Đề cương mô hình hóa mô phỏng hệ thống công nghiệp

Mục lục
Câu 1 (3đ) (lý thuyết)Một trong các nội dung sau:............................................................................2
1.Trình bày khái niệm, vai trị và các bước xây dựng mơ hình hóa và mơ phỏng hệ thống?........2
2.Trình bày khái niệm và bản chất của phương pháp mơ hình hóa và mơ phỏng hệ thống cơng
nghiệp?.......................................................................................................................................... 2
3.Trình bày khái niệm, vai trị và ứng dụng của phương pháp mơ hình hóa và mơ phỏng hệ
thống hàng đợi?.............................................................................................................................2
4.Trình bày khái niệm và các thành phần chính của hệ thống hàng đợi? Trình bày vai trị của mơ
hình hóa và mơ phỏng hệ thống hàng đợi?....................................................................................3
5.Trình bày những lợi ích của mơ phỏng hệ thống sản xuất ? Trình bày khái niệm và lấy ví dụ về
sự kiến gián đoạn trong hệ thống sản xuất?...................................................................................3
6. Trình bày phương pháp xây dựng mơ hình mơ phỏng các hệ thống sản xuất có sự kiện gián
đoạn?............................................................................................................................................. 4
7. Trình bày đặc điểm dịng khách hàng trong hệ thống hàng đợi?...............................................4
8. Trình bày đặc điểm kênh phục vụ trong hệ thống hàng đợi?.....................................................4
9. Trình bày luật sắp hàng trong hệ thống hàng đợi?.....................................................................5
Câu 2 (3đ) Cho hệ thống có x vị trí làm việc song song....................................................................5
Câu 3 (4đ) Cho hệ thống có 1 điểm phục vụ.....................................................................................5

1


Câu 1 (3đ) (lý thuyết)Một trong các nội dung sau:
1.Trình bày khái niệm, vai trò và các bước xây dựng mơ hình hóa và mơ phỏng hệ
thống?
Khái niệm
Mơ hình hóa: Là thay thế mơ hình gốc bằng mơ hình nhằm thu nhận các thông tin về đối
tượng bằng cách tiến hành các thực nghiệm, tính tốn trên mơ hình. Lý thuyết xây dựng mơ hình
và nghiên cứu mơ hình để hiểu biết về đối tượng gốc gọi là lý thuyết mơ hình hóa
Mơ phỏng: Là phương pháp mơ hình hóa dựa trên việc xây dựng mơ hình số và dùng
phương pháp số để tìm các lời giải. Chính vì vậy máy tính số là cơng cụ duy nhất và hữu hiệu nhất

để thực hiện mơ phỏng hệ thống.
Vai trị
- Các mơ hình được xây dựng dựa trên phương pháp mơ phỏng được gọi là mơ hình mơ phỏng
(hay gọi là mơ hình số).
- Cho phép đưa vào mơ hình nhiều yếu tố gần sát với thực tế. Đồng thời mô hình được giải trên
các máy tính có tốc độ nhanh, dung lượng lớn do đó kết quả thu được có độ chính xác cao.
- Phương pháp mơ phỏng đặc biệt hữu hiệu khi mơ hình hóa các hệ thống lớn mà đặc điểm cơ bản
của nó là cấu trúc phân cấp, cấu trúc hệ con, giữa các hệ con và trung tâm điều khiển có sự trao đổi
thơng tin với nhau.
- Phương pháp mô phỏng cũng tỏ ra hữu hiệu khi mơ hình hóa các hệ thống mang tính ngẫu nhiên,
có thơng tin khơng đầy đủ, các thơng tin sẽ được bổ sung trong q trình mơ phỏng, trong q
trình trao đổi thông tin giữa người điều khiển và đối tượng.
Các bước xây dựng mơ hình hóa và mơ phỏng hệ thống
Bước 1: Xây dựng mục tiêu mô phỏng và kế hoạch nghiên cứu
Bước 2: Thu thập dữ liệu và xác định mơ hình ngun lý
Bước 3: Hợp thức mơ hình ngun lý Mnl
Bước 4: Xây dựng mơ hình mơ phỏng MM trên máy tính
Bước 5: Chạy thử
Bước 6: Kiểm chứng mơ hình mơ phỏng
Bước 7: Lập kế hoạch thực nghiêm mô phỏng
Bước 8: Thực nghiệm mô phỏng
Bước 9: Xử lý kết quả mô phỏng
Bước 10: Sử dụng và lưu trữ kết quả

2.Trình bày khái niệm và bản chất của phương pháp mơ hình hóa và mơ phỏng hệ
thống cơng nghiệp?
Mơ phỏng là q trình xây dựng mơ hình tốn học của hệ thống thực và sau đó tiến hành
tính tốn thực nghiệm trên mơ hình để mơ tả, giải thích và dự đốn hành vi của hệ thống thực.
Bản chất của phương pháp mô phỏng là xây dựng một mơ hình số, tức mơ hình được thể
hiện bằng các chương trình máy tính, sau đó tiến hành thực nghiệm trên mơ hình để tìm ra các đặc

tính của hệ thống được mô phỏng. Số lần “ thựcnghiệm” về lý thuyết được tăng lên vơ cùng lớn.

