Моделирование дозаправки 100 истребителей горючим в воздухе

Построение концептуальной модели пункта дозаправки истребителей в воздухе тремя самолётами-заправщиками. Разработка временной диаграммы, Q-схемы системы и ее математического макета. Использование в моделировании прикладной программы на языке GPSS World.

Рубрика Программирование, компьютеры и кибернетика
Вид курсовая работа
Язык русский
Дата добавления 21.06.2011
Размер файла 1,6 M

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

"СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"

Кафедра автоматизированных систем обработки информации и управления

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

по Моделированию систем

на тему: Моделирование дозаправки 100 истребителей горючим в воздухе

Ставрополь, 2011

АННОТАЦИЯ

В курсовой работе моделируется дозаправка 100 истребителей в воздухе тремя самолётами-заправщиками.

Производится исследование моделируемого объекта, строятся структурная схема модели системы, временная диаграмма, Q-схема системы, укрупненная схема моделирующего алгоритма, определяется математическая модель и проводится анализ результатов моделирования системы. Также определяется эффективность смоделированной системы и возможные рекомендации по ее улучшению.

Моделирование производится на языке GPSS с использованием прикладной программы GPSS World.

математический макет прикладной программа моделирование

СОДЕРЖАНИЕ

АННОТАЦИЯ

ВВЕДЕНИЕ

1. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1.1 Описание моделируемой системы

1.2 Структурная схема модели системы и ее описание

1.3 Временная диаграмма и ее описание

1.4 Q-схема системы и ее описание

1.5 Обобщенная схема моделирующего алгоритма

1.6 Математическая модель

1.7 Описание машинной программы решения задачи

1.8 Результаты моделирования и их анализ

1.9 Сравнение результатов имитационного моделирования и аналитического расчета характеристик

1.10 Описание возможных улучшений в работе системы

1.11 Окончательный вариант модели с результатами

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

ВВЕДЕНИЕ

В данной курсовой работе производится моделирование дозаправки 100 истребителей горючим в воздухе. Эффективность модели может быть определена исходя из таких параметров как, коэффициенты загрузки заправщиков, вероятность отказа обслуживания и общее время дозаправки. В случае недостаточной эффективности работы системы, будут предложены рекомендации по возможному её улучшению.

Задача решается с помощью языка моделирования GPSS. На персональных компьютерах (ПК) типа IBM/PC язык GPSS реализован в рамках пакета прикладных программ GPSS/PC. Система выдает отчет о результатах моделирования, позволяющий учитывать широкий спектр изменяемых величин, и дающий достаточно полное представление о функционировании системы.

В ходе работы используются следующие литературные источники:

1. Советов Б.Я. Моделирование систем. Практикум: Учеб. Пособие для вузов/Б.Я.Советов, С.А. Яковлев. - 2-е изд., перераб. И доп - М.: Высш. шк., 2003.- 295 с.

2. Вентцель Е. С., Овчаров Л. А. Прикладные задачи теории вероятностей. - М.: Радио и связь, 1983. - 416 с.

3. Кудрявцев Е.М. GPSS World. Основы имитационного моделирования различных систем. - М.:ДМК Пресс, 2004. - 320 ч. :ил.(Серия "Проектирование")

4. Томашевский В., Жданова E. Имитационное моделирование в среде GPSS. - М.:Бестселлер, 2003. - 416 c.

1. ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1.1 Описание моделируемой системы

Производится дозаправка самолетов-истребителей горючим в воздухе. В районе дозаправки находятся 3 самолета-заправщика. Самолеты, нуждающиеся в заправщике, выходят в район заправки с интервалом 3±2 мин. Если истребитель вышел в район заправки и свободен хотя бы один самолет-заправщик, то он заправляется в течение 10±2 мин. Если же все заправщики заняты, то истребитель уходит на аэродром.

Смоделировать дозаправку 100 истребителей. Определить вероятность отказа в заправке и коэффициенты загруженности заправщиков.

1.2 Структурная схема модели системы и ее описание

Рисунок 1.1 - Структурная схема модели

На структурной схеме отображены следующие объекты.

- Истребители, прилетающие в зону заправки с интервалом 3+/-2.

- Самолёты-заправщики, осуществляющие заправку в течение 10+/2 минут.

