GPSS课程设计题目2

题目1：箱包分类系统分析设计及优化
一个箱包分类系统由一个横向进给传送带和12条分类通道（编号依次为：1、2、3、 (12)
组成，从横向进给传送带左侧开始每隔1.5M设置一个分类通道。

如下面的示意图(不是按实际比例)所示。

箱包从系统左侧以50个/分钟的速度随机（达到服从泊松分布）进入系统，左侧入口前，进入的箱包从前缘到前缘相隔至少60cm。

横向进给传送带的运行速度是54米/分钟，分类通道的运行速度时27米/分钟。

分类通道的传送带部件是积累式的，即在分类通道的末端箱包可以没有间隙地积累在一起。

进入的箱包按照下面的比例分布在12条分类通道上：
第12条分类通道是过剩的通道，只有当其他的分类通道已经满额而无法转移到上面的时候才使用。

在分类通道的末端，有一组操作员使用条形码扫描仪对每个箱包进行扫描，贴上标签然后将其放到抓盘上。

操作员根据需要不时地从一个分类通道到另一个分类通道，以防某个分类通道满额。

每个分类通道都有一个抓盘，可以装40个箱包。

假如一个抓盘装满了，立即就会有空的抓盘补上。

如果某个分类通道已经积满了10个箱包而另一个箱包已经到达传送的分流点了，那么这个箱包将继续沿着主传送带移动然后转移到第12个分类通道，也就是多余的那个分类通道。

假设每个操作员平均每分钟处理8.5个箱包。

忽略走路时间以及分配某个操作员去特定分类通道：也就是说，假设所有的操作员按照均匀分布在12个分类通道的工作组工作。

（a）设计一个实验改变操作员的数量并回答下列问题：系统能正常处理（保证所有的箱包都放入1－11分类通道的抓盘上）？若能，最少需要多少个操作员？若不能，解释为什么不能处理；如果只要求95%以上的的箱包能放入1－11分类通道的抓盘上，则又如何？对应每个实验，报告如下统计信息：
✧操作员利用率。

✧由1－11分类通道放到抓盘的箱包数量。

✧转移到过剩的分类通道上的箱包数量。

（b）考虑操作员走路时间以及分配操作员到分类通道的细节。

假设操作员每分钟走60米。

处理每个箱包的时间现在假设是7.5个/分钟。

通过仿真确定操作员的数量及配置方案，设计相应的调度/变道规则（例如：确定操作员数量后，配置方案为：每个操作员被分配到一定数量的相邻分
类通道且只处理这些分类通道。

当然，如果需要，操作员的分配可以重叠，即两个(不是更多个)操作员可以分配到一个分类通道；变道规则是：只有当前分类通道已空或者另外一个分类通道上的箱包数量达到一定水平才会更换到有更多箱包的分类通道），并回答以下问题。

✧你设计的优化方案最少需要多少个操作员可以确保所有的箱包都放入1－11分类通道的抓
盘上？最少需要多少个操作员可以确保95%以上的的箱包都放入1－11分类通道的抓盘上？操作员走路时间或走路时间所占的比例？
✧箱包的平均处理时间为多少？（定义箱包的处理时间为：从箱包到达到其被放入抓盘满了离
开箱包分类系统的时间）。

✧操作员利用率。

✧由1－11分类通道放到抓盘的箱包数量。

（c）考虑更多细节的模型是不是总是更加精确？比较习题（a）和（b）的结果，得出相同或相异的结论了吗？
（d）将你的结果和可能使用不同操作员配置方案和调度规则的其他同学的结果比较。

题目2：金属板生产加工过程分析设计和优化
金属板顺序经过4道压力加工：剪裁、打孔、成型和弯板。

每台机器都受制于停工期和机器变化。

每台机器的参数如下：
机器加工速率（块/分钟）故障时间（分钟）维修时间（分钟）需要换机器的换机器的时间
金属板数量（分钟）
剪裁 4.5 100 8 500 25
打孔 5.5 90 10 400 25
成型 3.8 180 9 750 25
弯板 3.2 240 20 600 25注意，加工时间是以速率的形式给出的，比如说，剪裁机器的加工速率是4.5块/分钟。

