Файл: Учебнометодическое пособие для выполнения практических занятий магистров и обучающихся по направлениям 23. 05. 01 Наземные транспортнотехнологические средства.pdf

В.В. Побединский
Н.С. Кузьминов
М.А. Черницын
ИМИТАЦИОННОЕ
МОДЕЛИРОВАНИЕ
РАБОТЫ АЗС
В СРЕДЕ ANYLOGIC
Екатеринбург
2018
Электронный архив УГЛТУ

1
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
ФГБОУ ВО «УРАЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЛЕСОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра сервиса и технической эксплуатации транспортных и технологических машин
В.В. Побединский
Н.С. Кузьминов
М.А. Черницын
ИМИТАЦИОННОЕ
МОДЕЛИРОВАНИЕ
РАБОТЫ АЗС
В СРЕДЕ ANYLOGIC
Учебно-методическое пособие для выполнения практических занятий магистров и обучающихся по направлениям
23.05.01
«Наземные транспортно-технологические средства»,
23.04.03, 23.03.03 «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов для дисциплин «Современные информационные технологии в техническом сервисе» и «Компьютерные технологии в науке и производстве»
Екатеринбург
2018
Электронный архив УГЛТУ

2
Печатается по рекомендации методической комиссии ИАТТС.
Протокол № 8 от 13 сентября 2017 г.
Рецензент
–
заведующий кафедрой автоматизации производственных процессов и производств, профессор, д-р техн. наук
Гороховский А.Г.
Редактор Е.Л. Михайлова
Оператор компьютерной верстки Е.А. Газеева
Подписано в печать 22.06.18
Плоская печать
Заказ №
Формат 60х84 1/16
Печ. л. 1,86
Поз. 15
Тираж 10 экз.
Цена
Редакционно-издательский отдел УГЛТУ
Отдел оперативной полиграфии УГЛТУ
Электронный архив УГЛТУ

3
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение ..................................................................................................... 4 1. Основные принципы работы в системе ANYLOGIC .............................
5 1.1.
Создание новой модели ......................................................................... 5 1.2.
Обзор интерфейса Anylogic 7 ................................................................6 1.3.
Основные блоки библиотеки моделирования процессов ................... 9 1.4
. Визуализация имитационной модели ................................................. 10 2.
Задания для выполнения практических работ .......................................... 11
Работа №1. Создание модели АЗС ..................................................................11
Работа №2. Визуализация модели АЗС ......................................................... 20
Работа №3. Визуализация результатов модели АЗС .................................... 29 3.
Выполнение отчета о практической работе .............................................. 31
Библиографический список ............................................................................ 32
Электронный архив УГЛТУ

4
ВВЕДЕНИЕ
Роль имитационного моделирования в современном мире очень вели- ка. Трудно переоценить значение имитационного моделирования, так как практически любой процесс в различных сферах деятельности современ- ными средствами может быть адекватно смоделирован. Проведение имита- ционных экспериментов позволяет оценить влияние изменения различных параметров системы и в дальнейшем принять правильное решение. Имита- ционное моделирование широко используется в производстве для решения различных проблем от оптимизации промежуточных процессов до страте- гического управления. Моделирование позволяет анализировать не только конкретный процесс, но и систему производства в целом, что дает возмож- ность проверить капиталоемкость той или иной стратегии управления. Про- ведение экспериментов с использованием модели избавляет от необходимо- сти проведения экспериментов в реальной жизни и не мешает работе произ- водства. При помощи моделирования можно легко и быстро разыгрывать различные ситуации на экране компьютера.
На сегодняшний день существует множество программ, позволяющих создать имитационные модели различной сложности. Программное обеспе- чение Anylogic является инструментом имитационного моделирования, который поддерживает все подходы к созданию имитационных моделей: процессно-ориентированный (дискретно-событийный), системно-динами- ческий и агентный, а также любую их комбинацию.В настоящей работе эта задача рассматривается на примере моделирования работы АЗС.
Пособие предназначено для выполнения практических заданий маги- стров и обучающихся по направлениям 23.05.01 «Наземные транспортно- технологические средства», 23.04.03, 23.03.03 «Эксплуатация транспортно- технологических машин и комплексов» для дисциплин «Современные ин- формационные технологии в техническом сервисе» и «Компьютерные тех- нологии в науке и производстве».
Электронный архив УГЛТУ

