулировки.

В курсовом проекте было проведено имитационное моделирование и математическое моделирование СМО, были рассчитаны такие характеристики модели как:

•        Общее имитируемое время работы участка;

•        Коэффициент загрузки мастера на сборочном участке;

•        Среднее количество занятых каналов;

•        Коэффициент загрузки мастера на регулировочном участке;

Анализ проведенных расчетов дает нам право сказать, что данная система является оптимальной. Единственное улучшение, предложенное мной - это отказ от использования накопителей перед рабочими местами регулировочного участка.

Для корректной работы данной модели необходимо выполнение следующих минимальных условий:

•        а) windows98;

•        б) 128мбайт ОП;

•        в) среда моделирования GPSS;

•        г) 10,3 кбайт свободного места на жестком диске.

Список литературы

1.       Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. - М.: ВШ, 2007.

2.       Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. Практикум: Учеб. Пособие для вузов по спец. "Автоматизир. Системы обработки информ. И упр.". - М.: Высш. шк., 2008. - 224 с.: ил.

.        Вентцель Е.С. "Теория вероятностей", М. - Наука, 1969г.

Приложения

Приложение 1

Листинг программы

10 SIMULATE

20 RM STORAGE 2

GENERATE 8,3

QUEUE SYOch

SEIZE SY

DEPART SYOch

ADVANCE 7,2

RELEASE SY

ENTER RM

ADVANCE 6,2

LEAVE RM

TERMINATE 1

140 START 100

Приложение 2