Модель управления производственным участком

На трикотажной фабрике 50 швейных машин работают по 8 часов в день 5 дней в неделю. Любая из этих машин может в любой момент времени выйти из строя. В этом случае ее заменяют резервной маши­ной либо сразу (если есть резерв), либо по мере его появления. Тем временем сломанную машину отправляют в ремонтную мастерскую, где ее чинят и возвращают в цех, но уже в качестве резервной. В су­ществующем замкнутом цикле движения машин можно выделить 4 фазы (см. рис.).

Предварительные прикидки по реорганизации производства пока­зывают, что для организации надежной и выгодной работы следует использовать 59 машин: 50 из них используются непосредственно в производстве, 5 составляют резерв (так называемый «горячий» ре­зерв), 2 могут одновременно ремонтироваться и 2 находиться в состо­янии ожидания ремонта. Из таких предположений следует, что в ре­монтном подразделении следует держать не менее двух рабочих.

Управляющий хочет знать, насколько оправданы такие прикидки, сколько рабочих следует нанять для работы в мастерской, сколько ма­шин арендовать для использования в качестве резервных, чтобы ими можно было заменить собственные в случае отказа, какую платить за это арендную плату.

Опыт эксплуатации машин на аналогичных предприятиях пока­зывает, что на ремонт сломанной машины уходит примерно 7+3 часа. Время безотказной работы машины (т. е. время от отказа до следую­щего отказа, так называемая «наработка на отказ») составляет при-

154

Задания по имитационному моделированию

Задания по имитационному моделированию

155

мерно 157+25 часов и не зависит от того, собственные это машины или арендуемые.

Плата за аренду машин не зависит от того, работают они или про­стаивают.

Почасовой убыток от снижения уровня производства при исполь­зовании менее 50 машин в производстве составляет примерно 20$ на неработающую машину.

Оплата рабочих в мастерской — 3,75$ в час.

За машины, находящиеся в резерве, надо платить по 30$ в день.

Постройте модель системы и исследуйте на ней организацию сис­темы с целью определения минимальной стоимости эксплуатации.

Задание 8 Задача о балансе оборудования

После завершения литья в литейном цехе отливка должна быть перенесена в цех, где происходит ее окончательная обработка. Для выполнения этой обработки служит так называемый агрегат доводки, которым управляет один оператор. Доводка состоит из двух процедур, условно называемых «процедура 1» и «процедура 2». В целом совокуп­ность операций по доводке отливки определяется следующей после­довательностью этапов.

Номер этапа по доводке	Время выполнения этапа (мин.)
i 1	80±20
	15±5
	95±15
	30±5

1. Выполнить процедуру 1.

2. Повернуть отливку.

3. Выполнить процедуру 2.

4. Кантование отливки:

а) выгрузить обработанную отливку из агрегата;

б) уложить обработанную отливку;

в) поднять следующую необработанную отливку из штабеля необ­
работанных отливок;

г) загрузить ее в агрегат;

д) вернуться к этапу 1.

Для выполнения второго и четвертого этапов требуется подъем­ный кран, во время выполнения первого и третьего этапов этот кран простаивает. Распределение времени, затрачиваемого на выполнение этапов по доводке отливки, приведено в таблице.

Поскольку этапы 1 и 3 требуют относительно много времени, простой крана может оказаться значительным, если он будет обслу­живать только один агрегат доводки. С другой стороны, если кран бу­дет обслуживать несколько агрегатов, могут возникнуть простои агре­гатов из-за ожидания освобождения крана.

Руководство цеха доводки интересует вопрос, при каком соотно­шении кранов и агрегатов достигается баланс в использовании обору­дования, который заключается в минимальном простое как кранов, так и агрегатов доводки.

Постройте имитационную модель, проведите моделирование для 40-часовой рабочей недели и постарайтесь определить на модели та­кое соотношение числа кранов и агрегатов доводки, которое приво­дит к минимальному дисбалансу.

156

Задания по имитационному моделированию

Задания по имитационному моделированию

157

Задание 9

Сравнение альтернативных вариантов систем обслуживания в банке

Распределение времени между приходами клиентов в банк описы­вается экспоненциальным распределением со средним значением 18 сек. В течение рабочего дня открыто 8 окошек кассиров. К каждому кассиру стоит очередь. В момент прихода каждый клиент встает в очередь, которая является самой короткой. После обслуживания кли­ент уходит из банка.