5
1.
ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ В СИСТЕМЕ
ANYLOGIC
В данном разделе будет представлен обзор интерфейса и функций
Anylogic [1, 2]
, необходимых для выполнения задач моделирования.
1.1.
Создание новой модели
Для создания модели нужно нажать кнопку Создать модель, нахо- дящуюся на начальной странице Anylogic (рис. 1).
Рис. 1. Кнопка для создания новой модели
Появится окно «Новая модель» (рис. 2).
Рис. 2. Окно создания новой модели
В открывшемся окне следует указать имя модели, местоположение
(где будет храниться модель) и единицы модельного времени. Затем сле- дует нажать кнопку Готово, появится главное окно пользовательского ин- терфейса, назначение элементов которого приведено на рис. 3.
Электронный архив УГЛТУ

6
1.2.
Обзор интерфейса Anylogic 7
Рис. 3. Общий вид интерфейса Anylogiс 7 6
Электронный архив УГЛТУ

7
Панель Проекты (рис. 4) обеспечивает легкую навигацию по моде- лям, открытым в текущий момент времени. Каждая модель представлена в панели в виде иерархического дерева.
Рис. 4. Панель «Проекты»
Панель Палитра (рис. 5) cодержит список всех элементов, которые могут быть добавлены на диаграмму агента (эксперимента). Элементы ло- гически разбиты по категориям на несколько закладок («Палитр»). Здесь же отображаются и «Палитры» библиотек Anylogic.
Рис. 5. Панель «Палитра»
Электронный архив УГЛТУ

8
Панель Свойства (рис. 6) используется для просмотра и изменения свойств выбранного в данный момент элемента (или элементов) модели.
Рис. 6. Панель «Свойства»
Панель Ошибки (рис. 7) отображает обнаруженные на этапе постро- ения модели ошибки.
Рис. 7. Панель «Ошибки»
Панель Консоль (рис. 8) отображает информацию, выводимую в процессе моделирования, а также позволяет при работе вводить нужную информацию.
Рис. 8. Панель «Консоль»
Панель Строка состояния (рис. 9) расположена в нижней части окна
Anylogic и отображает информацию о выполняемых задачах.
Рис. 9. Строка состояния
Электронный архив УГЛТУ

9
Графический редактор (рис. 10) предлагает место для визуального редактирования диаграммы типа агентов (или эксперимента).
Рис. 10. Графический редактор
Меню
Панели инструментов предоставляет пользователю быстрый доступ к наиболее часто используемым командам (рис. 11).
Рис. 11. Панель инструментов
Панель Строка меню
(рис. 12)
является разновидностью меню, предоставляющей доступ ко всем функциям программы (или к большин- ству функций).
Рис. 12. Панель «Строка меню»
1.3.
Основные блоки библиотеки моделирования процессов
С помощью блоков библиотеки системы построятся блок-схемы, мо- делирующие процессы, которые будут происходить с агентами. Объекты могут создавать агентов, контролировать поток агентов, обрабатывать их, работать с ресурсами и перемещать агентов. Объекты условно делятся по своей функциональности на несколько категорий. Ниже представлено краткое описание используемых блоков в данном сборнике практических работ.
• Source
–
создает агентов.
Электронный архив УГЛТУ

10
Sink
–
уничтожает поступающих агентов.
Delay
–
задерживает агентов на заданный период времени.
SelectOutput5
–
объект направляет входящих агентов в один из пяти выходных портов в зависимости от выполнения заданных (детерми- нистических или заданных с помощью вероятностей) условий.
MoveTo
–
перемещает агента в новое место сети.
Conveyor
–
моделирует конвейер. Перемещает агентов по пути за- данной длины с заданной скоростью (одинаковой для всех агентов), сохраняя их порядок и оставляя заданные промежутки между ними.
RestrictedAreaStart
–
обозначает вход в область процесса, в которой одновременно может находиться ограниченное количество агентов.
RestrictedAreaEnd
–
обозначает выход из области процесса, в кото- рой может находиться только ограниченное количество агентов.
1.4.
Визуализация имитационной модели
Anyl ogic позволяет создавать для моделей сложные двумерные пре- зентации. Презентация представляет собой рисунок, составленный из раз- личных фигур: прямоугольников, линий, кругов и т.д., а также элементов управления. У каждой фигуры есть набор свойств, определяющих ее внешний вид: местоположение, размер, цвет и т.д. В данной работе вос- пользуемся объектом Изображение для визуализации модели в 2D
(рис. 13).
Рис. 13. Блок «Изображение»
Электронный архив УГЛТУ

