Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии |
Упражнение 7. Исследование свойств имитационной модели
Проведем десять прогонов (N = 10) модели, изменяя границы интервалов поступления автомобилей, но при неизменном серединном значении интервала, равного 5 мин:
По результатам прогонов: 1) 2) 3) t0,05 по таблице t-Стьюдента при ( v = 9) = 2,15 4) доверительный интервал
или . Таким образом, по результатам пробных прогонов средняя длина очереди с вероятностью 0,95 находится в интервале от 2,86 до 3,88. Примем, что это для нас недостаточно конкретное значение и сузим интервал до следующих значений: [3,06; 3,68]. Тогда согласно формуле находим Выберем шаг, по которому будем формировать статистическую совокупность значений длины очереди на заправку, равным 30 мин. Проведем прогон модели со временем 3 часа (180 мин) (рис. 9). Рисунок 9. Графические результаты прогона модели (модельное время 180 мин) Зафиксируем длину очереди через каждые 30мин.: 0; 0,5; 1,2; 1,2;2,5;1,2. Дисперсия по этим точкам равна Далее проведем прогон модели с модельным временем 300 мин (рис. 10). Рисунок 10. Графические результаты прогона модели (модельное время 300 мин) Зафиксируем длину очереди через каждые 30 мин.: 0; 0,5; 1,2;1,2; 2,5; 1,2; 3; 4; 2,3; 5. Дисперсия по этим точкам равна Проведя экспертную оценку существенности различий дисперсий, мы видим, что они сильно (в 3,5 раза) различаются между собой. Поэтому можно констатировать, что при увеличении периода моделирования с трех до пяти часов модель теряет устойчивость. В качестве одного из факторов, влияющих на показатель «средняя длина очереди» возьмем скорость заправки на второй колонке, которая по условиям задачи колеблется от 9 до 13 мин. При Xmin = 9 мин и при средних значениях всех других параметров прогон модели дал среднюю длину в очереди 0 машин.
При Xmin = 13 мин средняя длина очереди составила 5,308 машин:
Тогда
Таким образом, скорость заправки на второй колонке существенно влияет на результативный показатель - средняя длина очереди.
В связи с выдвинутой гипотезой о существенности сокращения времени обслуживания с 10 до 8 мин на одной из колонок, в рамках GPSS World предполагается использовать дисперсионный анализ ANOVA. В нашем случае, мы выдвигаем гипотезу, которая формулируется следующим образом: различие в длине очереди при разной скорости обслуживания несущественно. Обслуживание клиентов на заправке на колонке № 1 (например) занимает в среднем 10 мин и это образует очередь на обслуживание. Существенно ли изменится очередь, если внедрить новое устройство или увеличить скорость обслуживания, например, до 8 мин? Поскольку время поступления транзактов в систему является величиной случайной, то различные прогоны модели со скоростью обслуживания автомобиля 10 мин дадут различные показатели среднего времени ожидания транзакта в очереди. Так же как и в случае, если время обслуживания равно 8 мин. При использовании стандартной процедуры ANOVA для формирования групп к исходному файлу программы присоединяем новый текстовый файл text_ AZS. txt.
Этот файл определяет глобальную матрицу (2´3) результатов, в которой будут храниться числовые значения - результаты прогонов для проведения дисперсионного анализа. В данном файле команда EQU используется для установления среднего времени заправки. Оператор RMULT задает разные значения генератора случайных чисел. Блок CLEAR OFF «сбрасывает» статистику между прогонами для предотвращения влияния предыдущих результатов на последующие. Операнд NP в блоке START отключает создание стандартного отчета о результатах моделирования. Порядок выполнения процедуры ANOVA: 1. После прогона модели ( Command/ Create Simulation) откройте окно «Journal». Далее необходимо присоединить текстовый файл text_ AZS. txt. Это делается так: Command/ Custom... (Команда/ввести) 2. В открывшемся окне наберите: При этом в окне журнала отражается время каждого прогона. 3. Для просмотра матрицы результатов, выберите Window/ Simulation Window/ Matrix Window (рис. 11). Рисунок 11. Матрица результатов серии прогонов 4. Для проведения дисперсионного анализа по этим данным выберите Command/ Custom...(Команда/ввести) и в открывшемся окне наберите SHOWANOVA ( Results ,2, l) <OK>. Появится таблица результатов (рис. 12). Рисунок 12. Таблица результатов дисперсионного анализа В данном конкретном случае в окне дисперсионного анализа Fтабл.=7,71, a Fфакт.=0,4903009. Следовательно, гипотеза о несущественности изменения длины очереди вследствие увеличения скорости обслуживания до 8 минут принимается, т.е., если произвести замену оборудования на более производительное, обслуживающее автомобиль за 8 минут, то это существенно не повлияет на длину очереди. Следовательно, для существенного уменьшения очереди необходимо сокращать время обслуживания более высокими темпами и вводить более совершенное оборудование.
