background image

E.MichlowiczLP Analiza stanów układu z elementem pojemnościowym 

 

 

WYKŁAD 5

 

 

ANALIZA STANÓW W UKŁADACH Z ELEMENTEM 

POJEMNOŚCIOWYM 

 
 

Celem  analizy  jest  ustalenie  wpływu  elementu  pojemnościowego  na  wydajność 

układu urządzeń. 
 
Zmiennymi decyzyjnymi w analizie są: 

  pojemność elementu, 
  położenie elementu pojemnościowego w strukturze urządzeń. 

 
 

                Q 

DO

 

 

 
            część dostarczająca DO

 

                                                                           element pojemnościowy

 

 

 
 

                                                                                                    Q 

OD

 

 

 
        
                                                                             część odbierająca  OD 
  

Rys. 1. Schemat układu z elementem pojemnościowym 

 

1. Analiza możliwych stanów urządzeń 

 

Dla celów analizy wpływu parametrów bufora na sprawność układu przyjęto, że część 

dostarczająca i część odbierająca mogą znaleźć się w następujących stanach: 

  S – pracuje; 

  A – uszkodzony; 

  P – element w postoju wymuszonym. 

Z kolei trzecia część – bufor może przyjąć jeden z trzech poniższych stanów: 

  1 – pusty; 

  2 – częściowo zapełniony; 

  3 – pełny. 

 

DO

 

 

Z

 

 

OD

 

DO

 

OD

 

  dZ     
        = Q

DO

 - Q

OD

 

  dt 

background image

E.MichlowiczLP Analiza stanów układu z elementem pojemnościowym 

 

 

 

 

Rys.2. Przykładowe stany i przejścia między nimi 

 

Uogólnienie  powyższych  założeń  dla  potrzeb  całego  układu  pozwala  stwierdzić,  że 

liczba stanów w jakich może znaleźć się układ wynosi: 

27

3

3

3

n

Przykładowy opis stanu: 

P3A - oznacza, że nie ma przepływu materiału w układzie, gdyż: 

a). część odbierająca „OD” znajduje się w stanie awarii „A”; 
b). bufor jest pełny; 
c). część dostarczająca „DO” znajduje się w postoju wymuszonym „P”     . 

Przyjęcie założeń upraszczających pozwoliło na redukcję liczby możliwych stanów do ośmiu, 
które  zebrano  w  tabeli1  wraz  z  możliwymi  między  nimi  przejściami,  które  dodatkowo 
ilustruje graf przejść (rys. 3). 
       Tab.1. Tabela możliwych stanów 

 

Stan poprzedni 

 

 

Lp. 

 

Stan aktualny 

 

Stan następny 

S1S 

4,6 

5,6 

S2S 

5,6 

S3S 

5,8 

1,5 

A1P 

2,3,7 

A2S 

2,7,4 

1,2,7 

S2A 

7,2,8 

5,6 

A2A 

6,5 

3,6 

P3A 

S2S 

 A2S 

S2A 

 

A1P 

A2A 

S2S 

S3A 

P3A 

background image

E.MichlowiczLP Analiza stanów układu z elementem pojemnościowym 

 

 

 

S – sprawny (pracuje);    

A – uszkodzenie (awaria);                 P – postój wymuszony 

                                        1, 2, 3 –stany zasobnika (pusty, 
             P3A                                    częściowo zap., pełny)            A1P 
                
        
 
 
                                                             

S1S 

                                                      S2S 
                                                      S3S
 

 
 
 
 
             S2A                                                                                      A2S 
 
 
                            
                                                           A2A 

 

Rys. 3. Graf stanów i przejść 

 

2. Algorytm obliczeń przepływu materiału w systemach  

    z  elementem pojemnościowym (buforem) 

 

    

W  obliczeniach  część  dostarczającą  i  część  odbierającą  scharakteryzowana  jest  czasem 

trwania naprawy i czasem pracy do uszkodzenia. Analizie poddane jest osiem podstawowych 
stanów układu.  
   Zarówno  czas  pracy  jak  i  czas  naprawy  są  zmiennymi  losowymi  opisanymi  rozkładem 
eksploatacyjnym – wykładniczym. 
 