11
Anyl ogic позволяет создавать трехмерные (3D) анимации моделей.
Трехмерная анимация является самым наглядным и реалистичным спосо- бом визуализации моделируемого процесса.
Можно также создавать трехмерные анимации из стандартных фигур презентации Anylogic: прямоугольник, овал, линия, ломаная линия и т.д.
Теперь у каждой из этих фигур есть возможность добавления третьей раз- мерности – Z-высоты, и они появляются как в двумерной анимации, так и в трехмерной, тем самым можно получить сразу два представления модели.
В данной работе реализуется 3D-модель благодаря объектам из па- литры 3D Объекты (Дерево, Магазин, Автозаправочная станция и т.д.).
2
. ЗАДАНИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ
Работа №1. Создание модели АЗС
С помощью программы Anylogic требуется создать имитационную модель автозаправочной станции.
Для начала работы необходимо нажать на кнопку Создать модель и задать имя «Модель работы АЗС». Установить единицы в зависимости от физического смысла задачи, в данном случае секунды.
Перенести на поле рабочего пространстваблок Sourse для генерации потока автомобилей (рис. 1).
Рис. 1. Добавление блока «Source»
Добавить блок Delay. Этот блок будет моделировать время, потра- ченное автомобилем для того, чтобы доехать до бензоколонки. Для удоб- ства следует назвать этот блок «въезд» (рис. 2).
Рис. 2. Добавление блока «Delay» (въезд)
Электронный архив УГЛТУ

12
Добавить блок Select Output5. Этот блок будет имитировать выбор клиентами вида бензина. Необходимо назвать этот блок «выбор_бензина».
Пусть будет четыре варианта топлива: 92, 95, 98 и дизельное топливо (ДТ)
(рис. 3).
Рис. 3. Добавление блока Select Output5 (выбор_бензина)
Добавить блоки Conveyor. Эти блоки будут задавать очередь на бен- зоколонку. Следует назвать их «очередь_на_92», «очередь_на_95», «оче- редь_на_98» и «очередь_на_ДТ» (рис. 4).
Рис. 4. Добавление блоков Conveyor (очередь)
Добавить блоки Restricted Area Start и следует назвать их «обл1»,
«обл2», «обл3» и «обл4» соответственно. Эти блоки будут моделировать въезд автомобиля в область заправки (рис. 5).
Рис. 5. Добавление блоков «Restricted Area Start» (обл)
Электронный архив УГЛТУ

13
Добавить блоки Conveyor. Эти блоки следует назвать «подъезжа- ет_к_92», «подъезжает_к_95», «подъезжает_к_98» и «подъезжает_к_ДТ» соответственно. Данные блоки будут моделировать подъезд автомобиля к бензоколонке (рис. 6).
Рис. 6. Добавление блоков «Conveyor» (подъезжает)
Добавить блоки Delay и для удобства следует назвать их так, как по- казано на рис. 7. Данные блоки будут моделировать процесс заправки ав- томобилей.
Рис. 7. Добавление блоков «Delay» (заправка)
Добавить блоки Restricted Area End иназвать их «обл1End»,
«обл2End», «обл3End» и «обл4End» соответственно. Данные блоки будут моделировать процесс выезда автомобилей из области заправки (рис. 8).
Рис. 8. Добавление блоков «Restricted Area End» (конец области заправки)
Электронный архив УГЛТУ

14
Добавить блок Restricted Area Start и назвать его «exitStart». Этот блок должен моделировать вход в область выезда автомобиля с АЗС
(рис. 9).
Рис. 9. Добавление блока «Restricted Area Start» (начало области выезда)
Добавить блок Move To. Этот блок будет моделировать перемещение автомобиля из зоны АЗС. Для удобства следует назвать его «отъезд» (рис. 10).
Рис. 10. Добавление блока «Move To» (отъезд)
Добавить блок Restricted Area End и назвать его «exitEnd». Данный блок будет моделировать выход из области выезда автомобиля с АЗС. За- вершить модель блоком Sink.
В результате должен получиться следующий алгоритм, по которому будет работать АЗС (рис. 11).
Рис. 11. Алгоритм работы АЗС
Электронный архив УГЛТУ

