Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

big_doc_LKG

.pdf
Скачиваний:
17
Добавлен:
07.02.2016
Размер:
20.24 Mб
Скачать

Випадкові процеси та їх статистичні характеристики

199

1

П

 

(ТО-1)

(резерв)

 

 

Л

 

 

(лінія)

 

Р

2

 

(ТР)

(ТО-2)

 

Рис. 3.8. Розмічений граф станів технологічного процесу

 

 

роботи автомобілів

 

Це означає, що 81% усіх автомобілів парку знаходилося на лінії, 8% знаходилось на ТО-1, 6% знаходилось на ТР, 3 % знаходилось на ТО-2 і 2% перебували в резерві.

Після одного періоду часу () розподіл ймовірностей станів парку автомобілів складає

Для періоду матимемо:

200

Розділ 3

Аналіз розподілів і показує, що в перспективі слід очікувати: приблизно однакову кількість автомобілів на лінії; збільшення кількості автомобілів, які проходять ТО-1 і знаходяться в резерві; зменшення кількості автомобілів, які проходять ТО-2 і ТР.

3.3.3. Аналіз марківського випадкового процесу з неперервним часом. Така система характеризується n дискретними станами , ,

..., , а перехід її із стану в стан може виконуватися в будь-який мо-

мент часу. Позначимо через

імовірність того, що в момент часу

t система S буде знаходитись в стані

(

 

). Необхідно

визначити для будь якого t

імовірності станів

,

, ...,

.

Очевидно, що

 

 

 

 

 

.

Для процесу з неперервним часом замість перехідних ймовірностей розглядається щільність ймовірностей переходу , яка являє со-

бою границю відношення імовірності переходу системи за час із стану в стан до довжини цього проміжку часу

,

(3.24)

де – імовірність переходу системи за час із стану до стану (причому ). При малій величині

.

Імовірності станів системи , , ..., як функції від часу t можна визначити в результаті розв’язання системи диференціальних рівнянь Колмогорова.

Для марківських процесів з дискретними станами i неперервним часом ці рівняння зручно складати, використовуючи розмічений граф станів (рис. 3.9), на якому стрілками зображують інтенсивність того потоку подій, який переводить систему із одного стану до іншого.

Випадкові процеси та їх статистичні характеристики

201

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.9. Розмічений граф з чотирма станами i відповідними щільностями ймовірностей переходів

При складанні диференціальних рівнянь станів системи застосову-

ють так зване мнемонічне правило:

кількість рівнянь у системі дорівнює кількості можливих станів системи;

в лівій частині рівнянь проставляються перші похідні від імовірності перебування системи у відповідних станах за часом t ;

права частина містить суму доданків, які дорівнюють числу стрі-

лок, що з'єднують стан системи з іншими станами системи, причому доданок беруть із знаком «плюс», коли стрілка спрямо-

вана у стан , i знаком «мінус», коли стрілка спрямована із стану ;

кожний доданок дорівнює добутку ймовірності того стану, iз якого виходить стрілка, на інтенсивність або щільність імовірності цих переходів.

Математичний опис процесу граничного стану системи з допомогою систем диференціальних рівнянь для будь-якої кількості станів можна подати в математичній формі у вигляді

, ; ; , (3.25)

де , відповідно, імовірності і-го й j-го можливих станів системи;

202

Розділ 3

k– кількість станів, в які може перейти система із даного стану;

sign

– знакова функція (+1, якщо аргумент є додат-

 

ним або –1 якщо аргумент від’ємний).

Для зображеного на рис. 3.9 розміченого графа станів система диференціальних рівнянь Колмогорова, складених згідно з наведеними правилами, має вигляд:

(3.26)

Для стаціонарного (сталого) режиму , відповідно, систе-

ма диференціальних рівнянь перетворюється на систему лінійних алгебраїчних рівнянь:

(3.27)

Розв’язуючи цю систему рівнянь з урахуванням , можна

визначити всі граничні імовірності.

Викладена методика дослідження процесу функціонування системи може бути застосована тільки в тих випадках, коли її функціонування можна розглядати як марківський випадковий процес.

Приклад 6. Розглянемо процес функціонування вантажного пункту. Можливі такі режими роботи (стани) системи:

– відсутність роботи на вантажному пункті;

– відбувається розвантаження і прийом вантажів;

– відбувається видача і завантаження вантажів на транспорт.

Перехід системи із одного стану в інший відбувається з інтенсивністю (щільність ймовірностей) її переходів на годину. Розмічений граф станів системи наведений на рис. 3.10.