  

Za dane wejściowe przyjęto poniższe parametry: 

 

Wskaźnik uszkodzeń każdego pojedynczego urządzenia: 

n

i

I

...

2

,

1

;

 

Pojemność zasobnika

V = {V

1

, V

2

, …V

i

, …V

k

 

 

Średni czas pracy każdego urządzenia:  B(I), B(II); 

 

Średni czas naprawy każdego urządzenia: E(I), E(II);                
 

E(I) = B(I)  κ

I

 ;      E(II) = B(II)  κ

II

 ;             

 

 

background image

E.MichlowiczLP Analiza stanów układu z elementem pojemnościowym 

 

 

  Rzeczywiste  czasy  trwania  stanu  (praca,  naprawa)  są  wyliczane  z  funkcji 

gęstości rozkładu wykładniczego: 

 

t

e

)

t

(

f

   stąd: 

;

ln C

t

    

 

 

 

  

gdzie: 

 - wartość średnia B(IS), E(IS); 

C

 (0, 1) - zmienna losowa; 

 
 
 
 

 

MOMENT KOŃCA STANU  „TK”: 

 
                                                            TK = min (TU (I), TU (II) ) 

 

Generowanie momentów uszkodzeń urządzeń I i II (czas pracy): 

 

    TU(I) = - B(I) * ln C 

    TU(II) = - B(II) * ln C 

  Czas trwania stanu S1S: 

 
                                                          CRS = TK - TX 

  Produkcja P: 

                                                           P = P + W * CRS 

 

Generowanie czasu naprawy urządzenia I lub II (urządzenia IS): 

 
                                                     CN (IS) = - E(IS) * ln C 

 

Moment końca naprawy: 

 
                                             TN (IS) = TK + CN (IS) 

 

Początek następnego stanu: 

 
                                                      TX = TK 
 

Przejście do następnego stanu 

 
 

 
 
 
 
 
 

 

MOMENT KOŃCA STANU: 

 
                                                TK = min ( TU (I), TU (II)) 

  Czas pracy systemu CRS: 

                                                       CRS = TK - TX 

STAN  S1S

 

 

TK = TU (I) 

A1P 

STAN  S2S

 

 

TK = TU (II) 

S2A 

 

background image

E.MichlowiczLP Analiza stanów układu z elementem pojemnościowym 

 

 

  Produkcja P: 

 

                                                      P = P + CRS * W 

 

Generowanie czasu naprawy urządzenia IS: 

 
                                                 CN(IS) = - E(IS) * ln C 

 

Moment zakończenia naprawy IS: 

 
                                                TN (IS) = TK + CN (IS) 

 

Początek następnego stanu : 

                                                       TX = TK 
 

Przejście do następnego stanu 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

MOMENT ZAKOŃCZENIA STANU: 

 
                                       TK = min ( TU(I), TU(II) ) 

  Czas pracy systemu CRS: 

 
                                                 CRS = TK - TX 

  Produkcja P: 

 
                                               P = P + W * CRS 

 

Generowanie czasu naprawy urządzenia, dla którego TK = TU (IS): 

 
                                              CN (IS) = - E (IS) * ln C 

 

Moment końca naprawy urządzenia IS: 

 
                                               TN (IS) = TK + CN (IS) 

 

Początek następnego stanu: 

 
                                                         TX = TK  
 

Przejście do następnego stanu 

 
 
 
 
 
 
 
 

STAN  S3S

 

 

TK = TU (I) 

A2S 

 

TK = TU (I) 

A2S 

 

TK = TU (II) 

S2A 

 

TK = TU (II) 

P3A 

background image

E.MichlowiczLP Analiza stanów układu z elementem pojemnościowym 

 

 

