Использование пакета ARENA в имитационном моделировании систем массового обслуживания

Федеральное агентство по образованию ГОУ ВПО «Уральский государственный технический университет — УПИ им. первого Президента России Б. Н. Ельцина»

Факультет информационно-математических технологий и экономического моделирования Кафедра анализа систем и принятия решений

КУРСОВАЯ РАБОТА

Тема: Использование пакета ARENA в имитационном моделировании систем массового обслуживания Дисциплина: «Имитационное моделирование»

Руководитель: Бородачёв С.М.

Нормоконтролер: Медведева М. А.

Студент гр. ИМ-37 011:Якименко С. Д.

Екатеринбург

• Введение

  2

• Arena — система имитационного моделирования 5
• Архитектура Arena 5
• Шаблоны решений 6
• Обзор продуктов семейства Arena 7
• Структура пакета ARENA 8
• Блок Create 9
• Блок Process 10
• Блок Dispose 12
• Моделирование процесса 12
• Вывод 15
• Список использованных источников 16

arena имитационное моделирование

Возрастающие потребительские ожидания и конкурентное давление в мире электронной коммерции существенно повышают значимость слаженной работы всех компонентов бизнеса. Решающее воздействие на конечный результат деятельности и конкурентоспособность оказывают проектирование и реализация всех процессов — поставки, производства, обслуживания клиентов и внутренней организации.

Последствия неудачно спланированной реализации могут оказаться катастрофическими и привести к разочарованию клиентов, краху бизнеса и потере прибыли.

Система имитационного моделирования Arena компании Rockwell Software способна защитить Ваш бизнес путем прогнозирования эффекта новых идей, правил и стратегий до их реализации на практике, не прерывая при этом обслуживания клиентов. Под имитационным моделированием в системе имитационного моделирования Arena понимают создание компьютерной модели реальной или предполагаемой системы (физической, технологической, финансовой и т. п.) и проведение на построенной модели экспериментов с целью описания наблюдаемых результатов и/или предсказания будущих результатов. Очевидно, замена реального эксперимента имитационным моделированием позволяет сократить затраты, необходимые для проведения исследований. Кроме того, в некоторых ситуациях эксперименты на реальных системах могут быть чрезвычайно опасны или невозможны.

Когда на карту ставится судьба предприятия, Arena помогает выбрать наиболее выгодные стратегии и дает уверенность при запуске в эксплуатацию, позволяя при этом устранить лишние расходы, оптимизировать инвестиции и укрепить отношения с заказчиками.

Arena позволила организациям в разных странах:

· избежать дорогостоящих ошибок, вызываемых реализацией исключительно интуитивных решений;

· разработать процессы, позволяющие бороться с тупиками и неопределенностью, вызванными случайностью и непостоянством систем;

· обнаружить скрытые резервы и устранить тормозящие факторы в существующих реализациях и внутренних процессах;

· укрепить отношения с заказчиками путем повышения качества услуг и скорости их предоставления.

Arena — система имитационного моделирования

Arena, разработанное компанией Systems Modeling Corporation программное обеспечение для имитационного моделирования, позволяет создавать подвижные компьютерные модели, используя которые можно адекватно представить очень многие реальные системы. Самая первая версия этой системы увидела свет в 1993 г. Arena снабжена удобным объектно-ориентированным интерфейсом и обладает удивительными возможностями по адаптации ко всевозможным предметным областям. В целом система исключительно проста в использовании.

Последняя версия системы — Arena 12.0. В ней удачно соединены интерфейсные возможности среды Windows и присущая Arena легкость иерархического построения модели и ее последовательного приближения к реальному объекту.

Архитектура Arena

Основа технологий Arena — язык моделирования SIMAN и система Cinema Animation. SIMAN, впервые реализованный в 1982 г. — чрезвычайно гибкий и выразительный язык моделирования. Он постоянно совершенствуется путем добавления в него новых возможностей. Для отображения результатов моделирования используется анимационная система Cinema animation, известная на рынке с 1984 г. Процесс моделирования организован следующим образом. Сначала пользователь шаг за шагом строит в визуальном редакторе системы Arena модель. Затем система генерирует по ней соответствующий код на SIMAN, после чего автоматически запускается Cinema animation.

Интерфейс Arena включает в себя всевозможные средства для работы с данными, в том числе электронные таблицы, базы данных, ODBC, OLE, поддержку формата DXF.

Какие преимущества дает использование для моделирования языка SIMAN?

Новая политика, управляющие процедуры, правила принятия решений, организационная структура, потоки информации и т. д. могут быть исследованы без вмешательства в работу реальной системы. Новые технические средства, планы размещения, программное обеспечение, транспортные системы и т. п. могут быть опробованы до того, как деньги, время и другие ресурсы будут потрачены на их приобретение и/или создание. Имитационное моделирование позволяет проверять гипотезы о причинах возникновения тех или иных наблюдаемых феноменов. SIMAN позволяет рассматривать процессы в различных масштабах времени. SIMAN позволяет выделить переменные, наиболее важные для успешного функционирования моделируемой системы, и проанализировать имеющиеся между ними связи. SIMAN позволяет выявлять «узкие места» в материальных, информационных и других потоках. Моделирование дает возможность изучать объекты, о поведении которых имеется недостаточно информации. Одно из основных преимуществ имитационного моделирования заключается в том, что оно помогает получить ответ на вопрос «что, если…» .

Шаблоны решений

В поставку Arena входят готовые шаблоны решений (Application Solution Templates). Каждый такой шаблон представляет собой набор специализированных модулей, превращающих Arena в проблемно-ориентированную среду моделирования. Создавая такие шаблоны или изменяя существующие, Вы можете полностью приспособить Arena для решения стоящих перед Вами задач и перейти от абстрактных понятий методологии моделирования к принятым в рассматриваемой предметной области терминам.