Випадкові процеси та їх статистичні характеристики

203

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 3.10. Розмічений граф станів вантажного пункту

Необхідно скласти математичну модель процесу і визначити імовірності станів системи.

Розв’язок. Згідно з мнемонічним правилом система диференціальних рівнянь Колмогорова має вигляд:

Для цих рівнянь задаємо початкові умови. Покладемо, що при система знаходиться в стані , тоді початкові умови можна записати так:

; ; .

Поклавши для стаціонарного стану ліві частини диференціальних рівнянь Колмогорова рівними нулю, перейдемо до системи алгебраїчних рівнянь:

Розв’язуючи систему рівнянь (відкинувши одне будь-яке з рівнянь, що має нульову праву частину), отримаємо: ; ; тобто в граничному, стаціонарному режимі у середньому 57% робочого часу вантажний пункт буде працювати на прийом вантажів, а 43% – на видачу вантажів.

204

Розділ 3

Питання для самоперевірки

1.У чому полягає різниця між випадковою величиною і випадковою функцією?

2.Дайте визначення випадкового процесу.

3.Що називається реалізацією випадкового процесу?

4.Які параметри приймаються за аргумент випадкового процесу?

5.Наведіть приклади випадкових процесів у сфері організації перевезень вантажів та пасажирів.

6.Наведіть приклади випадкових процесів у сфері організації і регулювання дорожнього руху.

7.Як визначається математичне очікування випадкового процесу?

8.Як визначається дисперсія випадкового процесу?

9.Що характеризує кореляційна функція випадкового процесу?

10.За якими ознаками класифікують випадкові процеси?

11.Які властивості притаманні стаціонарним процесам?

12.Що є аргументом кореляційної функції стаціонарного процесу?

13.Викладіть умови стаціонарності процесу?

14.Які методи оцінки стаціонарності ви знаєте?

15.Як визначається стаціонарність за середнім значенням?

16.Як визначається стаціонарність за дисперсією?

17.Яка з умов є визначальною при оцінці стаціонарності: стаціонарність за середнім значенням чи стаціонарність за дисперсією?

18.Як визначається стаціонарність за кореляційною функцією?

19.Яка суттєва ознака кореляційної функції притаманна стаціонарному процесу?

20.У чому полягає метод оцінки стаціонарності за співпадінням законів розподілу?

21.Дайте визначення поведінки системи.

22.Що називається простором станів системи?

23.Який дискретний процес називається марківським?

24.Охарактеризуйте марківський випадковий процес с дискретним станом і дискретним часом.

25.Охарактеризуйте марківський випадковий процес с дискретним станом і неперервним часом

26.Що являє собою марківський ланцюг?

27.Як задається формалізована модель процесу з дискретним станом і дискретним часом?

Випадкові процеси та їх статистичні характеристики

205

28.Що характеризують елементи рядків матриці перехідних ймовірностей?

29.Що характеризують діагональні елементи матриці перехідних ймовірностей?

30.Що характеризують елементи стовпців матриці перехідних ймовірностей?

31.Як графічно представляють стани систем?

32.Який параметр використовують для характеристики переходу із стану в стан системи з неперервним часом?

33.Як визначаються імовірності станів системи з неперервним часом?

34.Охарактеризуйте сутність «мнемонічного» правила при складанні диференціальних рівнянь Колмогорова.

35.Як визначається нормована умова в системі диференціальних рівнянь Колмогорова?

Література

1.Вентцель, Е. С. Теория случайных процессов и ее инженерные приложения [Текст] / Е. С. Вентцель, Л. А. Овчаров.– М.: Наука, 1991.– 384 с.

2.Галушко, В. Г. Случайные процессы и их применение на автотранспорте [Текст] / В. Г. Галушко.– К.: Вища школа, 1980. – 271 с.

3. Гихман, И. И. Случайные процессы [Текст] / И. И. Гихман,

В. С. Скороход.– М.: Наука, 1971–1976. – т. 1, 664 с., т. 2, 632 с.; т. 3, 496 с.

4.Гмурман, В. Е. Теория вероятностей и математическая статистика [Текст] / В. Е. Гмурман.– М.: Высшая школа, 1977.– 479 с.

5.Денисов, А. А. Теория больших систем управления: учебное пособие для вузов [Текст] / А. А. Денисов, Д. А. Колесников.–Л.: Энергоиздат, Ленинградское отделение, 1982. – 218 с.

6.Жовинский, А. Н. Инженерный экспресс-анализ случайных процес-

сов [Текст] / А. Н. Жовинский, В. А. Жовинский.– М.: Энергия, 1979.– 112 с.