Обслуживание в кассе имеет 5 различных видов (кассовых опера­ций). Время выполнения каждой из операций имеет экспоненциаль­ное распределение. Вероятности обслуживания клиента с выполнени­ем определенной операции и соответствующее среднее время выпол­нения операций приведены в табл. 1.

Таблица 1

Вид обслуживания (кассовая операция)	Вероятность обслуживания	Среднее время выполнения операции(сек)
	0,10
	0,19
	0,32
	0,24
	0,15

Задание 10

Сравнение альтернативных вариантов систем обслуживания в банке (2)

Распределение времени между приходами клиентов в банк описы­вается экспоненциальным распределением со средним значением 18 сек. В течение рабочего дня открыто 8 окошек кассиров. Каждый кассир выполняет только одну из пяти возможных операций, при этом в очередь к нему встают только те клиенты, которые нуждаются в выполнении соответствующей операции.

Время выполнения каждой из операций имеет экспоненциальное распределение. Вероятности обслуживания клиента с выполнением определенной операции и соответствующее среднее время выполне­ния операций приведены в таблице.

Вид обслуживания (кассовая операция)	Вероятность обслуживания	Среднее время выполнения операции (сек)
	0,10
	0,19
	0,32
	0,24
	0,15

Приведенная ниже таблица содержит один из возможных вариан­тов распределения кассиров по операциям.

Ни один из клиентов не требует выполнения более чем одной кассовой операции за один визит в банк.

Руководство банка хотело бы сократить время ожидания клиентов без привлечения к работе дополнительных кассиров. Для этого пред­лагается организовать «быструю» очередь. При такой организации все приходящие клиенты становятся в общую очередь, и, когда какой-ли­бо кассир освобождается, клиент, стоящий в очереди первым, идет к окошку этого кассира.

Построить имитационную модель и сравнить на ней оба варианта организации обслуживания клиентов в банке. Моделирование каждо­го варианта должно охватывать пять 6-часовых рабочих дней.

Окно кассира, в котором выполняется операция				I 4 | 5
Вид обслуживания (кассовая операция)				3 |4

Ни один из клиентов не требует выполнения более чем одной кассовой операции за один визит в банк. Попытайтесь найти такой вариант распределения кассовых операций по кассирам, при котором ожидание клиентов было бы минимальным.

158

Задания по имитационному моделированию

Задания по имитационному моделированию

159

Задание 11* Модель производственного цеха

Цех располагает шестью группами различного оборудования, в каждой группе содержится оборудование определенного типа (см. табл. I).

Таблица1

Номер группы	Тип оборудования	Число единиц оборудования
	Отливочные блоки
	Токарные станки
	Строгальные станки
	Сверлильные станки
	Фрезерные станки
	Шлифовальные станки

Объем заказа для цеха на изготовление деталей в течение 8-ми ча­сового рабочего дня составляет в среднем 50 деталей и описывается распределением Пуассона. 24 % этого объема приходится на детали 1-ого типа, 44 % — детали 2-ого типа и оставшиеся — 3- его типа.

Построить имитационную модель, провести моделирование для пяти 40-часовых рабочих недель и в конце каждой недели вывести в файл результатов:

• распределение времени выполнения заказа по типам деталей;

• распределение количества изготовленных деталей по типам де­
талей;

• распределение количества незавершенных работ (неизготовлен­
ных деталей) по типам деталей.

Цех производит 3 типа деталей. Каждый тип детали изготовляется по технологии, которая характеризуется определенной последователь­ностью этапов выполнения технологических операций, а каждый этап связан с использованием единицы определенного оборудования (см. табл. 2). Все время выполнения операций распределено по экспонен­циальному закону.

Таблица 2

Тип детали	Технология изготовления детали	Среднее время выполнения опе­рации (мин.)
последовательность этапов	оборудование, используемое на этапе
	2 3 4	Отливочный блок Станки: строгальный токарный шлифовальный	35 20 60
	1 2 3	Станки: фрезерный сверлильный токарный	105 90 65
	2 3 4 5	Отливочный блок Станки: фрезерный сверлильный строгальный шлифовальный	250 50 30 25

160

Задания по имитационному моделированию

Задания по имитационному моделированию

161

Задание 12* Реорганизация заправочной станции

Интервалы времени между прибытиями автомашин на заправоч­ную станцию характеризуются распределением, приведенным в табл. 1.

