Разработка и исследование имитационной модели разветвленной СМО (системы массового обслуживания) в среде VB5

Аннотация к работе «Разработка и исследование имитационной

модели разветвленной СМО (системы массового обслуживания)

в среде VB5»

Работа посвящена созданию программы, позволяющей моделировать процесс прохождения потока заявок (закон распределения времени между поступлением заявок экспоненциальный или нормальный) по рабочим станциям (одноканальным СМО с неограниченной очередью; закон распределения времен обслуживания экспоненциальный или нормальный; максимальное число рабочих станций 10), с возможностью ветвления, объединения потоков и отбраковки заявок. Программа позволяет на основании результатов моделирования рассчитывать основные характеристики СМО, а также рассчитывать некоторые средние показатели СМО по формулам. Для создания программы выбрана среда программирования Visual Basic 5.

Исследование модели включает проведение с помощью программы ряда экспериментов для различных систем и сравнение результатов, полученных на основании имитационного моделирования, с результатами расчета по формулам. Цель исследования — сделать выводы о возможности применения приближенных формул расчета средних показателей для различных вариантов систем.

Содержание.

Глава 1 Введение........................................... 6

Глава 2 Математическое описание модели................. 11

Глава 3 Создание программы............................. 27

Глава 4 Исследование модели............................. 46

Глава 5 Экономическая часть.............................. 63

Глава 6 Охрана труда..................................... 81

Глава 7 Заключение........................................ 87

Список литературы........................................ 89

Приложение

Глава 1

Введение

1.1 Актуальность разработки и перспективы применения программы

В современном мире существенно повысилась доступность компьютерной техники, которая стала применяться в самых различных научных и производственных областях. В связи с этим выросла аудитория потенциальных потребителей компьютерных программ и следовательно увеличилась целесообразность их создания.

Каждому из нас часто приходится сталкиваться с работой своеобразных систем, называемых системами массового обслуживания (СМО). Примерами таких систем могут служить: телефонные станции, ремонтные мастерские, билетные кассы, справочные бюро, банки, магазины, парикмахерские и т. п. Каждая из этих систем состоит из какого-то числа обслуживающих единиц (каналов обслуживания) Такими каналами могут быть: линии связи, рабочие точки, кассиры, продавцы, лифты, автомашины и др.

Всякая СМО предназначена для обслуживания некоторого потока заявок (или «требований»), поступающих в какие-то случайные моменты времени. Обслуживание заявки продолжается некоторое время, после чего канал освобождается и готов к приему следующей заявки. Случайный характер потока заявок и времен обслуживания приводит к тому, что в какие-то периоды времени на входе СМО скапливается излишне большое число заявок (они либо становятся в очередь, либо покидают СМО необслуженными); в другие же периоды СМО будет работать с недогрузкой или вообще простаивать.

Последовательная линейная структура СМО характерна, например, для поточных (автоматических и неавтоматических) линий конвейерного типа. Различие во времени обработки деталей на таких линиях связано, в основном, с процессами «отказа» и «восстановления».

Гибкая производственная система (ГПС) — это система с высокой степенью автоматизации, предназначенная для изготовления деталей различных видов, выпускаемых малыми и средними партиями. Она включает группу станков с числовым программным управлением для автоматической механической обработки, систему загрузки и разгрузки заготовок и конвейерную систему транспортирования заготовок от одной операции до следующей, электронно-вычислительную машину, систему программного обеспечения для руководства и управления всем объемом работ, составляющую математическое обеспечение автоматизированного комплекса.

Если рассматривать структуру гибких производственных систем, то для них время обработки деталей будет существенно различаться, так как в гибких производственных системах появляется возможность обрабатывать разные детали и использовать различные маршруты обработки. ГПС, в отличие от поточных линий, необходимо рассматривать уже не как линейную и последовательную, а как сложную разветвленную структуру. Как в ГПС, так и в поточных линиях необходимо также предусмотреть возможность отбраковки обрабатываемых деталей на различных стадиях обработки.

Данная программа дает возможность смоделировать как линейную, так и разветвленную структуру. Программа может использоваться для оптимизации процесса обслуживания. Смоделировав структуру автоматической линии, гибкой производственной системы или структуру системы обслуживания какого-либо предприятия (или производственного участка), пользователь может с помощью данной программы исследовать эту структуру. Проведя анализ, можно выявить «слабые» места в системе или осознать необходимость введения в нее каких-либо дополнительных элементов. Далее можно, меняя различные параметры в программе, достигать оптимального соотношения простоев и очередей.

Оптимизация процесса обслуживания способна существенно повысить эффективность работы предприятия.

Все вышеперечисленное подтверждает актуальность создания разрабатываемой программы.

1.2 Постановка задачи (обобщенное описание модели).

