BÀI GIẢNG LÝ THUYẾT MÔ PHỎNG

BÀI GIẢNG LÝ THUYẾT MÔ PHỎNG Tên học phần: LÝ THUYẾT MÔ PHỎNG SIMULATION THEORY Mã học phần: Số tín chỉ: Phân bố thời gian: Lên lớp 30 tiết (Lý thuyết: 25 tiết Bài tập: tiết) Tự học, tự nghiên cứu: 45 tiết Bộ môn phụ trách: Bộ môn Quản lý công nghiêp̣ Điều kiện tiên quyết, học trước, song hành: Môn học tiên quyết: Nghiên cứu vận hành, Xác suất thống kê Môn học trước: Mục tiêu học phần Về kiến thức - Cung cấp cho sinh viên số kiến thức mô hệ thống - Ứng dụng mơ cơng nghiệp - Phân tích hệ thống dựa vào kết mô Về kĩ Sau học học phần, sinh viên có khả năng: - Thiết kế hệ thống sản xuất - Thiết lập mơi trường mơ - Phân tích kết mô Về thái độ - Giáo dục tình cảm nghề nghiệp, phương pháp làm việc khoa học - Giáo dục đức tính kiên trì, nhẫn nại, cẩn thận Mơ tả tóm tắt nội dung học phần Học phần trang bị cho sinh viên số kiến thức mơ hình hóa mơ Quy trình áp dụng mơ để đánh giá hiệu nhà máy, phân tích số hệ Vũ Thị Hạnh – Lý Thuyết mô hệ thống Trang thống sản xuất Môn học cung cấp cho sinh viên cách ứng dụng số phần mềm có Nhiệm vụ sinh viên Nghiên cứu giáo trình, chuẩn bị ý kiến hỏi, đề xuất giáo viên lên lớp Thực nhiệm vụ học tập mình, nâng cao trách nhiệm tự học, tự rèn luyện cách làm tập, kiểm tra hết học phần 10 Tài liệu học tập a Sách giáo trình [1] Bài giảng mơn học Lý thuyết mô [2] Banks, J., Carson, J S., Nelson, B L., and Nikol, D M Discrete-Event System Simulation, 4th edition, Prentice-Hall, 2005 b Tài liệu tham khảo [3] Nguyễn Cơng Hiển, Mơ hình hóa hệ thống mơ phỏng, NXB khoa học kỹ thuật 2006 [4] Hồ Thanh Phong, Mơ hình hóa mơ sản xuất công nghiệp dịch vụ, NXB Đại học quốc gia TP HCM 2003 11 Tiêu chuẩn đánh giá sinh viên Đánh giá kết học tập sinh viên theo Quy chế đào tạo đại học cao đẳng hệ quy theo hệ thống tín (ban hành kèm theo Quyết định số 43/2007/QĐ- BGDĐT ngày 15 tháng năm 2007 Bộ trưởng Bộ Giáo dục Đào tạo) 12 Phương pháp đánh giá học phần Thang điểm 10 sử dụng để đánh giá điểm kiểm tra học phần, điểm đánh giá thành phần, điểm kết thúc học phần điểm học phần Điểm học phần tổng điểm tất điểm đánh giá thành phần học phần nhân với trọng số tương ứng, cụ thể: Nội dung Chuyên cần,Bài tập Kiểm tra kỳ Trọng số (%) 20 20 13 Giảng viên phụ trách Họ & tên giảng viên Vũ Thị Hạnh Thi kết thúc học phần 60 Điện thoại Email 0905084137 vuthibhanh@yahoo.com 14 Nội dung chi tiết học phần Vũ Thị Hạnh – Lý Thuyết mô hệ thống Trang LÝ THUYẾT MÔ PHỎNG Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MƠ PHỎNG 1.1.Khái niệm mơ Giáo trình giới thiệu kỹ thuật sử dụng máy tính để bắt chước mơ lại q trình vận hành thiết bị hệ thống thực, gọi kỹ thuật mô Mô phương pháp thể hệ thống thực thơng qua chương trình máy tính đặc tính hệ thống trình bày thơng qua nhóm biến thay đổi theo thời gian để mơ hình hóa chất động hệ thống Kỹ thuật mô sử dụng việc mô hình hóa hệ thống thực phương pháp giải tích gặp khó khăn hay khơng thể mơ hình hóa đầy đủ yếu tố ngẫu nhiên hệ thống Vũ Thị Hạnh – Lý Thuyết mô hệ thống Trang 1.2 Một số thuận lợi khó khăn mơ 1.2.1 Thuận lợi  Có thể kiểm tra, thử nghiệm hệ thống hoạt động mà không cần phải gián đoạn hệ thống  Phân tích hệ thống tồn để hiểu thay đổi bất thường hệ thống  Có thể điều chỉnh thời gian để tăng tốc làm chậm q trình  Có thể nhìn thấy thay đổi quan trọng hệ thống  Xác định điểm tắc nghẽn hệ thống  Giúp hiểu trình vận hành hệ thống  Có thể đánh giá so sánh chí với hệ thống ngẫu nhiên phức tạp  Có thể kiểm soát điều kiện vận hành  Có thể nghiên cứu hệ thống thời gian dài 1.2.2 Khó khăn  Sự thành lập mơ hình đòi hỏi huấn luyện đặc biệt vấn đề nghệ thuật khoa học  Đôi kết mơ khó khăn để giải thích chất ngẫu nhiên hệ thống  Có thể tiêu tốn nhiều thời gian chi phí  Mơ khơng phải cơng cụ tối ưu hiệu quả, lại hiệu việc so sánh mơ hình thay đổi 1.3 Các lĩnh vực áp dụng Mô ứng dụng rộng rãi đa dạng tất lĩnh vực như:  Thiết kế phân tích hệ thống sản xuất  Đánh giá yêu cầu phần cứng phần mềm hệ thống máy tính  Đánh giá hệ thống vũ khí quân  Xác định sách đặt hàng hệ thống tồn kho  Thiết kế vận hành thiết bị hệ thống giao thông  Đánh giá thiết kế hệ thống dịch vụ  