- Заправленные истребители, возвращающиеся для выполнения поставленных им задач.

При анализе условия задачи и структурной схемы, становится очевидным, что в процессе дозаправки возможны следующие ситуации:

1) Нормальный режим дозаправки (истребитель заправляется одним из свободных заправщиков).

2) Режим отказа (если все заправщики заняты истребитель возвращается на аэродром).

1.3 Временная диаграмма и ее описание

Более детально процесс дозаправки самолётов может быть представлен на временной диаграмме. С её помощью действительно можно легко выявить особые состояния системы, которые необходимо будет учесть при построении детального моделирующего алгоритма, но при достаточно большом количестве возможных состояний системы построение подробной временной диаграммы затруднительно. Однако рассмотрение даже части возможных событий способно дать достаточно информации о процессе.

Временная диаграмма системы представлена на Рисунке 1.2. На ней:

- Ось 1 - Моменты подлёта истребителей к зоне дозаправки.

- Оси 2-4 - дозаправка самолётов.

На временной Диаграмме видно, в каком порядке истребители занимают заправщики. С её помощью можно приблизительно посчитать Pотк=Nотк/Nобщ. Здесь Nотк=11, Nобщ.=40 => Pотк=0,275. Естественно, данное предварительное значение неточно, однако может быть полезным для построения математической модели.

Рисунок 1.2 - Временная диаграмма.

1.4 Q-схема системы и ее описание

Рассматриваемая система представляет собой многоканальную СМО с ограниченной очередью, поэтому для формализации задачи используем символику Q-схем.

Рисунок 1.3 - Q-схема.

Источник И имитирует процесс подлёта истребителей в зону дозаправки. Система клапанов регулирует процесс занятия истребителями (в терминах Q-схем - заявками) каналов К1, К2, К3, соответствующих заправщикам с теми же номерами на структурной схеме (Рисунок 1.1.). Если канал К1 занят, то клапан 1 закрыт, а клапан 2 открыт; если канал К2 занят, то клапан 5 закрыт, а клапан 3 открыт; если канал К3 занят, то клапан 6 закрыт, а клапан 5 открыт. В результате если все каналы К1, К2, К3 заняты, т. е. клапаны 2, 3 и 4 открыты, то заявка теряется, что соответствует отправлению истребителя на аэродром. На выходе получаем обслуженные заявки.

1.5 Обобщенная схема моделирующего алгоритма

После этапа формализации задачи необходимо приступить к построению моделирующего алгоритма. На Рисунке 1.4 представлена его обобщенная схема построенная с использованием "принципа Д t",.

Рисунок 1.4 - Обобщенная схема моделирующего алгоритма.

1.6 Математическая модель

Поскольку, в исходной постановке задача может быть решена только методом имитационного моделирования, для решения аналитическим методом её необходимо предварительно упростить. Поэтому для дальнейших вычислений будем применять следующие значения:

te -среднее время подлёта истребителя в зону дозаправки. te=3 мин. - по условию.

tzap -среднее время заправки каждым самолётом-заправщиком 10 мин. - по условию.

Nобщ - число истребителей в зоне дозаправки. Nобщ=100 - по условию.

Далее определим переменные и уравнения математической модели:

Nз - число заправленных самолётов.

Nотк- число незаправленных самолётов.

ti - время прилёта i-го истребителя i=1..100.

ezji - время завершения заправки j-ым (j=1,2,3) самолётом заправки i-го истребителя

Кзаг.1, Кзаг.2 Кзаг.3 - коэффициенты загрузки первого, второго и третьего заправщиков

Pотк - вероятность отказа в обслуживании;

Пусть моделирование начинается с появления первого истребителя в зоне дозаправки. Тогда:

;

ti= te (i-1)

ezji= ti+ tzap.

Смоделируем дозаправку 8-ми самолётов:

ez11= t1+ tzap.=10

ez22= t2+ tzap.=13

ez33= t3+ tzap.=16

t4<10. -Четвёртый самолёт получает отказ.

ez15= t5+ tzap.= 22

ez26= t6+ tzap.=25

ez37= t7+ tzap.=28

t8<12. -восьмой самолёт получает отказ.