В качестве примера оптимизирующего эксперимента возьмем задачу оптимизации числа работников цеха механосборки. Пример. На производственном участке работает несколько человек. Чтобы изготовить изделие, работники сначала его собирают в течение 30+5 мин, а потом обрабатывают с помощью специального устройства в течение 8+2 мин. После обработки изделие считается готовым и работник приступает к сборке нового изделия. Прибыль от одного изделия составляет 5 единиц стоимости, использование машины обходится в 400 единиц стоимости в неделю, зарплата одного работника - 150 единиц стоимости в неделю. Определить, сколько нужно рабочих, чтобы прибыль от производства была максимальной. Моделирование необходимо выполнить для пятидневной недели с восьмичасовым рабочим днем. При единице модельного времени, равной одной минуте программа будет выглядеть следующим образом: Нужно найти такое значение параметра NWorkers, при котором доход достигал бы максимального значения. В выражение дохода PRIBY входит число изготовленных изделий, равное значению СЧА N$ OUT. При этом доход может быть как отрицательным (убытки от производства), так и положительным. Процедура оптимизирующего эксперимента предполагает следующее. Оптимизирующий эксперимент добавляется в созданную и отлаженную модель ( Command/ Create Simulation). Для этого необходимо выбрать пункт меню Edit/ Insert Experi ment/ Optimizing, после чего откроется диалоговое окно Optimizing Experiment Generator (рис. 13). Рисунок 13. Окно «Optimizing Experiment Generator» В нем указываются необходимые для выполнения эксперимента параметры. В полях Experiment Name и Run Procedure Name задают соответственно название эксперимента и Run-процедуры прогонов модели. По умолчанию название эксперимента - RSM (от Response Surface Model). Это имя будет добавлено ко всем названиям процедур и переменных, которые автоматически генерируются для этого эксперимента. Пользователю доступны для изменений все процедуры, относящиеся к эксперименту, кроме одной - RSM_FitSurfaceToData (имя процедуры фиксировано и не изменится при задании другого названия эксперимента). В качестве названия Run-процедуры рекомендуется использовать DoTheRun, хотя можно использовать и любое другое имя. В полях Factor Name А, В, С, D, Е указываются изменяемые величины (факторы) и задаются значения их верхних и нижних уровней Value 1 и Value 2. Поля Low Limit, High Limit для Movement Limits задают максимальные границы перемещения (могут иногда помочь при поиске оптимума, но в большинстве случаев можно оставлять значения по умолчанию 0 и 100). Значение поля Redirection Limit ограничивает количество изменений направлений при поиске оптимума. В некоторых случаях достаточно 1, но обычно нужно выбирать 2 или 3. В поле Expression указывают целевую функцию - выражение на языке PLUS, заключенное в круглые скобки, или переменная модели в которой задана эта функция. С помощью переключателя Maximize/ Minimize выбирается направление оптимизации. При выборе Generate Run Procedure создается процедура прогонов модели, в противном случае придется ее написать. Выбор Load F12 позволяет запускать эксперимент с помощью нажатия одной клавиши F12. Для запуска автоматической генерации эксперимента нужно нажать на кнопку Insert Experiment, но сначала необходимо задать перечисленные параметры. После нажатия кнопки Insert Experiment откроется окно Run Procedure Generation (рис. 14 и 15), в котором отображается автоматически сгенерированный текст Run-процедуры, названной именем DoTheRun. Рисунок 14. Окно «Run Procedure Generation» В него нужно внести исправления, в данном случае необходимо следующим образом изменить процедуру DoTheRun: PROCEDURE DoTheRun(Run_Number) BEGIN DoCommand("CLEAR OFF"); DoCommand ("START 1"); END;
Рисунок 15. Откорректированное окно «Run Procedure Generation» Теперь надо оттранслировать модель, выполнив пункт меню Command/ Create Simulation. При этом мы увидим, что все процедуры регистрируются. Рисунок 16. Журнал регистрации процедур эксперимента Нажатием клавиши F12 запускают эксперимент. В журнале сессии ( JOURNAL) будет представлена следующая информация о ходе эксперимента (рис. 17).