Phân tích hệ thống tài kinh tế  Và nhiều ứng dụng khác Vũ Thị Hạnh – Lý Thuyết mô hệ thống Trang 1.4 Hệ thống môi trường hệ thống Hệ thống định nghĩa tập hợp nhóm đối tượng có liên quan, tương tác với để hòan thành mục tiêu đề Ví dụ hệ thống sản xuất bao gồm máy móc, công nhân,… Môi trường hệ thống: "Thế giới", hệ thống tồn Hệ thống thường bị tác động thay đổi xảy bên hệ thống, thay đổi cho xảy môi trường hệ thống Cần phải xác định biên hệ thống môi trường hệ thống Điều phụ thuộc vào mục đích nghiên cứu Trạng thái (state) hệ thống tổng hợp biến cần thiết để mô tả hệ thống thời điểm định, có liên quan đến mục tiêu nghiên cứu Ví dụ, nghiên cứu nhà băng, biến trạng số quầy bận, số khách hàng nhà băng thời điểm đến khách hàng 1.5 Thành phần hệ thống Hệ thống (System) bao gồm System Banking Entities Attributes CheckingCustomers account balance Activities Events State variables Making deposit Arrival; departure Number of busy tellers; number of customers waiting Number of riders waiting at each station Rapid rail Riders Origination; destination Traveling Arrival at station; arrival at destination Production Machines Speed; capacity; breakdown rate Welding Breakdow n Status of machines (busy, idle, or down) Communic ation Messages Length; destination Transmittin g Arrival at destination Number waiting to transmitted Inventory warehouse capacity withdrawing demand Level of inventory; backlogged demand - Thực thể (entity) đối tượng nghiên cứu hệ thống Thuộc tính (attributes) thực thể Hoạt động (activities) đại diện cho khoảng thời gian cụ thể Trạng thái (State variables) hệ thống Vũ Thị Hạnh – Lý Thuyết mô hệ thống Trang Sự kiện (events) việc xảy tức thời làm thay đổi trạng thái hệ thống Bảng liệt kê số ví dụ phần tử hệ thống - 1.6 Mơ hình hệ thống Một hệ thống mơ hình nhiều cách nói chung dựa vào chất biến trạng thái hệ thống, phân chúng thành ba loại sau: - Hệ thống gián đoạn (discrete model): hệ thống mà biến trạng thái chúng thay đổi thời điểm xác định biến thiên trang thái rời rạc Ví dụ, số khách hàng ngân hàng, trạng thái máy móc, lượng hàng tồn kho thay đổi rời rạc - Hệ thống liên tục (continuous model): hệ thống mà biến trạng thái chúng thay đổi liên tục theo thời gian Ví dụ, nhà máy hóa chất với nhiệt độ, áp suất thay đổi liên tục… - Hệ thống kết hợp (combined model): hệ thống với vài phần gián đoạn vài phần liên tục Khi nghiên cứu hệ thống, cần phải thấu hiểu mối quan hệ thành phần hệ thống đốn trước thay đổi hệ thống điều kiện thiết lập Hệ thống thực hệ thống mơ hình: nghiên cứu hệ thống thực khó khả thi tốn nhiều chi phí, gây gián đoạn cho hệ thống Do đó, thay đổi hệ thống cách vật lý cho vận hành điều kiện Điều thực cách mơ hình mơ hệ thống Bao gồm mơ hình vật lý (physical model) mơ hình tốn học (mathematical model) Vũ Thị Hạnh – Lý Thuyết mô hệ thống Trang Hệ thống Thực nghiệm với hệ thống thực Thực nghiệm với mô hình hệ thống Mô hình vật lý Mô hình toán học Lời giải giải tích Mô Hình 1.1 Những phương pháp nghiên cứu hệ thống Lời giải mơ hình tốn học lời giải giải tích lời giải mơ Các loại mơ hình mơ - Mơ hình mơ tĩnh mơ hình mơ động Mơ hình mơ tất định mơ hình mơ ngẫu nhiên Mơ hình mơ liên tục mơ hình mơ rời rạc Trong giáo trình tập trung vào xem xét loại mô rời rạc, động ngẫu nhiên; hay chúng gọi mơ hình mơ biến cố rời rạc Chương 2: NHỮNG NGUYÊN TẮC CHUNG TRONG MÔ PHỎNG 2.1 Một số định nghĩa Hình 2.1 cho thấy trình tự bước việc nghiên cứu mô mối quan hệ chúng  Thành lập vấn đề: Bước nghiên cứu mô phải xác định rõ tình trạng vấn đề cần nghiên cứu, vấn đề khơng xác định có hội thành công nghiên cứu Khi tạo thay đổi hệ thống cần phải có kế hoạch tiêu chuẩn đánh giá hiệu thay đổi Nghiên cứu tổng thể nên lên kế hoạch số lượng người, chi phí thời gian đòi hỏi cho phần nghiên cứu Vũ Thị Hạnh – Lý Thuyết mô hệ thống Trang  Thu thập số liệu định nghĩa mơ hình: Đây bước thu thập thơng tin liệu cần thiết hệ thống (nếu tồn tại) dùng để xác định trình tự vận hành phân bố xác suất biến mơ hình Việc xây dựng mơ hình tốn logic hệ thống thực cho mục tiêu cho trước mang nhiều tính nghệ thuật khoa học Một mơ hình phải có