Поскольку среднее время дозаправки истребителей и время их подлёта -постоянные величины, ez15 - ez11= ez26- ez22= ez37 - ez33=12

Этот факт позволяет говорить о том, что в упрощенной форме задачи процесс дозаправки истребителей носит периодический характер. В таком случае полученных данных достаточно, для определения вероятности отказа и коэффициентов загруженности. Тогда Nобщ=8; Nотк=2 подставим значения в формулу: и получим:. Коэффициент загрузки первого заправщика определим как отношение среднего времени заправки к времени прошедшему между началом заправки первого t1 истребителя и началом заправки пятого t5 : t5 - t1=12. . Поскольку среднее время заправки одинаково, коэффициенты загруженности заправщиков равны между собой.

1.7 Описание машинной программы решения задачи

Машинная программа, имитирующая работу объекта исследования, приведена в приложении Б Блок-диаграмма GPSS модели приведена в приложении А.

Прогон модели, т.е. собственно моделирование, выполняется с помощью специальной управляющей программы, которую называют симулятором (от английского SIMULATE - моделировать, имитировать).

Оператор SIMULATE (моделировать) устанавливает предел реального времени, отводимого на прогон модели.

Блок GENERATE с параметрами 3,2 создает транзакты со случайным интервалом, лежащем в диапазоне значений [1..5].

Далее транзакты входят в блок GATE, в котором заданы параметры: NU ZAP1,Z2, который проверяет занято ли устройство ZAP1, в случае если оно не занято, транзакт переходит в SEIZE ZAP1, и занимает устройство. После чего поступает в блок ADVANCE с параметрами 10,2, где удерживается в течении случайного промежутка времени, принадлежащего диапазону [8..12]. После чего устройство ZAP1 освобождается блоком RELEASE ZAP1, а транзакт удаляется блоком TERMINATE 1. В случае, если устройство ZAP1 занято то транзакт направляется к блоку GATE с именем Z2 и параметрами NU ZAP2,Z3, который проверяет занято ли устройство ZAP2, в случае если оно не занято, транзакт переходит в SEIZE ZAP2, и занимает устройство. После чего поступает в блок ADVANCE с параметрами 10,2, где удерживается в течении случайного промежутка времени, принадлежащего диапазону [8..12]. После чего устройство ZAP2 освобождается блоком RELEASE ZAP2, а транзакт удаляется блоком TERMINATE 1. В случае, если устройство ZAP2 занято то транзакт направляется к блоку GATE с именем Z3 и параметрами NU ZAP3,AER, который проверяет занято ли устройство 3 в случае если оно не занято, транзакт переходит в SEIZE ZAP2, и занимает устройство. После чего поступает в блок ADVANCE с параметрами 10,2, где удерживается в течении случайного промежутка времени, принадлежащего диапазону [8..12]. После чего устройство ZAP3 освобождается блоком RELEASE ZAP2, а транзакт удаляется блоком TERMINATE 1. В случае если ZAP3 не свободно, транзакт отправляется в блок TERMINATE 1 с именем AER и удаляется. Блок START 100 начинает прогон модели и формирует отчёт после того, как будет удалён 100-ый транзакт.

1.8 Результаты моделирования и их анализ

После запуска процесса имитационного моделирования в программе GPSS получаем следующую статистику:

Значение системного времени изменялось от 0 до 316, что соответствует работе системы в течении 5 часов 16 минут, в процессе моделирования были задействованы 17 блоков, использовалось три одноканальных устройства ZAP1, ZAP2 и ZAP3.

Моделью было сгенерировано 102 транзакта в течение заданного времени работы системы из них 26 были обработаны устройством ZAP1 и 1 еще обрабатывается, 25 - ZAP2, 23 - ZAP3 и один обрабатывается. Остальные 27 транзактов получили отказ и были удалены из системы без обработки.

В разделе устройства FACILITY приведена статистика использования устройств. Устройству ZAP1 на момент завершения моделирования, соответствует статистика:

- на обслуживании находилось 27 транзактов;

- коэффициент использования (занятости) данного устройства UTIL 0.838;

- среднее время обслуживания в устройстве AVE_TIME 9.831 единиц модельного времени.

