Моделирование работы психиатрической больницы
В ходе курсовой работы была проанализирована и смоделирована в среде simulink работа психиатрической больницы. Были изучены и применены на практике приемы работы со средой моделирования и с программным комплексом Mat LAB в целом. Так же были рассчитаны заданные параметры системы. Алгоритм функционирования: При обращении клиента в больницу осуществляется его начальная оценка и если «койка» занята… Читать ещё >
Моделирование работы психиатрической больницы (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
- 1. Задание
- 2. Концептуальная модель
- 3. Основные функциональные блоки для построения модели Психиатрической больницы
- 4. Вспомогательные функциональные блоки для построения основных функциональных блоков модели Психиатрической Больницы
- 5. Структурная модель системы
- 6. Разработка плана экспериментов
- 7. Расчет характеристик системы
- Выводы
1. Задание
В среднем за день в палату психиатрической больницы поступает двое больных. Каждый больной проходит тест, результаты которого распределены равномерно на интервале от 30 до 44 баллов. Когда в палате нет мест, больные с оценкой свыше 41 баллов не принимаются на лечение. Всего в палате 25 мест. Больной выписывается из палаты, когда его оценка больше 49 баллов. Оценка больного меняется в течении суток на величину, равномерно распределенную на интервале от — 0.2 до 1.2 балла. Когда потенциальный больной поступает в палату, в которой нет свободных мест, из нее выписывается больной, оценка которого равна или выше 47 баллов. Первоначально в палату помещены 18 больных с оценками от 30 до 40 баллами. Имитация работы палаты больницы в течение 1000 суток., числа досрочно выписанных больных.
Цель моделирования — определить следующее:
1. Среднего времени пребывания в палате больных
2. Загрузки палаты
3. Числа больных, которым отказано в лечении
4. Числа досрочно выписанных больных
2. Концептуальная модель
Рассматриваемая система включает в себя следующие объекты:
1. клиент — человек, обратившийся в больницу с целью поправить свое пошатнувшееся здоровье;
2. Место больного (койка) — больничная койка, где больной проходит курс лечения, отдыхает.
Объект | Атрибуты | |
Клиент | Факт обращения в больницу — наступление события прихода потенциального больного (приход клиента подчиняется равномерному закону распределения) Время лечения — время, равное сумме времени прихода в больницу, времени лечения Оценка больного — результаты прохождения больным теста, по которым судят о состоянии больного | |
Койка | Признак занятости — отражает тот факт, что данный койка уже занята одним из больных и еще не освобождена им Число поступивших больных — количество принятых на лечение клиентов Количество досрочно выписанных больных — количество больных, которых пришлось выписать раньше Улучшение состояния больного — случайная величина, определяющая изменение оценки больного в результате лечения | |
Диаграмма связей
Концептуальная модель системы
Библиотека блоков
функциональный блок модель структурная
3. Основные функциональные блоки для построения модели Психиатрической больницы
Наименование: Подсистема формирования потока заявок.
Назначение: Создает (генерирует) поток событий с заданной интенсивностью. Используется для имитации потока клиентов в больницу.
Изображение:
Описание входов: отсутствуют
Описание выходов:
· Единственный выход представляет собой количество клиентов, обратившихся в психиатрическую больницу на текущем шаге интегрирования модели.
Состояния элемента: Элемент может находиться в состоянии индикации события (генерация выходного импульса).
События, на которые реагирует элемент: Элемент не реагирует на внешние события. Единственное внутренне событие, вызывающее его реакцию — наступление времени свершения очередного события (приход клиента).
Алгоритм функционирования: На каждом интервале времени на выход подается импульс о количестве клиентов, обратившихся в больницу.
Блок-схема модели:
Параметры, устанавливаемые пользователем:
· Lambda — интенсивность входного потока.
Окно установки параметров:
Наименование: Койка.
Назначение: Предназначен для организации лечения клиентов.
Изображение:
Описание входов:
· Поступающие заявки, то есть импульсы, генерируемые блоком «Формирования заявок» .
· Параметры модели, передаваемые от «койки» к «койке» с целью расчета требуемых величин.
Описание выходов:
· Поток заявок после прохождения данной «койки» .
· Параметры модели.
Состояния элемента: Элемент находится в стационарном состоянии обработки поступающих заявок (клиентов).
События, на которые реагирует элемент: Элемент реагирует на поступление новой заявки (клиента).
Алгоритм функционирования: На первый вход поступает количество клиентов, обратившихся в больницу на данном шаге интегрирования. Если «койка» свободна, то из потока заявок вычитается один клиент. Иначе поступают если «койка» занята. Очередной клиент проходит тест, его результаты оцениваются и если они больше 41, то клиенту отказывается в лечении, иначе оцениваются результаты лечащегося больного. Если его оценка 47 и выше, то он выписывается из больницы и на его место поступает очередной больной.
Блок-схема модели:
Параметры, устанавливаемые пользователем:
· be — наличие больного в палате на начальный момент времени (либо 0, либо 1).
· Start - начальная оценка больного от 30 до 40
Окно установки параметров:
Наименование: Статистика.
