ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО РЫБОЛОВСТВУ

ФГОУ  ВПО  “АСТРАХАНСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ  ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ” 

“ИНСТИТУТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И КОММУНИКАЦИЙ” 

Специальность:              " Прикладная информатика в экономике " 

Кафедра:                         "Прикладная информатика в экономике"  
 
 
 
 
 
 
 
 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе 

по дисциплине «Имитационное моделирование экономических процессов» 

АНАЛИЗ  ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И  ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ  ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЗЛЕТНО-ПОСАДОЧНЫХ ПОЛОС АЭРОПОРТА НА ОСНОВЕ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Вариант 24. 
 
 
 

Работу выполнил

ст-т. гр. ИЭ-42

Хачатуров В.Ю. 

Руководитель  работы

Бондарева И.О. 
 
 

Допущена к защите ____  _______________ 2011 г.  

Защищена с оценкой ____________ ____  _______________ 2011 г.

 
 
 
 

Астрахань

2011

 

Содержание 

ВВЕДЕНИЕ 3

I. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ И ЦЕЛЬ РАБОТЫ 5

1.1. Постановка задачи 5

1.2. Цель работы 5

II. ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ 6

III. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ 7

3.1. Описание имитационной модели 7

3.2. Пользовательские интерфейсы 10

3.3. Описание анимационной модели 11

IV. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ 13

4.1. Планирование экспериментов 13

4.2. Анализ результатов и определение эффективных параметров 14

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 16

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 17

Приложение 1. 18

Приложение 2. 19

 

ВВЕДЕНИЕ

 

     Возрастающие  потребительские ожидания и конкурентное давление в мире коммерции существенно  повышают значимость слаженной работы всех компонентов бизнеса. Решающее воздействие на конечный результат  деятельности и конкурентоспособность  оказывают проектирование и реализация всех процессов - поставки, производства, обслуживания клиентов и внутренней организации.

     Последствия неудачно спланированной реализации могут  оказаться катастрофическими и  привести к разочарованию клиентов, краху бизнеса и потере прибыли.

     Одним из участников бизнеса являются аэропорты - довольно сложные системы. Для выявления их оптимальных параметров функционирования невозможно использовать эксперименты на реально существующем объекте, поскольку для этого требуются значительные финансовые ресурсы, а результаты эксперимента трудно предсказать. В связи с этим одним из наиболее важных и полезных инструментов анализа сложных систем является имитационное моделирование.

     Под имитационным моделированием системы  понимается процесс исследования функционирования системы и ее оптимизации с  помощью эксперимента, проводимого на предметной модели системы и включающего элементы имитации проявления и функционирования как отдельных компонентов и параметров системы, так и имитации отдельных этапов процесса исследования системы.

     Имитационное  моделирование используется в случаях, когда применение математических аналитических  моделей неадекватно или является слишком сложным. Методы имитационного  моделирования очень гибкие и  мощные в применении. Они шаг за шагом воспроизводят процесс  функционирования системы.

     Одним из инструментов имитационного моделирования  являются системы имитационного  моделирования.

     Система имитационного моделирования Arena компании Rockwell Software способна защитить бизнес путем прогнозирования эффекта новых идей, правил и стратегий до их реализации на практике, не прерывая при этом обслуживания клиентов. Под имитационным моделированием в системе имитационного моделирования Arena понимают создание компьютерной модели реальной или предполагаемой системы (физической, технологической, финансовой и т. п.) и проведение на построенной модели экспериментов с целью описания наблюдаемых результатов и/или предсказания будущих результатов. Очевидно, замена реального эксперимента имитационным моделированием позволяет сократить затраты, необходимые для проведения исследований. Кроме того, в некоторых ситуациях эксперименты на реальных системах могут быть чрезвычайно опасны или невозможны.

     Когда на карту ставится судьба предприятия, Arena помогает выбрать наиболее выгодные стратегии и дает уверенность при запуске в эксплуатацию, позволяя при этом устранить лишние расходы, оптимизировать инвестиции и укрепить отношения с заказчиками.

     Arena позволила организациям в разных странах:

• избежать дорогостоящих ошибок, вызываемых реализацией исключительно интуитивных решений;
• разработать процессы, позволяющие бороться с тупиками и неопределенностью, вызванными случайностью и непостоянством систем;
• обнаружить скрытые резервы и устранить тормозящие факторы в существующих реализациях и внутренних процессах;
• укрепить отношения с заказчиками путем повышения качества услуг и скорости их предоставления.

     Учитывая  вышеизложенное, для выполнения данной работы была использована система имитационного моделирования Arena 9.0.