Для устройства ZAP2 статистика, на момент завершения моделирования такова:

- на обслуживании находилось 25 транзактов;

- коэффициент использования UTIL 0.816;

- среднее время обслуживания в устройстве AVE_TIME 10.338 единиц модельного времени.

Для устройства ZAP3 статистика, на момент завершения моделирования такова:

- на обслуживании находилось 23 транзактов;

- коэффициент использования UTIL 0.679;

- среднее время обслуживания в устройстве AVE_TIME 9.344 единиц модельного времени.

1.9 Сравнение результатов имитационного моделирования и аналитического расчета характеристик

Загруженность первого заправщика 0,838, второго - 0,816, а третьего 0,679. Вероятность отказа . Данные из отчёта GPSS отличаются от полученных аналитически из-за того, что при решении вручную исходные данные были упрощены.

1.10 Описание возможных улучшений в работе системы

Моделирование продемонстрировало, что данная система имеет высокую вероятность отказа 0,27, а так же дозаправка занимает много времени. Что в ряде случаев может быть совершенно неприемлемым. Поэтому, для улучшения показателей системы, следует увеличить количество самолётов-заправщиков, предварительно усовершенствовав систему подачи горючего. Данные улучшения позволят заправлять больше истребителей за меньшее время, с достаточно низкой вероятностью отказа.

1.11 Окончательный вариант модели с результатами

Изменим программу в соответствии с рекомендациями. Ее листинг представлен в Приложении В. Получим следующую статистику

Из отчёта видно, что улучшения значительно повысили производительность системы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

При построении концептуальной модели задания была создана структурная схема модели системы. На этапе формализации были созданы временная диаграмма и Q-схема системы. Перед реализацией модели на GPSS был построен моделирующий алгоритм и определена математическая модель.

Были найдены следующие параметры системы: вероятность отказа , коэффициенты загрузки самолётов-заправщиков Кзаг.1=0.838, Кзаг.2=0.816 Кзаг.3.=0.679 .

В ходе тестирования было обнаружено, что данная система имеет высокую вероятность отказа 0,27, а так же дозаправка занимает много времени (5 часов 16 минут), что в ряде случаев неприемлемо, для улучшения показателей системы, было предложено увеличить количество самолётов-заправщиков, предварительно усовершенствовав их систему подачи горючего. Отчёт о моделировании системы, в которой учтены рекомендованные улучшения показал, что они действительно улучшают показатели: вероятность отказа в улучшенной модели 0,05, а время потраченное на заправку стало равным 3 часа 24 минуты.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Советов Б.Я. Моделирование систем. Практикум: Учеб. Пособие для вузов/Б.Я.Советов, С.А. Яковлев. - 2-е изд., перераб. И доп - М.: Высш. шк., 2003.- 295 с.

2. Вентцель Е. С., Овчаров Л. А. Прикладные задачи теории вероятностей. - М.: Радио и связь, 1983. - 416 с.

3. Кудрявцев Е.М. GPSS World. Основы имитационного моделирования различных систем. - М.:ДМК Пресс, 2004. - 320 ч. :ил.(Серия "Проектирование")

4. Томашевский В., Жданова E. Имитационное моделирование в среде GPSS. - М.:Бестселлер, 2003. - 416 c.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Блок-диаграмма модели

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Программный код

SIMULATE

GENERATE 3,2 ;истребители прилетают с интервалом 3+/-2мин.

GATE NU ZAP1,Z2;если 1-ый заправщик свободен истр. летит к нему

SEIZE ZAP1

ADVANCE 10,2 ;заправка 1-м (10+/-2мин)

RELEASE ZAP1

TERMINATE 1

Z2 GATE NU ZAP2,Z3 ;иначе истребитель летит ко 2-му

SEIZE ZAP2

ADVANCE 10,2; заправка 2-м (10+/-2мин)

RELEASE ZAP2

TERMINATE 1

Z3 GATE NU ZAP3,AER; если 2-й занят, истр. летит к 3-му

SEIZE ZAP3

ADVANCE 10,2; заправка 3-м (10+/-2мин)

RELEASE ZAP3

TERMINATE 1

AER TERMINATE 1; если все запр. заняты истр. летит на аэродром

START 100

ПРИЛОЖЕНИЕ В

Программный код улучшенной модели

SIMULATE

GENERATE 2,1 ;истребители прилетают с интервалом 2+/-1мин.

