Разработка имитационной модели системы снабжения ЗИП

Как правило, системы снабжения функционируют в условиях неопределенности окружающей среды. При управлении материальными потоками должны учитываться факторы, многие из которых носят случайный характер. В этих условиях создание аналитической модели, устанавливающей четкие количественные соотношения между различными составляющими логистических процессов, может оказаться либо невозможным, либо слишком дорогим.

Под системой обеспечения запасными частями, инструментами и принадлежностями (ЗИП) буровых установок (БУ) подразумевается многоуровневая система, состоящая из совокупности одиночных, групповых комплектов эксплуатационных ЗИП и запасов источника пополнения. Компоненты системы связаны между собой и имеют определенные характеристики. Система ЗИП предназначена для восстановления работоспособности БУ после отказов в процессе эксплуатации. Рассмотрим двухуровневую систему запасов элементов с периодическим пополнением, экстренными доставками и ремонтом отказавших элементов в ремонтных органах [2, 3].

Системы буровых установок и обслуживающих их складов ЗИП являются динамическими, то есть их параметры изменяются во времени. Поэтому состояние системы, свойства объекта и число активных объектов, параметров, действий и задержек — все они функции времени и постоянно изменяются в процессе моделирования [5, 7].

Тем не менее, в процессе моделирования можно выделить дискретные моменты времени, когда происходят события, отражающие последовательность изменения состояний системы во времени. Если при этом поведение системы в остальные моменты времени не является принципиально важным, то мы можем использовать технологию дискретно-событийного моделирования.

СМО с большим числом генераторов заявок и обслуживающих приборов часто имеют структуру, которую можно представить в виде сети. В общем случае сеть CMO представляет собой граф, вершинами которого являются одноканальные и многоканальные CMO (дуги определяют потоки передачи требований).

При моделировании технического обслуживания и ремонтных работ буровых установок использование аппарата сетевых СМО целесообразно в случае, если ремонтные работы выполняются силами бригад, располагающихся в пунктах хранения ЗИП. При этом можно выделить два случая:

• 1. Каждая буровая имеет свой фиксированный пункт группового ЗИП, который ответственен за ее пополнение. Одновременно каждый пункт группового ЗИП имеет фиксированное множество буровых, которое он снабжает. В этом случае сеть СМО вырождается в множество замкнутых подсетей.
• 2. Каждая буровая может обратиться к нескольким пунктам ЗИП (в пределе — к любому такому пункту), который может либо принять, либо отвергнуть заявку на комплектующую.

Выбор того или иного способа формализации существующей сети снабжения буровых установок зависит от реально сложившейся топологии сети обслуживания. Второй случай является наиболее распространенным.

На рисунке 1 представлена имитационная модель комплекса буровых установок в виде сети массового обслуживания, в зависимости от структуры которой, и от числа, и интенсивности заявок определяются характеристики заявок отдельных классов и для объединенного потока.

Буровые установки, ЗИП — О, ЗИП — Г (каждый из которых связан с несколькими источниками заявок), выступают в качестве узлов — источников заявок на запчасти, а ремонтные бригады — в качестве обслуживающих узлов.

Заявки с буровых установок на комплектующие, для которых значение остаточного ресурса снижается до порогового, поступают с интервалами, распределенными по экспоненциальному закону (F (t)=1-e-t, где t0) с интенсивностью (параметром экспоненциального значения) и коэффициентом вариации =1 [1], образуя простейшие потоки на одиночном ЗИПе (ЗИП-О), который находится непосредственно на буровой установке.

Рисунок 1. Модель сети снабжения буровых запчастями

Если в одной и той же установке выходят из строя несколько деталей, то тогда параметризация модели включает следующие преобразования исходных параметров (предполагается, что все входные потоки являются простейшими):

1) — интенсивность объединенного потока (простейшего);

2) — усредненное время обслуживания заявок объединенного потока.

где — доля заявок класса k в суммарном потоке ();

3) — из этого выражения определяется КВ длительности обслуживания заявок объединенного потока В качестве блоков имитационной модели для данной предметной области необходимо реализовать:

• · Блок генерации событий, связанных с нештатными ситуациями на буровой. Данный блок создает динамический объект — требование на ремонт, в котором фиксируется наименование вышедшей из строя комплектующей;
• · Блок назначения объекту требования другого динамического объекта — склада ЗИП, который должен удовлетворить запрос на вышедшую из строя комплектующую;
• · Блок обслуживания требования, при необходимости (в случае группового ЗИП) создающий требование на транспортировку комплектующей из группового ЗИП до буровой;
• · Блок назначения требованию на транспортировку динамического объекта транспорт, который будет осуществлять доставку комплектующей на буровую;
• · Блок осуществления ремонтных операций, реализующий запланированное действие — восстановление работоспособности буровой после доставки необходимой комплектующей.

Изложенные положения обобщены в блок-схеме алгоритма имитационной модели (рисунок 2).

В блок-схеме использованы переменные:

F — задает состояние приборы: F = 0, если прибор свободен и F = 1, если занят;

Nin — счетчик входов (определяет число вошедших в модель заявок);

Nout — счетчик выходов; Nq — текущая длина очереди;

Nqmax — максимальная длина очереди; Tin — момент прихода заявки;

Tout — момент окончания обслуживания;

Stв, St, Stu — переменные для накопления суммарных значений времен обслуживания, ожидания и пребывания соответственно;

Mtq[…] — массив, который фиксирует моменты становления заявок в очередь;

tм — модельное время;

N0 — счетчик заявок, которые проходят очередь без ожидания.

При разработке любой имитационной модели необходимо осуществить выбор между универсальными языками программирования и специализированными языками и программными пакетами (оболочками), разработанными для целей имитационного моделирования. Выбор этот не всегда очевиден и зависит от целей разработки модели и окружении, в котором эта модель должна использоваться.

В данном случае необходимо обеспечить при построении имитационной модели использование ранее разработанных средств распознавания аварийных и предаварийных ситуаций на буровых установках [2 — 6], написанных на языке С++. Поэтому использование готовых оболочек нецелесообразно, возможно лишь использование языков программирования высокого уровня, совместимых с С++. Из современных кроссплатформенных языков программирования таким языком является C#.

Поэтому в результате анализа существующих языков моделирования и требований к имитационной модели системы материально-технического снабжении буровых для разработки этой модели принят язык программирования C#. Система материально-технического снабжения состоит из множества взаимодействующих объектов, основными из которых являются:

• · Буровые установки, функционирование которых с минимальными простоями необходимо обеспечить. Каждая установка состоит из множества комплектующих, необходимых для ее работы, а также обладает определенными географическими координатами. Поскольку целью данной работы не является создание специализированной геоинформационной системы, где все данные в обязательном порядке привязаны к географическим координатам, то точными координатами можно пренебречь. Для построения модели системы снабжения достаточно данных об удалении буровой от соответствующего пункта ЗИП, откуда она может получить комплектующие в случае необходимости;
• · Склады ЗИП, как одиночные, так и групповые, хранящие заданную номенклатуру комплектующих, необходимых для замены вышедших из строя, как в результате исчерпания ресурса, так и в результате аварий, вызванных внештатными ситуациями;
• · Сами комплектующие, обладающие определенной стоимостью, остаточным ресурсом, а также ценой хранения на складе;
• · Транспортные средства, необходимые для доставки комплектующих из группового ЗИП на буровые в случае выхода их из строя и для снабжения самих складов группового ЗИП.

Рисунок. 2. Блок-схема алгоритма имитационной модели

Рисунок. 3. Алгоритм разработанной имитационной модели