Разработка имитационной модели транспортного цеха

Широкое применение системы массового обслуживания находят в сфере сетей поставок. В сетях поставок производится перевозка грузов и товаров между различными географическими пунктами с применением обычных средств транспорта: автомобильного, железнодорожного, речного, морского и воздушного транспорта. Например, на предприятии оптовой торговли (в центре распределения товаров) к внешним распределительным процессам относится поставка товаров на склады предприятия, перевозка товаров между складами самого предприятия, а также со складов предприятия к клиентам.

Часто сложности возникают уже на этапе формирования концептуальной модели, в рамках которой чётко должны быть определены, в частности, следующие моменты:

• какие географические пункты и транспортные каналы должны быть приняты во внимание при описании пространственной структуры системы;
• какие виды транспорта и по каким тарифам должны осуществлять перевозки, кто из участников процесса поставок должен предоставлять транспортные средства;
• где будут проходить «границы системы», что будет являться её входными и выходными потоками;
• каково будет расположение мест промежуточного хранения и перевалки грузов, какие будут условия и тарифы для выполнения этих операций;
• какие предусматриваются ограничения и, соответственно, степени свободы при выборе средств транспорта, правил их загрузки, маршрутов движения, пунктов отправки грузов, пунктов промежуточного складирования и перевалки;

Вполне естественным является предположение  о том, что любой из перечисленных выше аспектов организации сети поставок может рассматриваться как «варьируемый фактор» при проведении соответствующего исследования. Это значит, что моделирующая программа должна предоставлять возможности для ввода исходных данных, имеющих весьма сложную структуру, сильно отличающуюся от обычных двумерных таблиц. Дополнительные трудности при разработке модели могут возникнуть вследствие её размерности, так как число поставщиков, клиентов, исполнителей распределительных услуг, географических пунктов и типов поставляемых продуктов может достигать нескольких сотен.

Моделирование сетей поставок представляет собой одну из важнейших областей применения имитационного моделирования. Подобного рода моделирование основывается на распределительных процессах и распределительной логистике. Распределительные процессы включают транспортирование и доставку, которые обеспечивают перемещение продукции или людей между разными пунктами в сети распределения. Главным отличием транспортирования от доставки является то, что поточные объекты при транспортировании – люди, а не товары .

Типичные процессы транспортирования можно найти  в системах общественного транспорта. На типичных процессах доставки построены системы сбыта изготовленной продукции, доставки почты и товаров покупателю.

При моделировании распределительных процессов необходимо наблюдение за такими параметрами, как место назначения, скорость доставки или затраты, а также свойства поточных объектов. При моделировании перемещения иногда целесообразнее представлять ресурсы для транспортирования как поточные объекты. Транспортные средства могут характеризоваться количеством мест, скоростью передвижения, маршрутом движения. Для синхронизации поточных объектов и транспортных средств целесообразно использовать списки пользователей (блоки LINK и UNLINK).

Многие распределительные  процессы имеют переходный характер. В связи с этим продолжительность моделирования должна быть достаточной, чтобы охватить весь цикл процесса. Кроме того, для анализа показателей эффективности прогон модели необходимо выполнить несколько раз.

 

 

 

2. Разработка имитационной модели транспортного цеха

объединения

 

2.1. Постановка задачи

 

Транспортный  цех объединения обслуживает  три филиала А, В и С. Грузовики перевозят изделия из А в В и из В в С, возвращаясь затем в А без груза. Погрузка в А занимает 20 мин, переезд из А в В длится 30 мин, разгрузка и погрузка в В – 40 мин, переезд в С – 30 мин, разгрузка в С – 20 мин и переезд в А – 20 мин. Если к моменту погрузки в А или В отсутствуют изделия, грузовики уходят дальше по маршруту. Изделия в А выпускаются партиями по 1000 штук через 20  ± 3 мин, в В – такими же партиями через 20 ± 5 мин. На линии работают 8 грузовиков, каждый перевозит по 1000 изделий. В начальный момент все грузовики находятся в А.

Смоделировать работу транспортного цеха объединения в течение 8 часов. Определить частоту пустых перегонов грузовиков между А и В, В и С и сравнить с характеристиками, полученными при равномерном начальном распределении грузовиков между филиалами и операциями [15, с. 242].

 

 

2.2. Структурная схема задачи

 

Процесс работы транспортного цеха объединения является процессом массового обслуживания, поэтому для его формализации можно использовать символику Q-схем. В соответствии с построенной концептуальной моделью и символикой Q-схем структурная схема транспортного цеха объединения может быть представлена в виде, показанном на рисунке 1.