đủ chi tiết để thể chất hệ thống, nhiên không cần thiết phải thể cặp yếu tố hệ thống mơ hình  Giá trị mơ hình: Việc xác định giá trị mơ hình nên làm suốt q trình mơ thông qua hỗ trợ nhà định (hoặc người có ý định sử dụng) Ngồi ra, việc sử dụng phương pháp kiểm định giả thuyết tính đầy đủ, xác phân bố xác suất chọn việc tạo biến ngẫu nhiên làm tăng giá trị mơ hình  Xây dựng chương trình máy tính kiểm tra: Việc lập trình máy tính cho mơ hình sử dụng ngơn ngữ lập trình tổng qt FORTRAN, Pascal hay C, C+, … ngôn ngữ thiết kế đặc biệt cho việc mô GPSS, SIMAN, SLAM, ARENA, Trong ngơn ngữ lập trình tổng quát giúp rút ngắn thời gian thực hiện, ngơn ngữ mơ giúp giảm thời gian lập trình Tuy nhiên, hai ngơn ngữ có hỗ trợ việc kiểm tra sửa lỗi lập trình  Thử nghiệm: Thực chạy mơ mơ hình xác định giá trị với mục đích kiểm chứng giá trị chương trình bước  Giá trị mơ hình máy tính: Bước thử nghiệm sử dụng để kiểm tra độ nhạy đầu mơ hình có thay đổi nhỏ thông số đầu vào Nếu kết đầu thay đổi lớn thơng số đầu vào cần phải xem xét lại Nếu có mơ hình tương tự tồn kết đầu từ thử nghiệm nên so sánh với kết mơ hình thực để kiểm chứng giá trị mơ hình  Xây dựng chương trình máy tính kiểm tra: Việc lập trình máy tính cho mơ hình sử dụng ngơn ngữ lập trình tổng quát FORTRAN, Pascal hay C, C+, … ngôn ngữ thiết kế đặc biệt cho việc mô GPSS, SIMAN, SLAM, ARENA, Trong ngơn ngữ lập trình tổng qt giúp rút ngắn thời gian thực hiện, ngơn ngữ mơ giúp giảm thời gian lập trình Tuy nhiên, hai ngơn ngữ có hỗ trợ việc kiểm tra sửa lỗi lập trình  Thử nghiệm: Thực chạy mơ mơ hình xác định giá trị với mục đích kiểm chứng giá trị chương trình bước Vũ Thị Hạnh – Lý Thuyết mơ hệ thống Trang Thành lập vấn đề Thu thập số liệu đònh nghóa mô hình Mô hình có giá trò? Không Xây dựng chương trình máy tính kiểm tra Thử nghiệm Mô hình máy tính có giá trò ? Không Có Thiết kế thực nghiệm Thực mô Phân tích kết Lưu trữ ứng dụng kết Hình 2.1 Trình tự nghiên cứu mơ  Giá trị mơ hình máy tính: Bước thử nghiệm sử dụng để kiểm tra độ nhạy đầu mơ hình có thay đổi nhỏ thơng số đầu Vũ Thị Hạnh – Lý Thuyết mô hệ thống Trang vào Nếu kết đầu thay đổi lớn thơng số đầu vào cần phải xem xét lại Nếu có mơ hình tương tự tồn kết đầu từ thử nghiệm nên so sánh với kết mô hình thực để kiểm chứng giá trị mơ hình  Thiết kế thực nghiệm: Thiết kế thay đổi mơ hình mơ Đối với mơ hình thiết kế cần phải xác định điều kiện ban đầu mô phỏng, chiều dài giai đoạn khởi động (warm-up) có, chiều dài lần thực mô số lần mô độc lập cho thiềt kế  Thực mô phỏng: Bước thực mô làm để cung cấp liệu trình bày thiết kế hệ thống quan tâm  Phân tích kết quả: Sử dụng kỹ thuật thống kê để phân tích kết mơ phỏng, thông thường xây dựng khoảng tin cậy cho thơng số trình bày thiết kế hệ thống cụ thể  Lưu trữ ứng dụng kết quả: Bởi mơ hình mơ thường thực với nhiều ứng dụng giả sử phải lưu giữ mơ hình chương trình máy tính Nếu nghiên cứu mơ khơng thực đồng nghĩa với thất bại nghiên cứu Nếu kết từ mơ hình tin cậy có độ tin cậy cao khả sử dụng lớn 2.2 Lịch trình kiện Mơ rời rạc mơ hình hệ thống mà biến trạng thái thay đổi thời điểm cụ thể Các thời điểm thời điểm xảy biến cố kiện 2.2.1 Cơ chế định Do chất động mơ hình mô rời rạc, cần biết giá trị thời gian mô cần phương pháp để biết trước thời gian mô từ kiện đến kiện khác Giá trị thời gian mô thể đồng hồ mô (simulation clock) Hiện có hai phương pháp để xác định gia tăng đồng hồ mơ phỏng, theo thời gian xảy biến cố theo gia tăng cố định Phương pháp thứ sử dụng tất phần mềm mô phương pháp thứ hai trường hợp đặc biệt phương pháp thứ Do vậy, đề cập phương pháp thời gian xảy biến cố mô biến cố rời rạc Theo phương pháp thời gian xảy biến cố kế tiếp, giá trị đồng hồ mô “0” Sau đó, giá trị thay đổi theo thời điểm xảy biến cố tiếp theo, đồng thời trạng thái hệ thống thay đổi có biến cố xảy Q trình diễn điều kiện dừng trình mơ xảy Sau xem ví dụ Vũ Thị Hạnh – Lý Thuyết mô hệ thống Trang 10 ni X (ni )  Đặt  j 1 ni X ij ni ; Si2 (ni )   X ij  X i (ni ) j 1 ni  i = 1, … bậc tự ước tính sau Khi khoảng tin cậy (1 – )100% cho  X (n1 )  X (n2 )  t ˆ f ,1 / S12 (n1 ) S 22 (n2 )  n1 n2 ^ Chú ý: