Tài liệu Nghiên cứu ứng dụng slamii phục cho kỹ thuật mô hình mô phỏng trong sản xuất công nghiệp

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nêu trong Luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ một công trình nào khác. Trừ các phần tham khảo đã được nêu rõ trong Luận văn. Tác giả NGUYỄN NGỌC THÚY LỜI CẢM ƠN Tác giả xin chân thành cảm ơn GS.TS Nguyễn Đắc Lộc và TS Nguyễn Thành Nhân đã hƣớng dẫn và giúp đỡ tận tình từ định hƣớng đề tài, tổ chức thực nghiệm đến quá trình viết và hoàn chỉnh Luận văn. Tác giả bày tỏ lòng biết ơn các thầy cô trong bộ môn Công nghệ Chế tạo máy, viện Cơ khí trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội. Xin cám ơn Ban lãnh đạo Viện đào tạo Sau đại học và Viện Cơ khí trƣờng Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hoàn thành bản Luận văn này. Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn không tránh khỏi sai sót, tác giả rất mong nhận đƣợc sự đóng góp ý kiến của các Thầy, Cô giáo, các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp. Tác giả NGUYỄN NGỌC THÚY MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1 a, Lý do chọn đề tài: ........................................................................................... 1 b, Lịch sử nghiên cứu .......................................................................................... 1 c, Mục đính nghiên cứu của luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu ................. 2 d, Tóm tắt cô đọng các luận điểm các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả: ...................................................................................................................... 2 e, Phƣơng pháp nghiên cứu: ................................................................................ 3 CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ MÔ HÌNH MÔ PHỎNG ................................... 4 1.1ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................................... 4 1.2 ĐÁNH GIÁ VÀ PHÂN TÍCH HIỆU NĂNG................................................. 5 1.3 LỢI ÍCH CỦA MÔ HÌNH MÔ PHỎNG CÁC HỆ THỐNG SẢN XUẤT ..... 6 1.4 MỘT SỐ LỖI THƢỜNG GẶP TRONG MÔ PHỎNG .................................. 6 1.5 NGÔN NGỮ MÔ PHỎNG ............................................................................ 8 CHƢƠNG 2: LÝ THUYẾT CHUNG VỀ MÔ HÌNH MÔ PHỎNG ................... 9 2.1 HỆ THỐNG .................................................................................................. 9 2.2.1 KHÁI NIỆM CHUNG ............................................................................. 9 2.2.2 KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT ........................................... 12 2.2 MÔ HÌNH ................................................................................................... 13 2.2.1 KHÁI NIỆM CHUNG ........................................................................... 13 2.2.2 MÔ HÌNH MÔ PHỎNG ........................................................................ 13 2.2.3 KHÁI NIỆM VỀ ĐỒNG HỒ MÔ PHỎNG ............................................ 15 2.2.4 XÂY DỰNG MÔ HÌNH ........................................................................ 16 2.2.5 XÂY DỰNG MÔ HÌNH MÔ PHỎNG SỰ KIỆN RỜI RẠC .................. 17 2.3 MÔ PHỎNG ............................................................................................... 19 2.3.1 KHÁI NIỆM CHUNG ........................................................................... 19 2.3.2 CÁC BƢỚC NGHIÊN CỨU MÔ PHỎNG ............................................ 20 2.3.3 MỘT SỐ MÔ HÌNH BÀI TOÁN ....................................................... 25 CHƢƠNG 3: GIỚI THIỆU MỘT SỐ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG ................... 29 3.1 TÌM HIỂU CHUNG VỀ CÁC PHẦN MỀM MÔ PHỎNG .......................... 29 3.2 PHÂN LOẠI NGÔN NGỮ VÀ MÔI TRƢỜNG MÔ PHỎNG .................... 31 3.3 NGÔN NGỮ LẬP TRÌNH ĐA DỤNG VÀ NGÔN NGỮ MÔ PHỎNG ...... 31 3.4 YÊU CẦU ĐỐI VỚI MỘT PHẦN MỀM MÔ PHỎNG .............................. 33 3.5 MỘT SỐ PHẦN MỀM MÔ PHỎNG .......................................................... 34 3.5.1 GPSS ..................................................................................................... 