Назначение: Вычисляет средние статистические характеристики системы.
Изображение:
Описание входов:
· Отказ в бослуживании.
· Вектор статистики, полученный с первого выхода последнего «койки» в цепочке.
· Поступающие на обслуживание заявки.
Описание выходов:
· Вероятность отказа в обслуживании.
· Среднее количество занятых «коек» .
· Среднее время обслуживания клиентов.
· Среднее количество досрочно выписанных больных с каждой «койки» .
· Вероятность досрочного освобождения.
· Количество пришедших клиентов.
Состояния элемента: Элемент постоянно находится в одном состоянии — в состоянии вычисления средних статистических характеристик.
События, на которые реагирует элемент: Элемент реагирует на отказ в обслуживании, изменение входного статистического вектора и на изменение потока клиентов.
Алгоритм функционирования: Элемент демультиплексирует входной вектор статистики и вычисляет усредненные характеристики, записанные в элементах этого вектора.
Блок-схема модели:
Параметры, устанавливаемые пользователем: отсутствуют
Окно установки параметров:
Наименование: Начальная статистика.
Назначение: Начальный вектор для вычисления статистики.
Изображение:
Описание входов: отсутствуют
Описание выходов:
· Начальный (нулевой) вектор статистики.
Состояния элемента: отсутствуют
События, на которые реагирует элемент: отсутствуют
Алгоритм функционирования: Мультиплексирование нулевых значений в единый вектор.
Блок-схема модели:
Параметры, устанавливаемые пользователем: отсутствуют
Окно установки параметров:
4. Вспомогательные функциональные блоки для построения основных функциональных блоков модели Психиатрической Больницы
Наименование: Начальная оценка.
Назначение: Тестирование поступившего больного и анализ результатов.
Изображение:
Описание входов:
· Первый вход — сообщение о поступлении больного.
· Второй вход — занятость «койки»
· Третий вход — решение о принятии больного в палату
Описание выходов:
· Результат тестирования.
Состояния элемента: Элемент находится в состоянии оценки вновь пришедшего больного.
События, на которые реагирует элемент: Приход клиента, освобождение «койки» .
Алгоритм функционирования: При обращении клиента в больницу осуществляется его начальная оценка и если «койка» занята и оценка клиента больше 41, то ему отказывается в обслуживании. Если же «койка» свободна или больной досрочно выписан, клиента принимают на лечение.
Блок-схема модели:
Параметры, устанавливаемые пользователем: отсутствуют
Окно установки параметров:
Наименование: Лечение больного.
Назначение: Процесс улучшения состояния боьного.
Изображение:
Описание входов:
· Сигнал наличия больного в палате.
· Сигнал принятия нового больного и его оценка.
Описание выходов:
· Результат лечения.
Состояния элемента: Элемент находится в состоянии улучшения оценки больного на протяжении определенного времени.
События, на которые реагирует элемент: При поступлении сигнала наличия больного его оценка изменяется на определенную величину. Второй сигнал сбрасывает накопленное значение оценки и запоминает начальное значение его оценки.
Алгоритм функционирования: Если на лечении находиться больной, то его оценка изменяется на величину, равномерно распределенную на интервале от — 0.2 до 1.2 Если принят новый больной, то запоминается его начальная оценка и начинается лечение.
Блок-схема модели:
Параметры, устанавливаемые пользователем: отсутствуют
Окно установки параметров:
Наименование: Выписка.
Назначение: Решение о досрочной выписке больного или его полном выздоровлении.
Изображение:
Описание входов:
· Оценка больного
· Занятость «койки» — наличие больного в палате
· Обращение клиента в больницу
Описание выходов:
· Досрочно выписанный больной
· Больной, прошедший полный курс лечения и полностью здоровый
Состояния элемента: Элемент находится в состоянии анализа оценки больного и принятии решения о его выписке
События, на которые реагирует элемент: Приход нового клиента, изменение оценки лечащегося больного.
Алгоритм функционирования: Если нет новых клиентов, то решается вопрос о том, здоров ли больной. Если его оценка больше 49, то его выписывают как полностью здорового, иначе его оставляют еще. Если обратился новый клиент, то решается вопрос о досрочной выписке больного, если его оценка больше 47.
Блок-схема модели:
Параметры, устанавливаемые пользователем: отсутствуют
Окно установки параметров:
Наименование: Время лечения больного.
Назначение: Производит подсчет времени лечения больного в палате.
Изображение:
Описание входов:
· Занятость «койки» .
Описание выходов:
· Время лечения.
Состояния элемента: Подсчет времени пребывания больного в палате.
События, на которые реагирует элемент: Сигнал наличия больного в палате.
Алгоритм функционирования: Рассчитывается время нахождения больного в палате.
Блок-схема модели:
Параметры, устанавливаемые пользователем: отсутствуют
Окно установки параметров:
Наименование: Среднее количество больных, выписанных досрочно.
Назначение: Вычисление средней величины больны, выписанных досрочно.
Изображение:
Описание входов:
· Сигнал о досрочном освобождении больного из палаты.
Описание выходов:
· Среднее значение входной величины.