 

I. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ И ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1.1. Постановка задачи

 

     Поток самолетов, требующих посадки в  аэропорту, - пуассоновский с интенсивностью 10 самолетов в час. В аэропорту есть 2 посадочные полосы. Самолет, совершив посадку на полосу, освобождает ее через 35 минут. Если самолет, требующий посадки, застает все полосы занятыми, то он становится в «очередь» самолетов, ожидающих посадки. Через 70 ± 10 минут после затребования посадки самолет нуждается в дозаправке, что обходится аэропорту в 1000 ± 200 ед. стоимости. После 140 минут безуспешного ожидания самолет отправляется на посадку в другой аэропорт. За каждый самолет, совершивший посадку без ожидания, аэропорт получает прибыль 2000 ед. стоимости. За каждый самолет, севший после ожидания, - 1500 ± 100 ед. стоимости. Эксплуатация одной посадочной полосы обходится в 300 000 ед. стоимости в месяц.

1.2. Цель работы

          Анализ функционирования и оценка  экономической эффективности взлётно-посадочных  полос аэропорта.

II. ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

 

     Имитационная  модель представлена диаграммой SADT (IDEF0) «Имитационная модель аэропорта» (см. приложение 1).

     Диаграмма состоит из пяти основных блоков:

• изучение функционирования аэропорта;
• определение параметров модели;
• разработка имитационной модели;
• прогон модели с различными параметрами;
• анализ результатов моделирования.

     Входные данные:

• статистическая информация;
• данные о процессе обслуживания самолетов;
• информация о влиянии времени ожидания посадки на прибыль;
• информация о ресурсах аэропорта.

     Выходная  информация:

• отчеты;
• результаты моделирования.

     Механизмы:

• разработчик имитационной модели;
• пакет имитационного моделирования ARENA 9.0;
• программа MS Excel.

     Управляющая информация:

• требования к модели;
• регулирующие документы.

 

III. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

3.1. Описание имитационной модели

 

Рис. 3.1. Имитационная модель 

     Имитационная  модель (см. рис. 3.1) состоит из следующих блоков:

• Create:

     - «Potok samoletov» – генерирует прибытие транзактов по пуассоновскому закону с интенсивностью 10.

• Process:

     - «Dozapravka» – производит дозаправку самолетов (Delay, Constant, Minutes, Value Added, 0).

     - «Posadka» – осуществляет процесс просадки самолетов (Seize Delay Release; Set, Polosa,1, Cyclical, Constant, Minutes, Value added, 35).

• Decide:

     - «Nyzhna dozapravka?» - определяет, нуждается ли самолет в дозаправке (2-way by Condition, Expression, (TNOW-Entity.CreateTime)>=Vremya)

     - «Prowlo 140 minyt?» - проверяет время ожидания: при превышении 140 минут самолет отправляется на посадку в другой аэропорт (2-way by Condition, Expression, (TNOW-Entity.CreateTime)>=140)

• Assign:

     - «Opredelenie vremeni do dozapravki» - генерирует случайное значение атрибута Vremya – время ожидания, после которого самолету может потребоваться дозаправка, - по нормальному закону с параметрами (60,80).

     - «Zatratu na dozapravky» - генерирует случайное значение переменной Money1 по закону UNIF(800,1200); подсчитывает значение переменной S1S2 – затрат на дозаправку (S1S2=S1S2+money1).

     - «Podschet samoletov v ocheredi_1» - подсчитывает число самолетов, вышедших из блока Дозаправки (t=t+1).

     - «Podschet samoletov v ocheredi_2» - подсчитывает число самолетов, находящихся очереди заправленных самолетов (t=t-1).

     - «Dohod bez ozhidaniya» - подсчитывает полученную прибыль за обслуживание самолетов, совершивших посадку без ожидания (S3=S3+2000).

     - «Dohod posle ozhidaniya» - подсчитывает полученную прибыль за обслуживание самолетов, совершивших посадку после ожидания S4S5=S4S5+Money, где переменная Money – прибыль за обслуживание каждого севшего самолета, значение которой генерируется по закону UNIF(1400,1600).

• Hold:

     - «Ozhidanie» - накапливает самолеты, пока самолету не понадобится дозаправка или освободится одна из полос (при этом блок «Ozhidanie posle dozapravki» должен быть пустым) (Scan for Condition, (Posadka.WIP<2 && t==0) || ((TNOW-Entity.CreateTime) >= vremya)).

     - «Ozhidanie posle dozapravki» - накапливает самолеты, осуществившие дозаправку (Scan for Condition, (Posadka.WIP<2) || ((TNOW-Entity.CreateTime) >= 140)).

• Dispose:

   - «Ylet v drugoi airport» - используется для удаления транзактов – самолетов, время ожидания у которых превысило 140 минут.

   - «Angar» - используется для удаления транзактов – самолетов, совершивших посадку.

     В модуле Set определен набор ресурсов «Polosa», содержащий два ресурса: Polosa1 и Polosa2.