34 3.5.2 SIMAN/ARENA .................................................................................... 35 3.5.3 SIMPY ................................................................................................... 36 3.5.4 SIMCRIPT ............................................................................................. 36 3.5.5 SIMULA ................................................................................................ 37 3.5.6 SLAM II/AWESIM ................................................................................ 38 3.6 SO SÁNH MỘT SỐ NGÔN NGỮ MÔ PHỎNG ......................................... 39 CHƢƠNG 4: NGÔN NGỮ MÔ PHỎNG SLAM II ........................................... 41 4.1 GIỚI THIỆU VỀ HỆ THỐNG (PHẦN MỀM) SLAM II ............................. 41 4.2 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN CỦA SLAM II............................................... 42 4.2.1 CÁC BIẾN CƠ BẢN CỦA SLAM II ..................................................... 42 4.2.2 CÁC BIẾN NGẪU NHIÊN CƠ BẢN .................................................... 42 4.2.3 CÁC BIẾN RIÊNG CỦA SLAM II........................................................ 43 4.3. CÁC LỆNH TRONG HỆ THỐNG SLAM II.............................................. 44 4.3.1. GIỚI THIỆU CHUNG .......................................................................... 44 4.3.2. MẠNG CỦA SLAM II VÀ HỆ THỐNG HÀNG ĐỢI PHỤC VỤ ........ 46 4.3.3.MÔ HÌNH MẠNG SLAMII ................................................................... 50 4.3.4. GIỚI THIỆU CÁC YẾU TỐ MẠNG CƠ BẢN ..................................... 55 4.3.5.NÚT COLCT ......................................................................................... 68 4.3.6 TRẠNG THÁI ĐIỀU KHIỂN ................................................................ 70 4.4.MÔ PHỎNG MẠNG ................................................................................... 72 4.4.1.GIỚI THIỆU .......................................................................................... 72 4.4.2.RESOURCE BLOCK ............................................................................ 74 4.4.3 NÚT AWAIT ......................................................................................... 75 4.4.4 NÚT FREE ............................................................................................ 78 4.4.5 NÚT PREEMPT .................................................................................... 81 4.4.6 NÚT ALTER ......................................................................................... 84 4.4.7 GATE BLOCK ...................................................................................... 85 4.4.8 NÚT OPEN............................................................................................ 86 4.4.9 NÚT CLOSE.......................................................................................... 86 4.5. GIỚI THIỆU VỀ AWESIM ....................................................................... 87 4.6. TỔNG QUAN VỀ AWESIM ..................................................................... 87 4.6.1.HỖ TRỢ CHO MÔ HÌNH HÓA VISUAL SLAM . ............................... 87 4.6.2 HỖ TRỢ VIỆC VẼ ĐỒ THỊ VÀ LÀM BÁO CÁO ................................ 87 4.6.3 HỖ TRỢ XÂY DỰNG HOẠT HÌNH .................................................... 88 CHƢƠNG 5: ỨNG DỤNG NGÔN NGỮ MÔ HÌNH MÔ PHỎNG SLAM II TRONG SẢN XUẤT ........................................................................................... 89 5.1 YÊU CẦU CỦA BÀI TOÁN ...................................................................... 89 5.2 CÁC GIẢ THIẾT ........................................................................................ 89 5.3 XÂY DỰNG SƠ ĐỒ KHỐI ........................................................................ 90 5.4 QUY TRÌNH ĐÚC SẢN PHẨM ................................................................. 91 5.5 MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG ..................................................................... 92 5.6 THU THẬP DỮ LIỆU ................................................................................ 93 5.7 MÔ HÌNH MẠNG ...................................................................................... 