 

 

Рисунок 1. Структурная схема модели транспортного цеха объединения

 

В данной Q-схеме И – источник, Н – накопитель, К – канал. При этом источник И 1 имитирует транспортный цех объединения, из которого отправляются в рейс одновременно 8 грузовиков-транзактов. Источники И 2, И 3 имитируют процесс поступления изделий 1-ого и 2-ого типа на склады в п. А и п. В соответственно. Накопители Н 1, Н 2 имитируют склады готовых изделий в п. А и п. В соответственно. Канал К 1 представляет собой имитатор погрузки грузовиков в п. А; канал К 2 представляет собой имитатор разгрузки в п. В; канал К 3 имитирует процесс погрузки грузовиков в п. В; канал К 4 имитирует разгрузку грузовиков в п. С.

Система клапанов регулирует процесс поступления грузовиков на обработку в соответствующий канал. При этом клапан 1 имитирует проверку грузовиков на необходимость погрузки в п. А; клапан 2 имитирует проверку на необходимость разгрузки грузовиков в п. В; клапан 3 имитирует проверку на необходимость погрузки в п. В; клапан 4 – проверку на необходимость разгрузки в п. С.

 

 

2.3. Разработка модели

 

В начальный этап разработки имитационной модели необходимо определить ее входные и выходные данные. Из структурной схемы цеха мы видим, что входным потоком данных модели будут являться партии изделий, выпускающиеся в филиалах А и В, а выходным – перевезенные грузовиками партии изделий. На основании этих данных модель имитирует работу транспортного цеха объединения в течение заданного промежутка времени, в данном случае – восьми часового рабочего дня, то есть одной смены.

Блоки Generate, отвечающие за выпуск грузовиков-транзактов и производство партий изделий в филиалах А и В, в начальный момент времени начинают выполняться параллельно. Поэтому транзакты в модельном времени движутся одновременно.

Ячейки Х1 и  Х2 обеспечивают взаимодействие между  производством изделий и грузовиками. Сначала эти ячейки пополняются (партии изделий выпускаются), затем их содержимое разбирается транзактами (грузовики развозят изделия). Следует заметить, что ячейки X1 и X2 общедоступны для всех транзактов, как и продукция в филиалах А и В является общей для всех грузовиков. Значения обеих ячеек изменяются в блоках Savevalue. При этом строки Savevalue 1-,1 и Savevalue 2-,1 соответствуют ситуации, когда грузовики забирают изделия из филиалов А и В, а блоки Savevalue 1+,1 и Savevalue 2+,1 имитируют процесс производства партий изделий в этих филиалах.

Значение параметра  транзакта P1 у каждого транзакта  свое, как и состояние каждого грузовика – индивидуальное. Изменение этого значения осуществляется с помощью блока Assign. Если параметру транзакта присваивается значение 1, то грузовик считается заполненный грузом, если 0 – пустым.

В первой строке в блоке Generate одновременно генерируется 8 транзактов в нулевой момент времени. Но логически один из них приходит в блок Test для проверки необходимости погрузки прежде других, хотя это происходит в один и тот же момент времени. Этот грузовик-транзакт должен забрать груз. Следующий транзакт, приходящий в тот же момент модельного времени, но логически после первого, может не застать груз и из блока krug Test сразу перейти по метке в пункт В. Аналогичная ситуация происходит в филиале В.

В строках 31 и 33 листинга организованы дополнительные метки: met1 и met2. С помощью ячейки Pustoу происходит подсчет количества пустых перегонов грузовиков между филиалами А – В и В – С. Количество пустых перегонов определяется как число грузовиков ушедших по меткам met1 и met2 из блоков krug Test и metB Test соответственно. Очевидно, что эти грузовики не застали груз в пунктах А и В и отправились дальше по маршруту.

Таким образом  текст модели с комментариями приводится ниже.

