Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
ИДЗ ИСО Куц.docx
Скачиваний:
1
Добавлен:
07.09.2019
Размер:
163.15 Кб
Скачать

Ситуації

Ситуація 1. Супермаркет «Північ».

«Північ» - нещодавно відкритий супермаркет в Північному адміністративному окрузі Москви, де існує велика конкуренція між подібними магазинами. Новий керуючий Петро Перфілов розуміє, що при високій конкуренції покупці швидше підуть туди, де їм запропонують краще обслуговування і більш широкий асортимент товарів. Він пишається своїм магазином, великим вибором різних сортів м'яса та сиру, а також м'ясним прилавком, де покупець може спробувати нарізки м'яса і птиці.

Петро впевнений, що швидке і ефективне обслуговування може залучити покупців і підвищити конкурентоспроможність. Він ввів систему безготівкових розрахунків за покупки і впровадив службу «Доставка на будинок», щоб зробити придбання покупок більш зручним, особливо для літніх городян. Наступний етап - установка нових касових апаратів, які нещодавно з'явилися в сфері обслуговування. Основне питання: скільки апаратів слід встановити? Занадто багато - небажано. Але не тільки тому, що з'являться додаткові витрати. Більше важливий аспект - ефективне використання площ.

Плануючи новий дизайн системи контролю, Петро зібрав дані про декілька послідовних суботніх, найбільш відвідуваних, ранкових годинах у своєму магазині. Він зауважив, що покупці прибувають на контроль приблизно по 10 осіб на годину. 20% покупців оплачують 10 або менше найменувань продуктів, і в середньому їх обслуговують протягом 2 хв, в той час як на покупців з більш ніж 10 товарами касир витрачає по 4 хв.

Завдання

Допоможіть Петру визначити, скільки нових касових апаратів слід встановити.

Відповіді та рішення

Відповіді на питання: 1-4, 2 - 3, 3-2, 4-4, 5-2, 6-1.

Задача 1. Розв’язок.

Розглядаємо модель А.

Середнє число клієнтів у черзі

середнє число клієнтів в системі

середній час очікування

середній час, який клієнт проводить в системі,

В середньому за 5 хв прибувають (24: 60) • 5 = 2 клієнта.

Ймовірності того, що 0, 1, 2, 3 клієнта прибудуть за 5 хв, знайдемо за формулою, яка описує ймовірність надходження заявок в систему (тобто за законом Пуассона):

Ймовірність того, що протягом 5 хв прибудуть понад 3 клієнти, дорівнює 1 - [р (0) + р (1) + р (2) + р (3)] = 1 - (0,135 + 0,27 + 0,27 + 0,18) = 0,145.

Ймовірність того, що фактичний час обслуговування заявки t не перевищить заданої величини τ, підпорядкована експоненційному закону і може бути визначена за формулою , де середній темп обслуговування μ = 0,6 клієнти на хвилину :

а) ймовірність того, що час обслуговування не перевищить 1 хв ;

б) ймовірність того, що час обслуговування не перевищить 2 хв, ;

в) ймовірність того, що час обслуговування складе більше 2 хв, дорівнює 1 - р (t <2) = 0,30.

Ймовірність того, що прибулому клієнтові доведеться чекати обслуговування,

Ймовірність того, що в системі знаходиться n клієнтів, можна знайти, використовуючи граничні ймовірності одноканальної системи з необмеженою чергою:

а) 0 клієнтів:

б) 3 клієнта: = = • 0,33 = 0,098;

в) більше 3 клієнтів:

Відповіді: 1. Два клієнта. 2. 0,135; 0,27; 0,27; 0,18.

3. 0,145. 4. а) 0,45; 6) 0,7; в) 0,3.

5. 0,067. 6. а) 0,33; 6) 0,098; в) 0,198.

Задача 2. Розв’язок.

Використовуємо пакет POMWIN. Заповнимо модель М/М/1 вихідними даними.