94 5.8 MÔ HÌNH HOẠT CẢNH PHÂN XƢỞNG ................................................. 95 5.9 CÁC LỆNH ĐIỀU KHIỂN.......................................................................... 96 5.10 TÍNH TOÁN SỐ LẦN CHẠY CẦN THIẾT ............................................. 96 5.11. KẾT QUẢ THU ĐƢỢC ........................................................................... 97 5.12. THIẾT KẾ KỊCH BẢN ............................................................................ 99 5.13. KẾT QUẢ .............................................................................................. 101 KẾT LUẬN ........................................................................................................ 102 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................. 103 PHỤ LỤC ........................................................................................................... 104 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Ý nghĩa Ký hiệu 1 GPSS Hệ thống mô phỏng mục đích tổng quát 2 SLAMII Ngôn ngữ mô phỏng cho mô hình thay thế. 3 AweSim Một hệ thống mô phỏng hỗ trợ xây dựng mô hình. 4 ATRIB(I) Thuộc tính I của đối tƣợng hiện tại 5 II Biến thƣờng sử dụng nhƣ hằng số hoặc đối số 6 XX(I) Vector chung hoặc hệ thống 7 ARRAY(I,J) Ma trận chung hoặc hệ thống 8 TNOW Biến lƣu thời gian 9 NNACT(I) Các bƣớc trong nguyên công I tại thời điểm hiện tại 10 NNCN(I) Số chi tiêt đã hoàn thành nguyên công I 11 NNQ(I) Số chi tiết trong file I tại thời gian hiện tại 12 NNRSC(RLBL) Kiểm tra phôi RLBL 13 NRUSE(RLBL) Phôi RLBL đang dƣợc gia công 14 ATRIB(I) Thuộc tính I của đối tƣợng hiện tại 15 II Biến thƣờng sử dụng nhƣ hằng số hoặc đối số 16 XX(I) Vector chung hoặc hệ thống DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 3.1: Phân loại ngôn ngữ mô phỏng và môi trƣờng mô phỏng. ....................... 31 Bảng 3.2: So sánh tính năng của một số ngôn ngữ mô phỏng chính. ...................... 40 Bảng 4.1: Các biến cơ bản của SLAM II. .............................................................. 42 Bảng 4.2: Các biến ngẫu nhiên cơ bản của SLAM II. ............................................ 42 Bảng 4.3: Các biến riêng của SLAM II. ................................................................. 43 Bảng 5.1. Trạng thái hệ thống của phân xƣởng đúc ............................................... 98 Bảng 5.2. Kịch bản với số lƣợng máy cắt khác nhau .............................................. 99 Bảng 5.3. Kịch bản với số lƣợng máy thổi bụi khác nhau .................................... 100 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ Hình 2.1 : Các phƣơng pháp nghiên cứu hệ thống. ................................................ 10 Hình 2.2: Mô hình hệ thống sản xuất chỉ ra các ảnh hƣởng bên ngoài. ................... 12 Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống điều khiển quá trình sản xuất. ........................................ 12 Hình 2.4: Mô hình mô phỏng tất định và mô hình mô phỏng ngẫu nhiên. .............. 14 Hình 2.5: Mô hình mô phỏng liên tục và mô hình mô phỏng rời rạc. ..................... 15 Hình 2.6: Cách tiếp cận xây dựng mô hình để giải quyết vấn đề. ........................... 17 Hình 2.7: Mối quan hệ logic giữa các thành phần trạng thái của mô hình .............. 19 Hình 2.8: Các bƣớc nghiên cứu mô phỏng. ............................................................ 22 Hình 2.9 : Hệ thống hàng đợi một hàng chờ, một server ........................................ 25 Hình 2.10 : Hệ thống hàng đợi nhiều hàng chờ, một server .................................... 26 Hình 2.11 : Hệ thống nhiều hàng đợi, nhiều server ................................................ 26 Hình 2.12: Sơ đồ trạm kiểm tra và điều chỉnh ........................................................ 27 Hình 5.1: Sơ đồ khối phân xƣởng đúc. ................................................................... 91 Hình 5.2: Sơ đồ chung phân xƣởng đúc ................................................................. 91 Hình 5.3 Mô hình hóa bƣớc 1 của quá trình sản xuất. ............................................ 93 Hình 5.4. Mô hình mạng phân xƣởng sản xuất....................................................... 95 Hình 5.5. Mô hình hoạt cảnh của phân xƣởng sản xuất .......................................... 