Приемы работы со средой моделирования Simulink и с программным комплексом MatLab

 

Задания поступают на станок в среднем один раз в час. Распределение величины интервала между ними экспоненциально. При нормальном режиме работы задания выполняются в порядке их поступления. Время выполнения задания нормально распределено с математическим ожиданием 0,5 ч и среднеквадратичным отклонением 0,1, Перед выполнением задания производится наладка станка время осуществления которой распределено равномерно на интервале 0,2-0,5 ч, Задания выполненные на станке направляются в другие отделы цеха и считаются покинувшими систему, Станок подвергается поломкам при которых он не может выполнять задание,

Интервалы между поломками распределены нормально с математическим ожиданием 20ч и среднеквадратичным отклонением 2 ч . При поломке выполняемое задание удаляется со станка и помещается в начало очереди заданий станка. Выполнение задания возобновляется с того места, на котором оно было прервано. Когда станок ломается начинается процесс устранения неисправности который состоит из трех фаз. Продолжительность каждой фазы распределена экспоненциально с математическим ожиданием ¾ ч. Поскольку общая продолжительность устранение поломки является суммой независимых и экспоненциально распределенных случайных величин с одинаковыми параметрами она имеет эрлангово распределение. Работа станка анализируется в течении 500 ч для получения информации о загрузке станка и времени выполнения задания.При этом необходимо получить статистические оценки для пяти эммитационных прогонов.

 

 

Рассматриваемая система включает в себя следующие объекты:

• Станок –устройство на котором выполняются задания.

• Очередь –некоторое пространство которое определяет те задания которые поступают к станку.

• Задание- некоторые процессы которые надо выполнить.

 

Объект Атрибуты

Станок T наладки станка;

Поломка станка;

Устранение поломки.

Очередь Число заданий в очереди – количество заданий, которое вынуждено ожидать, когда освободится станок.

Задание T поступления; T выполнения; Удаление задания со станка в результате его поломки.

 

Разработка библиотеки функциональных блоков

Название: входной поток(подошедшие задания)

Назначение: Моделирует поток заданий .

Время между поступлениями заданий распределено экспоненциально с задаваемым математическим ожиданием.

Изображение:

 

Описание входов: Входы отсутствуют.

Описание выходов: Единственный выход блока показывает количество заданий подошедших в очередь на текущем шаге интегрирования.

Состояния элемента: Элемент может находиться либо в состоянии генерации значения интервала времени между двумя очередными поступлениями заданий либо в состоянии отсчета сгенерированного промежутка времени. Эти два состояния постоянно чередуются.

События, на которые реагирует элемент: Данный блок не реагирует ни на какие внешние события. Единственное внутреннее событие, вызывающее его реакцию, - наступление времени свершения очередного события (поступление очередного задания)

Алгоритм функционирования: Подсистема Exponential Generator генерирует величину, которая интерпретируется как интервал времени между двумя событиями (эти интервалы распределены экспоненциально в соответствии с условиями задачи), после чего работа данного блока временно приостанавливается. Таймер (дискретный интегратор) начинает отсчет полученного времени. По прошествии этого промежутка на выходе блока генерируется единичный импульс, свидетельствующий о том, что пришло задание. В это же время снова запускается блок Exponential Generator.

Блок-схема модели:

 

Параметры, устанавливаемые пользователем: Пользователь устанавливает единственный параметр  - математическое ожидание экспоненциального распределения времени между поступлениями заданий.

 

Наименование: очередь

Назначение: Блок предназначен для организации очереди заданий перед станком.

Изображение:

 

Описание входов: Элемент имеет два входа: на первый вход подаются сигналы о прибытии заданий, на второй – сигналы о количестве заданий , которые могут покинуть очередь на данном шаге интегрирования.

Описание выходов: Единственный выход блока определяет количество заданий, которые находятся в очереди в текущий момент времени.

Состояния элемента: Блок постоянно находится в состоянии вычисления текущего количества заданий в очереди.

События, на которые реагирует элемент: Блок реагирует на поступление очередной заявки, а также на сигнал о том, что одно задание может покинуть очередь.

Алгоритм функционирования: Сигнал о поступлении очередного задания (сигнал с первого входа) суммируется с количеством заявок, находящихся в очереди на текущем шаге интегрирования, а из полученной суммы вычитается количество заданий покидающих очередь на этом же шаге. При этом контролируется не отрицательность содержимого очереди. 

 

Блок-схема модели:

 

Параметры, устанавливаемые пользователем: Пользователь не устанавливает никаких параметров.

 

Название: Станок

Назначение: Блок предназначен для организации поступления заданий на станок.

Изображение:

 

Описание входов: Элемент имеет два входа: на первый вход подаются сигналы о прибытии заданий, на второй – сигналы о том что заявка будет снята.

Описание выходов: Единственный выход блока выдает единичный импульс о том что заявка обслужена.

Состояния элемента: Блок постоянно находится в состоянии “ свободен” когда станок не занят выполнением задания и в состоянии “занят” когда станок принял на выполнение задание.

Алгоритм функционирования: Сигнал о поступлении очередного задания (сигнал с первого входа) и сигнал о том что заявка будет снята (сигнал со второго входа) будет выдаваться единичный импульс об обслуживании заявки который будет подан на очередь и вычтен из нее.

 

Название: время выполнения

Назначение: Блок предназначен для выдачи импульса о том что закончилось выполнение очередного задания.

