Моделирование работы АЗС

Содержание

Введение …………………………………………………………………………3

Глава 1. Имитационное моделирование. Язык программирования GPSS

1.1 Основные понятия имитационного моделирования ……………………...5

1.2 Методы программирования на языке GPSS ………………………………8

Глава 2. Построение имитационной модели

2.1 Постановка задачи …………………………………………………………16

2.2 Формирование отчета ……………………………………………………...21

Заключение ……………………………………………………………………..26

Библиографический список …………………………………………………...27

 

Введение

 

В век компьютерных технологий и всё более глубокого внедрения автоматизированных систем управления на предприятиях особенно востребованным является умение решать задачи, таких как та, которая была дана на курсовое проектирование:

Станция технического обслуживания автомобилей (СТО), которая имеет два ремонтных бокса. Известны следующие параметры работы СТО:

• поток автомобилей, поступающих на станцию технического обслуживания, подчиняется экспоненциальному распределению вероятностей с параметрами λ = 0 и β = 8;

• время ремонта в первом боксе составляет 12±5 мин, во втором –15±6 мин;

• автомобиль подъезжает к боксу, который не занят обслуживанием другого автомобиля.

Требуется промоделировать  работу СТО в течение рабочей смены – 12 ч – и определить параметры функционирования СТО:

• коэффициент загрузки каждого бокса;

• среднее время обслуживания в каждом боксе;

• максимальное, среднее  и текущее число автомобилей  в очереди к каждому боксу;

• среднее время нахождения автомобиля в каждой очереди и  др.

Умение решать задачи по автоматизации технологических процессов подразумевает умение вести научно – исследовательскую и проектно – конструкторскую работу в области исследования и разработки сложных систем; способность ставить и проводить имитационные эксперименты с моделями процессов функционирования систем на современных ЭВМ для оценки вероятностно – временных характеристик систем; принятие экономически и технически обоснованных инженерных решений; анализ научно – технической литературы в области системного моделирования, а также использование стандартов, справочников, технической документации по математическому и программному обеспечению ЭВМ.

Система GPSS (General Purpose System Simulator) предназначена для написания имитационных моделей систем с дискретными событиями.  Наиболее удобно в системе GPSS описываются модели систем массового обслуживания, для которых характерны относительно простые правила функционирования составляющих их элементов.

В системе GPSS моделируемая система представляется с помощью  набора абстрактных элементов, называемых объектами. Каждый объект принадлежит к одному из типов объектов.

Актуальность создания языка имитационного моделирования GPSS объясняется тем, что несколько  часов, недель или лет работы исследуемой  системы могут быть промоделированы на ЭВМ за несколько минут.

Целью данной курсовой работы является:

• выделение компонентов создаваемой имитационной модели;
• создание имитационной модели «станции технического обслуживания автомобилей»;
• анализ полученных результатов.

Объектом исследования является язык имитационного моделирования  GPSS Word.

Для достижения поставленных целей необходимо решить следующие  задачи:

• выделить компоненты создаваемой имитационной модели;
• создать имитационную модель «станции технического обслуживания автомобилей»;
• проанализировать полученные результаты.

 

Глава 1. Имитационное моделирование. Язык программирования GPSS

 

1.1 Основные понятия имитационного моделирования

 

Имитационное моделирование - это метод, позволяющий строить  модели, описывающие процессы так, как  они проходили бы в действительности. Такую модель можно «проиграть» во времени как для одного испытания, так и заданного их множества. При этом результаты будут определяться случайным характером процессов. По этим данным можно получить достаточно устойчивую статистику.

Имитационное моделирование - это метод исследования, при котором изучаемая система заменяется моделью с достаточной точностью описывающей реальную систему и с ней проводятся эксперименты с целью получения информации об этой системе. Экспериментирование с моделью называют имитацией (имитация - это постижение сути явления, не прибегая к экспериментам на реальном объекте).