 
 
 

 

MOMENT KOŃCA STANU  „A1P”: 

 
                                                        TK = TN (I) 

 

Generowanie czasu pracy urządzenia I: 

 
                                                 CR (I) = - B(I) * ln C 

  Czas trwania stanu A1P: 

 
                                                        CP = TK - TU (I) = CN (I) 

 

Poprawa momentów uszkodzeń: 

 
                                                              TU (I) = TK + CR (I) 
                                                             TU (II) = TU (II) + CP 

 

Początek następnego stanu: 

 
                                                                      TX = TK 

Przejście do następnego stanu 

 

 
 
 
 
 
 
 

 

Czas do opróżnienia zasobnika CV: 

 
                                                             CV = Q / W 

 

Moment zakończenia stanu: 

 
                                                TK = min ( TN(I), TU(II), TX + CV )  

  Czas trwania stanu: 

 
                                                        CP = TK - TX 

  Produkcja P: 

 

                                                        P = P + CP * W 

  Stan zasobnika Q: 

  
                                                       
Q = Q - W * CP 

  Generowanie czasu: 

                       -  pracy, jeżeli  TK = TN (I) 
                                              CR (I) = - B (I) * ln C 
 
                       -  naprawy, jeżeli TK = TU (II): 
 
                                             CN (II) = - E (II) * ln C 

STAN  A2S

 

STAN  A1P

 

 

TK = TN (I) 

S1S 

background image

E.MichlowiczLP Analiza stanów układu z elementem pojemnościowym 

 

 

 

Początek następnego stanu: 

                                                      TX = TK 
 

Przejście do następnego stanu 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Czas do zapełnienia zasobnika CV: 

 
                                                 CV = ( V - Q ) / W 

 

MOMENT KOŃCA STANU: 

 
                                   TK = min (TU (I), TN (II), TX + CV ) 

  Czas trwania stanu: 

 
                                                      CP = TK - TX 

 

Zapełnienie zasobnika Q: 

 
                                                   Q = Q + W * CP 

  Generowanie czasu: 

 
                                           - naprawy,  jeżeli  TK = TU (I) 
                                                      CN (I) = - E (I) * ln C 
                                           - moment zakończenia naprawy: 
                                                      TN (I) = TU (I) + CN (I) 
 
                                           - pracy,  jeżeli  TK = TN (II) 
                                                      CR (II) = - B (II) * ln C 
                                           - moment zakończenia pracy: 
                                                      TU (II) = TK + CR (II) 
Początek nowego stanu : 

TX = TK 

 

Przejście do następnego stanu 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

STAN  S2A

 

TK = TN (I) 

TU (I) = TK + CR (I) 

S2S 

 

TK = TU (I) 

A2A 

TK = TU (II) 

TN (II)  = TK + CN (II) 

A2A 

 

TK = TN (II) 

S2S 

TK = TX + CV 

 

A1P 

 

TK = TX + CV 

P3A 

background image

E.MichlowiczLP Analiza stanów układu z elementem pojemnościowym 

 

 

3. PRZYKŁAD 

Dane: 

W = 1,   

 = 0,02 

B(I) = B(2) = 30; średni czas pracy do uszkodzenia, 

i = 5 - położenie zasobnika, 

E(I) = E(II) = (0,02*5)*30 = 3; średni czas naprawy, 

V = 2 - pojemność zasobnika, 

C - wygenerowana liczba losowa z przedziału (0, 1). 
  