Состояния элемента: Расчет средней величины досрочно выписанных больных
События, на которые реагирует элемент: Импульс о досрочной выписке.
Алгоритм функционирования: Суммирование входной величины и ее последующее деление
Блок-схема модели:
Параметры, устанавливаемые пользователем:
· Count — число мест в палате.
Окно установки параметров:
Наименование: Вероятность досрочной выписки.
Назначение: Вычисление вероятности.
Изображение:
Описание входов:
· Досрочно выписанный больной.
· Поток больных, принятых на лечение.
Описание выходов:
· Вероятность.
Состояния элемента: Расчет вероятности
События, на которые реагирует элемент: Импульс досрочного освобождения, принятие нового больного.
Алгоритм функционирования: Суммирование больных, выписанных досрочно, суммирование поступивших больных в палату, расчет вероятности.
Блок-схема модели:
Параметры, устанавливаемые пользователем: отсутствуют
Окно установки параметров:
Наименование: Вероятность отказа в обслуживании.
Назначение: Вычисление вероятности.
Изображение:
Описание входов:
· Отказ в обслуживании.
· Поток заявок.
Описание выходов:
· Вероятность отказа.
Состояния элемента: Расчет вероятности
События, на которые реагирует элемент: отказ больному в обслуживании, поток заявок.
Алгоритм функционирования: Производит накапливание отказанных больных и сравнение с потоком заявок.
Блок-схема модели:
Параметры, устанавливаемые пользователем: отсутствуют
Окно установки параметров:
Наименование: Средняя занятость палаты.
Назначение: Расчет среднего количества занятых «коек» .
Изображение:
Описание входов:
· Время работы.
Описание выходов:
· Занятость палаты.
Состояния элемента: Расчет занятости
События, на которые реагирует элемент: время работы.
Алгоритм функционирования: Подсчет времени работы палаты и его отношение к общему времени имитации работы модели.
Блок-схема модели:
Параметры, устанавливаемые пользователем: отсутствуют
Окно установки параметров:
5. Структурная модель системы
Блок-схема модели
Блок-схема подсистемы палата
Описание модели
Модель работы Психиатрической больницы состоит из «Потока заявок» и «Палаты», которая состоит из 25 «коек». Сигналы, символизирующие клиентов, поступают в «палату». Далее они поступают к «койкам». Если «койка» занята, то она передает следующей в цепочке «койке» то же значение количества заявок, что принял сам. В противном случае (когда «койка» свободна), «койка» вычитает (принимает на лечение, иначе говоря, начинает обслуживать) из потока заявок одного клиента и переходит в состояние «занята». Таким образом поток заявок проходит все «койки». Если в нем остались клиенты, значит им отказано в обслуживании. Второй вход это параметры системы, которые передаются от одной «койки» к другой в течении всей работы модели. От последней «койки» в палате параметры передаются в подсистему «Статистической обработки» .
6. Разработка плана экспериментов
Для получения интегральных характеристик системы (см. Задание), принимая во внимание широкое использование случайных величин, необходимо провести целый ряд экспериментов (имитационных прогонов) и усреднение результатов при параметрах модели, указанных в задании.
При проведении экспериментов будут установлены следующие параметры:
Время интегрирования (мин) | ||
Метод интегрирования | Discrete (no continuous states) | |
Шаг интегрирования | Fixed-step; size — 1 | |
Интенсивность потока клиентов | ||
Число мест в палате | ||
Количество больных в палате на начальный момент времени | ||
Начальная оценка больного | 30 — 40 | |
Изменение оценки больного | — 0.2 — 1.2 | |
В ходе имитации будут определены следующие измеряемые величины:
1. Среднего времени пребывания в палате больных
2. Загрузки палаты
3. Вероятность отказа в лечении
4. Числа досрочно выписанных больных
5. Вероятность досрочного освобождения
6. Число пришедших больных
Результаты имитационных экспериментов
№ п/п | Средняя занятость палаты | Среднее время пребывания в палате | Вероятность отказа | Вероятность досрочной выписки | Число досрочно выписанных | Число пришедших клиентов | |
23.22 | 22.52 | 0.4797 | 0.9517 | 40.16 | |||
23.43 | 22.89 | 0.4937 | 0.9702 | 40.4 | |||
23.31 | 22.77 | 0.4695 | 0.9493 | 39.68 | |||
23.27 | 22.88 | 0.4715 | 0.9394 | 39.04 | |||
23.39 | 22.57 | 0.4677 | 0.945 | 39.88 | |||
7. Расчет характеристик системы
Графики процессов
Вероятность отказа в обслуживании
Средняя занятость Время обслуживания
Выводы
В ходе курсовой работы была проанализирована и смоделирована в среде simulink работа психиатрической больницы. Были изучены и применены на практике приемы работы со средой моделирования и с программным комплексом Mat LAB в целом. Так же были рассчитаны заданные параметры системы.
Полученные результаты показывают, что около половины обратившихся в больницу клиентов было отказано в лечении, вероятность быть выписанным досрочно практически 1. Занятость палаты очень большая. Руководству больницы следует принять меры к расширению больницы, привлечению нового персонала.