Имитационное моделирование - это частный случай математического  моделирования. Существует класс объектов, для которых по различным причинам не разработаны аналитические модели, либо не разработаны методы решения полученной модели. В этом случае математическая модель заменяется имитатором или имитационной моделью.

Цель имитационного  моделирования состоит в воспроизведении  поведения исследуемой системы  на основе результатов анализа наиболее существенных взаимосвязей между ее элементами или другими словами - разработке симулятора (англ. simulation modeling) исследуемой предметной области для проведения различных экспериментов

Имитационное моделирование  позволяет имитировать поведение системы во времени. Причём плюсом является то, что временем в модели можно управлять: замедлять в случае с быстропротекающими процессами и ускорять для моделирования систем с медленной изменчивостью. Можно имитировать поведение тех объектов, реальные эксперименты с которыми дороги, невозможны или опасны.

Области применения имитационного моделирования:

• бизнес процессы;
• боевые действия;
• динамика населения;
• дорожное движение;
• ИТ-инфраструктура;
• математическое моделирование исторических процессов;
• логистика;
• пешеходная динамика;
• производство;
• рынок и конкуренция;
• сервисные центры;
• цепочки поставок;
• уличное движение;
• управление проектами;
• экономика здравоохранения;
• экосистемы

Применение имитационных моделей дает множество преимуществ  по сравнению с выполнением экспериментов над реальной системой и использованием других методов.

Имитационное моделирование  позволяет: описать структуру системы и её процессы в естественном виде, не прибегая к использованию формул и строгих математических зависимостей; позволяет определить оптимальность таких изменений за считанные минуты, необходимые для проведения эксперимента; решать задачи из любых областей: производства, логистики, финансов, здравоохранения и многих других.

Однако имитационное моделирование наряду с достоинствами имеет и недостатки:

• разработка хорошей имитационной модели часто обходится дороже создания аналитической модели и требует больших временных затрат;
• может оказаться, что имитационная модель неточна (что бывает часто), и мы не в состоянии измерить степень этой неточности;
• зачастую исследователи обращаются к имитационному моделированию, не представляя тех трудностей, с которыми они встретятся и совершают при этом ряд ошибок методологического характера.

И, тем не менее, имитационное моделирование является одним из наиболее широко используемых методов при решении задач синтеза и анализа сложных процессов и систем.

Популярные системы имитационного моделирования:

• AnyLogic;
• Aimsun;
• Arena;
• eM-Plant;
• Powersim;
• GPSS;
• NS-2;
• Transyt

 

1.2 Методы программирования на языке GPSS

 

GPSS – мощная универсальная  среда моделирования как дискретных, так и непрерывных процессов,  предназначенная для профессионального  моделирования самых разнообразных  процессов и систем.

Исходная программа на языке GPSS, как и программа на любом языке программирования, представляет собой последовательность операторов. Операторы GPSS записываются и вводятся в ПК в следующем формате: номер _строки имя операция операнды; комментарии. Все операторы исходной программы должны начинаться с номера 0_строки - целого положительного числа от 1 до 9999999. После ввода операторов они располагаются в исходной программе в соответствии с нумерацией строк. Обычно нумерация производится с некоторым шагом, отличным от 1, чтобы иметь возможность добавления операторов в нужное место исходной программы. Некоторые операторы удобно вводить, не включая их в исходную программу. Такие операторы вводятся без номера строки. В настоящем издании при описании формата операторов и в примерах моделей номера строк будут опускаться для лучшей читаемости текста. Отдельные операторы могут иметь имя для ссылки на эти операторы в других операторах. Если такие ссылки отсутствуют, то этот элемент оператора не является обязательным. В поле операции записывается ключевое слово (название оператора), указывающее конкретную функцию, выполняемую данным оператором. Это поле оператора является обязательным. У некоторых операторов поле операции включает в себя также вспомогательный операнд. В полях операндов записывается информация, уточняющая и конкретизирующая выполнение функции, определенной в поле операции. Эти поля в зависимости от типа операции содержат до семи операндов, расположенных в определенной последовательности и обозначаемых обычно первыми буквами латинского алфавита от A до G. Некоторые операторы вообще не имеют операндов, а в некоторых операнды могут быть опущены, при этом устанавливаются их стандартные значения (по умолчанию). При записи операндов используется позиционный принцип: пропуск операнда отмечается запятой. Необязательные комментарии в случае их присутствия отделяются от поля операндов точкой с запятой. Комментарии не могут содержать букв русского алфавита. Операторы GPSS записываются, начиная с первой позиции, в свободном формате, т.е. отдельные поля разделяются произвольным количеством пробелов. При вводе исходной программы в интегрированной среде GPSS размещение отдельных полей операторов с определенным количеством интервалов между ними производится автоматически. Каждый оператор GPSS относится к одному из четырех типов: операторы-блоки, операторы определения объектов, управляющие опера торы и операторы-команды. Операторы-блоки формируют логику модели. В GPSS имеется около 50 различных видов блоков, каждый из которых выполняет свою конкретную функцию. За каждым из таких блоков стоит соответствующая подпрограмма транслятора, а операнды каждого блока служат параметрами этой подпрограммы. Операторы определения объектов служат для описания параметров некоторых объектов GPSS (о самих объектах речь пойдет дальше). Примерами параметров объектов могут быть количество каналов в многоканальной системе массового обслуживания, количество строк и столбцов матрицы и т.п.

