Моделирование процесса контроля и настройки телевизоров

Моделирование процесса контроля и настройки телевизоров

Введение

контроль настройка телевизор схема

В предлагаемом курсовом проекте рассматривается задача моделирование процесса контроля и настройки телевизоров. Цель курсовой работы - составление и описание модели, моделирование процесса обработки некоторого количества заданий, получение основных характеристик модели исследуемой системы, анализ и интерпретация результатов.

Процессы функционирования различных систем и сетей связи могут быть представлены той или иной совокупностью систем массового обслуживания (СМО) - стохастических, динамических, дискретно-непрерывных математических моделей. Исследование характеристик таких моделей может проводиться либо аналитическими методами, либо путем имитационного моделирования [1].

В последнее время, особенно с развитием вычислительной техники, вопросы имитационного моделирования стали играть все большую роль. Имитационное моделирование - наиболее эффективный метод исследования больших систем [2]. Оно обеспечивает возможность испытания, оценки и проведения экспериментов с предполагаемой системой без каких-либо непосредственных воздействий на нее. При имитационном моделировании реализующий модель алгоритм воспроизводит процесс функционирования системы во времени, причем имитируются элементарные явления, составляющие процесс, с сохранением их логической структуры и последовательности протекания во времени, что позволяет по исходным данным получить сведения о состояниях процесса в определенные моменты времени, дающие возможность оценить характеристики системы [1]. То, что раньше можно было сделать за несколько часов, недель, месяцев работы теперь можно смоделировать за гораздо меньшее время.

Сложные функции моделирующего алгоритма могут быть реализованы средствами универсальных языков программирования, что предоставляет неограниченные возможности в разработке, отладке и использовании модели. Однако подобная гибкость приобретается ценой больших усилий, затрачиваемых на разработку и программирование весьма сложных моделирующих алгоритмов, оперирующих со списковыми структурами данных. Альтернативой этому является использование специализированных языков имитационного моделирования.

Для общих задач система моделирования должна предоставлять пользователю достаточно краткий и в то же время применимый к широкому классу систем язык моделирования [3], а также учитывать техническую оснащенность. И когда встает вопрос о выборе конкретной системы моделирования, то тут, как правило, отдают предпочтение специализированному пакету GPSS/PC. Это обуславливается тем, что в настоящее время он является одним из наиболее эффективных и распространенных программных средств имитационного моделирования сложных дискретных систем, успешно используемых для моделирования систем, формализуемых в виде схем массового обслуживания, с помощью которых описываются многие объекты, рассматриваемые при подготовке специалистов по АСОИУ. Также не требующего дорогостоящего оборудования для использования.

В качестве объектов языка используются аналоги таких стандартных компонентов СМО (система массового обслуживания), как заявки, обслуживающие приборы, очереди и т.п. Достаточный набор подобных компонентов позволяет конструировать сложные имитационные модели, сохраняя привычную терминологию [4].

1. Постановка задачи

В данном курсовом проекте передо мной была поставлена задача, создать и проанализировать модель процесса контроля и настройки телевизоров.

Собранные телевизоры проходят серию испытаний на станции технологического 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 5,5±2 минут. На станции работают 2 контроля одинаковой квалификации. Операция контроля одного телевизора состоит из двух проверок: 1. для первой проверки каждому контролеру необходимо 9±3 минут; 2. для второй проверки на всех 2 контролеров имеется один тестовой прибор. Продолжительность тестирования составляет 1,2 минут.

Приблизительно 85 процентов телевизоров успешно проходят проверку и попадают в цех упаковки, а другие 15 процентов - в цех наладки, в котором находится один рабочий - наладчик. Время наладки (замены) неисправных блоков распределено в соответствии с равномерным законом в интервале 30±7 минут.

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 средства моделирования принять GPSS/PC.

–       Вспомогательные вычисления и графические построения выполнить в MATLAB.

2. Разработка программной модели

Перед нами стоят 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 2.1).

Рисунок 2.1 - Концептуальная схема процесса контроля и настройки телевизоров

В данной схеме телевизоры проходят стадию контроля, на которой отсеиваются телевизоры с браком. После замены неисправных блоков телевизоры отправляются на упаковку.

2.2 Модель системы (Q-схема)

Объекты GPSS подразделяются на 7 категорий и 14 типов и позволяют описать их взаимодействие сравнительно несложными наборами операций. Для разработки алгоритма и для формализации процессов поступления требований в систему применим структурную схему модели в символике Q-схем (рис.2.2), наглядно изображающую работу процесса передачи цифрового сигнала речи.

Рисунок 2.2 - Q-схема модели

И1 - источник данных 1

КЛ1 - ключ, в соответствии с которыми телевизор отправляется на повторную наладку

H1- очередь обработки

К1 - упаковка

3. Моделирование и анализ результатов моделирования

.1 Порядок работы программы

Построение алгоритма является последним шагом перед написанием программной реализации модели. Алгоритм отображает структуру программы в целом (рисунок 3.1).

Рисунок 3.1- План работы программы

3.2 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, созданную на основе блок-схемы моделирующего алгоритма, Q-схемы модели системы, а также описания работы в задании.

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

Выделяем память для приборов.

KNTRS STORAGE 2

PRIBOR STORAGE 1STORAGE 1- 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.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.QUEUE TYPE1- 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 KNTRSTYPE19,3

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 KNTRSPRIBOR1.2KNTRSPRIBOR0.15,ENDING,BROKENQUEUE TYPE2NALTYPE230,7NAL,REPEAT

Работа данных блоков описана выше.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.

3.3 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.

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.

4. Выполнение заданий по моделированию

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

Смоделировать работу производственно линии в течение 7 часов.