Для першого механіка λ = 2 клієнта на годину, μ = 3 клієнта на годину, = 7 дол / год; = 15долл. / год:

Parameter

Value

Parameter

Value

М/М/1(exponential

service times)

Average server

utilization

0,067

Arrival rate (lambda)

2

Average number

in the queue ( )

1,333

Service rate (mu)

3

Average number

in the system ( )

2

Number of servers

1

Average time

in the queue (

0,667

Server cost

$/time

7

Average number

in the system ( )

1

Waiting cost

$/time

15

Cost (Labor + #

in system*wait cost)

27

Cost (Labor + #

in system*wait cost)

37

Середній час, який клієнт проводить у черзі, = 0,667 год;

середня довжина черги = 1,333;

середній час, який клієнт проводить у системі обслуговування, = 1 год;

середнє число клієнтів в системі обслуговування = 2;

ймовірність того, що система обслуговування виявиться вільною, дорівнює 1 - r = 1 - 0,667 = 0,333.

Сукупні витрати по очікуванню в черзі та оплати першому механіку рівні 27 дол. за годину.

Для другого механіка λ = 2 клієнта на годину, μ = 4 клієнта на годину, = 10 дол. / год, = 15дол. / год:

Parameter

Value

Parameter

Value

М/М/1(exponential

service times)

Average server

utilization

0,5

Arrival rate (lambda)

2

Average number

in the queue ( )

0,5

Service rate (mu)

4

Average number

in the system ( )

1

Number of servers

1

Average time

in the queue (

0,25

Server cost

$/time

10

Average number

in the system ( )

0,5

Waiting cost

$/time

15

Cost (Labor + #

in system*wait cost)

17,5

Cost (Labor + #

in system*wait cost)

25

Середній час, який клієнт проводить у черзі, = 0,25 год;

середня довжина черги = 0,5;

середній час, який клієнт проводить у системі обслуговування, = 0,5 год;

середнє число клієнтів в системі обслуговування = 1;

ймовірність того, що система обслуговування виявиться незайнятою дорівнює 1-r = 1-0,5 = 0,5.

Сукупні витрати по очікуванню в черзі та оплату другого механіка рівні 17,5 дол за годину.

За результатами розрахунків можна зробити висновок, що слід найняти другого механіка.

Відповіді: 1. Другого механіка. 2. 17,5 дол / ч.

Задача 3. Розв’язок.

Заповнимо модель М/М/1 з одним продавцем (він же є касиром) (λ = 15 покупців на годину, μ = 20 покупців на годину):

Parameter

Value

Parameter

Value

Value*60

М/М/1(exponential

service times)

Average server

utilization

0,75

Arrival rate (lambda)

15

Average number

in the queue ( )

2,25

Service rate (mu)

20

Average number

in the system ( )

3

Number of servers

1

Average time

in the queue (

0,15

9

Server cost

$/time

3

Average number

in the system ( )

0,2

12

Waiting cost

$/time

2

Cost (Labor + #

in system*wait cost)

7,5

Cost (Labor + #

in system*wait cost)

9

Середній час, що покупець проводить в черзі, = 0,15 ч = 9 хв;

середня довжина черги = 2,25;

середній час, який покупець проводить в магазині = 0,2 год = 12 хв;

середнє число покупців у магазині = 3;

ймовірність того, що в магазині не виявиться покупців, = 1 - r = 1 - 0,75 = 0,25.

Якщо найняти продавця, який би виконував замовлення, в той час, як касир розраховується з покупцем (альтернатива А), збільшиться темп обслуговування клієнтів (μ = 30 покупців на годину), система залишиться одноканальною. Використовуємо для вирішення цього завдання модель М/М/1:

Parameter

Value

Parameter

Value

Value*60

М/М/1(exponential

service times)

Average server

utilization

0,5

Arrival rate (lambda)

15

Average number

in the queue ( )

0,5

Service rate (mu)

30

Average number

in the system ( )

1

Number of servers

1

Average time

in the queue (

3,3E-0,2

2

Server cost

$/time

6

Average number

in the system ( )

6,67E-0,2

4

Waiting cost

$/time

2

Cost (Labor + #

in system*wait cost)

7

Cost (Labor + #

in system*wait cost)

8

Середній час, що покупець проводить в черзі, в цьому випадку скоротилося до = 2 хв, витрати по очікуванню в черзі та обслуговування каналу скоротилися до 7 дол на годину.