Таблица 1

Интервалы времени между прибытиями (сек)	Суммарная отно­сительная частота	Интервалы време­ни между прибы­тиями (сек)	Суммарная отно­сительная частота
Меньше 0			0,81
	0,25		0,9
	0,48		1,0
	0,69

Заработок служащего составляет $2,5 в час и выплачивается толь­ко за 12-часовой рабочий день (обслуживание оставшихся машин по­сле 19 ч не оплачивается). Постоянные расходы на бензозаправке со­ставляют $75 в день.

Владельцу колонки нужно определить, сколько служащих следует нанять для того, чтобы максимизировать дневную прибыль.

Построить имитационную модель системы и провести моделиро­вание для каждого числа нанятых служащих в течение 5 рабочих дней.

Время обслуживания автомашин подчинено распределению, при­веденному в табл. 2.

Таблица 2

Время обслуживания (сек)	Суммарная отно­сительная частота	Время обслужива­ния (сек)	Суммарная отно­сительная частота
Меньше 100	0,0		0,77
	0,06		0,83
	0,21		1,0
	0,48

Заправочная станция оборудована пятью бензоколонками и от­крыта с 7 ч до 19 ч. В 19 ч выключается свет. Машины, приехавшие после 19 ч, не обслуживаются, а машины, попавшие на заправку до 19 ч и стоящие в очереди, должны быть обслужены.

Водитель машины останавливается на обслуживание, если он на­ходит свободную колонку или колонку, освобождения которой ожи­дает не более одной машины. В противном случае он уезжает и тем самым уменьшает потенциально возможную прибыль заправочной станции.

Прибыль с одной обслуженной машины составляет в среднем $1. Служащий, работающий на заправочной станции, может обслуживать не только одну, но и несколько бензоколонок (в порядке очереди).

162

Задания по имитационному моделированию

Задания по имитационному моделированию

163

Задание 13 Модель автобусной остановки

По расписанию автобус должен приходить на остановку каждые 30 мин. Ориентировочно точность прибытия можно оценить величи­ной +7 мин.

Приход пассажиров на автобусную остановку описывается моде­лью простейшего потока с интенсивностью 24 человека в час.

Автобус вместимостью 50 человек в момент своего прибытия ве­зет 35+15 пассажиров. Выходят на остановке 5±2 пассажира, а входят в автобус столько ожидающих, сколько возможно. Для высадки пас­сажира требуется 4±3 сек, а для посадки 8+4 сек. Ожидающие посад­ки не входят в автобус до тех пор, по не выйдут все желающие, посад­ка осуществляется в порядке очереди.

Пассажиры, которым не удалось сесть в автобус, делятся на две категории:

• «нетерпеливые» (уходят с остановки и больше не возвраща­
ются);

• «терпеливые» (ждут следующего автобуса).

Любой пассажир, приходящий на остановку с вероятностью 0,5, относится к «терпеливым». Но после каждой неудачной попытки сесть в автобус вероятность его «терпения» уменьшается вдвое. Соот­ветственно увеличивается вероятность его превращения в «нетерпели­вого» и ухода с остановки при невозможности сесть в следующий ав­тобус.

Построить модель, имитирующую события на автобусной оста­новке, и определить распределение числа необслуженных пассажиров на один автобус.

Моделирование провести для 100 прибытий автобусов.

Задание 14 Обслуживание танкеров в порту

Портовый грузооборот связан с заливкой танкеров сырой нефтью для ее дальнейшей транспортировки. Имеется возможность заливать одновременно до трех танкеров. Танкеры, прибывающие в порт каж­дые 11+-7 часов, могут быть одного из трех различных типов. Относи­тельная частота прихода танкеров различных типов и требуемое время для их заливки приведены в таблице.

Тип танкера	Относительная частота	Время заливки (ч)
	0,25	18±2
	0,55	24±3
	0,20	36+4

Прибывшему танкеру любого типа для подхода к стоянке и отхода от нее требуются услуги буксира. В порту имеется один буксир, кото­рый транспортирует танкер в один конец примерно за 1 час.

В этой части океана часто штормит, а в период шторма для танке­ра невозможен ни подход к стоянке, ни отход от нее. Продолжитель­ность шторма 4±2 часа, время между окончанием шторма и началом следующего подчиняется экспоненциальному распределению со сред­ним значением в 48 часов.