     Для генерируемых транзактов в модуле Entity установлено изображение Picture.Airplane.

     Для вывода значений переменных прибыли/затрат предусмотрены объекты «Variable» (см. рис. 3.2):

• прибыль за посадку без ожидания: S3;
• прибыль за посадку после ожидания: S4S5;
• стоимость дозаправки: S1S2;
• выручка: (S4S5+S3).

 

 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 3.2. Вывод значений переменных 
 
 

 

3.2. Пользовательские  интерфейсы

 

     При запуске прогона имитационной модели на экран выводится экранная форма  «Ввод параметров моделирования» (см. рис. 3.3), которая предоставляет пользователю возможность ввести параметры моделирования: период моделирования и количество посадочных полос в аэропорте. Нажатие кнопки «Запуск модели» приведет непосредственно к началу моделирования, нажатие кнопки «Отмена» - к закрытию формы.

     
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 3.3.Форма «Ввод параметров моделирования» 

 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 3.4. Форма «Экспорт данных» 

     После останова моделирования на экран  выводится форма «Экспорт данных» (см. Рис. 3.4). Нажатие кнопки «Да» приведет к выполнению экспорта данных в файл MS Excel, нажатие кнопки «Нет» - к закрытию формы. 

     Листинг программы диалоговых окон приведен в приложении 2. 

3.3. Описание анимационной  модели

 

Рис. 3.5. Анимационная модель 

Рис. 3.6. Размещение блоков Station 

     Анимационная  модель (рис. 3.5, рис. 3.6) состоит из следующих блоков.

     Прибытие  самолетов:

• Station: «Airport_Input», «Airport_Dispatcher»
• Route: «R1» (0.5, Minutes, Airport_Dispatcher ).

     Дозаправка самолетов:

• Station: «Refuelling_Start», «Refuelling», «Refuelling_Finish»
• Route: «R2» (0.5, Minutes, Refuelling), «R3» (0.5, Minutes, Refuelling_Finish)

     Отправка  самолета на посадку в другой аэропорт:

• Station: «FlyAway_S», «FlyAway_F»
• Route: «R4» (0.5, Minutes, FlyAway_F)

     Посадка самолета:

• Pickstation: «PickStation 1» - задает движение самолета к одной из посадочных полос; параметры блока указаны на рис. 3.7.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Рис. 3.7. Параметры блока «PickStation 1» 

• Station: «LandingStrip_S_1», «LandingStrip_S_2», «LandingStrip_F».
• Route: «R5» (2.0, Minutes, LandingStrip_F).

 

     У блоков «Station» параметры «Name» и «Station Name» совпадают. 

 

IV. АНАЛИЗ РЕЗУЛЬТАТОВ

4.1. Планирование экспериментов

 

     При прогонах модели изменялся один параметр – количество посадочных полос аэропорта. Результаты выходных характеристик  представлены в таблице 4.1. Период моделирования  – 30 дней. 

     Таблица 4.1

     План  проведения эксперимента 

 

 

4.2. Анализ результатов  и определение  эффективных параметров

 

Рис. 4.1.Число  обработанных транзактов

при 2 полосах (слева) и 6 полосах (справа) 

     Из отчета Airport/Process/Other/NumberIn (см. рис. 4.1) видно, что при наличии 6 полос посадку без дозаправки совершают практически все самолеты, из чего следует, что время их ожидания меньше необходимого для дозаправки (60-80 мин.). 

Рис. 4.2. Среднее время ожидания

при 2 полосах (слева) и 6 полосах (справа) 

     Из  отчета Airport/Entity/Time (см. рис. 4.2) видно, что при наличии 2 полос среднее время ожидания равно 138,41 мин., что близко к тому, при превышении которого самолеты отправляются на посадку в другой аэропорт. При наличии 6 полос эта величина составляет 12,74 мин. 
 

     Принимая  во внимание сведения, содержащиеся в  отчетах, и данные таблицы 4.1 видно, что при использовании менее 4 посадочных полос аэропорт терпит убытки: значительны затраты на дозаправку. Прибыль появляется с введением  в эксплуатацию 5-ой полосы. С введением 7-ой полосы затраты на дозаправку снижаются  до 0. С введением 9-ой полосы прибыль  начинает падать, т.к. затраты на введение этой полосы в 3 раза превышают увеличение выручки.

     Наибольшая  экономическая эффективность  при данных условиях задачи достигается  при наличии 6 посадочных полос, т.к.:

1. с введением 6-ой полосы суммарные затраты падают в 4,76 раза (8589080/1803123=4,76); с введением 7-ой полосы – увеличиваются в 1,16 раза (2100000/1803213=1,16).
2. с введением 6-ой полосы прибыль увеличивается в 14,51 раз (9825664/677256=14,51); с введением 7-ой полосы - увеличивается только в 1,2 раза (11765169/9825664=1,20).