3.Trình bày khái niệm, vai trị và ứng dụng của phương pháp mơ hình hóa và mơ
phỏng hệ thống hàng đợi?
Khái niệm: Hệ thống hàng đợi là hệ thống có các bộ phận phục vụ và các khách hàng đi đến hệ
thống để phục vụ. .
2


Nếu khi khách hàng đến mà các bộ phận phục vụ đều bận thì khách hàng sẽ sắp hàng để đợi
được phục vụ. Chính hệ thống này có tên là hệ thống hàng đợi.
Lý thuyết toán học để khảo sát các hệ hàng đợi được gọi là lý thuyết phục vụ đám đông.
Trong hệ thống hàng đợi khách hàng là sự kiện gián đoạn mà xảy ra tại các thời điểm ngẫu nhiên
vì vậy hệ hàng đợi là hệ các sự kiện gián đoạn.
Vai trị: Mơ phỏng hệ thống hàng đợi nhằm đáng giá năng lực làm việc của hệ thống, khả năng
mất khách hàng do phải chờ đợi lâu hoặc khơng cịn chỗ để sắp hàng đợi đến lượt được phục vụ.
Ứng dụng :Trên cơ sở những phân tích như vậy, người ta thiết kế hệ thống, chọn số lượng kênh
phục vụ, năng suất phục vụ, kích thước hàng đợi nhằm đạt hiệu quả tối ưu.

4.Trình bày khái niệm và các thành phần chính của hệ thống hàng đợi? Trình bày
vai trị của mơ hình hóa và mơ phỏng hệ thống hàng đợi?
Các thành phần của hệ thống hàng đợi:

Khái niệm: Hệ thống hàng đợi là hệ thống có các bộ phận phục vụ và các khách hàng đi đến hệ
thống để phục vụ. Nếu khi khách hàng đến mà các bộ phận phục vụ đều bận thì khách hàng sẽ sắp
hàng để đợi được phục vụ. Chính hệ thống này có tên là hệ thống hàng đợi
Dịng khách hàng: Là các phần tử, các sự kiện đi đến hệ thống để được phục vụ - được gọi là
khách hàng. Đặc trưng cho dòng khách hàng là cường độ dòng khách hàng λ/đơn vị thời gian.
Dòng khách hàng là một sự kiện gián đoạn, ngẫu nhiên, do đó khoảng cách thời gian giữa các
khách hàng cũng là đại lượng ngẫu nhiên.

Kênh phục vụ: Là bộ phận để phục vụ khách hàng, thực hiện các yêu cầu của khách hàng. Thời
gian phục vụ và khoảng thời gian giữa các lần phục vụ là những biến ngẫu nhiên. Tùy theo hệ
thống có một hay nhiều điểm phục vụ mà người ta gọi là hệ thống có một hay nhiều kênh phục vụ.
Đặc trưng cho kênh phục vụ là dòng phục vụ với cường độ phục vụ là µ / đơn vị thời gian. Cường
độ phục vụ là số khách hàng được phục vụ xong trên một đơn vị thời gian.
Hàng đợi: Là số khách hàng chờ đến được phục vụ. Tùy theo số khách hàng đến nhiều hay ít
(cường độ λ lớn hay bé), khả năng phục vụ (số kênh phục vụ , thời gian phục vụ) mà số khách
hàng phải đợi trong hàng đọi nhiều hay ít. Vì vậy độ dài của hàng đợi là một biến ngẫu nhiên.
Vai trò :Mô phỏng hệ thống hàng đợi nhằm đáng giá năng lực làm việc của hệ thống, khả năng
mất khách hàng do phải chờ đợi lâu hoặc khơng cịn chỗ để sắp hàng đợi đến lượt được phục vụ.