95 Hình 5.6. Chiều dài hàng trung bình. ..................................................................... 97 Hình 5.7.Thời gian đợi trung bình trong hàng ........................................................ 98 Hình 5.8: Mức độ sử dụng nguồn trung bình ......................................................... 98 MỞ ĐẦU Đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng giao diện SLAM II phục vụ cho kỹ thuật mô hình, mô phỏng trong sản xuất công nghiệp” Tác giả luận văn: Nguyễn Ngọc Thúy Khóa: CB2009 Ngƣời hƣớng dẫn: Hƣớng dẫn chính: GS.TS Nguyễn Đắc Lộc Hƣớng dẫn phụ: TS Nguyễn Thành Nhân a, Lý do chọn đề tài: Trong thời kỳ công nghiệp hóa – hiện đại hóa hiện nay thì việc tiếp cận và sử dụng các công nghệ và phần mềm ứng dụng mới mang ý nghĩa quyết định tới quá trình phát triển và hiện đại hoá đất nƣớc. Để tiếp cận và ứng dụng công nghệ mới , tối ƣu hóa dự án và giảm chi phí của các dự án thì việc áp dụng máy tính cho quá trình mô hình mô phỏng có ý nghĩa to lớn. SLAM II là một ngôn ngữ mô phỏng hỗ trợ xây dựng mô hình, phân tích các mô hình sử dụng mô phỏng, và trình bày các kết quả mô phỏng. SLAMII/Awesim là ngôn ngữ mô phỏng cho mô hình thay thế. Phần mềm này mô phỏng quá trình tiến hành của một dự án , việc này có ý nghĩa quyết định tới việc triển khai và tối ƣu hóa các dự án. Ví dụ khi ta tiến hành mô phỏng quá trình sản xuất của một phân xƣởng nó sẽ là cầu nối giữa ngƣời quản lý và trang bị công nghệ của phân xƣởng giúp tối ƣu hóa hoạt động của phân xƣởng đó. b, Lịch sử nghiên cứu Đã có một số công trình nghiên cứu về lĩnh mô hình mô phỏng nhƣ: Công trình nghiên cứu về mô phỏng về visual SlamII và Awesim : A.Alan B. Pritsker,O‟Reilly,Jean J. 1 JOnhn Willey &Sons Inc .1997. - Phác thảo mô phỏng và SLAMII. - Mô phỏng đƣợc sử dụng để nghiên cứu các vấn đề lớn nhƣ hệ thống đô thị, hệ thống kinh tế, hệ thống doanh nghiệp, … c, Mục đính nghiên cứu của luận văn, đối tƣợng, phạm vi nghiên cứu Mục đích của đề tài là cung cấp các thông tin hữu ích cho việc giải quyết vấn đề. Tài liệu đƣợc giới thiệu phƣơng pháp mô phỏng và giới thiệu ngôn ngữ mô phỏng cho mô hình thay thế. SLAM II hỗ trợ các mô hình của hệ thống từ các cách nhìn khác nhau. Ở đây, chúng tôi mô phỏng hệ thống sử dụng các quan điểm này và do đó cuốn sách chứa thông tin về các phƣơng pháp khác nhau của cấu trúc mô hình hệ thống. SLAM II đã đƣợc lập nên nhằm hỗ trợ các kỹ sƣ, các nhà quản lý, và các nhà nghiên cứu. Để làm đƣợc điều này nó cung cấp, các quan điểm để xây dựng mô hình và khả năng đầu vào, đầu ra. Từ nhiều vấn đề hiện nay đƣợc thống kê trong tự nhiên, khả năng đầu vào và đầu ra rất phong phú . Vì vậy, tài liệu này chủ yếu giành cho việc trình bày các khái niệm xác suất và thống kê liên quan để giải quyết vấn đề bằng cách sử dụng mô hình mô phỏng. d, Tóm tắt cô đọng các luận điểm các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả: Để giải quyết vấn đề sử dụng mô hình mô phỏng, cần phải hiểu đƣợc hệ thống và xác định các vấn đề liên quan đến hệ thống. Trong từng yêu cầu, mô hình phải đƣợc phát triển để giải quyết các vấn đề cụ thể. Hình thức của các mô hình, cũng phụ thuộc vào cách giải quyết vấn đề và yêu cầu của một tổ chức. Một ngôn ngữ mô phỏng đƣợc cung cấp nhƣ một phƣơng tiện. Nó cũng dịch một mô hình theo mô hình mẫu đƣợc một hệ thống máy tính chấp nhận. Máy tính này đƣợc sử dụng để thực hiện các mô hình , cung cấp kết quả đầu ra có thể đƣợc phân tích nhằm mục đích đƣa ra quyết định liên quan tới vấn đề cần giải quyết. 2 e, Phƣơng pháp nghiên cứu: Những vấn đề phải đối mặt trong ngành công nghiệp, thƣơng mại, và các ngành kinh tế nói chung liên tục phát triển về quy mô và độ phức tạp. Từ đó, xuất hiện nhu cầu kỹ thuật để giải quyết các vấn đề trên. Phần này giới thiệu việc sử dụng mô hình và mô phỏng mô hình trong các trƣờng hợp cụ thể, để giải quyết các vấn đề. Mô hình mô phỏng có thể đƣợc sử dụng theo 4 loại: +Thiết bị giải trình để xác định hệ thống hoặc vấn đề. +Phƣơng tiện phân tích để xác định các yếu tố quan trọng, thành phần và các sự kiện liên quan. +Giám định thiết kế tổng hợp và đánh giá các giải pháp đƣợc đề xuất. + Một thiết bị dự báo và hỗ trợ trong việc lập kế hoạch phát triển trong tƣơng