 

Изображение:

 

Описание входов: Входы отсутствуют.

Описание выходов: Единственный выход блока выдает импульсы о том что закончилось выполнение очередного задания и заявка будет снята .

Состояния элемента: Блок находится в состоянии выдачи импульса .

Алгоритм функционирования: Перед выполнением задания производится наладка станка время осуществления которой распределено равномерно. Подсистема Normal Raspred распределяет величину, которая интерпретируется как интервал времени выполнения задания после чего работа данного блока временно приостанавливается. Таймер начинает отсчет полученного времени. По прошествии этого промежутка на выходе блока генерируется единичный импульс, свидетельствующий о том, что закончилось выполнение задания .

В это же время снова запускается блок Normal Raspred .В этом же блоке к времени выполнения задания плюсуется время за которое будет устранена поломка на это время надо задержать сигнал об окончании выполнения заявки.

 

Название: поломка

Назначение: Блок предназначен для выдачи импульса о том что произошла поломка станка.

 

Изображение:

 

Описание входов: Входы отсутствуют.

Описание выходов: Единственный выход блока выдает импульс (показывает количество поломок произошедших) на текущем шаге интегрирования.

Состояния элемента: Элемент может находиться либо в состоянии генерации значения интервала времени между поломками либо в состоянии отсчета сгенерированного промежутка времени. Эти два состояния постоянно чередуются.

События, на которые реагирует элемент: Данный блок не реагирует ни на какие внешние события. Единственное внутреннее событие, вызывающее его реакцию, - наступление времени свершения очередной поломки.

Алгоритм функционирования: Подсистема Normal Raspred генерирует величину, которая интерпретируется как интервал времени между двумя поломками после чего работа данного блока временно приостанавливается. Таймер (дискретный интегратор) начинает отсчет полученного времени. По прошествии этого промежутка на выходе блока генерируется единичный импульс, свидетельствующий о том, что произошла поломка.

В это же время снова запускается блок Normal Raspred

 

Название: устранение поломки

Назначение: Блок предназначен для выдачи времени необходимого на устранение поломки.

Изображение:

 

Описание входов: сигналы о том что произошла поломка.

Описание выходов: выдает время необходимое на устранение поломки. Величина сигнала – время за которое ее устраняют.

Состояния элемента: Элемент находится в состоянии отчета времени которое требуется на устранение поломки.

Алгоритм функционирования: При поступлении на вход блока единичного сигнала он (блок) включается (элемент Enable) который запускает подсистему Exponential Generator генерирует величину, которая интерпретируется как интервал времени каждой фазы процесса устранения поломки (эти интервалы распределены экспоненциально в соответствии с условиями задачи)

 

Название: настройка

Назначение: Блок предназначен для выдачи времени необходимого на настройку станка.

Изображение:

 

Описание входов: На вход блока поступают импульсы о том что закончилось выполнение очередного задания а на вход in1 подается случайная величина.

Описание выходов: Выдается время настройки станка.

Состояния элемента: Блок находится в состоянии генерации случайных величин

Алгоритм функционирования:

Управляемая подсистема реализует генерацию случайных величин, распределенных равномерно на интервале подаваемых на ее вход.

 

Структурная модель системы

Блок-схема модели

 

Описание модели

Модель работы станка с поломками состоит из блока input, определяющих количество заданий ,очередей (ochered) сигналы, символизирующие задания, поступающие в очередь, блок stanok который выдает единичные импульсы о том что заявка обслужена и она может покинуть систему (начинают генерировать сигналы, определяющие количество заданий, которые могут покинуть очередь на текущем шаге интегрирования). Эти сигналы “вычитаются” из очереди, блок time bypolneniya который выдает импульсы о том что закончилось выполнение очередного задания , блок polomki выдает импульс (показывает количество поломок произошедших) на текущем шаге интегрирования, блок ystranenie polomki : выдает время необходимое на устранение поломки. Величина сигнала – время за которое ее устраняют.

Выходные параметры модели могут быть визуализированы с помощью элементов Scope .

Разработка плана экспериментов

Поскольку в модели широко используются случайные величины, то для получения требуемых в задании значений необходимо провести ряд имитационных прогонов с различными параметрами .Эксперименты будут проведены со следующими параметрами:

• время интегрирования: 500;

• метод интегрирования: discrete (no continuous states);

• шаг интегрирования: fixed step 0,5;

• математическое ожидание для экспоненциального распределения времени между поступлениями заданий 0,5

• время выполнения задания нормально распределено с математическим ожиданием 0,5 ч и среднеквадратичным отклонением 0,1

• наладка станка время осуществления которой распределено равномерно на интервале 0,2-0,5

• Интервалы между поломками распределены нормально с математическим ожиданием 20 и среднеквадратичным отклонением 2

• Устранение поломки распределено экспоненциально с математическим ожиданием ¾

 

Расчет характеристик системы для пяти эммитационных прогонов станок поломка моделирование simulink

 

Выводы

 

В ходе выполнения курсовой работы были изучены и применены на практике приемы работы со средой моделирования Simulink и с программным комплексом MatLab в целом.

В соответствии с заданием на курсовую работу была проанализирована и смоделирована в среде Simulink работа станка с поломками. Также был поведен ряд экспериментов который показывал как станок выполнял задания учитывая его поломки.