Грузоотправитель намеревается заключить контракт на перевозку нефти из этого порта. Он считает, что 5 танкеров второго типа могли бы полностью удовлетворить условия контракта. После заливки и от­хода от стоянки они должны плыть в пункт назначения, выгружать нефть, возвращаться в порт для новой заправки и т. д. График движе­ния танкеров грузоотправителя предусматривает, что время их пребы­вания в пути (от порта заправки до порта назначения и обратно), включая выгрузку нефти, должно составлять 240±24 часа.

Построить модель, имитирующую работу порта, и определить на ней, как повлияет портовый грузооборот на график движения этой группы танкеров. Моделирование провести для 1 года перевозок и со­брать на модели статистику времени отставания от графика.

164

Задания по имитационному моделированию

Задания по имитационному моделированию

165

Задание 15 Задачао библиотеке

В библиотеке без открытого доступа любой желающий получить книгу должен представить библиотекарю, работающему у стола выда­чи, листок запроса. После этого библиотекарь идет в книгохранили­ще, ищет там книгу и возвращается с ней к столу выдачи. Затем про­исходит процедура выдачи, после чего посетитель уходит с книгой. Если обслуживания ожидают несколько человек, то библиотекарь мо­жет сэкономить время, забирая листки запроса сразу у нескольких чи­тателей.

Построить имитационную модель выдачи книг в библиотеке, реа­лизующую следующие условия.

1. Поток посетителей к столу выдачи простейший с интенсивно­
стью 30 человек в час.

2. Каждый посетитель хочет получить ровно одну книгу.

3. Обслуживание посетителей идет в порядке очереди.

4. Число библиотекарей, работающих у стола выдачи, должно
быть переменным.

5. Библиотекарь одновременно берет листки запроса у нескольких
посетителей, стоящих в очереди, но не более чем у четырех.

6. Если к моменту прихода посетителя свободны 2 или более биб­
лиотекарей, то его обслуживает тот из них, кто был свободен дольше
других.

7. Временные характеристики модели:

• время, затрачиваемое на прохождение в один конец от стола
выдачи до книгохранилища 1+0,5 мин.;

• время поиска в книгохранилище одной, двух, трех и четырех
книг распределено по нормальному закону со средним соот­
ветственно 3, 6, 9 и 12 мин. и стандартным отклонением,
равным 20 % от среднего;

• время оформления выдачи после возвращения библиотекаря
из хранилища 2+1 мин на человека.

Определить на модели:

1) распределение времени, затраченного посетителем на ожидание
выдачи книги;

2) распределение числа листков запроса, забираемых библиотека­
рем перед уходом в книгохранилище.

Провести моделирование для случаев, когда у стола выдачи рабо­тают 3, 4 и 5 библиотекарей. Для каждого случая продолжать модели­рование до тех пор, пока не будут полностью обслужены 100 посети­телей.

Задание 16 Задача о запасных деталях

В станке используют деталь, которая время от времени выходит из строя. Как только деталь отказывает, станок выключают, отказав­шую деталь заменяют другой (если она есть), и станок вновь включа­ют. Неисправные детали могут быть отремонтированы.

Наладчик станка отвечает за съем и установку деталей. Ремонтом занимается механик, в обязанности которого также входит ремонт других блоков. Эти блоки поступают в ремонтное подразделение в среднем с интенсивностью 1 блок за 9 ч (простейший поток). Время, требуемое на ремонт блока, 8+4 ч. Блоки имеют более высокий прио­ритет при ремонте, чем рассматриваемые детали.

Организация описываемой системы представлена следующим ри­сунком.

Время работы детали распределено нормально со средним 350 ч и стандартным отклонением 70 ч. Съем детали со станка занимает 4 ч, время установки новой детали — 6 ч. Время ремонта детали распреде­лено нормально со средним 8 ч и стандартным отклонением 0,5 ч.

Построить модель системы и использовать ее для определения по­лезного времени работы станка как функции от числа запасных дета­лей, имеющихся в системе.

Исследовать систему для случаев, когда запасных деталей нет, а также, когда имеются 1, 2 и 3 запасные детали. Для каждого случая выполнить прогон модели в течение 5 лет при условии 40- часовой рабочей недели.

166

Задания по имитационному моделированию

Задания по имитационному моделированию

167

Задание 17*