Якщо найняти другого касира, тим самим створивши в магазині двоканальну чергу (альтернатива В), темп обслуговування на кожному каналі буде дорівнює μ = 20 покупців на годину. Використовуємо для вирішення цього завдання модель M / M / S:

Parameter

Value

Parameter

Value

Value*60

М/М/S

Average server

utilization

0,38

Arrival rate (lambda)

15

Average number

in the queue ( )

0,12

Service rate (mu)

20

Average number

in the system ( )

0,87

Number of servers

2

Average time

in the queue (

8,1E-03

0,49

Server cost

$/time

3

Average number

in the system ( )

5,82E-02

3,49

Waiting cost

$/time

2

Cost (Labor + #

in system*wait cost)

6,25

Cost (Labor + #

in system*wait cost)

7,75

Середній час, що покупець проводить в черзі, в цьому випадку скоротився до = 0,49 хв, витрати скоротилися до 6,25 дол. за годину. Останній варіант більш економічний.

Відповідь: Альтернативу В.

Задача 4. Розв’язок. Заповнимо модель М/М/1:

Parameter

Value

Parameter

Value

М/М/1(exponential

service times)

Average server

utilization

0,5

Arrival rate (lambda)

5

Average number

in the queue ( )

0,5

Service rate (mu)

10

Average number

in the system ( )

1

Number of servers

1

Average time

in the queue (

0,1

Server cost

$/time

75

Average number

in the system ( )

0,2

Waiting cost

$/time

100

Cost (Labor + #

in system*wait cost)

125

Cost (Labor + #

in system*wait cost)

175

Ймовірність того, що док буде порожній, = 1 - 0,5 = 0,5;

середнє число суден у черзі = 0,5;

середній час очікування обслуговування = 0,1 ч = 6 хв;

середній час перебування в доці = 0,2 год. = 12 хв.

Побудуємо двоканальну систему обслуговування:

Parameter

Value

Parameter

Value

М/М/S

Average server

utilization

0,25

Arrival rate (lambda)

5

Average number

in the queue ( )

3,33E-02

Service rate (mu)

10

Average number

in the system ( )

0,53

Number of servers

2

Average time

in the queue (

6,67E-03

Server cost

$/time

75

Average number

in the system ( )

0,11

Waiting cost

$/time

100

Cost (Labor + #

in system*wait cost)

153,33

Cost (Labor + #

in system*wait cost)

203,33

Ступінь завантаження системи скоротилася до 0,25, сукупні витрати збільшилися на 28 дол на годину (203 - 175 = 28). Необхідності в будівництво другого дока немає.

Відповіді: 1. 0,5. 2. 0,5 судна. 3. 6 хв. 4. 12 хв. 5. Немає необхідності.

Задача 5. Розв’язок. Використовуємо модель M/M/1:

Parameter

Value

Parameter

Value

М/М/1(exponential

service times)

Average server

utilization

0,75

Arrival rate (lambda)

15

Average number

in the queue ( )

2,25

Service rate (mu)

20

Average number

in the system ( )

3

Number of servers

1

Average time

in the queue (

0,15

Server cost

$/time

2

Average number

in the system ( )

0,2

Waiting cost

$/time

3

Cost (Labor + #

in system*wait cost)

8,75

Cost (Labor + #

in system*wait cost)

11

Якщо придбати другий касовий апарат, створивши в магазині двоканальну чергу, витрати скорочуються на 4,38 дол на годину (8,75 - 4,37 = 4,38):

Parameter

Value

Parameter

Value

М/М/S

Average server

utilization

0,38

Arrival rate (lambda)

15

Average number

in the queue ( )

0,12

Service rate (mu)

20

Average number

in the system ( )