假设加工时间是固定的。

表中所示数量的金属板通过一台机器后，需要换模。

自动化设备使得换模的时间相当固定，因此假设是25分钟。

故障时间以表中给出的均值服从指数分布。

假设维修时间服从均匀分布，均值表如表中所给，半区间的宽度是5分钟。

发生故障时，有20%的金属板会损坏。

剩下的80%在维修后继续在此发生故障的机器中重新加工。

假设在剪裁机器前可用的原料是无限制的，此机器加工完一块后，直到和下一台机器也即打孔机器之间有可用的空间才会加工下一块。

通常，一台机器一块接一块地连续加工金属板，只有在停工期、更换机器或者此机器和下一台机器之间的可用缓冲空间已满的情况下才会停止。

假设金属板在弯板机器压完以后就会被拿走。

缓冲空间被分成3个独立的区域，第一个是在剪裁机器和打孔机器之间，第二个是在打孔机器和成型机器之间，最后一个是在成型机器和弯板机器之间。

（a）假设机器之间的缓冲空间数量不受限制。

仿真运行480小时（每天24个小时，每周5天，共一个月）。

什么地方发生了阻塞？
（b）修改模型使得相邻机器之间的缓冲空间是有限的。

当缓冲空间满额，而机器已经加工完一块金属板，而此金属板却无法离开机器。

它滞留在机器中导致妨碍其他的工作。

假设这3个缓冲空间的总量是15块（不算剪裁机器之前和弯板机器之后）。

你建议如何在相邻机器对之间分配这些空间？仿真1000小时报告如下统计信息：
✧每小时的平均产量、
✧机器的利用率（由于繁忙时间、故障时间、机器更换时间以及空闲时间所占比例而引起的停
机）
✧每个缓冲空间的平均含量/利用率。

题目3：工作流调度分析设计和优化
一个工作流是由一系列逻辑上相关的活动组成，活动与活动之间的逻辑控制关系包括顺序、并发（and）、选择（or）、循环等4种，活动实例（即活动的一次执行，也称之为任务）的执行需要资源的支持，资源可以是人、物理设备、文件、应用系统/程序等。

一个任务通常可以由不同的资源来执行完成，一个资源通常也可以支持多项任务的执行，不同资源执行不同任务或不同任务由不同的资源来执行的时间是可以不同的。

在工作流的执行是动态的，存在着许多不确定因素，如：工作流实例（也称之为服务请求）的到达时间间隔是服从某种随机分布，任务的执行时间也是服从某种随机分布的。

工作流执行路径也是不确定的等
一个从实际业务过程抽象出来的工作流过程模型如下图所示，
图1 过程流程图
每种资源处理不同活动实例需要的时间服从负指数分布，其均值如表1所示。

设计不同的工作流调度（资源配置）策略，通过仿真在不同的系统载荷下，即在服务请求的不同到达率下（到达时间间隔分别为120，80，65，50，40，30，25，20，17，15，13.8，13，12.5，12，11.75，服从负指数分布）分析比较工作流的平均执行周期，各资源平均负载的大小，及工作流的的最大处理能力。

并给出你认为的工作流优化调度方法
以下一些过程调度策略仅供参考：
1）单个队列策略
1.1确定性资源配置策略：在过程执行中每个活动实例产生后，立即分配到某种确定资源的队列中，等待该资源的处理，如A1的实例始终由资源R4处理。

一个基于负载均衡/最大化生产能力的具体方案如表2所示。

表2: 基于负载均衡/最大化生产能力静态确定性资源配置策略
1.2随机性（概率性）资源配置策略：在过程执行中每个活动实例产生后立即按一定的概率分配到某种资源的队列中，等待该资源的处理，如53.79%的A3实例由资源R1处理，46.21%的A3实例由资源R3处理。

一个具体的基于负载均衡按概率随机方案如表3所示
1.3动态随机性（概率性）资源配置策略：在过程执行中每个活动实例产生后，首先立即按一定的概率分配给某种资源的队列中，等待该资源的处理，具体方案如表3所示。

其次如在过程的执行过程中，发现某种资源空闲了，则搜索其它的资源队列中是否有其可以处理的活动实例，若有则按一定的规则选择处理。

例如在工作流执行过程中的某个时刻，发现资源R3空闲了，则马上按其处理活动的分配率大小依次搜索资源R1的等待队列中是否有其可以处理的活动A3的实例，资源R2的等待队列中是否有其可以处理的活动A5的实例，资源R4的等待队列中是否有其可以处理的活动A8的实例，资源R2的等待队列中是否有其可以处理的活动A8的实例，资源R2的等待队列中是否有其可以处理的活动A7的实例，若有则马上选择一个处理。

1.4负载均衡策略：在过程执行中每个活动实例产生后，立即分配到当前负载（利用率）最低的某种资源的队列中，等待该资源的处理。

2）共享队列策略：
在工作流执行中每个活动实例产生后，放到一个共享的队列中，当某个资源空闲时，按一定的规则（如FIFO/先来先服务）从共享队列中选择一个其能处理的活动实例处理。