Рисунок 17. Журнал оптимизирующего эксперимента
Таким образом, получен следующий результат: в процессе поиска решения была построена модель второго порядка (уравнение отклика): Y= -326,556 + 101,778A - 10,222А2. Оптимальные значения: входная переменная NWorkers = 4,987, выходная переменная Yield (прибыль) составляет 53,26 ед. С учетом условия целочисленности количества работников, имеем: оптимальное число работников для этой модели равно 5, а величина дохода при этом составит 53,26 ед. Содержание отчета и его форма Отчет к лабораторной работе оформляется в виде текстового документа по форме простого реферата и должен включать: 1. Название лабораторной работы. 2. Цель и содержание лабораторной работы. 3. Краткие выводы по результатам выполнения заданий к лабораторной работе. 4. Формулировку задания для самостоятельной работы и результат его выполнения. Задания для самостоятельной работы Базовый уровень 1. Охарактеризуйте каждый из этапов разработки имитационного проекта. 2. С какой целью используют при исследовании свойств имитационной модели критерий t-Стьюдента? 3. Для чего проводят несколько прогонов модели при оценке результатов моделирования? 4. Какие критерии используют для оценки устойчивости модели? 5. Охарактеризуйте назначение процедуры «отсеивающий эксперимент». 6. Что определяет дисперсионный анализ? 7. Охарактеризуйте назначение процедуры «оптимизирующего эксперимента». Повышенный уровень 8. В сельскохозяйственной организации работает ремонтный цех. На текущий ремонт поступают грузовые автомобили и трактора. Интервал их поступления и время обслуживания представлены в таблице:
Какова себестомость произведенной работы за время моделирования, если себестоимость ремонта автомобиля - 1 500 р., а трактора - 2 000 р. На текущий ремонт также поступает транспорт главных специалистов хозяйства, который обслуживается вне очереди. Интервал поступления составляет 180 ± 20минут, время обслуживания 30 ± 5 мин. Необходимо смоделировать работу участка в течение 40 ч. Определить длину очереди на текущий ремонт и среднее время ожидания обслуживания. Внести предложения по сокращению времени обслуживания в системе. Оценить статистически, существенно ли уменьшится длина очереди грузовых автомобилей, если время их обслуживания сократится с 28 до 20 мин. 9. В информационном центре производят обработку заказов на реализацию. Принимаются три класса заказов: розничные, мелкооптовые и крупнооптовые. Розничные заказы поступают через 20 + 5 мин, мелкооптовые - через 20 ± 10 мин и крупнооптовые заказы - через 50 ± 10 мин. Продолжительность оформления: розничные заказы - 20 ± 5 мин, мелкооптовые - 21 ± 3 мин и крупнооптовые - 28 + 5 мин. Исходя из наличия функциональных возможностей ЭВМ, заказы по рознице и мелкому опту принимаются и обрабатываются одновременно, а крупнооптовые заказы выполняются вне очереди. Смоделировать работу информационного центра за 80 ч. Определить загрузку Центра. Если крупнооптовые заказы будут комплектовать два работника, и затрачивать на это не 28, а 25 мин, то, существенно ли это сократит длину очереди (оценить статистически). 10. На ремонтный участок МТС, который состоит из 2-х боксов (для ремонта и для техосмотра) через каждые 20 ± 3 минуты поступают тракторы. Из них 60 % требуют ремонта, который продолжается 40 ± 15 минут, 40 % тракторов проходят технический осмотр продолжительностью 20 + 5 мин. Смоделировать работу участка в течение 100 ч. Определить вероятность отказа в обслуживании. Рассмотреть основные характеристики работы системы. Предложить меры по оптимизации обслуживания техники, используя инструмент ANOVA. Какова общая стоимость выполненной работы, если стоимость ремонта составляет 200 р., а техосмотра - 50 р. 11. На участке происходит сортировка и упаковка яблок, которые поступают в ящиках через 20 ± 5 мин. Сортировка одного ящика занимает 10 ± 7 мин, а упаковка - 7 ± 5 мин. Сортировкой занимается один работник, а упаковкой - другой. Известно среднее время для передачи яблок от одного работника к другому - 2 ± 1мин. Смоделировать процесс работы участка в течение 8 ч. Определить длину очереди на этапе сортировки и упаковки. Внести предложения по сокращению длины очереди, т.