 
 
 
 
1.                            Warunki początkowe: TX=0 - czas,  P=O - produkcja,  Q=0 - zasób. 
 

 

MOMENT KOŃCA STANU  „TK”: 

                                                            TK = min (TU (I) ) 

 

Generowanie momentów uszkodzeń urządzeń I i II: 

 
    TU(I) = - B(I) * ln C = - 30 * ln 0.8737 = 4.05 
    TU(II) = - B(II) * ln C = - 30 * ln 0.7615 = 8.17 

  Czas trwania stanu S1S: 

                                    CRS = TK - TX = 4.05 - 0 = 4.05 

  Produkcja P: 

                                 P = P + W * CRS = 0 + 1 * 4.05 = 4.05 

 

Generowanie czasu naprawy urządzenia I: 

                                 CN (I) = - E(I) * ln C = - 3 * ln 0.6701 = 1.2 

 

Początek następnego stanu:  

A1P (bo zasobnik pusty - 1)

 

                                         TX = TK = 4.05 
 
2.   
 

 

MOMENT KOŃCA STANU  „A1P”: 

 
                                   TK = TX + CN(I) = 4.05 + 1.2 = 5.25 

 

Generowanie czasu pracy urządzenia I: 

 
                                          CR (I) = - B(I) * ln C= - 30 * ln 0,0856 = 73.7 

  Czas trwania stanu A1P: 

 
                                          CP = CN (I) = 1.2 

 

Poprawa momentów uszkodzeń: 

                                           TU (I) = TK + CR (I) = 5.25 + 73.7 = 78.95 
                                           TU (II) = TU (II) + CP = 8.17 + 1.2 = 9.37 

 

Początek następnego stanu: 

S1S

 

                                            TX = TK = 5.25 
 
   

OBLICZENIA

 

S1S

 

A1P

 

background image

E.MichlowiczLP Analiza stanów układu z elementem pojemnościowym 

 

 

3.  
 

 

MOMENT KOŃCA STANU: 

                                           TK = min ( TU ) = TU (II) = 9.37    --> S2A 

 

Generowanie czasu naprawy urządzenia II: 

                                          CN (II) = - E (II) * ln C = - 3 * ln 0.5329 = 1.89 

  Czas trwania stanu S1S: 

                                         CRS = TK - TX = 9.37 - 5.25 = 4.12 

  Produkcja P: 

                                     P = P + W * CRS = 4.05 + 1*4.12 = 8.17 

 

Początek następnego stanu: 

 S2A

 

                                      TX = TK = 9.37 
 
4.   
 

 

Czas do zapełnienia zasobnika CV: 

                                           CV = ( V - Q ) / W = 2/1 = 2 

 

MOMENT KOŃCA STANU: 

                                   TK = min (TU (I), TN (II), TX + CV ) 
 
               TU (I) = 78.95 
               TN (II) = TX + CN (II) = 9.37 + 1.89 = 11.26          ==> TK = TN (II) = 11.26 
               TX + CV = 9.37 + 2 = 11.37  

  Czas trwania stanu: 

                                 CP = TK - TX = 11.26 - 9.37 = 1.89 

 

Zapełnienie zasobnika Q: 

                                Q = Q + W * CP = 0 + 1 * 1.89 = 1.89 

  Generowanie czasu pracy urządzenia II: 

                               CR (II) = - B(II) * ln C = - 30 * ln 0.09876 = 69.45 

 

Moment zakończenia pracy urządzenia II: 

                              TU (II) = TK + CR (II) = 11.26 + 69.45 = 80.71 

 

Początek nowego stanu 

S2S:

 

                                            TX = TK = 11.26 
  
5.   
 

 

MOMENT KOŃCA STANU: 

                        TK = min ( TU(I), TU(II) ) = TU (I) = 78.95 

  Czas pracy systemu CRS: 

                              CRS = TK - TX = 78.95 - 11.26 = 67.69 

  Produkcja P: 

                                    P = P + CRS * W = 8.17 + 67.69 = 75.86 

 

Generowanie czasu naprawy urządzenia I: 

                                   CN(I) = - E(I) * ln C = - 3 * ln 0.2368 = 4.32 

 

Moment zakończenia naprawy I: 

                                   TN (I) = TK + CN (I) = 78.95 + 4.32 = 83.27 

 

Początek następnego stanu 

A2S:

 

                                             TX = TK = 78.95 
 

S1S

 

S2S

 

S2A