7. Ивахненко, А. Г. Предсказание случайных процессов [Текст]/ А. Г. Ивахненко, Р. Г. Лапа.– К.: Наукова думка, 1971. – 416 с.

8.Маликов, О. Б. Склады гибких автоматических производств [Текст] / О. Б. Маликов.–Л.: Машиностроение, 1986.– 187 с.

9.Свешников, А. А. Прикладные методы теории случайных функций [Текст] / А. А. Свешников.– К.: Наука, 1988.– 464 с.

РОЗДІЛ 4

ОЦІНКА ВПЛИВУ ФАКТОРІВ НА ПРОЦЕС ФУНКЦІОНУВАННЯ СИСТЕМ

Мета вивчення теми – оволодіння методологією і методами відбору суттєвих факторів для аналізу і оцінки ефективності процесу функціонування транспортних систем.

Після вивчення теми ви повинні вміти:

виявляти і чітко формувати множину факторів, що впливають на якість транспортного процесу;

класифікувати фактори за їх важливістю в різних технологічних ланках транспортного процесу;

організовувати збирання статистичної інформації і проводити її математичне опрацювання;

обґрунтовувати методи оцінки суттєвості факторів;

практично виконувати всі процедури обчислювального процесу у відповідності з прийнятим алгоритмом.

4.1. Змістовний склад діючих факторів

Формування будь-якого результативного показника процесу функціонування системи складається під дією множини взаємозалежних факторів і умов.

Фактори – це технічні, технологічні, природні, кліматичні організаційні, соціально-демографічні та інші показники, які якісно або кількісно впливають на деякий результативний техніко-економічний показник (продуктивність технічних засобів, собівартість, прибуток тощо).

На першому етапі фактори, які можуть бути включені до моделі досліджуваного процесу, вибираються апріорно. Із сформованої множини факторів необхідно використовувати мінімальну кількість факторів, які в основному характеризують результативну ознаку досліджуваного об’єкта. Зайве розширення моделі приводить до труднощів в обчисленнях і економічній інтерпретації отриманих вихідних харак-

206

Розділ 4

теристик. В модель слід включати тільки ті фактори, які визнають суттєвими для якісної і кількісної оцінок даної проблеми або науки, до якої відноситься об’єкт дослідження. Процедуру відбору суттєвих факторів можна представити у вигляді структурної схеми (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Структурна схема вибору суттєвих факторів

Вибір факторів, ізольована і спільна дія яких на результат функціонування системи повинна бути вивчена, повністю залежить від характеру самого дослідження і визначається його метою, а також формулюванням вихідної гіпотези.

Оцінка впливу факторів на процес функціонування систем

207

Розрізняють факторі якісні і кількісні. До якісних належать фактори,

які можна контролювати, але не можна виміряти. В логістичних транспортних системах до якісних факторів можна віднести:

способи формування транспортних партій вантажів;

способи навантаження, розвантаження і складування вантажів;

способи організації перевезень;

рівень виконання замовлень на перевезення;

надійність і можливість доставки вантажів;

якість пакування а також можливість виконання пакетних і контейнерних перевезень;

рівень інформаційного забезпечення;

рівень стандартизації і уніфікації обладнання транспортних засобів;

ступінь схоронності продукції при транспортуванні;

технічний стан обладнання;

кліматичні умови;

психофізіологічний стан обслуговуючого персоналу тощо.

Якісні і кількісні фактори можна розділити на три групи. Насамперед всього виділяють «головний» фактор, на основі якого

формулюється задача дослідження. Всі інші фактори будуть другорядними. Так, наприклад, при вивченні ефективності транспортних процесів за головний фактор може бути прийнятий метод організації роботи, тобто технологія вантажопереробки. Інші фактори (типи технічного обладнання і транспортних засобів, їх технічні характеристики, види вантажів і т. ін.) можуть бути враховані для визначення більшої або меншої ефективності головного фактора, для виявлення тієї оптимальної комбінації цих дій, яка зможе забезпечити у відповідності з тим чи іншим методом роботи найбільший обсяг вантажопереробки.

У разі іншої постановки задачі за головний можна прийняти будьякий фактор із сформованої множини факторів. Це повинно бути чітко відображено у формулюванні вихідної гіпотези.

Решта діючих факторів, кожний із яких за іншого формулювання задачі міг виступати в якості головного, відносяться до «додаткових». Для вивчення дій головного і додаткових факторів на результат функціонування об’єкта проводиться певне дослідження у будь-якій його фазі. В залежності від вибраного головного фактора може бути прийнятий той чи інший напрямок дослідження.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]