е. насколько должно уменьшиться время обслуживания, чтобы это значительно сократило очередь (провести несколько экспериментов ANOVA)? Какова дневная зарплата работников, если за один отсортированный ящик рабочие получают 30 р. 12. На складе ремонтного предприятия работают 2 кладовщика. Один из кладовщиков (первый) выполняет работу по поиску и выдаче запасных частей немного быстрее. Поэтому работники отдают предпочтение первому кладовщику. Работники предприятия заходят на склад для поиска и получения запасных частей каждые 7 ± 2 минуты. Первый кладовщик обслуживает работника за 3 ± 1 минуты, второй за 5 ± 1 минуты. Промоделируйте работу склада на протяжении 40 ч. Определите длину очереди и время ожидания обслуживания к каждому кладовщику. Насколько существенной для результатов будет замена второго кладовщика на работающего более быстро и выполняющего заказ не за 5, а за 4 мин? Оценить статистически. 13. Диспетчер управляет внутризаводским транспортом и имеет в своем распоряжении два грузовика. Заявки на перевозки поступают к диспетчеру каждые 5 ± 4 мин. Диспетчер запрашивает по радио один из грузовиков и передает ему заявку, если тот свободен. В противном случае он запрашивает другой грузовик и таким образом продолжает сеансы связи, пока один из грузовиков не освободится. Диспетчер допускает накопление у себя до пяти заявок, после чего вновь прибывшие заявки получают отказ. Грузовики выполняют заявки на перевозку за 12 ± 8 мин. Смоделировать работу внутризаводского транспорта в течение 10 ч. Подсчитать число обслуженных и отклоненных заявок. Определить коэффициенты загрузки грузовиков. Оценить статистически целесообразность замены грузовиков на более производительные, выполняющие перевозку за 8 мин. 14. В ремонтную мастерскую тракторов ООО «Салют» на капитальный ремонт поступают тракторы каждые 50 ± 10 дней, ремонт длится 20 ± 5 дней. Текущий ремонт (замена и ремонт топливного насоса, замена свечей, колес и т.д.) производится за 1,5 ± 0,5 дня. Необходимость в текущем ремонте возникает в среднем каждые 10 ± 3 дня. В мастерскую поступают также машины работников аппарата управления хозяйством через 15 ± 5 дней, которые имеют более высокий приоритет обслуживания, чем капитальный ремонт, но ниже, чем текущий. Их ремонт производится обычно за 5 + 1 день. Необходимо: 1) Смоделировать работу мастерской в течение полугода. 2) Определить коэффициент использования мастерской. Мастерская функционирует по принципу хозрасчета. Если капитальный ремонт трактора дает чистый доход в размере 5 000 р., а текущий - 3 000 р., то каков будет чистый доход от проведения ремонта за период моделирования? Если покупка нового оборудования для ремонта увеличит скорость текущего ремонта тракторов с 1,5 до 0,7 дня, существенно ли это отразится на уменьшении очереди? Оценить статистически. 15. В картофелехранилище процесс сортировки картофеля организован следующим образом: через 10 ± 5мин на сортировочный пункт, где работает два сортировщика, поступает два мешка картофеля на переборку. В целях ведения индивидуального учета выполненной работы каждый работник перебирает отдельный мешок. Первый работник сортирует содержимое одного мешка за 15 ± 3 мин, второй - за 18 ± 5 мин. Если первый работник занят переборкой во время поступления очередной партии мешков, то мешки поступают ко второму работнику (если он уже освободился). Определить коэффициент использования первого и второго работника и число отсортированных ими мешков картофеля. Если выручка от реализации одного мешка картофеля (50 кг) составляет 3500 р., а себестоимость производства и реализации 1 кг картофеля (включая сортировку), составляет 4 р., то какова прибыль предприятия от реализации картофеля за данный день (рассчитать по данным стандартного отчета). Если второго рабочего заменить на рабочего, выполняющего эту работу за 8 минут, существенно ли это повлияет на общую скорость их работы и уменьшит ли число мешков, принесенных в хранилище и требующих переборки? Оценить статистически. 