5.Trình bày những lợi ích của mơ phỏng hệ thống sản xuất ? Trình bày khái niệm và
lấy ví dụ về sự kiến gián đoạn trong hệ thống sản xuất?
Những lợi ích:
- Tăng năng suất lao động
- Giảm lượng vật tư phải lưu trữ trong kho
- Tăng hệ số sử dụng máy
- Giảm vốn đầu tư ( đất đai, nhà xưởng, máy móc)
- Tăng khả năng cung cấp trực tuyến sản phẩm cho khách hàng
Mô phỏng cho ta khả năng 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
3


- Chính sách kiểm tra chất lượng
Khái niệm
Sự kiện gián đoạn được định nghĩa là sự kiện xảy ra đột ngột tại các thời điểm và làm thay đổi
trạng thái của hệ thống.

Trong hệ thống sản xuất có nhiều sự kiện được coi là sự kiện gián đoạn.
Hệ thống sản xuất gián đoạn được mơ hình hóa bằng mơ hình gián đoạn và thường dùng phương
pháp mô phỏng gián đoạn để nghiên cứu hệ thống.
Ví dụ: một nhà máy có hệ thống gia công mặt bàn gỗ hệ thống tự động bao gồm các trạm: đầu vào
nhiên liệu, gia công, lắp ráp tuy nhiên trong quá trình hoạt động tại trạm nhiên liệu mặt bàn thô
được đưa vào 2 tấm cùng một lúc gây tắc nghẽn và hệ thống phải dừng hoạt động

6. Trình bày phương pháp xây dựng mơ hình mơ phỏng các hệ thống sản xuất có sự
kiện gián đoạn?
- Soạn thảo mơ hình và xác định điều kiện đầu, xác định các trạng thái của hệ thống thường được
gọi là hình ảnh của hệ thống, ở phần này cịn xác định các thủ tục quy trình thay đổi trạng thái,
hình ảnh của hệ thống
- Xác định thuật tốn mơ phỏng tức xác định bằng cách nào tiến hành việc mô phỏng.
- Thu thập các dữ liệu, kết quả mô phỏng đã được xử lý và soạn các báo cáo

7. Trình bày đặc điểm dịng khách hàng trong hệ thống hàng đợi?
 Dòng khách hàng là một trong những bộ phận quan trọng nhất của hệ thống hàng
đợi.
- Dòng các cuộc gọi của một trạm điện thoại
- Dòng các thiết bị điện gia dụng (bàn là, tivi, radio, máy giặt, nồi cơm điện vv…) nối vào mạng
điện cung cấp
- Dòng các hư hỏng xảy ra trong hệ thống máy tính, hệ thống điều khiển
- Dịng xe oto đến trạm sửa chữa
- Dòng bệnh nhân đến khám bệnh, khách hàng vào nhà hàng, siêu thị v.v

 Các dòng khách hàng mà xem xét trong chương này thường có thể được quy về dòng
sự kiện tối giản. Một dòng tối giản có ba tính chất cơ bản sau: Dừng, khơng hậu quả
và tọa độ.
Dòng dừng là dòng mà xác suất xảy ra một số sự kiện nào đó chỉ phụ thuộc vào quãng thời
gian t chứ không phụ thuộc vào vị trí của quãng thời gian t trên trục thời gian. Có nghĩa là trên

dịng dừng xác suất xảy ra sự kiện là như nhau trên suốt trục thời gian.
Dòng khơng hậu quả là dịng mà các sự kiện độc lập xảy ra với nhau, có nghĩa là sự kiện
xảy ra tại thời điểm t1 không kéo theo sự kiện xảy ra tại thời điểm t2 và ngược lại.
Dòng tọa độ là dòng các sự kiện chỉ xảy ra tại một tọa độ nhất định. Có nghĩa là tại một
thời điểm chỉ có một sự kiện xảy ra, xác suất để có hai hay nhiều sự kiện xảy ra cùng một lúc là tất
nhỏ có thể bỏ qua.

8. Trình bày đặc điểm kênh phục vụ trong hệ thống hàng đợi?
Một hệ thống có thể có một hoặc nhiều kênh phục vụ. Tùy tính chất của khách hàng mà
thời gian phục vụ khác nhau.
Thời gian phục vụ là một đại lượng ngẫu nhiên. Sau khi khách hàng được phục xong thì sẽ
rời khỏi kênh hệ thống và kênh phục vụ nhận ngay khách hàng mới để phục vụ nếu trong hàng đợi
đang có khách hàng. Như vậy số khách hàng được phục vụ tạo thành dòng phục vụ.
4


Trong trường hợp thời gian phục vụ có phân phối mũ expo(µ), trong đó: µ là cường độ
dịng phục vụ - là số khách hàng được phục vụ trên một đơn vị thời gian – thì dịng phục vụ tạo
thành một dòng tối giản và chuỗi trạng thái phục vụ tạo thành một dòng tối giản và chuỗi trạng
thái phục vụ là chuỗi Markov và người ta dùng ký hiệu M để chỉ phân phối mũ của thời gian phục
vụ.

