Современные информационные технологии /3.Программное обеспечение

К.т.н. Саліков В.О., магістр Лозовський О.С.

Дніпропетровський національний університет імені Олеся Гончара

Моделювання виробничих систем з використанням імітаційних процедур за технологією ARENA

Попередній етап моделювання виробничої системи передбачає проведення її комплексного структурно−функціонального аналізу, дослідження основних матеріальних та інформаційних потоків, структуризацію та систематизацію технологічних процесів і операцій. Одним з найбільш перспективних напрямків при структурному і функціональному моделюванні виробничих систем є використання CASE−технологій та відповідних інструментальних засобів [1,2]. При розробці функціональних моделей виробничих систем досить часто використовується CASE−система BPwin [2], що дозволяє аналізувати, документувати і планувати складні бізнес−процеси. Методологія SADT (Structured Analysis and Design Technique), покладена в основу BPwin, дозволяє побудувати модель, що включає в себе ієрархічно впорядкований набір діаграм, фрагментів текстів і глосарію, пов’язаних один з одним за допомогою перехресних посилань. За допомогою набору графічних інструментів для відображення дій і об'єктів BPwin забезпечує побудову схем виробничих процесів, на яких показані вихідні дані, результати операцій, необхідні ресурси, управляючі дії, взаємні зв'язки між окремими роботами.

BPwin надає засоби моделювання функцій (IDEF0), потоків даних (DFD) і потоків робіт (IDEF3). Побудова моделі в середовищі BPwin починається з нотації IDEF0, в якій основна увага приділяється виділенню послідовності функцій, що виконуються в виробничій системі, та відображенню механізмів, за допомогою яких ці функції виконуються. IDEF0−діаграми дозволяють будувати статичну модель діяльності підприємства. Для відображення логіки роботи моделі, її необхідно сформувати в нотації IDEF3. Методологія IDEF3 забезпечує опис послідовності і логіки взаємодії виробничих процесів і надає інструментарій для наочного дослідження та моделювання їх сценаріїв. Основними елементами, за допомогою яких створюються діаграми IDEF3, є одиниці робіт (процесів), зв'язки між ними, посилальні об'єкти, а також перехрестя злиття і розгалуження, що представляють собою елементи для відображення логіки взаємодії потоків. При побудові моделей виробничих систем в нотації IDEF3 використовуються перехрестя, що реалізують логічні операції «І», «АБО», а також «виключаюче АБО». Для проведення аналізу інформаційних потоків діаграми IDEF0 і IDEF3 доповнюються діаграмами в нотації DFD. Нотація DFD включає такі поняття, як зовнішнє посилання і сховище даних, що робить її більш зручною (порівняно з IDEF0) для моделювання документообігу.

Після побудови функціональної моделі виробничої системи здійснюється формування імітаційної моделі з метою комплексного багатоваріантного аналізу та оптимізації виробничого процесу. Імітаційне моделювання включає такі основні етапи:

− побудова імітаційної моделі виробничої системи з використанням відповідних інструментальних засобів;

− організація імітаційних експериментів з моделлю при різних значеннях керованих параметрів;

− аналіз отриманих показників ефективності системи;

− обробка результатів моделювання та оцінка альтернативних сценаріїв виробничого процесу.

Для формалізації імітаційних моделей виробничих систем доцільно використовувати апарат мереж масового обслуговування [3,4].

Системи масового обслуговування − це такі системи, до яких у випадкові моменти часу поступають замовлення на обслуговування, при цьому замовлення, що надійшли, обслуговуються за допомогою наявних у розпорядженні системи каналів обслуговування.

Структуру моделі систем масового обслуговування можна зобразити у вигляді схеми, наведеній на рис.1.

251658240

Рис. 1. Структура системи масового обслуговування

Формування імітаційної моделі пов'язано з вибором ефективних інструментальних засобів моделювання. Як середовище моделювання доцільно використовувати систему Arena, одну з найбільш ефективних інструментальних засобів імітаційного моделювання виробничих бізнес−процесів [3].

Імітаційна модель в системі Arena включає такі основні елементи: джерела та стоки (Create і Dispose), що відповідають надходженню та видаленню заявок на обслуговування, процеси (Process), які можна інтерпретувати як канали обслуговування, і черги (Queue), яким в термінах Q− схем можна зіставити накопичувачі. В системі передбачені можливості формування ієрархічно вкладених моделей, що дозволяє здійснювати моделювання з різним ступенем деталізації. Перевагою системи є наявність розвиненого графічного інтерфейсу і засобів анімації моделей, що сприяють підвищенню ефективності прийнятих управлінських рішень. Вихідна інформація представляється у вигляді динамічних графіків, діаграм, структурованих таблиць, що забезпечує формування цілісної картини модельованого виробничого процесу на підприємстві.

251659264251659264251659264251659264251659264251659264

Рис. 2. Етапи моделювання виробничої системи.

Підготовлений в системі BPwin комплекс IDEF3−діаграм може бути легко перенесений в систему Arena допомогою функції експорту. В процесі експортування передаються структура моделі, логіка взаємодії бізнес−процесів, послідовність функцій і робіт. Далі здійснюються діалогова доробка і коректування імітаційної моделі: установка часових параметрів основних процесів, визначення характеристик базових блоків моделі, вибір випадкових впливів і збурень. При формуванні імітаційної моделі визначаються її структура, параметри вхідного і вихідного потоків заявок, дисципліни черги та обслуговування, а також алгоритми функціонування системи. На підставі імітаційних експериментів з моделлю оцінюються основні характеристики виробничої системи: коефіцієнти завантаження устаткування, обсяг продукції, що випускається, середня довжина черги, часові параметри і т.д.

Розглянута технологія дозволяє формувати інтегровану функціонально−імітаційну модель виробничого процесу, що відображає його різні аспекти. Етапи формування представлені на рис. 2.

Спільне використання функціональних та імітаційних моделей, створених засобами BPwin і Arena, дозволяє аналізувати виробничі процеси з урахуванням різних альтернативних варіантів. При цьому функціональні та імітаційні моделі доповнюють один одного, перебуваючи в тісному взаємозв'язку. Імітаційна модель дає більше інформації для аналізу системи, в свою чергу, на підставі результатів такого аналізу може проводитися коригування виробничого процесу з відповідною модифікацією функціональної моделі виробництва.

Література

1. Калянов Г.Н. CASE−структурный системный анализ (автоматизация и применение)./ Г.Н. Калянов / – М. : Лори, 1996. – 279 с.

2. Маклаков С.В. Моделирование бизнес−процессов с BPwin 4.0. / С.В. Маклаков/ – М. : Диалог-МИФИ, 2002. – 224 c.

3. Кельтон, В. Имитационное моделирование / В. Кельтон, А. Лоу / – СПб: Питер, 2004. – 848 с.

4. Советов, Б.Я. Моделирование систем. / Б.Я. Советов, С.А. Яковлев / – М.: Высш. шк., 2001. – 343 с.

5. Дмитриев, С.А. Реинжиниринг бизнес-процессов проектирования и производства. Приложение I. Методические рекомендации к лабораторному практикуму [Текст] / С.А. Дмитриев, А.А. Саломатина., Ю.Н. Фомина; под общ. ред. Е.И. Яблочникова. – СПб: СПбГУИТМО, 2008. – 236 с.