若同时存在多个空闲资源时按一定的规则选择资源（如快的优先）。

题目4：库存管理的分析设计和优化
某经销站销售某种商品，顾客订单以均值为30分钟的指数分布到达，若订单的需求数量不能满足，则此份顾客订单流失，每份顾客订单的需求数量与频率关系如下所示，每销售一件商品可获利50元，每件商品存储费用为0.05元/分钟，每次订货的费用为2000元，订货后货物延迟15±10小时到达。

Frequency .10 .25 .30 .15 .12 .05 .03 Order Size 6 12 18 24 30 36 48
要求通过仿真制定最佳的订货策略（包括订货的时间、和订货的数量），使单位时间内的收益最大化。

题目5：交通管制的分析设计和优化
某双行道公路正在维修，其中一条车道有500米禁止通行，为此安装交通信号灯来管制交通，假设两个方向的车辆按泊松分布到达，方向1到达的车辆为平均每小时400辆，方向1到达的车辆为平均每小时500辆，在这500米路段上，车速的限制为每小时20公里，汽车到达该路段发现其前面是红灯或又车在排队等待通过时就需要停下来等待，汽车一旦停下来后再次启动依次需要2±1秒，试用仿真来分析如何控制信号灯，才能是车辆顺利通过这段路程的时间最短。

题目6：港口卸货的分析设计和优化
有一个港口，船只以下面连续分布的时间间隔达到港口，然后，在港口卸货。

卸完货立刻离港。

30%的船只是新型号的，需要用高速卸货设备，这些船只停在第一装卸区，此区有两个泊位，卸货时间为1±0.4天（均匀分布）。

旧型船在第二装卸区卸货，此区有6个泊位，卸货时间为1.5±0.5天（均匀分布）。

为了使船只在泊位处就位或卸完货后离位，需要使用拖轮，拖轮数与时间的关系如下表：
港口现有3条拖轮。

工作为一周7天，每天24小时。

如果由于泊位与拖轮等类资源有限，使得船只停泊时间超过必要的装卸时间，这样港口要赔偿损失。

如果适当增加泊位和拖轮，情况会得到改善，但要增加投资。

因此对港口系统的仿真研究，就是要更好的解决这个矛盾。

当拖轮将船只拉起准备向泊位驶去，这个泊位就算被占用了，但腾出泊位要从拖轮将船只拖走之后算起。

要求建立港口系统模型，通过运行分别求得新旧两种类型船只在港口中等待泊位随机变量的分布，仿真时间控制在100条船离开港口，港口初始状态为系统中没有船只。

修改模型，通过运行，分别求得新旧两种类型船只等待拖轮总时间（及拖进泊位时间和从泊位拖出时间之和）的分布情况。

题目7：银行服务问题
系统简介：
针对某银行的服务状况进行仿真，确定最佳的窗口及A TM存取款机的数量的安排情况。

银行情况简介：此银行中最多可开设四个服务窗口，但是目前只有两个窗口营业,一个A TM存取款机。

顾客到达后，如果是需要自助服务只需直接到自动存取款机排队进行操作即可；如果是需要窗口服务，则需要在进入大堂后通过系统领取一个号码，然后进入队列等待服务。

窗口服务是根据系统中号码顺序进行。

银行服务中存在VIP客户，VIP到达后优先接受服务。

目标：通过仿真来确定出最佳的窗口及A TM机数量的安排，提高该银行的服务效率。

注：银行门口处的领取号码的自动排队系统中虽显示当前队长，但是顾客们大多数是在领取号码后，根据服务窗口处现实的正在服务的顾客的号码进行判断队中人数。

而且当服务窗口处队列中人数满35时顾客可能会选择离开。

银行开始营业之前就有20人排队，因此仿真开始时队中已有20人。

因此，
假设：
当前队长是顾客根据自己号码以及服务窗口处现实的正在服务的顾客的号码进行判断的；
A TM存取款机处的队列容量为20，服务窗口处队列容量最大为40；
因排队人数大于40而离开的顾客的服务时间为零；
约束：服务窗口队长不能超过40，超过40人之后到达的顾客会选择离开。

参考数据：
1．顾客到达时间间隔有以下几种时间：
时间间隔该间隔内到达人数所占比率
0：26 26%
1：35 35%
2：21 21%
3： 5 5%
4： 4 4%
5： 4 4%
6： 2 2%
7： 1 1%
8： 1 1%
16：1（该时间间隔为中午时间隔）1%
2. 顾客的服务时间：
3．因队长超过40而离开的顾客不能忽略，二是将其视为服务时间为零的顾客，用独立的模块表示，不包括在函数中。