16. В пекарню, где работает два работника, через 20 ± 5 минут поступает партия (мешок) муки. Если в момент поступления мешка первый работник, изготавливающий кондитерские изделия за 40 ± 7 мин, занят, то мешок берет второй работник, перерабатывающий его за 30 ± 5 мин. Промоделировать работу цеха в течение 8 ч. Определить коэффициент использования первого и второго работника и число использованных ими упаковок с мукой. Если выручка от реализации кондитерских изделий, произведенных из одной упаковки, составляет 200 р., а себестоимость их производства и реализации составляет 150 р., то какова прибыль предприятия от реализации кондитерских изделий за данный день (рассчитать по данным стандартного отчета). Если первого работника обязать работать быстрее и выполнять эту операцию за 32 ± 5 минут, существенно ли это повлияет на общую скорость их работы и существенно ли уменьшит очередь? Оценить статистически. 17. Частота поломок компьютеров сети подчиняется пуассоновскому потоку интенсивностью l = 0 и b = 20. Сломавшийся компьютер немедленно ремонтируется. Время ремонта компьютера составляет 30 ± 10 мин. Промоделировать работу системы в течение 8-и часового рабочего дня. Получить стандартный отчет о результатах моделирования. Определить: а) коэффициент использования компьютеров; б)среднее время ремонта компьютера; в) количество обращений к мастеру в течение смены. Если нанять мастера по ремонту компьютеров, ремонтирующего один компьютер за 20 мин, а не за 30 мин, как предыдущий, существенно ли это отразится на результатах работы системы? Оценить статистически. Если ремонт одного компьютера обходится 200 р., то какова стоимость произведенного за смену ремонта? 18. В ремонтной мастерской изготавливают гайки диаметром 10 и 12 мм, используя при этом три разных станка. Интервалы поступления в мастерскую заготовок для изготовления гаек первого вида составляют 50 ± 7 мин, а заготовок для гаек второго вида - 25 ± 4 мин. Время обработки этих заготовок следующее:
Смоделировать работу мастерской за 8-часовои рабочий день при двусменном режиме. Определить: 1) среднюю загрузку каждого станка; 2) среднее время изготовления детали каждого вида; 3) длину очереди перед каждым станком; 4) объем упаковочной тары для каждого вида гаек (шт.). Если чистый доход от реализации гайки первого вида составляет 0,8 р., а второго вида - 1,2 р., то каков чистый доход за год при работе в данном режиме. Каково будет управленческое решение по возможной замене машины, производящей упаковку гаек второго вида, что увеличит скорость упаковки с 21 мин до 18 мин (используя статистические критерии). 19. В плодоовощном цехе производится мойка яблок и груш и их упаковка в пластиковые контейнеры для последующей реализации. При этом используются моечная и упаковочная машины. Интервалы поступления в цех ящиков с яблоками составляет 10 ± 5 мин, а ящиков с грушами - 15 ± 4 мин. Время мойки и упаковка яблок и груш составляет:
Смоделировать работу цеха за 8-часовой рабочий день. Определить: 1) среднее время мойки и упаковки фруктов каждого вида; 2) среднюю загрузку моечной и упаковочной машин; 3) длину очереди перед каждой машиной; 4) объем тары для перевозки каждого вида фруктов (ящиков). Если прибыль от реализации одного контейнера с яблоками составляет 30р., а от реализации груш - 50 р., то какова дневная прибыль предприятия? Каково будет управленческое решение по возможной замене машины, производящей мойку груш, что увеличит скорость мойки с 12 до 7 мин (использовать статистические критерии). 