Моделирование системы автогрузовых перевозок

• Задание
• Концептуальная модель
• Разработка библиотеки функциональных блоков
• Функциональные основные блоки для построения модели автогрузовых перевозок
• Вспомогательные функциональные блоки для построения основных функциональных блоков модели автогрузовых перевозок
• Структурная модель системы
• Разработка плана экспериментов
• Результаты имитационных экспериментов
• Расчет характеристик системы
• Выводы
• Приложение

Задание

Моделируемая система состоит из одного бульдозера, четырех самосвалов и двух механизированных погрузчиков. Бульдозер сгребает землю к погрузчикам. Для начала погрузки перед погрузчиками должны лежать хотя бы две кучи земли. Время, затрачиваемое бульдозером на подготовку фронта работ до начала погрузки, имеет распределение Эрланга и состоит из суммы двух экспоненциальных величин, каждая из которых имеет математическое ожидание, равное 4 (это соответствует эрланговскому распределению с математическим ожиданием 8 и дисперсией 32). Кроме наличия земли для начала погрузки требуются погрузчик и порожний самосвал. Время погрузки распределено экспоненциально с математическим ожиданием 14 мин для 1-го погрузчика и 12 мин для второго.

После того как самосвал загружен, он уезжает к месту разгрузки, разгружается и вновь возвращается на погрузку. Время нахождения самосвала в пути распределено нормально, причем в загруженном состоянии он тратит на дорогу в среднем 22 мин, а в порожнем — 18 мин. Среднеквадратичное отклонение в обоих случаях равно 3 мин. Время разгрузки распределено равномерно на интервале от 2 до 8 мин. После погрузки каждого самосвала погрузчик должен «отдыхать» в течение 5 мин, а затем вновь может приступать к погрузке. Работа системы анализируется в течение 8 ч, причем все операции, начавшиеся в конце этого периода, должны быть завершены до окончания имитационного прогона.

Цель моделирования — определить следующее:

1. Число обслуженных самосвалов погрузчиками

2. Число выданных бульдозером куч

3. Длины очередей погрузчиков

4. Степень загрузки обслуживающих устройств

Концептуальная модель

Рассматриваемая система включает в себя следующие объекты:

1. бульдозер — сгребает землю к погрузчикам;

2. погрузчик — загружает в самосвал кучи земли, подготовленные бульдозером;

3. самосвал — машина, которая отвозит землю от места загрузки, разгружается там и возвращается обратно;

4. кучи — количество подготовленных к погрузке куч земли.

Разработка библиотеки функциональных блоков

Концептуальная модель системы

Функциональные основные блоки для построения модели автогрузовых перевозок

Наименование: Бульдозер.

Назначение: Создает (генерирует) поток событий с заданным распределением интервалов времени между ними. Используется для имитации подготовки куч бульдозером.

Описание входов: отсутствуют

Описание выходов:

· Единственный выход представляет собой моменты времени, когда бульдозер сгребает очередные две кучи.

моделирование автогрузовая перевозка программный

Состояния элемента: Элемент может находиться либо в состоянии отсчета запланированного времени подготовки очередной кучи, либо в состоянии индикации этого события (генерация выходного импульса) и немедленного планирования времени следующего события.

События, на которые реагирует элемент: Элемент не реагирует на внешние события. Единственное внутренне событие, вызывающее его реакцию — наступление времени свершения очередного события (сгребание 2 куч).

Алгоритм функционирования: После отсчета блоком «задержка» заданного интервала времени, на выход подается импульс (сигнал о том, что появились две сгребенные кучи) и перезапускается генератор случайной величины, распределенной по эрланговскому закону распределения.

Параметры, устанавливаемые пользователем:

· математическое ожидание распределения между временем сгребания 2 куч.

Наименование: Кучи.

Назначение: Предназначен для организации накопления куч.

Описание входов:

· Поступающие заявки, то есть импульсы, генерируемые блоком «Бульдозер» .

· Погруженные кучи.

Описание выходов:

· Число готовых пар куч, доступных в текущий момент времени.

Состояния элемента: Элемент находится в стационарном состоянии обработки поступающих импульсов (пар куч).

События, на которые реагирует элемент: Элемент реагирует на поступление новых пар куч.

Алгоритм функционирования: Поступающая пара куч (на первый вход подается сигнал 1) суммируется с текущим количеством куч за вычетом отгруженных куч (вход 2) и результат формируется на единственном выходе.

Параметры, устанавливаемые пользователем:

· Нет.

Наименование: Самосвал.

Назначение: Перевозка земли от карьера к месту доставки.

Описание входов:

· Сигнал загрузки от погрузчика.

Описание выходов:

· Признак занятости.

· Признак начала отъезда после загрузки.

Состояния элемента: Элемент может находиться либо в состоянии «свободен», когда самосвал может приступить к погрузке, либо в состоянии «занят», когда самосвал находится или на пути на разгрузку или возвращается на погрузку порожний.

События, на которые реагирует элемент: Элемент реагирует на сигнал начала загрузки от погрузчика.

Алгоритм функционирования: На вход (s) от погрузчика поступает сигнал на загрузку. Интегратор заявок со сбросом определяет, свободен ли самосвал. Если да, то на выход (-) поступает 1 от входа (s) — так вычитается пара куч из общего числа и на выход (busy) поступает 1, что показывает что самосвал занят. Если самосвал занят, то на выход (-) поступает 0 и текущий сигнал на загрузку от погрузчика переходит к следующему самосвалу.