9. Trình bày luật sắp hàng trong hệ thống hàng đợi?
Luật sắp hàng là luật lựa chọn khách hàng để phục vụ. Trong hệ thống hàng đợi có một
kênh phục vụ thường có các luật sắp hàng như sau:
FIFO – Khách hàng đến trước phục vụ trước, đến sau phục vụ sau.
LIF0 ( Last in first out) – Khách hàng đến sau được phục vụ trước
Ngẫu nhiên Các khách hàng đều có độ ưu tiên như nhau và được phục vụ một cách ngẫu nhiên.

Câu 2 (3đ) Cho hệ thống có x vị trí làm việc song song

Cho hệ thống có x vị trí làm việc song song. Biết thời gian trung bình phục vụ 1 khách hàng tại 1
vị trí làm việc y, số lượng khách hàng trung bình đến hệ thống trong 1 đơn vị thời gian z, sức chứa
tối đa của phòng chờ n. Hãy:
2.Vẽ sơ đồ khối cấu và trình bày nguyên lý hoạt động của trạm?

5


M/M/x – Hệ thống hàng đợi có x kênh phục vụ, dòng khách hàng và phục vụ là dòng tối giản.
1.Cho biết mơ hình của trạm thuộc dạng nào?
M/M/1 – Hệ thống hàng đợi có 1 kênh phục vụ, dịng khách hàng và phục vụ là dòng tối giản.
M/M/S – Hệ thống hàng đợi có S kênh phục vụ, dịng khách hàng và phục vụ là dòng tối giản.
GI/G/S – Hệ thống hàng đợi có S kênh phục vụ, dịng khách hàng là dòng sự kiện ngẫu nhiên độc
lập và dịng phục vụ có phân phối bất kỳ
3.Xác định cường độ khách hàng đến, cường độ phục vụ và chiều dài hàng đợi của trạm?
Cường độ khách hàng đến: λ= z (người/ đơn vị time)
Cường độ phục vụ: µ= λ/ (thời gian trung bình phục vụ 1 khách hàng tại 1 trạm: y)
Chiều dài hàng đợi của trạm: n= sức chứa tối đa của phòng chờ n

Câu 3 (4đ) Cho hệ thống có 1 điểm phục vụ
Cho hệ thống có 1 điểm phục vụ. Biết các thông số: Chiều dài hàng đợi (n), cường độ dòng khách
hàng(λ), thời gian trung bình phục vụ 1 khách hàng. Xác định:
- Xác suất hệ thống mất khách hàng: P0 (P0 = 0 nếu n-> ∞)
- Khả năng phục vụ tương đối và tuyệt đối: P1 và A
- Trị số trung bình khách hàng chờ phục vụ: Q
- Thời gian trung bình khách hàng chờ trong hàng: d
- Thời gian trung bình khách hàng có mặt tại ở trạm sửa chữa: ω
- Số khách hàng đến trạm rửa xe trong t phút;
- Số khách hàng được phục vụ trong t phút;
- Số khách hàng phải rời bỏ trạm vì khơng có chỗ để sắp hàng chờ đến lượt rửa xe trong t phút.

Giải:
Trạm sửa chữa oto nêu trên có thể được mơ tả bằng mơ hình M/M/1 với độ dài hàng đợi là n
Cường độ dịng phục vụ: µ= λ/ (thời gian trung bình phục vụ 1 khách hàng)
Theo cơng thức trên tính được xác suất trạm mất khách hàng P 0 tức nếu đã có n khách hàng đang
chờ thì khách hàng tiếp theo sẽ đi qua mà không vào trạm để sửa chữa nữa.
Xác suất hệ thống mất khách hàng:

6


Khả năng phục vụ tương đối:
Khả năng phục vụ tuyệt đối:
A = λ P1
Trị số trung bình khách hàng chờ phục vụ:

Thời gian trung bình khách hàng chờ trong hàng:
d=Q/ λ
Thời gian trung bình khách hàng có mặt tại ở trạm sửa chữa:
ω= d+ts

Số khách hàng đến trạm rửa xe trong t phút: t/ λ
Số khách hàng được phục vụ trong t phút: t/ thời gian phục vụ 1 khách hàng
Số khách hàng phải rời bỏ trạm vì khơng có chỗ để sắp hàng chờ đến lượt rửa xe trong t phút: (t/
λ)-(t/ω)
Ghi chú: Các giá trị sẽ được cho cụ thể ở bài thi

7