Управляющие операторы  служат для управления процессом  моделирования (прогоном модели). Операторы - команды позволяют управлять работой интегрированной среды GPSS. Управляющие операторы и операторы-команды обычно не включаются в исходную программу, а вводятся непосредственно с клавиатуры ПК в процессе интерактивного взаимодействия с интегрированной средой. После трансляции исходной программы в памяти ПК создается так называемая текущая модель, являющаяся совокупностью разного типа объектов, каждый из которых представляет собой некоторый набор чисел в памяти ПК, описывающих свойства и текущее состояние объекта. Объекты GPSS можно разделить на семь классов: динамические, операционные, аппаратные, статистические, вычислительные, запоминающие и группирующие.

Динамические  объекты, соответствующие заявкам  в системах массового обслуживания, называются в GPSS транзактами. Они «создаются» и «уничтожаются» так, как это необходимо по логике модели в процессе моделирования. С каждым транзактом может быть связано произвольное число параметров, несущих в себе необходимую информацию об этом транзакте. Кроме того, транзакты могут иметь различные приоритеты.

Операционные объекты GPSS, называемые блоками, соответствуют операторам-блокам исходной программы. Они, как уже говорилось, формируют логику модели, давая транзактам указания: куда идти и что делать дальше. Модель системы на GPSS можно представить совокупностью блоков, объединенных в соответствии с логикой работы реальной системы в так называемую блок-схему. Блок-схема модели может быть изображена графически, наглядно показывая взаимодействие блоков в процессе моделирования.

Аппаратные объекты GPSS - это абстрактные элементы, на которые может быть расчленено (декомпозировано) оборудование реальной системы. К ним относятся одноканальные и многоканальные устройства и логические переключатели. Многоканальное устройство иногда называют памятью. Одноканальные и многоканальные устройства соответствуют обслуживающим приборам в СМО. Одноканальное  устройство, которое для краткости далее будем называть просто устройством, может обслуживать одновременно только один транзакт. Многоканальное устройство (МКУ) может обслуживать одновременно несколько транзактов. Логические переключатели (ЛП) используются для моделирования двоичных состояний логического или физического характера. ЛП может находиться в двух состояниях: включено и выключено. Его состояние может изменяться в процессе моделирования, а также опрашиваться для принятия определенных решений.

Статистические объекты GPSS служат для сбора и обработки статистических данных о функционировании модели. К ним относятся очереди и таблицы. Каждая очередь обеспечивает сбор и обработку данных о транзактах, задержанных в какой-либо точке модели, например перед одноканальным устройством. Таблицы используются для получения выборочных распределений некоторых случайных величин, например времени пребывания транзакта в модели.