20. В период заготовки овощей на овощную базу хозяйства поступают грузовые автомобили с овощами, которые проходят процедуру взвешивания. В связи с напряженным графиком работы на базе открыто две весовые. Поток автомобилей, поступающих на эти весовые, подчиняется экспоненциальному закону распределения вероятностей с параметрами l = 0 и b = 7,1. Время взвешивания на первых весах составляет 8 ± 3 мин, на вторых весах - 10 ± 4 мин. Машина подъезжает к свободным весам. Смоделируйте работу весовой в течение рабочей смены (8 ч). Определить: 1) коэффициент загрузки каждых из весов; 2) среднее время взвешивания на первых и вторых весах; 3) максимальное, среднее и текущее число автомобилей в очереди к весам; 4) среднее время нахождения автомобиля в очереди. Подсчитано, что условный убыток от простоя одного автомобиля в течение 1 мин составляет 5 р., то каков условный убыток от простоя автомобилей в очереди к весам за одну смену? Если заменить вторые весы на более производительные, взвешивающие за 7 минут, то существенно ли это повлияет на среднее время нахождения автомобилей в каждой очереди (оценить статистически). 21. На молочный завод из хозяйств приезжают молоковозы, сдающие молоко на анализ в лабораторию завода. На заводе имеется две лаборатории. Поток молоковозов, поступающих на завод, подчиняется экспоненциальному закону распределения вероятностей с параметрами l = 0 и b = 6,8. Время анализа молока в первой лаборатории, имеющей специальное оборудование, составляет 15 ± 3 мин, во второй лаборатории - 20 ± 4 мин. Машина подъезжает к освободившейся лаборатории. Смоделируйте работу по анализу молока в течение рабочей смены (8 ч). Определить: 1) среднее время нахождения молоковоза в очереди; 2) среднее время анализа в первой и второй лабораториях; 3) максимальное, среднее и текущее число молоковозов в очереди; 4) коэффициент загрузки каждых весов. Если во второй лаборатории установить оборудование, которое будет производить анализ за 15 мин, то существенно ли это уменьшит длину очереди (эксперимент ANOVA)? Подсчитано, что условный убыток от простоя одного молоковоза в течение 1 мин составляет 7 р. Каков условный убыток в хозяйстве от простоя молоковоза в очереди к лабораториям за одну смену? 22. В банк приходят клиенты для оформления оплаты за коммунальные услуги. В расчетном зале работает два оператора по оформлению данных операций. Поток посетителей банка подчиняется равномерному закону распределения с интенсивностью 3 ± 1 мин. Первый оператор производит расчет быстрее - за 8 ± 2 мин., второй - за 10 ± 3 мин. Клиент подходит к свободному оператору. Смоделируйте работу банка в течение рабочей смены (8 ч). Определить: 1) коэффициент загрузки каждого из операторов; 2) среднее время обслуживания клиентов первым и вторым операторами; 3) максимальное, среднее и текущее число клиентов в очереди; 4) среднее время нахождения клиента в очереди. Если за обслуживание одного клиента банк берет комиссионные 10 р., то какова сумма комиссионных, полученных банком за день?
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Основная 1. Лычкина Н. Н. Имитационное моделирование экономических процессов: Учебное пособие / Н.Н. Лычкина. – М.: ИНФРА-М, 2014. – 254 с. http://znanium.com/catalog.php?bookinfo=429005 2. Сосновиков Г. К. Компьютерное моделирование. Практикум по имитационному моделированию в среде GPSS World: Уч. пос. / Г.К. Сосновиков, Л.А. Воробейчиков. – М.: Форум: НИЦ ИНФРА-М, 2015. – 112 с. http://znanium.com/catalog.php?bookinfo=500951 Дополнительная 3. Кобелев Н. Б. Имитационное моделирование: Учебное пособие / Н.Б. Кобелев, В.А. Половников, В.В. Девятков; Под общ. ред. д-ра экон. наук Н.Б. Кобелева. – М.: КУРС: НИЦ Инфра-М, 2013. – 368 с. http://znanium.com/catalog.php?bookinfo=361397 4. Каталевский Д. Ю. Основы имитационного моделирования и системного анализа в управлении: Учебное пособие / Каталевский Д.Ю., - 2-е изд., перераб. и доп. – М.:Дело, 2015. – 496 с. http://znanium.com/catalog.php?bookinfo=560665
ПРИЛОЖЕНИЕ 1 |
Последнее изменение этой страницы: 2019-04-11; Просмотров: 415; Нарушение авторского права страницы