f số nguyên nên tra bảng cần phải nội suy Ví dụ 1.2 Do thực mơ hai sách độc lập nên phương pháp Welch ˆ sử dụng để xác định gần khoảng tin cậy 90% cho  Độ tự ước tính f  7,99 giá trị t tra bảng t7,99; 0,95  1,860 Khoảng tin cậy theo phương pháp Welch là: [2,66; 7,30] 8.2 So sánh nhiều thiết kế hệ thống Khi so sánh nhiều hệ thống sử dụng phương pháp xây dựng khoảng tin cậy Trong phần tập trung vào hai vấn đề: so sánh với tiêu chuẩn so sánh cặp 1- So sánh với tiêu chuẩn Giả sử gọi hệ thống chuẩn hệ thống khác lại 2, 3, …, k Mục tiêu xây dựng khoảng tin cậy cho k - khác 2 - 1; 3 - 1; ; k – 1 với mức ý nghĩa (1 -) Vì thế, có c = k - khoảng riêng biệt chúng có mức ý nghĩa 1 1 k Ví dụ 1.3 Giả sử hệ thống tồn kho khảo sát gồm năm sách khác với số liệu cho bảng 8.2 j X1j X2j X3j X4j X5j benchmark 126,97 118,21 120,77 131,64 141,09 124,31 120,22 129,32 137,07 143,86 126,68 122,45 120,61 129,91 144,30 122,66 122,68 123,65 129,97 141,72 127,23 119,40 127,34 131,08 142,61 Vũ Thị Hạnh – Lý Thuyết mô hệ thống Trang 80 Trung bình 125,57 120,59 124,34 131,93 142,72 Độ lệch chuẩn 2,00 1,94 3,90 2,96 1,37 Bảng Chi phí trung bình/tháng năm sách tồn kho năm lần mô độc lập Sau đó, xây dựng k - = khoảng tin cậy mức ý nghĩa 97,5% sử dụng để đạt độ tin cậy chung 90% hai phương pháp kiểm định hai phía Welch cho bảng 7.3 Bảng: Khoảng tin cậy 97,5% hệ thống so với hệ thống chuẩn i Hai phía Xi X1 Welch 1/2 chiều dài Khoảng tin cậy 1/2 chiều dài Khoảng tin cậy – 4,98 5,45 (– 10,44; 0,48) 3,54 (– 8,52; – 1,44) – 1,23 7,58 (– 8,80; 6,34) 6,21 (– 7,44; 4,97) 6,36 6,08 (0,27; 12,46) 4,55 (1,82; 17,15 3,67 (13,48; 20,81) 6,15 (14,07; 20,22) 10,91) Từ kết cho thấy có mơ hình thứ ba khơng khác với mơ hình chuẩn hai cách kiểm định Còn mơ hình thứ hai khơng cho thấy rõ ràng có khác với mơ hình chuẩn hay khơng phương pháp kiểm định hai phía chúng giống với phương pháp Welch cho kết luận ngược lại Đối với mơ hình thứ tư thứ năm chúng hồn tồn khác hai phương pháp 2- So sánh cặp Trong nghiên cứu, cần so sánh hệ thống với để phát xác định số lượng khác có ý nghĩa Nếu khơng có hệ thống tồn tất k hệ thống thay nên nghiên cứu Một khoảng tin cậy cho khác i1 - i2, với i1 i2 (i1 < i2) nằm khoảng k Ở có k(k - 1)/2 khoảng riêng biệt chúng có độ tin cậy 1 k(k  1) /2  Ví dụ 1.4 Trong hệ thống tồn kho khảo sát gồm năm sách khác ví dụ 1.3, sử dụng phương pháp so sánh cặp Do có 5(5 – 1)/2 = 10 cặp nên muốn đạt độ tin cậy chung 90% phải xét độ tin cậy 99% cho khoảng tin cậy Vũ Thị Hạnh – Lý Thuyết mô hệ thống Trang 81 Trong bảng 7.4 cho kết khoảng tin cậy 99% sử dụng hai phương pháp, hai phía Welch Bảng: Khoảng tin cậy 99% cho tất cặp so sánh i2 i1 -1,23  9,99 6,36  8,01 17,15  4,83 3,75  9,58 11,34  8,38 22,12  3,80 7,60  5,66 18,38  7,73 Hai phía -4,98  7,18 10,78  5,85 Welch -4,98  4,36 -1,23  7,91 6,365,60 17,15  3,80 3,75  7,86 11,345,88 22,12  3,72 7,607,67 18,38  8,51 10,78  5,89 Trong bảng kết trên, khoảng so sánh mà có chứa giá trị cho thấy cặp so sánh khơng khác mức ý nghĩa Tuy nhiên, ý hai phương pháp không luôn cho kết Chẳng hạn như, phương pháp Welch kết luận 1 2 khơng khác với 3 có nghĩa 1 = 3 = 2 nghĩa cách logic 1 = 2 Nhưng khoảng tin cậy 1 - 2 không chứa giá trị cho thấy xem 1 với 2 Trong vấn đề thảo luận đưa kết luận 1 2 giống với 3 kết luận 1 giống 2 8.3 Tối ưu qua mô Trong phần giới thiệu quy trình lựa chọn số hệ thống tốt xác định xác suất mà hệ thống chọn thật hệ thống tốt 1- Lựa chọn hệ thống tốt k hệ thống Đặt Xij biến ngẫu nhiên quan tâm từ lần thực thứ j hệ thống thứ i i = E(Xij) Giả sử Xij độc lập với Đặt il giá trị i nhỏ thứ l i1 < i2 < … < ik Mục đích lựa chọn hệ thống với i1 nhỏ Vũ Thị Hạnh – Lý Thuyết mô hệ thống Trang 82 Xác định p* d*: đặt CS “sự lựa chọn đúng” kiện i1 nhỏ Do Xij ngẫu nhiên nên lúc thực CS, xác định xác suất xảy CS Vấn đề muốn P(CS)  P* với i2 – i1  d*, p* xác suất tối thiểu xảy CS, p* > 1/k d* > 0, hai giá trị định nhà phân tích Quy trình thống kê để giải vấn đề trình bày bao gồm lấy mẫu “hai giai đoạn” từ k hệ thống.Trong giai đoạn lấy mẫu đầu tiên, thực no  lần mô cho k hệ thống: no X i(1) (no )  no  X ij j 1 ; Si2 (no )  no  X ij  X i(1) (no ) j 1 no  , i = 1, … k Tổng kích thước mẫu Ni cần cho hệ thống i:   h12 S i2 (no )   N i  max no  1,   *   (d )   đó: [x] - số dương nhỏ  x, h1 (phụ thuộc vào k, p* no ) số Sau đó, thực thêm (Ni - no) lần cho hệ thống i (i = 1, …, k ) xác định trung bình mẫu cho giai đoạn thứ hai Ni X ( 2) i ( N i  no )  X j  no 1 ij N i  no Trọng số wi1, wi2 xác định sau n wil  o Ni  N  N  n (d * ) 1   i 1  i 2o no  hl S i (no )      wi2 = – wi1; i = 1, 2,… k Cuối cùng, trung bình mẫu có trọng số định nghĩa sau ~ X i ( N i )  wi1 X i(1) (no )  wi X i( 2) ( N i  no ) ~ lựa chọn hệ thống với X i ( N i ) nhỏ Sự lựa chọn p* d* phụ thuộc vào mục đích nhà phân tích hệ thống nghiên cứu, tạo Ni lớn p* lớn d* nhỏ Mặt khác, vấn đề lựa chọn no khó khăn, theo kinh nghiệm no  20 Nếu no nhỏ khơng tốt Ngược lại no q lớn số lượng thực vượt cần thiết gây tốn Vũ Thị Hạnh – Lý Thuyết mô hệ thống Trang 83 Ví dụ 1.5 Cũng với ví dụ mơ hình tồn kho có năm sách khác Mục đích chọn hệ thống với i nhỏ ứng với sách thứ i i2 – i1  d* = ứng với độ tin cậy 100P* = 90% Chúng ta cần thực no = 20 lần mô độc lập cho mơ hình hệ thống với h1 = 2,747 Kết cách lấy mẫu giai đoạn đầu cho cột bảng bên Từ Si2 (20) , h1 d* tính kích thước mẫu Ni cho hệ thống Sau thực Ni – 20 lần mơ cho hệ thống tính trung bình mẫu giai đoạn thứ hai Cuối tính trọng số Wi1 Wi2 cho hệ thống trung bình mẫu có trọng số ~ X i ( N i ) Tất cho bảng 8.5 Bảng 8.1 Sự lựa chọn sách tốt năm sách i X i(1) ( 20) Si2 (20) Ni X i( 2) (N i  20) Wi1 Wi2 ~ X i (N i ) 126,48 14,52 110 124,45 0,21 0,79 124,87 121,92 7,96 61 121,63 0,39 0,61 121,74 127,16 9,45 72 126,11 0,32 0,68 126,44 130,71 8,25 63 132,03 0,37 0,63 131,54 144,07 6,20 47 144,83 0,46 0,54 144,48 ~ Từ kết tính tốn cột X i ( Ni ) cho thấy sách thứ hai có trung bình mẫu có trọng số nhỏ 2- Lựa chọn tập hợp m chứa hệ thống tốt k hệ thống Lựa chọn tập hợp có kích thước m chứa hệ thống tốt có i1 nhỏ Đặt Xij, i S2i định nghĩa phần CS “sự lựa chọn đúng” tập hợp có kích thước k mà chứa hệ thống tốt với i1 P(CS)  P*, i2 – i1  d*,với p* xác suất tối thiểu xảy CS,  m  k – 1, p* > m/k d* > Quy trình thực giống phần Tuy nhiên giá trị h1 thay h2 tra bảng 7.9 phụ lục chương Cuối chọn tập hợp có chứa m hệ thống tương ứng với m giá trị nhỏ ~ X i ( N i ) Ví dụ 1.6 Cũng với ví dụ mơ hình tồn kho có năm sách khác Bây lựa chọn tập m = hệ thống từ k = hệ thống tập lựa chọn chứa hệ thống tốt với i2 – i1  d* = ứng với độ tin cậy P* = 0,90 Quá trình thực ví dụ với giá trị h1 thay h2 kết cho bảng 7.6 Vũ Thị Hạnh – Lý Thuyết mô hệ thống Trang 84 i X i(1) ( 20) Si2 (20) Ni X i( 2) (N i  20) Wi1 Wi2 ~ X i (N i ) 124,71 17,16 27 125,64 0,80 0,20 124,89 121,20 12,64 21 125,69 1,01 -0,01 121,15 125,57 9,07 21 123,51 1,10 -0,10 125,78 132,39 6,22 21 133,37 1,18 -0,18 132,21 144,27 4,23 21 143,67 1,27 -0,27 144,43 Bảng 8.2 Sự lựa chọn tập chứa ba sách tốt năm sách Kết cho thấy tập lựa chọn bao gồm sách 1, Sosánh giá trị h2 = 1,243 h1 = 2,747, thấy việc lựa chọn tập ba hệ thống có chứa hệ thống tốt đòi hỏi trung bình số lần thực mơ nhiều so với việc lựa chọn hệ thống tốt 2- Sự lựa chọn m hệ thống tốt k hệ thống Phần xem xét lựa chọn tập hợp có kích thước m (1 m  k – 1) có m giá trị i1, i2, …, im nhỏ Xác suất P(CS) P(CS)  P*, im+1 – im  d*, với P* > m!(k – m)!/k! Trình tự giải vấn đề tương tự phần trước khác h2 thay h3 Ví dụ 1.7 Cũng với ví dụ mơ hình tồn kho có năm sách khác Bây lựa chọn tập m = hệ thống tốt từ k = hệ thống tập lựa chọn với i4 – i3  d* = ứng với độ tin cậy P* = 0,90 Quá trình thực ví dụ với giá trị h2 thay h3 kết cho bảng 8.7 Bảng 8.3 Sự lựa chọn ba sách tốt năm sách X i( 2) (N i  20) Wi1 Wi2 ~ X i (N i ) 124,86 0,21 0,79 124,60 81 121,75 0,29 0,71 121,42 7,16 66 125,13 0,36 0,64 125,17 132,05 6,18 57 131,26 0,41 0,59 131,58 144,82 3,27 30 144,24 0,71 0,29 144,65 i X i(1) ( 20) Si2 (20) Ni 123,67 11,50 105 120,62 8,80 125,24 Vũ Thị Hạnh – Lý Thuyết mô hệ thống Trang 85 Kết cho thấy tập lựa chọn bao gồm sách 1, nhiên khơng có xếp sách cụ thể Giá trị h3 hoàn toàn lớn h2 h1, vấn đề lựa chọn giá trị trung bình Ni trường hợp lớn