lai. 3 CHƢƠNG 1: GIỚI THIỆU VỀ MÔ HÌNH MÔ PHỎNG 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Mô phỏng là phƣơng pháp đƣợc sử dụng rộng rãi khi nghiên cứu các quá trình, hiện tƣợng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Mô phỏng đƣợc xây dựng dựa trên các mô hình toán học, các mô hình tự nhiên, các mối quan hệ logic cùng với sự trợ giúp của máy tính để diễn tả lại các quá trình hoạt động của đối tƣợng cần mô phỏng. Các đối tƣợng này đƣợc gọi tắt là hệ thống. Nếu một hệ thống chƣa sẵn sàng để sử dụng, giống nhƣ trong các giai đoạn thiết kế thì một mô hình mô phỏng sẽ là cho phép dễ dàng dự đoán hiệu năng của hệ thống hoặc so sánh với các hệ thống khác nhau, thậm trí dễ dàng hơn khi cho các yếu tố đầu vào thay đổi. Đối với các mô hình đơn giản có thể sử dụng các phƣơng pháp toán học (đại số, giải tích hay lý thuyết xác suất,…) khi nghiên cứu để có đƣợc kết quả chính xác về hệ thống. Phƣơng pháp này đƣợc gọi là phƣơng pháp phân tích. Tuy nhiên đối với những hệ thống phức tạp thì phƣơng pháp này trở nên kém hiệu quả. Do đó, phƣơng pháp mô phỏng sử dụng máy tính để tập hợp các dữ liệu và giải quyết các vấn đề liên quan nhằm diễn tả đặc tính của mô hình trở thành một công cụ hữu ích. Ở giai đoạn thiết kế hệ thống, mô hình hoá giúp lựa chọn cấu trúc, các thông số đầu vào và đầu ra. Ở giai đoạn chế tạo, mô hình hoá giúp cho việc lựa chọn vật liệu và công nghệ chế tạo. Ở giai đoạn vận hành hệ thống, mô hình hoá giúp cho ngƣời điều khiển giải các các bài toán điều khiển tối ƣu, dự đoán các trạng thái của hệ thống. Đặc biệt tiết kiệm đƣợc thời gian cũng nhƣ chi phí về vật chất và tài chính. Phƣơng pháp mô hình mô phỏng thƣờng đƣợc dùng trong các trƣờng hợp sau đây: 1. Khi nghiên cứu trên hệ thống thực gặp khó khăn do nhiều nguyên nhân nhƣ:  Giá thành nghiên cứu trên hệ thống thực quá đắt.  Nghiên cứu trên hệ thống thực đòi hỏi thời gian quá dài. 4  Nghiên cứu trên hệ thống thực ảnh hƣởng đến sản xuất hoặc gây nguy hiểm cho ngƣời và thiết bị. (Ví dụ nghiên cứu quá trình vận hành lò luyện kim).  Trong một số trƣờng hợp không cho phép thực nghiệm trên hệ thống thực (Ví dụ hệ thống làm việc ở những nơi độc hại, nguy hiểm, dƣới hầm sâu, đáy biển hoặc nghiên cứu trên cơ thể con ngƣời, …) 2. Đánh giá tính tối ƣu của một hệ thống so với hệ thống khác. 3. Nghiên cứu tính khả thi của hệ thống ngay cả khi chƣa có hệ thống thực. Để thiết lập một mô hình mô phỏng, cần phải hiểu đƣợc hệ thống và xác định các vấn đề liên quan đến hệ thống. Đối với từng yêu cầu, mô hình phải đƣợc phát triển để giải quyết các vấn đề cụ thể. Hình thức của các mô hình cũng phụ thuộc vào cách giải quyết vấn đề và yêu cầu của một tổ chức. Một ngôn ngữ mô phỏng đƣợc cung cấp nhƣ một phƣơng tiện. Nó cũng dịch một mô hình theo mô hình mẫu đƣợc một hệ thống máy tính chấp nhận. Máy tính này đƣợc sử dụng để thực hiện các mô hình, cung cấp kết quả đầu ra có thể đƣợc phân tích nhằm mục đích đƣa ra quyết định liên quan tới vấn đề cần giải quyết. 1.2 ĐÁNH GIÁ VÀ PHÂN TÍCH HIỆU NĂNG Mục đích của công việc nghiên cứu hiệu năng là vừa để so sánh với các phƣơng pháp khác nhau vừa để tìm ra giá trị tham số tối ƣu. Các mô hình phân tích thƣờng cung cấp một cái nhìn tốt nhất về tác động của các tham số khác nhau và mức ảnh hƣởng của chúng tới kết quả đầu ra. Hiện nay các nhà phân tích chủ yếu đánh giá bởi 3 phƣơng pháp: đo lƣờng, mô phỏng và mô hình hóa phân tích. Các phƣơng pháp đo đạc mặc dù nghe có vẻ gần với thực tế nhƣng lại thiếu tính chính xác nhất, đơn giản vì có nhiều tham số môi trƣờng tác động đến từng thử nghiệm. Các tham số cũng không thể hiện khoảng làm việc thay đổi trong hệ thống thực tế. Do vậy tính chính xác của hệ thống có thể thay đổi từ cao tới không chính xác. Nhìn chung mô hình hóa phân tích đòi hỏi nhiều sự đơn giản hóa và giả thiết dẫn đến kết quả sai lệch so với thực tế. Các phƣơng pháp mô phỏng có thể kết hợp nhiều chi tiết, yếu tố hơn và yêu cầu ít giả thiết hơn là mô hình hóa phân tích và do đó thƣờng gần với thực tế hơn. 5 1.3 LỢI ÍCH CỦA MÔ HÌNH MÔ PHỎNG CÁC HỆ THỐNG SẢN XUẤT Mô phỏng hệ thống sản xuất đƣa lại nhiều lợi ích, đó là lý do mà ngày nay mô phỏng đƣợc ứng dụng nhiều trong nghiên cứu các hệ thống sản xuất. Nhờ có mô phỏng, ngƣời ta có thể nghiên cứu nhiều mô hình của quá trình sản xuất, đánh giá năng lực sản xuất của trong mô hình, từ đó tìm ra mô hình tối ƣu nhằm:  Tăng năng suất lao động.  