На вход системы из N станций поступает поток заявок с заданным законом распределения времени прихода (экспоненциальным или нормальным). Задаются параметры распределения, количество станций и связи между ними и число заявок. Также задаются закон распределения времени обслуживания заявок на станциях (экспоненциальный или нормальный), параметры распределения и вероятности отбраковки заявок по станциям. Предусмотрены два варианта расчета показателей — с помощью имитационной модели и по формулам.

1. При имитационном моделировании для каждой станции рассчитываются:

1.1 Среднее время ожидания обслуживания;

1.2 Среднее время простоя станции;

1.3 Максимальная длина очереди;

1.4 Число снятых заявок;

1.5 Коэффициент использования;

1.6 Среднее время нахождения заявки на станции;

1.7 Максимальное время нахождения заявки на станции.

Также выводятся общие показатели системы:

1.8 Общее время прихода N заявок;

1.9 Время выхода последней заявки;

1.10 Общий коэффициент использования системы по времени;

1.11 Общий коэффициент использования системы по числу заявок.

2. При расчете по формулам для каждой станции рассчитываются:

2.1 Среднее время ожидания обслуживания;

2.2 Среднее время простоя станции;

2.3 Средняя число заявок в очереди;

2.4 Среднее время нахождения заявки на станции;

В некоторых случаях расчет по формулам не способен предоставить корректные результаты и интересующие показатели можно рассчитывать только с помощью имитационной модели.

1.3 Обоснование выбора среды программирования Visual Basic 5

Начиная изучать что-то новое, полезно посмотреть и в недалекое прошлое. Особенно это касается программирования, которое в последние десять лет развивается просто фантастическими темпами .

Очень давно, лет тридцать назад, произошел массовый переход от машинных кодов к языкам программирования (типа Algol, Cobol, PL/1) и широкому использованию методов структурного программирования. Программы стали модульными, состоящими из подпрограмм. Появились библиотеки готовых подпрограмм, облегчающие многие задачи, но все равно программистам хватало трудностей, особенно при разработке пользовательского интерфейса.

В конце 80-х—начале 90-х годов появились системы, где применялось объектно-ориентированное программирование, в частности, языки Object Pascal, C++ и др. Программы стали строиться не из больших по размеру процедур и функций, перерабатывающих сложные структуры данных, а из сравнительно простых кирпичиков -объектов, в которых находились данные и подпрограммы их обработки. Гибкость объектов позволила просто приспосабливать их для различных целей, прилагая при этом минимум усилий. Программисты обзавелись готовыми библиотеками объектов, но, как и раньше, интерфейс каждый делал по-своему.

В начале 90-х годов началось широкое распространение графического пользовательского интерфейса, который с появлением операционной системы Windows 3.1 и особенно Windows 95 был практически стандартизирован. Несмотря на критику, эти системы завоевали мир, и Windows-стандартам осталось только подчиняться. Однако соблюдать новые стандарты интерфейса при разработке собственных программ оказалось совсем не легко, так как для этого не было хороших средств. Разработка приложений для Windows была уделом избранных, поэтому первые годы Windows стали для программистов сложным испытанием.

В 1993 году появилась первая система визуального программирования Visual Basic. Она стала незаменимой для всех, желающих быстро создавать Windows-приложения. Строительными блоками программы стали компоненты—объекты, имеющие визуальное представление на стадии проектирования и во время работы. Проектирование пользовательского интерфейса упростилось на порядок.

В 1995 году фирма Borland выпустила среду Delphi, которая позволила программистам создавать собственные компоненты и строить из них высокоэффективные приложения, что стимулировало развитие новой индустрии компонентов. В 1997 году появилась среда C++Builder — полный аналог Delphi, в котором используется язык C++ (вместо Object Pascal).

В дальнейшем появлялись новые усовершенствованные версии Delphi, C++Builder и Visual Basic, предоставляющие пользователям дополнительные возможности.

Сегодня компьютерный мир переживает революцию Internet, которая в первую очередь является революцией в сфере информационных услуг. Internet повлиял и на технологию программирования, подарив миру мобильный интерпретируемый язык Java. Новый язык позволил создавать графические приложения, работающие на любых платформах, будь то Windows, OS/2, Unix и др. Однако технология Java находится в развитии и еще не устоялась, чтобы использоваться для создания коммерческих приложений. Поэтому на практике пока лучше использовать хорошо проверенные Delphi, C++Builder и Visual Basic. Кстати, эти системы содержат и компоненты для доступа к Internet.

Сегодня любой опытный менеджер знает, что браться за новый проект нужно только в том случае, если его можно закончить в строго определенный и достаточно короткий срок. Сотни гениальных программ канули в Лету только потому, что устарели уже на стадии реализации. Особенно остро эта проблема стоит сейчас, когда одна фирма дышит в затылок другой, причем производят они очень похожие продукты. Одних текстовых редакторов десятки, не говоря уже об утилитах общего назначения, переводчиках и т. д. Одна из сред, в которой быстрее всего можно реализовать проект, это среда Visual Basic.

Глава 2

Математическое описание модели.

Данный раздел описания базируется на работах Е. С. Вентцель.