Обзор продуктов семейства Arena

Организации во всех странах мира все чаще приходят к необходимости использования моделирования процессов и имитации в качестве составной части своей деятельности по принятию бизнес-решений, а также инициатив в целях непрерывного совершенствования. Благодаря широкому признанию моделирования растет спрос клиентов на инструментарий, поддерживающий разнообразные приложения, масштабируемый для соответствия различным потребностям жизненного цикла проектов и интегрируемый с существующими корпоративными системами моделирования и базами данных. Для решения этих задач компания Rockwell Software предлагает семейство продуктов Arena, включающее следующие редакции продукта:

Также рассмотрим дополнительные возможности приложений:

Структура пакета ARENA

А теперь подробно рассмотрим возможности пакета ARENA 9.0 на примере конкретной задачи, а именно моделирование деятельности СМО с входящим потоком объясненным Пуассоновским распределением, числом каналов равному единице и бесконечной очередью в течении ста часов. Вид рабочего листа представлен на рис 1.

Рис 1.

Рассмотрим предложенные нам простые процессы:

Блок Create

Блок «Создание"(Create) используется в пакете ARENA для создания потока элементов (документов, клиентов, машин и т. д.).

Для его использования выделим элемент в списке базовых процессов и перетащим на рабочий лист (рис 2).

Рис 2.

Далее двойным нажатием по элементу мы получаем окно с параметрами элемента:

§ Name — имя элемента

§ Entity type — тип объекта (документы, товары, клиенты и т. д.)

§ Time between arrivals — время между объектами в потоке. Эта опция имеет несколько под опций, таких как:

· Units — единицы измерения времени (секунды, минуты, часы, дни)

· Type — тип временных промежутков, он может быть:

o Constant (постоянный)

o Random (Случайный по экспоненциальному закону)

o Expression (Выраженный каким-то видом распределения: нормальное, пуассоновское, логнормальное и т. д.)

§ Max Arrivals (Максимальный размер потока) В нашей задаче мы назовем блок «Clients», Entity Type — Clients, Units — Minutes, Time Between Arrivals — Expression POIS (9) — распределение Пуассона с параметром равным 9.

Блок Process

Блок Process (Процесс) эмитирует саму систему обслуживания. Рассмотрим его параметры:

§ Name — Имя

§ Logic — Параметр управления каналами содержащий в себе следующие опции:

o Action (Тип действия совершаемого над элементами потока)

§ Delay

§ Seize Delay

§ Seize Delay Release

§ Delay Release

o Resources (Ресурсы (продавцы, консультанты, конвейеры и т. д.)

§ Delay Type — Опция аналогичная опции «Time Between Arrivals» в элементе «Create»

Для введения в модель этого блока перенесем его на рабочий лист, при переноске мы видим, что между блоками Create и Process установилась связь (рис 3).

Рис 3.

Если же связь не установилась автоматически, то нужно использовать кнопку «Connect"(рис 4).

Рис 4.

В настройках блока «Process» мы выставляем следующие настройки (Рис 5):

· Name — Присваиваем имя «Support»

· Logic — Добавляем ресурс с названием «Clerk»

· Delay Type — Выставляем тип задержки «Constant» c, параметром равным 5

· Unit — Minutes

Рис 5.

Блок Dispose

Блок Dispose служит конечным пунктом потока информации и используется как завершающий блок (Рис 6).

Рис 6.

В этом блоке имеется только одно настраиваемое поле «Name», в нашем примере мы назовем этот блок «Happy Clients»

Моделирование процесса

После того как настройки во всех блоках выставлены и все блоки соединены между собой, мы можем приступать к имитации процесса. Для этого перетащим ползунок скорости анимации на минимум и нажмем кнопку «Go"(Рис 7).

Рис 7.

На рис. 8 представлена анимация данной модели:

Рис 8.

После окончания анимирования программа выводит подробный отчет по каждому элементу, таким как:

· Очереди

· Ресурсы

· Данные и т. д. (рис 9).

Рис 9.

Но нас в первую очередь интересует отчет по разделу «Queue"(очередь), он приведен ниже (рис 10).

Рис 10.

В результате моделирования мы получили следующие данные:

· Среднее число людей в очереди — 2.987

· Среднее время ожидания в очереди — 0.27 часа (~ 16 минут)

· Время работы системы — 100.98 часов Полученные результаты совпадают с результатами полученными в MathCAD.

Вывод

Система имитационного моделирования ARENA открывает большие возможности для моделирования различных бизнес процессов. Благодаря широким счетным и анимационным возможностям, она в разы упрощает процесс моделирования, позволяя создавать подвижные компьютерные модели, используя которые можно адекватно представить очень многие реальные системы. ARENA позволяет исследовать новую политику, управляющие процедуры, правила принятия решений, организационную структуру, потоки информации и т. д. без вмешательства в работу реальной системы. Новые технические средства, планы размещения, программное обеспечение, транспортные системы и т. п. могут быть опробованы до того, как деньги, время и другие ресурсы будут потрачены на их приобретение и/или создание. Имитационное моделирование позволяет проверять гипотезы о причинах возникновения тех или иных наблюдаемых феноменов. Моделирование в продукте ARENA дает возможность изучать объекты, о поведении которых имеется недостаточно информации. Одно из основных преимуществ продукта ARENA заключается в том, что он помогает получить ответ на вопрос «что, если…» .

Список использованных источников

1. Rockwell (Systems Modeling). — Ресурс доступен: http://www.interface.ru/home.asp?artId=66&vId=20.