     Использование большего количества полос будет  эффективным лишь при увеличении интенсивности потока самолетов. 
 
 
 
 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

     Результатом выполнения данной работы является созданная имитационная модель взлетно-посадочных полос аэропорта. Разработанные интерфейсы позволяют организовать ввод различных параметров моделирования, а также организовать экспорт критических параметров в файл MS Excel. Анимационная модель в наглядной форме отображает работу аэропорта.

     С помощью данной модели был проведен анализ по определению количества взлетно-посадочных полос, при котором достигается  максимальная экономическая эффективность.

     Созданную модель можно использовать для оценки работы реальных аэропортов, условия работы которых схожи с условиями задачи. 

 

     

СПИСОК  ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Arena User's Guide
2. Arena Variables Guide
3. Arena Template Developer's Guide
4. Rockwell (Systems Modeling) http://www.interface.ru/home.asp?artId=66&vId=2 
   

Приложение 1

Приложение 2.

 

Листинг программы диалоговых окон 

Код объекта «This Document»

‘объявление переменных

Option Explicit

Dim oExcelApp As Excel.Application

Dim oWorkBook As Excel.Workbook

Dim oWorkSheet As Excel.Worksheet 

Private Sub ModelLogic_RunBegin() ‘запуск модели

    frmParameters.Show ‘показ формы выбора параметров

End Sub 

Private Sub ModelLogic_RunBeginSimulation() ‘процесс моделирования

    With ThisDocument.Model.Modules

        ThisDocument.Model.SIMAN.RunEndTime = EndMod ‘устанавливаем длительность моделирования

       

        .Item(.Find(smFindTag, "Strip1")).Data("Capacity") = Int(StripAmount / 2) 'вместимость 1-ой полосы

        .Item(.Find(smFindTag, "Strip2")).Data("Capacity") = StripAmount - (Int(StripAmount / 2)) ‘2-ой полосы

       

        Condition1 = CStr("(Posadka.WIP<" + CStr(StripAmount) + " && t==0)  || ((TNOW-Entity.CreateTime) >= Vremya)")

        Condition2 = CStr("(Posadka.WIP<" + CStr(StripAmount) + " )  || ((TNOW-Entity.CreateTime) >= 140)")

       

        .Item(.Find(smFindTag, "Ozhidanie")).Data("Condition") = Condition1 ‘условия блока «Ozhidanie»

        .Item(.Find(smFindTag, "Ozhidanie_posle_dozapravki")).Data("Condition") = Condition2 ‘условие блока «Ozhidanie posle dozapravki»

    End With

End Sub 

Private Sub ModelLogic_RunEndSimulation()

   frmExport.Show ‘показ формы экспорта данных

End Sub 

Код формы «frmParameters»

Private Sub btnStart_Click() ‘кнопка «Запуск модели»

    EndMod = Val(txtDays.value) * 24 * 60

    StripAmount = Val(txtStripAmount.value) ‘количество посадочных полос

    frmParameters.Hide ‘скрытие формы

End Sub 

Private Sub btnExit_Click() ‘кнопка «Отмена»

    frmParameters.Hide ‘скрытие формы

    ThisDocument.Model.SIMAN.Application.Quit

End Sub 

Код формы «frmExport »

Private Sub btnYes_Click() ‘кнопка «Да»

    Set oExcelApp = CreateObject("Excel.Application") ‘создаем документ MS Excel

    oExcelApp.Visible = False

    oExcelApp.SheetsInNewWorkBook = 1

    Set oWorkBook = oExcelApp.WorkBooks.Add

    Set oWorkSheet = oWorkBook.ActiveSheet

   

    Dim Money As Long, Money1 As Long, Money2 As Long, Money3 As Long

    With ThisDocument.Model.SIMAN

        Money1 = .VariableArrayValue(.SymbolNumber("S1S2")) ‘ затраты на дозаправку

        Money2 = .SIMAN.VariableArrayValue(.SymbolNumber("S3")) ’ прибыль за посадку без ожидания

        Money3 = .SIMAN.VariableArrayValue(.SymbolNumber("S4S5")) ’ прибыль за посадку после ожидания

    End With

    oWorkSheet.Cells(2, 2).value = "Прибыль (убыток)"

    oWorkSheet.Cells(2, 4).value = Money2 + Money3 - Money1 - (StripAmount * 300000) ‘считаем прибыль

   

    oExcelApp.Visible = True

    oExcelApp.DisplayAlerts = False

    oWorkBook.SaveAs ThisDocument.Model.Path & "Airport.xls"

    frmExport.Hide

End Sub 

Private Sub btnNo_Click() ‘кнопка «Нет»

    End