6.4. Моделирование работы погрузочно-транспортного машин комплекта

В последнее время все большее распространение при комплектовании машин находят методы имитационного моделирования, которые позволяют автоматизировать и упрощать процесс комплектования машин, особенно для сложных комплектов и комплексов машин. Чем сложнее решаемая за­дача, тем более эффективным оказывается применение метода имитацион­ного моделирования.

Постановка задачи. Пусть заданы:

- погрузочное средство (экскаватор, погрузчик, кран) — канал обслу­живания;

- транспортные средства (автосамосвалы, панелевозы) — требования, нуждающиеся в обслуживании в количестве - 6 единиц;

- время обслуживания (погрузка) одного транспортного средства со­ставляет 4±1 мин;

- время транспортировки продукции к месту назначения и возвращения обратно составляет 20 ± 4 мин.

Поступление транспортных средств на погрузку и время погрузки подчиняются равномерному распределению.

Требуется смоделировать работу погрузочно-транспортного комплекта машин за 1 маш-см. и определить его основные характеристики функцио­нирования:

- коэффициент использования погрузочного средства (канала обслужи­вания);

- среднее время пребывания транспортного средства (требования) в канале обслуживания;

- максимальное содержимое (длина) очереди на погрузку;

- среднее содержимое (длина) очереди на погрузку;

- общее число входов в очередь (погрузок);

- среднее время пребывания требования в очереди;

- и другие показатели.

Выявление основных особенностей, взаимосвязей н количествен­ных закономерностей

(рис. 6.2).

Поскольку транспортные средства возвращаются снова и снова в сис­тему на погрузку, то мы имеем одноканальную замкнутую систему массо­вого обслуживания.

В представленном виде данная задача не имеет аналитических методов решения, поэтому воспользуемся имитационным методом решения. Моделирование комплекта машин проведем с использованием системы имитационного моделирования GPSS World (General Purpose System Simu­lation World - Мировая общецелевая система моделирования)^ Выбор этой системы имитационного моделирования объясняется многими причинами:

- она проста в обучении и использовании;

- многие пользователи достигли больших успехов при решении реаль­ных проблем с использованием именно системы GPSS;

- наиболее важные классы объектов (требования (транзакты), каналы, накопители, логические переключатели и др.) и их свойства широко используются в реальных практических задачах, вычислительных сетях, про­изводственных и коммерческих системах и т.д.;

- диапазон использования системы достаточно широк;

- система постоянно совершенствуется;

- расширение создаваемых моделей легко осуществимо;

- доступно широкое использование анимации;

- пользователи способны легко понять внутреннюю логику и алгорит­мы GPSS;

- интерфейс прост и удобен;

- при построении модели система позволяет оперировать непосредст­венно понятиями имитируемой системы [1].

Перед моделированием погрузочно-транспортного комплекта машин вначале выделим основные действия и события, происходящие в процессе функционирования имитируемого комплекта машин:

1 - формирование комплекта транспортных средств (требований), не­обходимого для обслуживания погрузочного средства. Примем в нашей задаче число транспортных средств в комплекте равным 6. Этот процесс моделируется оператором generate.

2 - моделирование времени транспортировки продукции в место назна­чения и возвращения обратно в систему на очередное обслуживание. Это действие моделируется оператором advance;

3 — вход в очередь к каналу обслуживания (экскаватор, погрузчик, кран) на погрузку. Это событие моделируется оператором queue с символиче­ским именем pogr. Символическое имя определяет пользователь, оно дол­жно иметь не более шести символов, из которых первые три обязательно должны быть буквами (используется латинский алфавит);

4 - определение занятости канала обслуживания с символическим именем клан. Это событие моделируется оператором seize. Вместо сим­волических имен могут использоваться числовые имена, т. е. цифры. Одна­ко, использование символических имен часто облегчает понимание модели

функционирования системы;

5 - выход из очереди на обслуживание (погрузку). Это событие моде­лируется оператором depart с символическим именем pogr. Символиче­ские или числовые имена операторов queue и depart должны совпадать, т. е. если требование вошло в очередь, имея определенное имя, то оно должно и выйти из очереди под этим же именем;

6 - моделирование времени обслуживания требования. Это действие моделируется оператором advance. А в поле А и В оператора advance со­ответственно указывается среднее время обслуживания (поле А) и время отклонения (поле В) от среднего времени обслуживания. В нашей задаче это время будет моделироваться равномерно в интервале 20±4 [16- 24] мин. При каждом прогоне модели среднее время обслуживания определяется автоматически с использованием встроенных датчиков случайных чисел;

7 - фиксируется момент освобождения канала обслуживания. Это со­бытие описывается оператором release с символическим именем kran. Здесь символические имена (или числовые) операторов seize и release должны быть одинаковыми.