Giảm lƣợng vật tƣ phải dự trữ trong kho.  Tăng hệ số sử dụng máy.  Giảm vốn đầu tƣ (đất đai, nhà xƣởng, máy móc…).  Tăng khả năng cung cấp trực tuyến các sản phẩm cho khách hàng Đồng thời mô phỏng cũng cho ta khả năng để đánh giá các vấn đề sau:  Kế hoạch sản xuất.  Mức dự trữ nguyên vật liệu và phụ tùng thay thế trong kho.  Phân tích độ tin cậy của hệ thống sản xuất.  Chính sách kiểm tra chất lƣợng. Nói chung mô phỏng đƣa lại nhiều lợi ích khi thiết kế cũng nhƣ khi vận hành các hệ thống sản xuất. 1.4 MỘT SỐ LỖI THƢỜNG GẶP TRONG MÔ PHỎNG Mô phỏng là kỹ thuật có ích cho công việc phân tích hiệu năng của hệ thống với sự trợ giúp của máy tính. Tuy nhiên, các mô hình mô phỏng có thể gặp thất bại, nghĩa là chúng cung cấp các kết quả không có ích hoặc làm sai kết quả. Lý do bởi vì những ngƣời xây dựng các mô hình là các chuyên gia trong lĩnh vực phần mềm nhƣng lại thiếu sót về lĩnh vực thống kê, hoặc họ là chuyên gia trong lĩnh vực thống kê nhƣng lại không có các kỹ thuật tốt để phát triển phần mềm. Một lý do khác là mô phỏng bị dừng trƣớc khi hoàn thành. Do các mô hình mô phỏng cần một thời gian khá lâu để phát triển, lâu hơn nhiều so với dự đoán ban đầu. Sau đây là một số lỗi thƣờng gặp trong mô phỏng:  Mức độ chi tiết không hợp lý: Về cơ bản, mô phỏng cho phép nghiên cứu một hệ thống chi tiết hơn một mô hình phân tích. Việc phân tích đòi hỏi nhiều yếu 6 tố đƣợc đơn giản hóa và giả thiết. Hay nói cách khác mô hình phân tích là kém chi tiết hơn. Trong mô hình mô phỏng, mức độ chi tiết chỉ bị hạn chế bởi yếu tố thời gian giành cho việc phát triển mô phỏng. Mô phỏng càng chi tiết càng đòi hỏi nhiều thời gian để phát triển. Mô phỏng chi tiết hơn cũng đòi hỏi máy tính nhiều thời gian hơn để phân tích và thực hiện. Về tổng quát có thể cho rằng một mô hình càng chi tiết thì càng tốt vì nó cần ít giả thiết hơn, tuy nhiên điều này không phải bao giờ cũng đúng. Một mô hình chi tiết yêu cầu các kiến thức chi tiết cho các thông số đầu vào, và nếu không có độ chính xác cao thì sẽ cho kết quả mô phỏng sai. Hơn nữa chúng đòi hỏi nhiều thời gian hơn để phát triển. Tốt hơn hết nên bắt đầu với một mô hình ít chi tiết hơn, thu đƣợc một số kết quả, xem xét các tác động, sau đó đƣa thêm chi tiết trong những yếu tố có ảnh hƣởng lớn nhất tới kết quả.  Ngôn ngữ mô phỏng không thích hợp: Việc lựa chọn ngôn ngữ mô phỏng có vai trò khá quan trọng trong giai đoạn đầu xây dựng mô phỏng. Các ngôn ngữ mô phỏng với tính năng đặc biệt cho phép rút ngắn thời gian xây dựng và phát triển mô hình, dễ dàng hơn trong việc xác nhận và phân tích thống kê, cho phép điều khiển hiệu quả về mức độ và thời gian mô phỏng.  Các mô hình không đƣợc kiểm tra: Các mô hình mô phỏng thƣờng đƣợc xây dựng với sự trợ giúp của máy tính. Nó có khả năng bị lỗi chƣơng trình hoặc lỗi về tập trình, dẫn đến việc cho ra kết quả không có ý nghĩa.  Các mô hình không hợp lệ: Ngay cả khi các chƣơng trình mô phỏng không bị lỗi, nó vẫn có thể biểu diễn hệ thống không chính xác do các giả thiết không chính xác về hành vi của hệ thống. Do đó các mô hình cần đƣợc kiểm tra để đảm bảo kết quả có đƣợc giống với kết quả của hệ thống thực thông qua mô hình phân tích.  Bỏ qua trạng thái ban đầu: Phần đầu tiên của mô phỏng thƣờng không miêu tả các hoạt động của hệ thống trong trạng thái ổn định. Nó thƣờng đƣợc loại bỏ.  Mô phỏng quá ngắn: Do yếu tố thời gian luôn là quan trọng nên ngƣời xây dựng thƣờng cố gắng tiết giảm. Kết quả trong các trƣờng hợp này bị phụ thuộc rất nhiều vào yếu tố đầu vào và kết quả thu đƣợc không sát với hệ thống thực. 7  Hàm sinh số ngẫu nhiên: Mô hình mô phỏng đòi hỏi các yếu tố ngẫu nhiên, thủ tục tạo ra các số ngẫu nhiên đƣợc gọi là hàm sinh số ngẫu nhiên. Hàm sinh số ngẫu nhiên cần đƣợc phân tích kỹ lƣỡng. Con số ngẫu nhiên đầu tiên (thƣờng đƣợc khởi tạo bằng 0) cần đƣợc chọn lựa cẩn thận để đảm bảo tính độc lập giữa các chuỗi số ngẫu nhiên. Nó tạo ra sự tƣơng tác giữa các quá trình khác nhau của hệ thống. 