0,87

Number of servers

2

Average time

in the queue (

8,18E-03

Server cost

$/time

2

Average number

in the system ( )

0,06

Waiting cost

$/time

3

Cost (Labor + #

in system*wait cost)

4,37

Cost (Labor + #

in system*wait cost)

6,62

Включення третього касового апарату веде до збільшення витрат, тому немає необхідності в його придбанні:

Parameter

Value

Parameter

Value

М/М/S

Average server

utilization

0,25

Arrival rate (lambda)

15

Average number

in the queue ( )

1,47E-02

Service rate (mu)

20

Average number

in the system ( )

0,76

Number of servers

3

Average time

in the queue (

9,80E-04

Server cost

$/time

2

Average number

in the system ( )

5,10E-02

Waiting cost

$/time

3

Cost (Labor + #

in system*wait cost)

6,04

Cost (Labor + #

in system*wait cost)

8,29

Відповіді: 1. Так, є. 2. Немає необхідності.

Задача 6. Розв’язок.

А. Заповнимо модель М/М/1 (λ = 24 машини на годину, μ = 60/2 = 30 машин за годину); одночасно заповнимо витрати на обслуговування каналу, включаючи оплату службовця, і витрати по простою клієнтів в черзі:

Parameter

Value

Parameter

Value

Value*60

М/М/1(exponential

service times)

Average server

utilization

0,8

Arrival rate (lambda)

24

Average number

in the queue ( )

3,2

Service rate (mu)

30

Average number

in the system ( )

4

Number of servers

1

Average time

in the queue (

0,13

8

Server cost

$/time

26,5

Average number

in the system ( )

0,17

10

Waiting cost

$/time

25

Cost (Labor + #

in system*wait cost)

106,5

Cost (Labor + #

in system*wait cost)

126,5

Ймовірність того, що в системі немає машин, = 1 - 0,8 = 0,2;

середнє число машин в черзі = 3,2;

середній час очікування обслуговування = 8 хв;

середній час перебування в системі = 10 хв;

середнє число машин в системі = 4;

ймовірність того, що знову прибулій машині доведеться чекати, Рn> 0 = 0,8.

В. Використовуємо модель М/М/1 (λ = 24 машини на годину, μ = 60/1, 25 = 48 машин на годину):

Parameter

Value

Parameter

Value

Value*60

М/М/1(exponential

service times)

Average server

utilization

0,5

Arrival rate (lambda)

24

Average number

in the queue ( )

0,5

Service rate (mu)

48

Average number

in the system ( )

1

Number of servers

1

Average time

in the queue (

2,08E-02

1,25

Server cost

$/time

33

Average number

in the system ( )

4,17E-02

2,5

Waiting cost

$/time

25

Cost (Labor + #

in system*wait cost)

45,5

Cost (Labor + #

in system*wait cost)

58

Ймовірність того, що в системі немає машин, = 1 - 0,5 = 0,5;

середнє число машин в черзі = 0,5;

середній час очікування обслуговування = 1,25 хв;

середній час перебування в системі = 2,5 хв;

середнє число машин в системі = 1;

ймовірність того, що знову прибула машині доведеться чекати, Рn> 0 = 0,5.

С. Використовуємо модель M / M / S (λ = 24 машини на годину, μ = 60/2 = 30 машин на годину):

Parameter

Value

Parameter

Value

Value*60

М/М/S

Average server

utilization

0,4

Arrival rate (lambda)

24

Average number

in the queue ( )

0,15

Service rate (mu)

30

Average number

in the system ( )

0,95

Number of servers

2

Average time

in the queue (

6,35E-03

0,381

Server cost

$/time

26,5

Average number

in the system ( )

3,97E-02

2,381

Waiting cost

$/time

25

Cost (Labor + #

in system*wait cost)

56,81

Cost (Labor + #

in system*wait cost)

76,81

k

Prob(num in sys = k)

Prob(num in sys ≤ k)

Prob(num in sys > k)

0

0,429

0,429

0,571

1

0,343

0,771

0,229

2

0,137

0,909

9,14E-02

3

5,486E-02

0,963

3,657E-02

4

2,194E-02

0,985

1,463E-02

Ймовірність того, що в системі немає машин, = 0,43;

середнє число машин в черзі = 0,15;

середній час очікування обслуговування = 0,381 хв;

середній час перебування в системі = 2,381 хв;

середнє число машин в системі = 0,95;

ймовірність того, що знову прибулій машині доведеться чекати, = 0,57.