GATE NU ZAP1,;Z2 если 1-ый заправщик свободен истр. летит к нему

SEIZE ZAP1

ADVANCE 6,2 ;заправка 1-м (6+/-2мин)

RELEASE ZAP1

TERMINATE 1

Z2 GATE NU ZAP2,Z3 ;иначе истребитель летит ко 2-му

SEIZE ZAP2

ADVANCE 6,2 ; заправка 2-м (6+/-2мин)

RELEASE ZAP2

TERMINATE 1

Z3 GATE NU ZAP3,Z4 ;если 2-й занят, истр. летит к 3-му

SEIZE ZAP3

ADVANCE 6,2 ; заправка 3-м (6+/-2мин)

RELEASE ZAP3

TERMINATE 1

Z4 GATE NU ZAP4,AER ;если 3-й занят, истр. летит к 4-му

SEIZE ZAP4

ADVANCE 6,2

RELEASE ZAP4 ;заправка 4-м (6+/-2мин)

TERMINATE 1

AER TERMINATE 1; если все запр. заняты истр. летит на аэродром

START 100

Размещено на Allbest.ru


Подобные документы

  • Система массового обслуживания модели функционирования мастерской. Структурная и Q-схемы, построение временной диаграммы, варианты по оптимизации модели. Составление программы на языке имитационного моделирования GPSS и разбор результатов моделирования.

    курсовая работа [74,2 K], добавлен 23.06.2011

  • Разработка концептуальной модели системы обработки информации для узла коммутации сообщений. Построение структурной и функциональной блок-схем системы. Программирование модели на языке GPSS/PC. Анализ экономической эффективности результатов моделирования.

    курсовая работа [802,8 K], добавлен 04.03.2015

  • Основные сведение о системе моделирования GPSS и блоки, используемые при моделировании одноканальных и многоканальных систем массового обслуживания. Разработка модели работы ремонтного подразделения в течение суток с использованием программы GPSS World.

    курсовая работа [36,4 K], добавлен 11.02.2015

  • Процесс моделирования имитационной модели функционирования класса персональных компьютеров на языке GPSS World. Поиск линейной зависимости и оценка полученного уравнения. Отчет по результатам работы имитационной модели. Листинг разработанной программы.

    курсовая работа [49,2 K], добавлен 07.09.2012

  • Построение концептуальной модели системы и ее формализация. Алгоритмизация модели системы и ее машинная реализация. Построение логической схемы модели. Проверка достоверности модели системы. Получение и интерпретация результатов моделирования системы.

    курсовая работа [67,9 K], добавлен 07.12.2009

  • Cтpyктypнaя модель функционирования пapикмaxepcкoй: описание временной диаграммы и Q-схемы системы. Разработка машинной имитационной модели на специализированном языке GPSS: составление блок-схемы, детализированного алгоритма и листинга программы.

    курсовая работа [425,1 K], добавлен 02.07.2011

  • Понятие компьютерной модели и преимущества компьютерного моделирования. Процесс построения имитационной модели. История создания системы GPSS World. Анализ задачи по прохождению турникета на стадион посредством языка имитационного моделирования GPSS.

    курсовая работа [291,3 K], добавлен 11.01.2012

  • Моделирование движения пешехода и составление блок-схемы программы. Построение изображения выходного сигнала в MathCAD и нормирование переходной характеристики. Модель программы обслуживание покупателей на языке GPSS/PC-2, описание команд и операндов.

    курсовая работа [635,4 K], добавлен 01.02.2014

  • Методы материального моделирования в среде GPSS. Построение и разработка концептуальной модели. Алгоритмизация модели и ее машинная реализация. Экспериментальное моделирование на ЭВМ. Определение максимальной длины очереди готовых к обработке пакетов.

    курсовая работа [189,0 K], добавлен 14.09.2011

  • Структурная схема, классификация устройств СМО и анализ динамики ее функционирования. Формализация модели СМО средствами GPSS World. Модификация имитационной модели. Реализация модельных экспериментов. Имитационное моделирование СМО в среде GPSS World.

    курсовая работа [504,6 K], добавлен 14.12.2012

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.