Имитационная модель работы порта

1. Коэффициент загрузки портального крана – отношение фактически используемого фонда времени портального крана к располагаемому фонду времени по тому же крану за тот же период. Показатель рассчитывается по формуле:

, где

– нормативное время работы j крана; – фактическое время работы j крана.

2. Средняя длина очереди – это среднее число судов в очереди на обслуживание. Показатель рассчитывается по формуле отдельно по отечественным и иностранным судам:

, где

– количество судов в очереди в момент M; – время существования очереди.

3. Среднее время ожидания – показывает, сколько в среднем судну приходится ждать на рейде своей очереди на обслуживание одним из причалов. Показатель рассчитывается по формуле отдельно по отечественным и иностранным судам:

, где

– время нахождения i судна на рейде; – количество судов, которые перед обслуживанием были на рейде.

В расчет среднего времени нахождения судна на рейде не включаются суда, которые прошли к причалу, не бросая якоря на рейде.

Требования к аппаратным и программным средствам:

                                                    PC с Pentium/Celeron 233 MHz. 300 MHz или выше рекомендовано

                                                    Windows 2000 SP2, XP, Vista, 7

                                                    Минимум 128 MB ОЗУ. 256 MB или выше рекомендовано

                                                    Минимум 220 MB HDD

                                                    SVGA или дискретная видеокарта

                                                    Инсталлированный AnyLogic Professional, JRE 1.6.0 или выше, Java plug-in

                                                    клавиатура, мышь.

3 Построение концептуальной модели

3.1 Декомпозиция системы

На основании условия задачи построим концептуальную схему процесса функционирования морского грузового терминала, приведённую на рис. 3.1.1

Рисунок 3.1.1 – Концептуальная схема модели системы

Структурная схема модели является выражением концептуальной, переведенной на язык математических схем. Для формализации процессов, происходящих в СМО, используем аппарат Q-схем. В соответствии с концептуальной моделью, используя символику Q-схем, структурная схема модели может быть представлена в виде, показанном на рисунке 3.1.2, где Н – накопители, С – сортировщик, К – каналы, Кон – конвейеры, И – источник заявок, П – поглотители заявок.

Рисунок 3.1.2 – Структурная схема модели системы

Описание условных обозначений структурной схемы:

И – источник судов.

С – сортировщик, который направляет входящие суда в один из двух выходных портов в зависимости от заданного условия: около 70% из прибывших судов в акваторию порта составляют отечественные суда, 30% - иностранные суда.

H1 – накопитель отечественных судов, находящихся на рейде.

H2 – накопитель иностранных судов, находящихся на рейде.

H3 – накопитель судов, осуществивших швартовку к местам у нового причала, который может вмещать не более 2-х кораблей.

1,2 и 3 – клапаны с соответствующими управляющими связями.

Кон1, Кон2, Кон3, Кон4 – конвейеры, которые перемещают суда по пути заданной длины с заданной скоростью (одинаковой для всех судов), сохраняя их порядок и оставляя заданные промежутки между ними.

К1, К2 – каналы обслуживания  судов на старом причале.

К3, К4, К5 – каналы обслуживания судов на новом причале.

П1 – выходной поток судов, обслуженных на старом причале.

П2 – выходной поток судов, обслуженных на новом причале.

3.2 Набор возможных состояний системы

В систему поступают суда на обслуживание (И). Связи между элементами изображены в виде стрелок, они показывают направление движения судна. С вероятностью 70%, что поступившее в систему судно является отечественным, оно будет направлено сортировщиком С в накопитель Н1. С вероятностью 30%, что поступившее в систему судно является иностранным, оно будет направлено сортировщиком С в накопитель Н2. При этом ёмкость накопителей Н1 и Н2 стремится к бесконечности. Если накопитель Н1 пуст и открыты клапаны: 1 и хотя бы один из клапанов 2 или 3, то отечественное судно сразу поступает на конвейер (Кон1 или Кон2). Если же одно из заданных условий не выполняется, то судно ждет своей очереди внутри накопителя Н1.

Клапан 1 будет открыт до тех пор, пока накопитель Н2 не содержит ни одного иностранного судна. В момент попадания судна в накопитель Н2, клапан 1 закрывается.

В случае, если клапан 2 или 3 открыт, иностранное судно сразу попадает на конвейер Кон1 или Кон2 соответственно.

В случае если количество судов, одновременно находящихся в конвейерах Кон1, Кон3 и каналах обслуживания К1, К2, не превышает 1, то клапан 2 открыт, в противном случае – закрыт. При открытом клапане 2 судно принимается на обслуживание старым причалом, при этом оно проходит через конвейер Кон1, далее судно попадает в канал K1 или K2, смотря какой из них свободен (при наличии обоих свободных каналов судно попадает в канал K1), который непосредственно осуществляет обслуживание судна. После обслуживания судно попадает на конвейер Кон3. Судно, покинув конвейер Кон3, образует выходной поток П1, при этом открывается клапан 2.

Но судно может и не допускаться до обслуживания каналами K1 или K2, по причине закрытого клапана 2. Поэтому судно может пойти на обслуживание каналами K3 или K4 или K5, но в случае открытого клапана 3.

В случае если количество судов, одновременно находящихся на конвейере Кон2 и в накопителе Н3, не превышает 1, то клапан 3 открыт, в противном случае – закрыт. При открытом клапане 3 судно принимается на обслуживание новым причалом, при этом оно проходит через конвейер Кон2, далее судно попадает в накопитель Н3, который может вмещать максимум 2 судна, и задерживается там, в случае если все каналы обслуживания К3, К4, K5 заняты. Если хотя бы один из каналов K3 или K4 или K5 свободен, то судно немедленно покидает накопитель Н3 и принимается на обслуживание свободным каналом. После обслуживания судно попадает на конвейер Кон4. Судно, покинув конвейер Кон4, образует выходной поток П2, при этом открывается клапан 3.

4 Построение информационной модели

4.1 Выбор инструментария, языка программирования, интерфейса

Модель грузового терминала была разработана в среде AnyLogic Professional с использованием библиотеки Enterprise Library, элементов анимации и статистики.

AnyLogic включает специальную библиотеку (Enterprise Library) для моделирования дискретно-событийных систем. Библиотека позволяет создавать любые стохастические дискретно-событийные модели из блоков. Для каждого блока библиотеки задана анимация по умолчанию.

4.2 Разработка и описание интерфейса

При разработке интерфейса необходимо учитывать следующие требования:

1.                  Интерфейс программы-имитатора должен быть интуитивно понятным.

2.                  Экранная форма должна содержать диаграмму состояния модели, графики статистики, итоговые результаты моделирования, анимацию процесса.

3.                  Действия, которые выполняются с моделью, приводятся в верхней части экрана в области панели инструментов.

После запуска имитационной модели «SeaPort» в среде AnyLogic Professional появится форма, изображенная на рисунке 4.2.1.

Рисунок 4.2.1 – Окно презентации, отображающее презентацию, созданную для запущенного эксперимента

Необходимо щёлкнуть по кнопке запуска имитации, чтобы запустить модель и перейти на презентацию класса Main, представленную на рисунке 4.2.2.

Рисунок 4.2.2 – Окно презентации класса Main

5 Тестирование и результаты

5.1 Обработка тестовых ситуаций

Результаты тестов отражены в таблице 5.1.1.

Таблица № 5.1.1 – Результаты тестирований

5.2. Статистическая обработка результатов

Используя данные таблицы 5.1.1, рассчитаем среднюю арифметическую для всех показателей:

Таблица 5.2.1 – Средняя арифметическая результатов тестирований