Вартові витрати з обслуговування каналів і простою клієнтів в черзі в першому випадку становлять 106,5 дол, у другому - 45,5 дол, у третьому - 56,81 дол Можна зробити висновок, що варіант B для фірми вимагає менших витрат.

Відповідь: Варіант В.

Задача 7. Розв’язок.

При використанні одноканальної моделі кожен механік знаходиться в системі 4 хв. Визначимо темп обслуговування клієнтів μ, якщо = 4 хв і λ = 4 клієнта в хвилину. Темп обслуговування для одноканальної системи дорівнює μ = 4,25 клієнта в хвилину:

Parameter

Value

Parameter

Value

М/М/1(exponential

service times)

Average server

utilization

0,94

Arrival rate (lambda)

4

Average number

in the queue ( )

15,06

Service rate (mu)

4,25

Average number

in the system ( )

16

Number of servers

1

Average time

in the queue (

3,76

Server cost

$/time

12

Average number

in the system ( )

4

Waiting cost

$/time

20

Cost (Labor + #

in system*wait cost)

313,18

Cost (Labor + #

in system*wait cost)

332

Середнє число клієнтів в системі = 16;

середній час обслуговування одного клієнта в системі дорівнює - = 0,23 хв;

середнє число клієнтів в черзі = 15,06.

Побудуємо двоканальну систему:

Parameter

Value

Parameter

Value

М/М/S

Average server

utilization

0,47

Arrival rate (lambda)

4

Average number

in the queue ( )

0,27

Service rate (mu)

4,25

Average number

in the system ( )

1,21

Number of servers

2

Average time

in the queue (

0,067

Server cost

$/time

12

Average number

in the system ( )

0,30

Waiting cost

$/time

20

Cost (Labor + #

in system*wait cost)

29,35

Cost (Labor + #

in system*wait cost)

48,18

Середнє число клієнтів в системі = 1,2;

середній час обслуговування одного клієнта в системі дорівнює - = 0,23 хв;

середнє число клієнтів в черзі = 0,27.

В одноканальній моделі витрати по очікуванню та обслуговуванню вище витрат двоканальної моделі на 283,83 руб. за хвилину (313,18 - 29,35 = 283,83).

Відповідь: Двоканальна система.

Задача 8. Розв’язок.

Використовуємо модель M/D/1:

Parameter

Value

Parameter

Value

Value*60

M/D/1(constant service times)

Average server

utilization

0,3

Arrival rate (lambda)

3

Average number

in the queue ( )

6,4E-02

Service rate (mu)

10

Average number

in the system ( )

0,36

Number of servers

1

Average time

in the queue (

2,1E-02

1,28

Average number

in the system ( )

0,12

7,286

Середнє число автомобілів у черзі = 0,064;

середній час очікування = 1,28 хв;

протягом 30% робочого часу система зайнята.

Відповіді: 1. 0,064 автомобіля. 2. 1,28 хв. 3. 30% робочого часу.

Задача 9. Розв’язок.

Заповнимо модель M / M / S для випадку роботи одного механіка:

Parameter

Value

Parameter

Value

М/М/S with a finite

population

Average server

utilization

0,662

Arrival rate

PER CUSTOMER

0,05

Average number

in the queue ( )

0,721

Service rate (mu)

0,5

Average number

in the system ( )

1,383

Number of servers

1

Average time

in the queue (

2,180

Population size

8

Average number

in the system ( )

4,181

Server cost

$/time

20

Effective Arrival

Rate

0,331

Waiting cost

$/time

80

Probability that

Customer wait

0,591

Cost (Labor + #

in system*wait cost)

