Системы массового обслуживания с отказами

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

Высшего образования

«Севастопольский государственный университет»

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

к выполнению лабораторной работы

«Оптимизация систем массового обслуживания»

по дисциплинам «Исследование операций»,

«Методы оптимальных решений»

для студентов экономических специальностей

всех форм обучения

Севастополь

УДК 519.852

Методические указания к лабораторным работам «Оптимизация систем массового обслуживания» по дисциплинам «Исследование операций», «Методы оптимальных решений» для студентов экономических специальностей всех форм обучения/ Сост. Н.А. Русина - Севастополь: Изд-во СевГУ, 2016.- 15с.

Целью методических указаний является приобретение навыков оптимизации систем массового обслуживания. Методические указания предназначены для студентов экономических специальностей всех форм обучения.

Методические указания утверждены на заседании кафедры менеджмента и экономико-математических методов,

протокол №

Допущено учебно-методическим центром СевГУ в качестве методических указаний

Рецензент:

СОДЕРЖАНИЕ

1. Цель работы.....................................................................................................4

2. Теоретическая часть........................................................................................4

2.1. Общее понятие систем массового обслуживания…….............................4

2.2. Системы массового обслуживания с отказами….....................................5

2.3. Системы массового обслуживания с неограниченной очередью...........7

2.4. Системы массового обслуживания с ограниченной очередью...............8

3. Варианты заданий………..............................................................................11

4. Порядок выполнения работы………………………………………………13

5. Содержание отчета........................................................................................19

6. Контрольные вопросы...................................................................................19

Библиографический список..............................................................................20

Цель работы

Научиться оценивать характеристики систем массового обслуживания и оптимизировать их в системе Excel.

ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

Общее понятие систем массового обслуживания

В производственной деятельности и повседневной жизни часто возникают такие ситуации, когда появляется необходимость в обслуживании требований или заявок, поступающих в систему. Иногда системы обслуживания обладают ограниченными возможностями для удовлетворения спроса, и это приводит к образованию очередей. Примерами подобных явлений могут быть очереди в магазинах, билетных кассах, скопление самолетов над аэродромами [1].

Задачами теории массового обслуживания являются анализ и исследование явлений, возникающих в системах обслуживания. Одна из основных задач теории заключается в определении таких характеристик системы, которые обеспечивают заданное количество функционирования, например, минимум времени ожидания, минимум средней длины очереди и т.д. Общей особенностью задач, связанных с массовым обслуживанием является случайный характер исследуемых явлений. Количество требований на обслуживание, временные интервалы между их поступлениями и длительность обслуживания случайны. Поэтому основным аппаратом описания систем обслуживания оказывается аппарат теории случайных процессов, в частности марковских [3].

Всякой системе массового обслуживания характерна структура, которая определяется составом элементов и функциональными связями. Основные элементы системы следующие: входящий поток требований, каналы обслуживания, очередь требований и выходящий поток требований.

Каждой из систем массового обслуживания свойственна определенная организация. По составу системы обслуживания бывают одноканальные и многоканальные. Многоканальные системы могут состоять из приборов как одинаковой, так и разной производительности [2].

Другой признак классификации время пребывания требований в системе до начала обслуживания. По этому признаку все системы можно делить на три группы: системы с неограниченным временем ожидания, системы с отказами (с потерями) и системы смешанного типа.

Системы массового обслуживания с отказами

Имеется n каналов, на которые поступает поток заявок с интенсивностью λ.Поток обслуживаний имеет интенсивность µ и время обслуживания одной заявки tобсл.Найти предельные состояния системы и показатели её эффективности.

Система S имеет следующие состояния (нумеруем их по числу заявок, находящихся в системе): , , , . . ., , где - состояние системы, когда в ней находятся nзаявок [4].

Для расчета такой системы используются следующие показатели:

- интенсивность обслуживания (производительность):

μ=1/ tобсл (1)

- интенсивность нагрузки канала:

(2)

- вероятность нахождения системы в состоянии (свободном):

(3)

- вероятность нахождения системы в других состояниях:

, , …, (4)

- вероятность отказа СМО:

(5)

- относительная пропускная способность:

(6)

- абсолютная пропускная способность:

(7)

- средне число занятых каналов:

(8)

Рассмотрим пример решения задачи многоканальной СМО с отказами.

Задача. В центр по расчету проектов с тремя специалистами поступают заказы от предприятий и частных лиц. Если заняты все три специалиста, то вновь поступающий заказ не принимается, и заказчик вынужден обратиться в другой центр. Среднее время работы с одним заказом составляет 3 часа. Интенсивность потока заявок 0,25 (заявок/час). Найти предельные вероятности состояний и показатели эффективности работы центра.

Решение. По условию n=3, λ=0,25 (заявок/час), tобсл = 3 (ч). Определим интенсивность потока обслуживаний:

μ =1/ tобсл =1/3=0,33 (заявок/час)

Вычислим интенсивность нагрузки специалиста по формуле (2):

=0,25 / 0,33 = 0,75

Найдем предельные вероятности состояний:

- вероятность нахождения системы в свободном состоянии определяется по формуле (3):

= (1+0,75+0,75 /2!+0,75 /3!) = 0,476

По формуле (4) определим вероятности нахождения системы в других состояниях.

- вероятность того, что занят только один специалист:

= 0,75 ∙ 0,476 = 0,357

- вероятность того, что заняты 2 специалиста:

=(0,75 /2!) ∙ 0,476 = 0,134

- вероятность того, что все 3 специалиста заняты, т.е. вероятность отказа:

=(0,75 /3!) ∙ 0,476 = 0,033

Таким образом можно сделать вывод о том, что в стационарном режиме работы центра в среднем 47,6 % времени нет ни одной заявки, 35,7% - имеется одна заявка (занят только один специалист), 13,4 %- две заявки (2 специалиста), 3,3 % времени – три заявки (заняты три специалиста).

Вероятность отказа (когда заняты все три специалиста), таким образом, P = =0,033.

По формуле (6) определяется относительная пропускная способность центра:

Q = 1 – 0,033 = 0,967

Т.е. в среднем из каждых 100 заявок центр обслуживает 96,7 заявок.

По формуле (7) вычисляется абсолютная пропускная способность центра:

А = 0,25 ∙ 0,967 = 0,242

В один час в среднем обслуживается 0,242 заявки.

По формуле (8) рассчитывается среднее число занятых специалистов:

= 0,242 / 0,33 = 0,725

Каждый из трех специалистов будет занят обслуживанием заявок в среднем лишь на 72,5\3=24,2%.

При оценке эффективности работы центра необходимо сопоставить доходы от выполнения заявок с потерями от простоя специалистов (с одной стороны, у нас высокая пропускная способность СМО, а с другой стороны – значительный простой каналов обслуживания) и выбрать компромиссное решение.