Данное требование выполняется, при написании следующего фрагмента нашей программы.

Так как мы моделировали в GPSS/World в окне START мы задаем значение 7.

Определить операционные характеристики производственной линии.

Определим занятость каналов:

STORAGE CAP. REM. MIN. MAX. ENTRIES AVL. AVE.C. UTIL. RETRY DELAY2 0 0 2 52 1 1.842 0.921 0 21 1 0 1 22 1 0.166 0.166 0 01 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 DELAY2 0 0 2 52 1 1.842 0.921 0 21 1 0 1 22 1 0.166 0.166 0 01 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 DELAY2 0 0 2 52 1 1.842 0.921 0 21 1 0 1 22 1 0.166 0.166 0 01 0 0 1 5 1 0.754 0.754 0 6

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

TABLE MEAN STD.DEV. RETRY RANGE FREQUENCY CUM.%102.38 58.24 0

1 18 2.35

- 31 101 15.56

- 61 90 27.32

- 91 126 43.79

- 121 120 59.48

- 151 124 75.69

- 181 103 89.15

- 211 83 100.00

Рисунок 4.1- Гистограмма распределения времени испытания телевизоров с учетом отбраковки.

ch = [18,101,90,126,120,124,103,83];(ch), set (gcf,'color','w')%параметры для разлиновки и заливки заднего фона= findobj('type','line'); %указание на объект типа линия для дальнейшего упрощения работы(h,'linewidth', 2, 'color', 'k')%задание параметров линии('Время'), ylabel('Загрузка'), %подпись осей('Время нахождения пакета в системе')%заголовок(gca,'box','off','ytick',0:0.5:5), %указание промежутков разлиновки и параметров([-1, 150,0,5])%указание крайних значений осей

Рисунок 4.2- Гистограмма распределения времени испытания телевизоров с учетом отбраковки.

ts2c2 = [1,31,61,91,121,151,181,211];%крайние значения границ отрезков из отче-таc2 = [2.35,15.56,27.32,43.79,59.48,75.69,89.15,100.00]/100;%вероятности(ts2c2,fs2c2),%построение ступенчатого графика, set (gcf,'color','w')%параметры для разлиновки и заливки заднего фона= findobj('type','line'); %указание на объект типа линия для дальнейшего упрощения работы(h,'linewidth', 2, 'color', 'k')%задание параметров линии('Время'), ylabel('Загрузка'), %подпись осей('Время нахождения пакета в системе')%заголовок(gca,'box','off','ytick',0:0.5:5), %указание промежутков разлиновки и параметров([-1, 230,0,1.1])%указание крайних значений осей

Рисунок 4.3- Функция распределения времени испытания телевизоров с учетом отбраковки.

Заключение

В данном курсовом проекте 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, затем Q-схему и, наконец, 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.

Список использованных источников

.Афонин В.В., Федосин С.А. Моделирование систем: учебно-методическое пособие. - М.: Интернет-Университет Информационных Технологий: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2010. - 231с.: ил., табл. - (Основы информационных технологий).

.Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем: Учеб. для вузов. - 4-е изд., стер. - М.: Высш. шк,. 2005. - 343 с.: ил.

.Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. Практикум: Учеб. пособие для вузов. - 3-е изд., стер. - М.: Высш. шк., 2005. - 295 с.: ил.

Приложение А

Полная реализация модели на GPSS/PC

KNTRS STORAGE 2STORAGE 1STORAGE 15.5,2QUEUE TYPE1KNTRSTYPE19,3KNTRS0.15,SERVICEABLE,BROKENENTER KNTRSPRIBOR1.2KNTRSPRIBOR0.15,ENDING,BROKENQUEUE TYPE2NALTYPE230,7NAL,REPEAT

ENDING TERMINATE 1

Приложение Б

Полный текст стандартного отчёта GPSS/PC

Б.1 Отчёт при исходных данных

GPSS World Simulation Report - 68v.2.1, May 29, 2012 14:55:03TIME END TIME BLOCKS FACILITIES STORAGES

.000 86.732 20 0 3VALUE14.00020.00010000.00010002.00010001.0002.0008.00010003.00010004.000LOC BLOCK TYPE ENTRY COUNT CURRENT COUNT RETRY

GENERATE 15 0 02 QUEUE 16 0 0

ENTER 16 1 0

DEPART 15 0 0

ADVANCE 15 1 0

LEAVE 14 0 0

TRANSFER 14 1 08 ENTER 11 0 0

ENTER 11 0 0

ADVANCE 11 0 0

LEAVE 11 0 0

LEAVE 11 0 0

TRANSFER 11 0 014 QUEUE 5 3 0

ENTER 2 0 0

DEPART 2 0 0

ADVANCE 2 1 0

LEAVE 1 0 0

TRANSFER 1 0 020 TERMINATE 8 0 0MAX CONT. ENTRY ENTRY(0) AVE.CONT. AVE.TIME AVE.(-0) RETRY2 1 16 5 0.391 2.118 3.080 03 3 5 1 0.900 15.613 19.516 0CAP. REM. MIN. MAX. ENTRIES AVL. AVE.C. UTIL. RETRY DELAY2 0 0 2 27 1 1.709 0.855 0 11 1 0 1 11 1 0.152 0.152 0 01 0 0 1 2 1 0.548 0.548 0 3XN PRI M1 ASSEM CURRENT NEXT PARAMETER VALUE

0 82.067 15 3 4XN PRI BDT ASSEM CURRENT NEXT PARAMETER VALUE

16 0 87.536 16 0 1

0 91.300 14 5 6

0 95.331 4 17 18