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计算机软件博士论文:《探讨拖船作业的排队仿真模型的建立及应用》

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关键词：排队论 拖船 配置 仿真建模  沈阳论文 博士毕业论文

计算机软件博士论文:《探讨拖船作业的排队仿真模型的建立及应用》

Abstract: in view of tugboat working in port randomness, dynamic characteristics, to establish a queuing simulation model of tugboat working. Using the latest MFC database and interface technology to develop the port tugboat allocation simulation system software, on a different port tugboat allocation as a number, power number simulated operation, conclude corresponding characteristic values of the system, such as ship's average waiting time, the average wait for the Port Captain, reasonable allocation of tug provides scientific basis.

摘要:针对拖船在港口作业的随机性、动态性的特点,建立了拖船作业的排队仿真模型.运用MFC的最新数据库与界面技术开发了港口拖船配置仿真系统软件,对不同的港口拖船配置如艘数、功率数进行了仿真试验运行,得出相对应的一些系统特征值,如船舶的平均等待时间、平均等待队长等,为港口合理配置拖船提供了科学的依据.

关键词:排队论;拖船;配置;仿真建模

1.仿真模型的建立
1.1　港口拖船作业分析
港口拖船的服务对象包括三类:到港船舶、出港船舶、移动泊位船舶.拖船的作业过程是动态变化的,随机性大.当有船舶需要拖船“服务”时,在不考虑外界环境条件的影响下,决定使用拖船的总功率与船舶的吨位、装载情况有关,具体可由下列公式计算BHP=KQ(1)式中:BHP为所需拖船的总功率,kW;K为系数;Q为船舶的载重量,t;有时在来船的货物装载未知的情况下,港口往往根据船舶的长度作为配置拖船的依据.
在离散事件的仿真中,广泛采用的仿真策略有活动扫描法、进程交互法、事件调度法.当离散事件的发生不仅与时间有关,而且必须在满足某些条件时才会发生时,这种离散事件的仿真策略可采用活动扫描法,其仿真运行效率较低.进程交互法把系统所发生的事件及活动按时间顺序进行组合,从而形成进程表,一个事件一旦进入进程,它将完成进程的全部活动,其流程控制复杂,建模灵活性不够.而事件调度法是由定时模块按下一最早事件发生时间选择事件记录,并转向该事件处理的子程序,比较适合于描述离散事件的排队仿真模型.
1.2　事件调度法
事件调度方法只含有预定时间发生的无条件事件,它把系统的运行看成由一系列按照时间顺序排列的事件组成的.所有预定发生的事件安排在一个未来事件发生表中,系统的执行就从这个表中找出最先发生时间的事件,推进仿真时钟到该时刻,然后执行相应的事件子程序,并改变系统的状态,这样事件的选择与处理不断地进行,直到仿真终止的条件为止.事件调度法的非形式描述如下.
1)成分集合　C= {a1,a2,…,an}
主动成分子集　CA= {a1,a2,…,am}
被动成分子集　CP= {am+1,am+2,…,an}
2)描述变量　描述每一主动变量a∈CA的变量:a的状态sa,值域Sa;sa的下一变化时刻的时间变量ta.描述每一被动变量a∈CP的变量:a的状态sa,值域Sa.由于被动成分的状态变化只是在主动成分作用下才能发生,其发生时间由主动成分来确定,因而不需要时间变量.
3)成分间的相互关系　每个主动成分a∈CA的影响在a作用下其状态变化的描述,称为事件处理流程.
在拖船的作业过程中,主动成分为到港船舶、离港船舶、移动泊位船舶,被动成分为拖船,在主动成分的作用下,被动成分拖船的状态将发生变化.主动成分的描述变量为:船舶的到达时间,船舶的吨位、船长,被动成分的描述变量为:拖船的状态(“忙”或“闲”),拖船的服务时间.主动成分可能对被动成分发生作用,而主动成分之间也可能发生作用,当拖船为“闲”时,船舶到达则改变拖船的当前状态,使其由“闲”变“忙”,如果拖船为“忙”,则不对拖船产生作用,而作用于自身,即船舶进入等待状态.根据上述非形式描述,拖船作业的事件调度法的流程图如图1.
1.3　仿真钟的推进
事件调度法仿真钟的推进是依据以下准则t(s) = min{ta a∈CA}系统的事件发生在离散时刻,呈状态突变.将随机产生的事件按时间先后次序排列在一个表格里,时钟推进间隔的长度由扫描事件表里下一个最早发生的事件决定,即仿真时钟按仿真的事件的发生时间向前推进.这样可提高运行效率,而且还克服了周期扫描法在时间步长间隔内发生的事件都被当作是在间隔末端时刻发生的这一缺点.
1.4　事件的处理
事件是引起系统状态变化的行为,是系统的驱动器.在系统中的事件包括:船舶到港事件、船舶的移动泊位事件、船舶离港事件、拖船拖拽船舶的作业结束事件即拖船作业完成事件.当船舶进出港、移泊事件发生后,需要调度适合的拖船组合参与作业,所以要先根据船舶的吨位或船长的大小确定所需要拖船的总功率数,然后从“空闲”的拖船中找出适合于作业的拖船组合参与作业.
船舶到港、离港、移动泊位事件处理拖船作业完成事件发生后,首先统计作业完成的船舶数,然后查找等待作业的船舶队列,如果队列为“非空”,则根据仿真规则(包括先到先服务和后到先服务),判断现有空闲的拖船是否可以为队列中的船舶服务,如果不行,或队列为“空”,则可安排新的拖船完成作业事件.
1.5　系统的主要运行指标
Q(n) =∫T0Q(t)dt≈1T∑m1Ri(2)式中:Ri=qi(bi-bi-1);Q(t)为t时刻排队的船舶数;T为拖船完成n只船舶作业的时间;qi为时间区间[bi-bi-1]上的船舶数量;bi为第i个任何事件发生的时间;m为在区间[t0,t0+T]上船舶到达事件发生的总数;t0为初始仿真时间.

2.仿真系统的开发及应用
本程序是在Vistual C++6.0和Access的基础上开发的,系统包括以下几个子系统.
2.1　主控程序及数据 本论文由无忧论文网www.51lunwen.com整理提供

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