hai trường hợp trước (giá trị Ni trường hợp h3 nhỏ h1 phương sai chúng nhỏ hơn) Phụ lục chương CÁC HẰNG SỐ TRONG QUY TRÌNH CHỌN LỰA Bảng 8.Gía trị h1 P* no k= k= k= k= k= k= k= k= k = 10 0,90 20 1,896 2,342 2,583 2,747 2,870 2,969 3,051 3,121 3,182 0,90 40 1,852 2,283 2,514 2,669 2,785 2,878 2,954 3,019 3,076 0,95 20 2,453 2,872 3,101 3,258 3,377 3,472 3,551 3,619 3,679 0,95 40 2,886 2,786 3,003 3,150 3,260 3,349 3,422 3,484 3,539 Bảng 8.9 Giá trị h2 (nếu m = 1, sử dụng bảng 7.8) m k=3 k=4 k=5 k=6 k=7 k=8 k=9 k = 10 2,282 1,830 1,461 1,105 0,711 0,162 2,373 1,943 1,603 1,291 0,971 0,603 0,075 2,450 2,038 1,718 1,434 1,156 0,861 0,512 * P* = 0,90, no = 20 1,137 1,601 0,782 1,860 1,243 0,556 2,039 1,507 1,012 o,392 2,174 1,690 1,276 0,843 0,265 P* = 0,90, no = 40 Vũ Thị Hạnh – Lý Thuyết mô hệ thống Trang 86 1,114 1,570 0,763 1,825 1,219 0,541 1,999 1,479 0,991 0,381 2,131 1,660 1,251 0,824 0,257 2,237 1,798 1,434 1,083 0,693 0,156 2,324 1,909 1,575 1,266 0,950 0,587 0,072 2,399 2,002 1,688 1,408 1,133 0,841 0,497 * 2,731 2,267 1,894 1,539 1,149 0,615 2,819 2,378 2,033 1,720 1,420 1,038 0,526 2,894 2,470 2,146 1,860 1,583 1,290 0,945 0,449 2,665 2,217 1,850 1,499 1,114 0,591 2,750 2,325 1,987 1,678 1,363 1,004 0,505 2,823 2,415 2,098 1,816 1,541 1,252 0,913 0,430 P* = 0,95, no = 20 1,631 2,071 1,256 2,321 1,697 1,021 2,494 1,952 1,458 0,852 2,625 2,131 1,714 1,284 0,721 P* = 0,95, no = 40 1,591 2,023 1,222 2,267 1,656 0,990 2,435 1,907 1,420 0,824 2,563 2,082 1,672 1,248 0,695 Bảng 8.10 Giá trị h3 (nếu m = 1, sử dụng bảng 7.8) m k=3 k=4 k=5 k=6 k=7 k=8 k=9 k = 10 3,396 3,532 3,571 3,532 3,396 3,051 3,477 3,629 3,691 3,691 3,629 3,477 3,121 3,546 3,709 3,787 3,811 3,787 3,709 3,546 3,182 P* = 0,90, no = 20 2,342 2,779 2,583 3,016 3,016 2,747 3,117 3,251 3,117 2,870 3,299 3,411 3,411 3,299 2,969 P* = 0,90, no = 40 Vũ Thị Hạnh – Lý Thuyết mô hệ thống Trang 87 2,283 2,703 2,514 2,928 2,928 2,669 3,081 3,151 3,081 2,785 3,195 3,302 3,302 3,195 2,878 3,285 3,415 3,451 3,415 3,285 2,954 3,360 3,505 3,564 3,564 3,505 3,360 3,019 3,424 3,579 3,653 3,675 3,653 3,579 3,424 3,076 3,873 4,001 4,037 4,001 3,873 3,551 3,952 4,094 4,153 4,153 4,094 3,952 3,619 4,019 4,172 4,246 4,269 4,246 4,172 4,019 3,679 3,725 3,845 3,879 3,845 3,725 3,422 3,797 3,931 3,986 3,986 3,931 3,797 3,484 3,858 4,002 4,071 4,002 4,071 4,002 3,858 3,539 P* = 0,95, no = 20 2,872 3,282 3,101 3,507 3,507 3,258 3,662 3,731 3,662 3,377 3,779 3,885 3,885 3,779 3,472 P* = 0,95, no = 40 2,786 3,175 3,003 3,386 3,386 3,150 3,530 3,595 3,530 3,260 3,639 3,738 3,738 3,639 3,349 Chương 9: PHẦN MỀM MÔ PHỎNG 9.1 Giới thiệu chung Trong nghiên cứu mô cần phải quan tâm đến việc thiết lập vài chương trình mơ hình mơ hệ thống rời rạc như: - Phát số ngẫu nhiên Phát biến ngẫu nhiên từ hàm phân bố xác suất cụ thể Xác định trước thời gian mô Xác định kiện từ bảng liệt kê kiện Thêm bớt kiện từ bảng liệt kê Thu thập phân tích kiện Xuất kết - Phát lỗi Vũ Thị Hạnh – Lý Thuyết mô hệ thống Trang 88 Trong chương giới thiệu vài ngôn ngữ mô ứng dụng chúng hệ thống sản xuất 9.1.1 Đặc tính ngôn ngữ mô - Ngôn ngữ mô cung cấp hầu hết nét đặc trưng mô hình mơ giảm thời gian lập chương trình Cung cấp hình ảnh tự nhiên mơ hình mơ Những mơ hình mơ dễ dàng thay đổi mơ hình mơ Hầu hết ngôn ngữ mô cung cấp vùng lưu trữ động thực mô Giúp phát lỗi dễ dàng nhiều loại lỗi tiềm tàng định nghĩa kiểm tra cách tự động phần mềm 9.1.2 Phân loại phần mềm mô Phần mềm mô chia theo hai cách khác sau: 1- Ngôn ngữ mô (simulation language) phầm mềm máy tính có nét đặc trưng cho ứng dụng chắn Chẳng hạn SIMAN SLAM II có phần đặc trưng phần phục vụ cho thiết bị vận chuyển phương tiện vận chuyển tự động hóa Một mơ hình phát triển ngôn ngữ mô cách viết chương trình sử dụng cấu trúc ngơn ngữ Điểm mạnh hầu hết ngôn ngữ mô chúng mơ hình hầu hết loại hệ thống, khơng cần quan tâm đến trình tự vận hành hệ thống tính logic điều khiển Tuy nhiên chúng có điểm yếu cần phải chuyên lập trình khả mã hóa sửa lỗi chương trình mơ hình hệ thống phức tạp 2- Công cụ mô (simulator) phần mềm máy tính cho phép mơ hệ thống mà khơng cần