8 - возвращение требования в систему. Это действие моделируется оператором transfer с указанием в поле В символической или числовой метки оператора, к которому должно быть направлено обслуженное требо­вание. В поле А оператора transfer ставится запятая ",". В нашей задаче используется символическая метка avto, которую имеет оператор advance. Это означает, что обслуженное требование направляется к оператору

AVTO ADVANCE 20,4

Он моделирует время транспортировки продукции к месту назначения и возвращения обратно в систему на очередное обслуживание.

Для указания числа требований, функционирующих в системе, в начале программы используется оператор generate, в котором в поле D указыва­ется число требований, функционирующих в системе, в полях А, В я С ста­вятся запятые.

Поскольку функционирование, погрузочно-транспортного комплекта машин производится в течение смены, то необходимо ввести специальный модуль для моделирования времени работы комплекта машин. Для этого используют после оператора transfer три оператора:

В строке оператора выделяют три поля: поле меток (числовых или сим­волических), поле операторов (операций) и поле параметров (переменных, операндов).

Использованные в программе .операторы полностью соответствуют со­держанию и логике моделируемого комплекта машин. Справа от операто­ров пишутся параметры (переменные), которые характеризуют данное со­бытие. Так, в операторе generate первый параметр определяет средний интервал времени между поступлениями двух смежных требований в сис­тему, второй - максимально допустимое отклонение от среднего времени, третий - время начала поступления требования в систему, а четвертый -число требований, поступающих в систему. Некоторые параметры в данном операторе могут отсутствовать. Так в нашей задаче в первом операторе GENERATE присутствует только четвертый параметр. В операторах queue и depart первый параметр pogr определяет символическое имя очереди, в которую вошло и из которой собирается выйти требование, второй, если он есть, - число требований, входящих или покидающих очередь. Имя может иметь и числовое значение, например, 1. В операторах seize и release параметр KRAN определяет символическое имя канала обслуживания (кра­на), в который собирается войти требование, если он освободился, и вый­ти - если требование уже в нем обслужилось. В операторе advance первый параметр определяет среднее время обслуживания требования, а второй -3 — максимально допустимое отклонение от этого времени. В операторе TRANSFER первый параметр определяет метку оператора, к которому должно перейти вошедшее в него требование. В нашем примере это опера­тор queue. Оператор terminate производит удаление одного требования из системы. Управляющий оператор start обеспечивает запуск системы на моделирование.

В системе моделирования GPSS World предусмотрена выдача стан­дартного отчета, в котором выводятся результаты моделирования. Фраг­мент результатов моделирования комплекта машин представлен ниже.

Исследование с помощью имитационной модели. Изменяя значения числа обслуживаемых транспортных средств, можно промоделировать раз­личные структуры комплекта машин и параметры их работы. Имитацион­ная модель позволяет исследовать влияние различного числа используемых панелевозов (требований) на основные характеристики функционирования комплекта машин. Такие изменения можно проводить в самом операторе GENERATE. Например, представить его в таком виде:

Можно исследовать влияние времени погрузки и ряда других парамет­ров на основные параметры функционирования комплекта машин.

Вопросы для самоконтроля

1. Сформулируйте задачу определения оптимального распределения

комплектов машин по объектам строительства и оптимального рас­пределения однородного груза.

2. Напишите математическую модель для определения оптимального

распределения комплектов машин по объектам строительства,

3. Изложите алгоритм дифференциальных рент.

4. Напишите критерий оптимизации для определения основных пара-

метров транспортного комплекта машин, включающего несколько прицепов.

5. Определите число прицепов в транспортном комплекте машин для различных схем работы.

6. Постройте математическую модель для определения оптимальной

грузоподъемности прицепа и их числа.

7. Аналитически определите оптимальную грузоподъемность прицепа и

их число для различных схем работы комплекта машин.

8. Напишите критерий оптимизации для определения основных пара-

метров погрузочно-транспортного комплекта машин, включающего несколько прицепов.

9. Как определить число прицепов в погрузочно-транспортном комплекте

машин для различных схем работы.

10. Постройте математическую модель для определения оптимальной

грузоподъемности погрузочного средства, прицепа и их числа.

11. Аналитически определите оптимальную грузоподъемность погрузочного Средства, прицепа и их число для различных схем работы ком­плекта машин. -^

12. Нарисуйте схему функционирования погрузочно-транспортного ком-

плекта машин.

13. Напишите имитационную модель функционирования погрузочно-транспортного комплекта машин.

14. Как изменять параметры исследования функционирования комплекта машин при использовании метода имитационного моделирования.