1.5 NGÔN NGỮ MÔ PHỎNG Lựa chọn ngôn ngữ mô phỏng là bƣớc quan trọng nhất trong tiến trình phát triển của một mô hình mô phỏng. Nó có thể ảnh hƣởng tới thời gian và tính khả thi của dự án. Các ngôn ngữ mô phỏng có sẵn chức năng có thể cải thiện thời gian, lập lịch sự kiện, biến đổi các thực thể, tạo các biến ngẫu nhiên, thu thập dữ liệu thống kê và tạo các báo cáo. Nó cho phép các nhà phân tích giành nhiều thời gian vào kết quả cụ thể của hệ thống đƣợc mô phỏng mà không cần quan tâm nhiều đến các vấn đề chung đối với mô phỏng. Các ngôn ngữ này cũng cho phép một mã modul dễ đọc và có thể phát hiện lỗi. Ngôn ngữ lập trình đa dụng nhƣ Pascal hoặc FORTRAN đƣợc chủ yếu lựa chọn vì chúng đã khá phổ biến. Hầu hết những ngƣời mới, các nhà thiết kế mạng và các nhà phân tích không quen với ngôn ngữ mô phỏng. Hơn nữa các ngôn ngữ mô phỏng thƣờng không có sẵn trong máy tính của họ. Tuy nhiên sử dụng ngôn ngữ lập trình đa dụng sẽ tiêu tốn một lƣợng thời gian thực hiện các thƣờng trình để xử lý các sự kiện, tạo số ngẫu nhiên,… Ngôn ngữ mô phỏng có thể phân vào 2 loại chính: ngôn ngữ mô phỏng liên tục và ngôn ngữ mô phỏng rời rạc, phụ thuộc vào loại sự kiện mà chúng mô phỏng. Ngôn ngữ mô phỏng liên tục đƣợc thiết kế để xử lý những mô hình sự kiện liên tục thƣờng đƣợc diễn tả bằng các phƣơng trình vi phân. Ví dụ các ngôn ngữ CSMP và DYNAMO. Những ngôn ngữ này thƣờng đƣợc phổ biến trong mô hình hệ thống hóa học. Mô hình mô phỏng rời rạc đƣợc thiết kế để xử lý những mô hình sự kiện rời rạc. Ví dụ GPSS, SIMULA, SLAMII. Một số ngôn ngữ nhƣ SIMCRIPT và GASP cho phép mô phỏng rời rạc và liên tục kết hợp. Ngôn ngữ mô phỏng là một gói phần mềm máy tính nói chung nhƣng có thể có các tính năng đặc biệt cho một số loại của các ứng dụng. Ví dụ nhƣ SIMAN, SLAM II hỗ trợ mô phỏng cho quá trình sản xuất bằng băng tải và các loại xe tự động. 8 CHƢƠNG 2: LÝ THUYẾT CHUNG VỀ MÔ HÌNH MÔ PHỎNG Dƣới đây là một số thuật ngữ thƣờng đƣợc dùng trong mô hình hóa. Các thành phần khác của hệ thống nhƣ phƣơng tiện ghi nhớ, thiết bị đầu cuối,… sẽ đƣợc bỏ qua trong tài liệu này. 2.1 HỆ THỐNG 2.2.1 KHÁI NIỆM CHUNG Hệ thống là tập hợp của các đối tƣợng nghiên cứu hoạt động, tác động qua lại dựa trên các phân tích toán học. Việc xác định hệ thống phụ thuộc vào mục tiêu của từng nghiên cứu cụ thể. Do đó, khái niệm về một hệ thống là tƣơng đối. Trong một số trƣờng hợp, tập hợp các đối tƣợng tạo thành hệ thống này có thể là hệ thống con của một hệ thống khác. Ví dụ, khi mô phỏng hoạt động của một ngân hàng để xác định số lƣợng giao dịch viên cần thiết nhằm cung cấp dịch vụ thích hợp cho khách hàng khi họ đến rút tiền hoặc gửi tiền vào tài khoản. Ở đây, hệ thống đƣợc xác định bởi các thành phần là số lƣợng giao dịch viên và khách hàng đang đƣợc hoặc đang chờ đƣợc phục vụ. Mặt khác, bộ phận cho vay và thu ngân cũng liên quan tới. Nhƣ vậy định nghĩa hệ thống phải đƣợc mở rộng đối với từng nghiên cứu cụ thể. Phạm vi của mỗi mô hình mô phỏng đƣợc xác định bởi trạng thái của hệ thống. Biến trạng thái của hệ thống là tập hợp các biến cần thiết để mô tả hệ thống tại thời điểm cụ thể, liên quan tới mục tiêu của đối tƣợng mô phỏng. Nếu một chƣơng trình mô phỏng bị dừng lại ở giữa chừng, nó có thể đƣợc khởi động lại chỉ khi các giá trị của biến trạng thái đã đƣợc biết trƣớc. Trong ví dụ trên, biến trạng thái là số giao dịch viên đang phục vụ, số lƣợng khách hàng và thời gian đến của khách hàng. Cần xem xét phạm vi của hệ thống để ta có thể thiết kế theo giới hạn và nội dung của nó. Giới hạn của một hệ thống có thể đƣợc xác định theo quy luật tự nhiên. Tuy nhiên, tốt hơn nên xác định giới hạn trong mối quan hệ nguyên nhân và kết quả. Hệ thống có thể đƣợc phân làm 2 loại rời rạc và liên tục:  Hệ thống rời rạc là hệ thống mà các biến trạng thái thay đổi theo từng thời 9 khoảng thời gian. Ví dụ, hệ thống ngân hàng với biến trạng thái là số lƣợng khách hàng đến và đi thay đổi tại từng khoảng thời gian khác nhau.  