lập trình Hệ thống chọn để mô cách sử dụng menu đồ họa có sẵn, khơng cần lập trình Điểm thuận lợi sử dụng cơng cụ mơ thời gian phát triển chương trình so với sử dụng ngôn ngữ mô Kế tiếp cấu trúc mơ hình cơng cụ mơ có quan hệ đặc biệt đến phân chia mục đích hệ thống Một điểm thuận lợi khác người thực không cần có kinh nghiệm lập trình Tuy nhiên, chúng có điểm yếu giới hạn cho hệ thống với đặc trưng theo tiêu chuẩn 9.1.3 Cách tiếp cận mơ hình Hầu hết ngơn ngữ lập trình sử dụng hai cách tiếp cận để mơ hình hệ thống mơ rời rạc cách tiếp cận liệt kê kiện (event-scheduling approach) cách tiếp cận trình (process approach) Vũ Thị Hạnh – Lý Thuyết mô hệ thống Trang 89 1- Cách tiếp cận liệt kê kiện Một hệ thống mơ cách xác định tính chất đường kiện có thay đổi trạng thái xảy kiện Q trình mơ thực cách gia tăng thời gian xảy kiện Cách tiếp cận liệt kê kiện thực SIMAN, SIMSCRIPT II.5 SLAM II 2- Cách tiếp cận trình Quá trình chuỗi thời gian xếp kiện có liên quan đến theo chuyển trạng thái thời gian Nó mơ tả dòng di chuyển đối tượng hệ thống Một hệ thống hay mô hình mơ có vài loại q trình khác Tương ứng với q trình có đường q trình mà mơ tả di chuyển đối tượng q trình Một đường trình chứa chuyển trạng thái thời gian mơ có nhiều điểm vào hệ thống Q trình mơ thực cách gia tăng thời gian xảy kiện Cách tiếp cận trình thực GPSS/H, GPSS/PC, SIMAN, SIMSCRIPT II.5 SLAM II Điểm giống hai cách tiếp cận sử dụng đồng hồ mô phỏng, bảng liệt kê kiện, thời gian xảy kiện… Điểm khác tính có sẵn việc xây dựng mơ hình hệ thống ngơn ngữ Cách tiếp cận q trình thể chất hệ thống không linh động cách tiếp cận liệt kê kiện 9.2 Ví dụ ứng dụng 9.2.1 Mục tiêu mơ Một vài lợi ích việc sử dụng mơ hệ thống: - Có thể nhìn thấy ảnh hưởng thay đổi cục toàn phần hệ thống Gia tăng số lượng đầu Giảm số lượng tồn kho Gia tăng hiệu máy móc nhân lực Giúp giao hàng hẹn Giảm đòi hỏi vốn (nhà xưởng, văn phòng, máy móc…) chi phí vận hành Bảo đảm hệ thống đề nghị hoạt động mong đợi thực tế Những thông tin tập hợp để xây dựng mơ hình mơ làm tăng hiểu biết hệ thống hơn, có nghĩa giúp tạo lợi ích Một mơ hình mơ hệ thống đề nghị giúp cải thiện hệ thống Sự mô gọi thành công xác định vấn đề cụ thể sản xuất, bao gồm ba loại chung sau: Vũ Thị Hạnh – Lý Thuyết mô hệ thống Trang 90 1- Nhu cầu số lượng thiết bị nhân lực - Số lượng loại máy móc cho mục tiêu cụ thể (như sản xuất 100 chi tiết / tuần) - Vị trí kích thước kho - Đánh giá thay đổi số lượng sản phẩm sản phẩm kết hợp - Đánh giá tác động phần chi tiết thiết bị dây chuyền sản xuất tồn - Đánh giá đầu tư vốn - Lập kế hoạch nhu cầu lao động 2- Đánh giá thể hệ thống - Phân tích sản lượng đầu - Phân tích tổng thời gian hồn thành cơng việc (makespan) - Phân tích điểm tắc nghẽn 3- Đánh giá qui trình vận hành - Điều độ sản xuất - Chính sách tồn kho cho nguyên liệu thô thành phần khác - Chiến lược vận hành, điều khiển (đối với hệ thống vận chuyển hệ thống hướng dẫn tự động) - Phân tích độ tin cậy Chính sách quản lý chất lượng Một vài thông số đánh giá hệ thống chung từ nghiên cứu mô hệ thống sản xuất sau: - Kết đầu Thời gian hoàn thành phận hệ thống Thời gian chờ đợi phận Thời gian chờ đợi vận chuyển phận - Thời gian vận chuyển Tính giao hàng hẹn (như tỷ lệ đơn hàng trễ) Kích thước hệ thống tồn kho (tồn kho qui trình) Sự tận dụng thiết bị nhân lực Thời gian máy móc hư hỏng, tạm dừng bảo trì ngăn ngừa Tỷ lệ phần sản phẩm phải làm lại bỏ 9.2.2 Tính ngẫu nhiên mơ hình hệ thống 1- Sự ngẫu nhiên nguồn lực - Thời gian đến chi tiết, công việc, nguyên liệu Thời gian thực lắp đặt chi tiết, công việc Thời gian vận hành máy trước hỏng hóc Vũ Thị Hạnh – Lý Thuyết mô hệ thống Trang 91 - Thời gian sửa chữa hư hỏng Thời gian set-up 2- Thời gian hư hỏng máy móc Một nguồn ngẫu nhiên quan trọng nhiều hệ thống sản xuất thời gian hư hỏng máy móc thời gian hư hỏng không kế hoạch Trong phần chúng tơi thảo luận mơ hình thời gian hư hỏng ngẫu nhiên máy móc.Chúng ta xem xét máy có chu kì liên tiếp với chu kì thứ i bao gồm giai đoạn hoạt động với chiều dài Ui giai đoạn hư hỏng với chiều dài Di Trong giai đoạn hoạt động, máy vận hành chi tiết có sẵn máy khơng