 

Simulate; начало моделирования

 

Initial x1,0; инициализация ячейки х1

Initial x2,0; инициализация ячейки х2

              

1  Generate ,,,8; генерируется одновременно 8 транзактов

2  Assign 1,0; грузовик пустой

3 krug Test G x1,0,met1; проверка наличия груза в п. А

4  Assign 1,1; грузовик заполненный

5  Seize sklad1; занять 1-ый склад для погрузки

6  Advance 20; загрузка 20 мин в п. А

7  Release sklad1; освободить 1-ый склад

8  Savevalue 1-,1; груз забрал

9  Advance 30; дорога 30 мин в п. В

10  Test G p1,0,metB; проверка необходимости разгрузки в п. В

11  Seize sklad2; занять 2-ой склад для разгрузки

12  Advance 20; разгрузка в п. В

13  Release sklad2; освободить 2-ой склад

14  Assign 1,0; грузовик пустой

15 metB Test G x2,0,met2; проверка наличия груза в п. В

16  Assign 1,1; грузовик заполненный

17  Seize sklad2; занять 2-ой склад для загрузки

18  Advance 20; загрузка в п. В  

19  Release sklad2; освободить 2-ой склад

20  Savevalue 2-,1; груз забрал

 

 

21 metC Advance 30; дорога 30 мин в п. С

22  Test G p1,0,metA; проверка необходимости разгрузки в п. С

23  seize sklad3; занять 3-ий склад для разгрузки

24  Advance 20; разгрузка 20 мин в п. С

25  Release sklad3; освободить 3-ий склад

26  Assign 1,0; грузовик пустой

27  Advance 20; дорога 20 мин в п. А

28  Transfer ,krug; переход на новый круг

 

29 metA Advance 20; дорога в п. А

30  Transfer ,krug; переход на новый круг

 

31 met1 savevalue pustoy+,1; подсчет количества пустых перегоны между п. А и В

32  transfer ,metB; переезд в п. В

33 met2 savevalue pustoy+,1; подсчет количества пустых перегоны между п. В и С

34  Transfer ,metC; переезд в п. С

 

35  Generate 20,3; выпуск изделий в А

36  Savevalue 1+,1;

37  Terminate

 

38  Generate 20,5; выпуск изделий в В

39  Savevalue 2+,1;

40  Terminate;

 

41  Generate 480; модельное время = 8 ч.

42  Terminate 1;

 

 

 

 

2.4. Анализ работы модели

 

Критерием эффективности работы транспортного цеха объединения является частота пустых перегонов грузовиков между филиалами А и В, В и С. Таким образом, чем меньше будет пустых грузовиков переезжающих из филиалов А в В, и из В в С, тем эффективнее и предпочтительнее для компании будет разработанная модель системы. Из отчета о работе модели видно, что при равномерном распределении грузовиков между филиалами количество пустых перегонов равно 16 , количество не перевезенных партий изделий колеблется в среднем от 9 до 16. Моделируя смену за сменой без сбрасывания результатов командой Clear, количество не перевезенных партий изделий увеличивается до 28.

Частота пустых перегонов между филиалами (ЧПП) определяется по формуле, как отношение числа пустых перегонов и времени моделирования системы, равное 8 часовой смене работы транспортного цеха объединения.

 

 

Анализ работы модели транспортного цеха объединения показывает, что в самом начале несколько перегонов грузовиков между филиалами обязательно будут пустыми. Это объясняется тем, что из пункта А все восемь грузовиков отправятся в рейс пустыми. Пока они дойдут до пункта В, в нем появится только одна партия изделий, готовых для погрузки. Один грузовик задержится на 20 мин для погрузки, остальные уйдут пустыми в пункт С. Однако постепенно грузовики распределяться по маршруту и количество пустых перегонов, а соответственно и их частота уменьшатся.

Если предположить, что  грузовики движутся без пустых перегонов (в стационарном режиме), то каждый грузовик делает один круг за 160 минут. Это время складывается из 80 минут переезда между филиалами (30 мин. – переезд из п. А в В, 30 мин. – переезд из п. В в С, 20 мин. – переезд обратно в п. А) и 80 минут погрузки и разгрузки в филиалах (20 мин. – погрузка в п. А, 40 мин. – разгрузка и погрузка в п. В, 20 мин. – разгрузка в п. С.). Грузовики перевозят две партии изделий в среднем за 160 минут. Следовательно, один грузовик будет перевозить одну партию изделий за 10 минут. Это время равно среднему времени между выпуском изделий. В пунктах А и В изделия выпускаются через 20 минут, следовательно два филиала производят партию изделий через 10 минут.

Таким образом, анализируя работу модели, можно сделать вывод, что  восьми грузовиков вполне достаточно для перевозки всех произведенных  партий изделий, при условии, что  грузовики не делают пустых перегонов. В противном случае грузовики  не будут успевать перевозить груз. Это приведет к его накоплению в филиалах. В целом процесс выпуска партий изделий и процесс их перевозки являются сбалансированными.