Параметры, устанавливаемые пользователем:

· Среднее время в дороге с грузом (математическое ожидание, отклонение).

· Среднее время в дороге без груза (математическое ожидание, отклонение).

· Время разгрузки (минимальное и максимальное значение).

Наименование: Погрузчик.

Назначение: Производит погрузку куч на самосвалы.

Описание входов:

· Очередь куч на погрузку от бульдозера.

· Сигнал разрешения на погрузку.

Описание выходов:

· Признак занятости погрузчика.

· Сигнал завершения погрузки.

· Сигнал принятия на погрузку очередных двух куч.

Состояния элемента: Элемент может находиться в трех состояниях. Погрузчик может заниматься погрузкой, отдыхать после погрузки или быть в состоянии «готов к погрузке» .

События, на которые реагирует элемент: Элемент реагирует на сигнал «разрешение погрузки» (первый вход) и на изменение состояния количества куч для погрузки (второй вход).

Алгоритм функционирования: Погрузчик начнет работу при соблюдении 3 условий: он свободен, в наличии свободные кучи для погрузки и есть свободный самосвал для погрузки. Генератор времени погрузки «Время» и задержка отвечают за обеспечение эмуляции времени работы. После погрузки погрузчик еще находится в состоянии «занят» в течении времени после погрузочного отдыха. После этого идет сброс интегратора и погрузчик переходит в состояние «свободен». Во время погрузки или в отдых на выход (b) подается сигнал «занят» .

Параметры, устанавливаемые пользователем:

· Среднее время погрузки в минутах

· Время отдыха после погрузки

Вспомогательные функциональные блоки для построения основных функциональных блоков модели автогрузовых перевозок

Наименование: Задержка.

Назначение: Осуществляет задержку на заданный интервал времени.

Описание входов:

· Отсчитываемый временной интервал.

· Импульс, длиной в один шаг интегрирования, представляющий собой время (в единицах интегрирования модели), через которое необходимо выдать импульс.

Описание выходов:

· Импульс, длиной в один шаг интегрирования, означающий, что заданный интервал времени истек.

Состояния элемента: Элемент находится в состоянии задержки на заданный интервал времени.

События, на которые реагирует элемент: Реагирует на поступление синхроимпульса.

Алгоритм функционирования: Осуществляется задержка до тех пор, пока значение непрерывного времени, прошедшего с поступления синхроимпульса не станет равной заданному временному интервалу. При достижении нуля интегратором, блок «Hit Crossing» выдает единичный выходной импульс (длительностью в один шаг интегрирования), который и символизирует об окончании отсчета временного интервала.

Параметры, устанавливаемые пользователем: нет.

Наименование: Интегратор заявок со сбросом.

Назначение: Интегрирование заявок и возможность сброса (обнуления).

Описание входов:

· Интегрируемая заявка.

· Сигнал сброса интегратора.

Описание выходов:

· Результат интегрирования.

Состояния элемента: Элемент находится в состоянии запоминания предыдущего значения результата, либо в состоянии обнуления (пои ненулевом значении сигнала на втором входе).

События, на которые реагирует элемент: Входная величина, сигнал сброса.

Алгоритм функционирования: Значение на выходе элемента «Memory1» (задержка на один шаг интегрирования) складывается с текущим значением входной величины. Результат сложения на следующем шаге появляется на выходе. В случает ненулевой входной величины на втором входе, текущее значение интегратора умножается на ноль, тем самым сбрасывая (обнуляя) значение на выходе интегратора.

Параметры, устанавливаемые пользователем: нет.

Наименование: Интегратор заявок.

Назначение: Интегрирование заявок.

Описание входов:

· Интегрируемая заявка.

Описание выходов:

· Результат интегрирования.

Состояния элемента: Элемент находится в состоянии запоминания предыдущего значения результата.

События, на которые реагирует элемент: Входная величина.

Алгоритм функционирования: Значение на выходе элемента «Memory1» (задержка на один шаг интегрирования) складывается с текущим значением входной величины. Результат сложения на следующем шаге появляется на выходе.

Параметры, устанавливаемые пользователем: отсутствуют

Структурная модель системы

Блок-схема модели

Описание модели

Модель работы автогрузовых перевозок состоит из «Бульдозеров», «Куч», «Погрузчиков» и «Самосвалов». Бульдозер начинает сгребать кучи земли. Они парами (т.к. загрузка осуществляется парами куч) встают в очередь. Далее из очереди погрузчики начинают грузить кучи на самосвалы. Погрузчики после этого отдыхают некоторое время. Самосвалы же после разгрузки возвращаются порожними и снова встают на разгрузку. Если погрузчик свободен, он готов к погрузке и ищет свободный самосвал. Он обращается к первому. Если он свободен, идет погрузка, иначе заявка переходит ко второму. Если свободных самосвалов нет, погрузчик ждет первого свободного.

Основные параметры, отслеживаемые в примере, является количество обслуженных самосвалов каждым погрузчиком.

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:

В ходе имитации будут определены следующие измеряемые величины:

· Количество генерируемых куч

· Количество погруженных самосвалов первым погрузчиком

· Количество погруженных самосвалов вторым погрузчиком

· Простой погрузчиков

Результаты имитационных экспериментов

Расчет характеристик системы

Графики процессов

Число куч

Выводы

В ходе курсовой работы была проанализирована и смоделирована в среде simulink работа системы автогрузовых перевозок. 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 совершенствование модели, нецелесообразно (по крайней мере на данном этапе), так как это не приведет к значительному экономическому эффекту от оптимизации.

Приложение

Подсистемы основных библиотечных блоков