bị tạm ngừng Hai chu kì hoạt động - hư hỏng máy cho hình bên Đặt Bi Ii khoảng thời gian Ui mà máy bận rỗi, Ui = Bi + Ii Đặt Wi khoảng thời gian từ lúc lần hư hỏng thứ i bắt đầu sửa chữa Ri khoảng thời gian sửa chữa thứ i, Di = Wi + Ri U1 D1 W1 R1 U2 Kết thúc chu kì D2 W2 R2 Thời Kết thúc chu kì gian Hình Chu kì hoạt động hư hỏng máy Giả sử chu kì độc lập đồng với mặt xác suất Sau trình bày hai phương pháp để mơ hình giai đoạn hoạt động máy mơ hình mơ với giả sử liệu hỏng hóc có sẵn Theo trình tự thời gian - Giả sử liệu thời gian hoạt động U1, U2, … có sẵn chúng tuân theo phân bố chuẩn FU, không giả sử chúng tuân theo phân bố thực nghiệm Bắt đầu thời điểm 0, tạo giá trị ngẫu nhiên u1 từ FU, u1 = + u1 thời điểm hư hỏng máy mô - - Khi máy bị hư hỏng tai thời điểm u1 bận rỗi o Giả sử d1 khoảng thời gian hư hỏng máy o Sau máy hoạt động trở lại thời điểm u1 + d1 o Ở thời điểm u1 + d1, giá trị ngẫu nhiên u2 tạo từ FU máy hoạt động khoảng thời gian [u1 + d1; u1 + d1 + u2.] o Nếu d2 khoảng thời gian hư hỏng thứ hai máy ngừng suốt khoảng thời gian [u1 + d1 + u2; u1 + d1 + u2 + d2 ),… Tuy nhiên phương pháp có khó khăn cho phép máy hư hỏng rỗi, điều có lẽ khơng thực tế Theo thời gian bận Vũ Thị Hạnh – Lý Thuyết mô hệ thống Trang 92 - Giả sử liệu thời gian bận B1, B2, … có sẵn chúng tuân theo phân bố chuẩn FB Sau đó, bắt đầu thời điểm 0, tạo giá trị ngẫu nhiên b1 từ FB Máy hoạt động tổng thời gian bận tích lũy b 1, thời điểm mà máy hư Nếu f1 thời gian mô mà máy hư lần đầu f1 > b1 d1 khoảng thời gian hư hỏng máy hoạt động trở lại thời điểm f1 + d1 +… Phương pháp thể chất việc phương pháp theo trình tự thời gian Thời gian mong đợi lần hư hỏng máy phụ thuộc nhiều vào tổng thời gian bận từ lần sửa chữa trước theo lần sửa trước phương pháp trình tự thời gian Phương pháp để mơ hình giai đoạn hư hỏng máy mơ hình mơ với giả sử liệu hỏng hóc có sẵn - - - Giả sử thời gian chờ sửa chữa, Wi, cho chu kì thứ i khơng đáng kể so với thời gian sửa chữa, Ri Sau chọn phân bố FD cho liệu thời gian hư hỏng quan sát D1, D2,… Mỗi thời điểm máy hư, tạo giá trị ngẫu nhiên từ FD sử dụng chuỗi thời gian hư hỏng (thời gian sửa chữa) Giả sử Wi lớn thời gian đợi thợ máy đến Nếu có số liệu Di (Wi Ri khơng có, trường hợp hay xảy thực tế) chọn phân phối FD cho Di Cuối cùng, giả sử Wi Ri có sẵn cácg riêng rẽ mơ hình thời gian chờ sửa chữa với số hữu hạn xác định phân bố FR cho Ri Trong trường hợp khơng có sẵn liệu, mơ hình thử nghiệm sử dụng sau: - Đầu tiên giả sử số máy bận, B, trước có hư hỏng xảy tuân theo phân bố gamma với B = 0,7và B xác định Phân bố gamma chọn tính linh hoạt (phân bố weibull lựa chọn việc tính tốn giá trị trung bình khó khăn) Thơng số hình dáng B = 0,7 xác định cách sử dụng bốn liệu khác thời gian bận, thơng số hình dáng bình thường - Sau giả sử thời gian hư hỏng (sửa chữa) có phân bố Gamma với D = 1,4 D xác định Thơng số hình dáng D = 1,4 xác định cách sử dụng sáu liệu khác thời gian hư hỏng, thông số hình dáng bình thường - Kế tiếp cần phải xác định thông số B D cách ước tính trị trung bình thời gian hư hỏng D = E(D) hiệu hoạt động máy e Hiệu e định nghĩa tỷ lệ thời gian vận hành thực e B B  D Vũ Thị Hạnh – Lý Thuyết mô hệ thống Trang 93 - đó: B - trung bình thời gian bận máy trước có hư hỏng Nếu máy không bị ngừng hay tạm ngừng B = U = E(U) e, thơng số hình dáng B tính sau B  D  e D 0,7(1  e) D 1,4 Vì thế, mơ hình thời gian hư hỏng máy khơng có liệu hồn tồn xác định Vũ Thị Hạnh – Lý Thuyết mô hệ thống Trang 94 ... vuthibhanh@yahoo.com 14 Nội dung chi tiết học phần Vũ Thị Hạnh – Lý Thuyết mô hệ thống Trang LÝ THUYẾT MÔ PHỎNG Chương 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÔ PHỎNG 1.1.Khái niệm mơ Giáo trình giới thiệu kỹ thuật sử... phải xác định điều kiện ban đầu mô phỏng, chiều dài giai đoạn khởi động (warm-up) có, chiều dài lần thực mô số lần mô độc lập cho thiềt kế  Thực mô phỏng: Bước thực mô làm để cung cấp liệu trình... bước Vũ Thị Hạnh – Lý Thuyết mô hệ thống Trang Thành lập vấn đề Thu thập số liệu đònh nghóa mô hình Mô hình có giá trò? Không Xây dựng chương trình máy tính kiểm tra Thử nghiệm Mô hình máy tính