15
Необходимо настроить параметры каждого блока алгоритма. Для этого следует открыть свойства блока Source. Настроить параметр интен-
сивность прибытия автомобилей. Для этого в строчке с текстом Прибы-
вают согласно нужноустановить параметр Интенсивности. В строчке
Интенсивность прибытия установить интенсивность появления машин в минуту. В данном случае установлено 2 машины (рис. 12).
Рис. 12. Изменение свойства блока «Source»
Следует открыть свойства блока Delay «въезд». Установить время, которое будет занимать путь автомобиля от въезда на территорию АЗС до очереди на бензоколонку. Так как время подъезда к АЗС является случай- ной величиной и может зависеть от различных факторов, оно не может быть одинаково у всех автомобилей. Для простоты в данном случае можно воспользоваться треугольным распределением вероятностей. В строке
Время задержки по умолчанию должно стоять треугольное распределение
triangular
. Если установлен другой параметр, можно выбрать метод рас- пределения вероятностей из списка, нажав на кнопку Выберите распреде-
ление вероятностей (рис. 13).
Рис. 13. Кнопка «Выберите распределение вероятностей»
В строке Время задержки установить параметр triangular (5, 8, 10), единицы измерения секунды. В строке Вместимость установить значение
7
. Это будет означать, что семь автомобилей одновременно могут подъез- жать к АЗС (рис. 14).
Электронный архив УГЛТУ

16
Рис. 14. Изменение свойства блока «Delay» (въезд)
Далее следует открыть свойства блока SelectOutput5 «вы- бор_бензина». В строке Вероятность установить параметр 0.25, кроме
Вероятности 4 и Вероятности 5. В этих строках установить параметр
0.125, так как они ведут к одному блоку (рис. 15). С этим параметром автомобили будут двигаться к бензоколонкам с 92, 95, 98 и ДТ бензи- ном с одинаковой вероятностью.
Рис. 15. Изменение свойства блока «SelectOutput5»
Затем нужно открыть свойства блоков Conveyor, моделирующие очередь на бензоколонки, и настроить их параметры в строках: Длина за-
дается Скорость и Накапливающий. В строке Длина задается выбрать параметр Согласно пути. Это будет означать, что автомобиль начнет пе- редвигаться по заданному пути. В строке Скорость выбрать, например,
5 км/ч. Этот параметр задает скорость передвижения автомобиля. В строке
Накапливающий поставить галочку. Этот параметр будет формировать очередь из автомобилей (рис. 16).
Электронный архив УГЛТУ

17
Рис. 16. Изменение свойства блока «Conveyor»
Необходимо настроить максимальную вместимость блокам Re-
strictedAreaStart
«обл1», «обл2», «обл3» и «обл4». Указать значение 1.
Это означает, что в область заправки будет въезжать только один автомо- биль (рис. 17).
Рис. 17. Изменение свойства блока «RestrictedAreaStart» (обл1)
Параметры блоков «подъезжает_к_92», «подъезжает_к_95», «подъ- езжает_к_98» и «подъезжает_к_ДТ» необходимо сделать такими же, каки- ми они были у предыдущих блоков Conveyor.
Открыть свойства блоков Delay, отвечающие за время, потраченное на заправку («заправка_92», «заправка_95», «заправка_98» и «заправ- ка_ДТ»). Установить треугольное распределение вероятностей в строке
Время задержки. В данном случае установить параметры следующим об- разом: triangular (30, 40, 60), единицы измерения секунды. В строке Вме-
стимость ввести число 1 (рис. 18).
Рис. 18. Изменение свойства блока «Delay» (заправка_92)
Электронный архив УГЛТУ

18
Среднее время процесса заправки будет занимать 40 с, самая быстрая заправка будет за 30 с, самое длительное – 60 с.
Открыть свойства блоков RestrictedAreaEnd «обл1End», «обл2End»,
«обл3End» и «обл4End». В строке Блок RestrictedAreaStart выбрать поля
«
обл1», «обл2», «обл3» и «обл4» соответственно. Тем самым будут обо- значены границы области заправки (рис. 19).
Рис. 19. Изменение свойства блока «RestrictedAreaEnd» (обл1End)
Настроить максимальную вместимость блоку RestrictedAreaStart
«exitStart
». Указать значение 10. Этот параметр задает максимальное коли- чество автомобилей, которое может поместиться в эту область (рис. 20).
Рис. 20. Изменение свойства блока «Restricted Area Start» «(exitStart)
Открыть свойства блока MoveTo «отъезд». Установить в строке
Агент параметр перемещаться. Это означает, что автомобиль будет вы- езжать из АЗС (рис. 21).
Рис. 21. Изменение свойства блока «Move To»
Электронный архив УГЛТУ