77,72

Cost (Labor + #

in system*wait cost)

130,6

k

Prob(num in sys = k)

Prob(num in sys ≤ k)

Prob(num in sys > k)

0

0,338

0,338

0,662

1

0,270

0,609

0,391

2

0,189

0,798

0,202

3

0,113

0,912

8,789Е-02

4

5,684Е-02

0,969

3,103Е-02

5

0,023

0,992

8,321Е-03

6

6,820Е-03

0,998

1,500Е-03

7

0,001

0,999

1,363Е-04

8

1,364Е-04

1

0

Ймовірність того, що всі машини працюють і механік простоює, = 0,338;

середнє число очікування ремонту машин = 0,721;

середнє число машин в системі = 1,383;

середній час очікування початку ремонту = 2,18 год;

середній час перебування в системі (очікування та ремонт) = 4,181 ч.

Якщо найняти другого механіка, одержимо

Parameter

Value

Parameter

Value

М/М/S with a finite

population

Average server

utilization

0,360

Arrival rate

PER CUSTOMER

0,05

Average number

in the queue ( )

0,065

Service rate (mu)

0,5

Average number

in the system ( )

0,786

Number of servers

2

Average time

in the queue (

0,179

Population size

8

Average number

in the system ( )

2,179

Server cost

$/time

20

Effective Arrival

Rate

0,361

Waiting cost

$/time

80

Probability that

Customer wait

0,139

Cost (Labor + #

in system*wait cost)

45,17

Cost (Labor + #

in system*wait cost)

102,9

k

Prob(num in sys = k)

Prob(num in sys ≤ k)

Prob(num in sys > k)

0

0,457

0,457

0,543

1

0,365

0,822

0,178

2

0,128

0,950

5,018Е-02

3

3,836Е-02

0,988

0,012

4

9,589Е-03

0,998

2,236Е-03

5

0,002

0,999

3,178Е-04

6

2,877Е-04

0,999

3,010Е-05

7

2,877Е-05

0,999

1,311Е-06

Ймовірність того, що всі машини працюють і механік простоює, = 0,457;

середнє число очікування ремонту машин = 0,065;

середнє число машин в системі = 0,786;

середній час очікування початку ремонту = 0,179 ч;

середній час перебування в системі (очікування та ремонт) = 2,179 ч.

З економічної точки зору вигідніше найняти двох механіків.

Відповідь: Двох механіків.

Задача 10. Розвязок.

Використовуємо модель з обмеженою популяцією:

Parameter

Value

Parameter

Value

М/М/S with a finite

population

Average server

utilization

0,559

Arrival rate

PER CUSTOMER

0,25

Average number

in the queue ( )

0,490

Service rate (mu)

4

Average number

in the system ( )

1,049

Number of servers

1

Average time

in the queue (

0,219

Population size

10

Average number

in the system ( )

0,469

Server cost

$/time

30

Effective Arrival

Rate

2,238

Waiting cost

$/time

50

Probability that

Customer wait

0,508

Cost (Labor + #

in system*wait cost)

54,48

Cost (Labor + #

in system*wait cost)

82,45

k

Prob(num in sys = k)

Prob(num in sys ≤ k)

Prob(num in sys > k)

0

0,440

0,440

0,559

1

0,275

0,716

0,284

2

0,155

0,870

0,129

3

7,744Е-02

1,948

5,176Е-02

4

3,388Е-02

0,982

1,788Е-02

5

0,013

0,995

5,174Е-03

6

3,970Е-03

0,999

1,203Е-03

7

9,926Е-04

0,999

2,108Е-04

8

1,861Е-04

0,999

2,474Е-05

9

2,326Е-05

0,999

1,490Е-06

Ймовірність того, що ні одна вантажівка не очікує навантаження-розвантаження, = 0,44;

середнє число вантажівок у черзі = 0,490;

середнє число вантажівок у магазина = 1,049;

середній час очікування = 0,219 ч = 13 хв;

Витрати по функціонуванню системи дорівнюють 54,48 дол. за годину.

Відповідь: 54,48 дол.