Hệ thống liên tục là hệ thống mà các biến trạng thái thay đổi liên tục theo thời gian. Ví dụ, khi máy bay cất cánh, các biến trạng thái vận tốc và vị trí của máy bay thay đổi liên tục theo thời gian. Một vài hệ thống không hoàn toàn là rời rạc hoặc liên tục, nhƣng nếu một trong 2 loại thay đổi nhiều hơn trong toàn bộ hệ thống thì phân loại theo cái thay đổi nhiều hơn. Sự kiện: Một thay đổi trong trạng thái của hệ thống đƣợc gọi là sự kiện. Việc mô phỏng hoạt động của ngân hàng bao gồm các sự kiện: số lƣợng khách hàng đến và dời đi sau khi đƣợc phục vụ, số lƣợng giao dịch viên. Đối với một hệ thống, cần nghiên cứu theo các giai đoạn hoạt động trong các điều kiện khác nhau nhằm tìm ra mối quan hệ logic giữa các thành phần hoặc nguyên tắc hoạt động của nó khi thay đổi điều kiện. Ta có thể nghiên cứu hệ thống theo các phƣơng pháp khác nhau theo hình 2.1: Hệ thống Thí nghiệm với hệ thống thực tế Thí nghiệm với hệ thống mô hình t Mô hình vật lý Mô hình toán học Phƣơng pháp phân tích Phƣơng pháp mô phỏng Hình 2.1 : Các phƣơng pháp nghiên cứu hệ thống.  Thí nghiệm với hệ thống thực tế và với hệ thống mô hình: Thí nghiệm với hệ thống thực tế giúp nghiên cứu một số tính năng của hệ thống khi thay đổi điều kiện làm việc hoặc cơ cấu vật lý khiến hệ thống làm việc trong điều kiện mới. Tuy nhiên 10 phƣơng pháp này ít khả thi đối với các hệ thống phức tạp hoặc khi cần nghiên cứu tìm một phƣơng án tối ƣu để xây dựng đề án mới. Vì vậy thí nghiệm với hệ thống mô hình thực sự cần thiết. Nghiên cứu mô hình thay thế cho hệ thống thực giúp giảm thiểu chi phí đồng thời thể hiện đƣợc đúng các đặc tính của hệ thống.  Mô hình vật lý và mô hình toán học: Đối với mô hình vật lý, từ „mô hình‟ có thể hiểu nhƣ buồng tập lái máy bay để huấn luyện phi công hay tàu chiến trong bể bơi,… Mô hình vật lý mang lại những kết quả nghiên cứu trực quan cho hệ thống quản lý hoặc hệ thống vận chuyển. Tuy nhiên, nó ít mang lại những kết quả phân tích về mối quan hệ logic và các đại lƣợng trong hệ thống. Mô hình toán học cho một hệ thống là các mối quan hệ logic và các đại lƣợng mà khi thay đổi chúng thì mô hình thay đổi theo, vì vậy hệ thống cũng thay đổi. Ví dụ đơn giản nhất của mô hình toán học là quan hệ S=v.t với quãng đƣờng (S), vận tốc (v) và thời gian (t).  Phƣơng pháp phân tích và mô phỏng: Khi xây dựng một mô hình toán học nó phải thể hiện đúng hệ thống mà mô hình xây dựng. Nếu mô hình đủ đơn giản, có thể nghiên cứu thông qua các mối quan hệ và các đại lƣợng để đƣa ra kết quả chính xác, gọi là phƣơng pháp phân tích. Ví dụ trong mô hình S=v.t, nếu biết quãng đƣờng và vận tốc thì có thể làm việc với quan hệ t=S/v là thời gian cần tìm. Đối với các mô hình mà phƣơng pháp phân tích quá phức tạp, tính toán lớn thì phƣơng pháp này kém hiệu quả. Khi đó các hệ thống này thƣờng đƣợc nghiên cứu qua mô phỏng. Trong một số trƣờng hợp các mô hình toán học quá phức tạp, không thể dùng bất cứ phƣơng pháp phân tích nào thì mô hình đầu vào đƣợc kiểm tra để thấy mức độ ảnh hƣởng của nó tới đầu ra nhƣ thế nào. Nếu đƣợc xem xét nhƣ đầu vào, thì nó đƣợc coi nhƣ là các yếu tố đƣợc chỉ định để quy định các giá trị, bảng biểu, hoặc chƣơng trình. Ví dụ, khi xác định mô hình hệ thống sản xuất của công ty, nếu bộ phận bán hàng đƣợc xem nhƣ đầu vào của hệ thống sản xuất, thì mô hình sẽ không chứa quan hệ nguyên nhân và kết quả bán hàng. Nó chỉ bao gồm bảng thống kê doanh thu hoặc dự báo về kết quả bán hàng. Trong mô hình của hệ thống sản xuất, thì tổ chức bán hàng ở bên ngoài giới hạn của hệ thống nhƣng có thể ảnh hƣởng đến hệ thống, tạo thành môi trƣờng của hệ thống. Nhƣ vậy, hệ thống tập hợp các vật 11 tƣơng tác với nhau và bị ảnh hƣởng bởi các yếu tố bên ngoài. CÁC CHỈ SỐ TÀI CHÍNH NHỮNG QUY TẮC HỢP HỆ THỐNG CON NGƢỜI MÁY MÓC TỔ CHỨC QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT KINH DOANH MÔI TRƢỜNG CUNG CẤP NGUYÊN LIỆU Hình 2.2: Mô hình hệ thống sản xuất chỉ ra các ảnh hƣởng bên ngoài. 2.2.2 KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG SẢN XUẤT Hệ thống sản xuất đƣợc chia làm hai loại chính: hệ thống liên tục và hệ thống gián đoạn. Trong hệ thống liên tục quá trình sản xuất xảy ra liên tục nhƣ sản xuất điện năng, sản xuất hoá chất, vận chuyển dầu khí .v.v. Trong hệ thống gián đoạn quá trình sản xuất xảy ra với các sự kiện gián đoạn nhƣ sản xuất cơ khí, sửa chữa, lắp ráp, vận tải hành khách, cơ sở dịch vụ .v.v. Hệ thống gián đoạn rất phổ biến và chiếm tỷ trọng lớn trong các hệ thống sản xuất. Vì vậy mô phỏng hệ thống sản xuất gián đoạn có ý nghĩa to lớn trong thực tế. Trong hệ thống gián đoạn các sự kiện gián đoạn có vai trò đặc biệt quan trọng. Đơn hàng Năng Lƣợng Vật tƣ Trung Tâm Điều Khiển Gia công sản phẩm Lắp ráp, hoàn thiện Phân phối sản xuất Hình 2.3: Sơ đồ hệ thống điều khiển quá trình sản xuất. 12 Sản Phẩm