Очереди и управление ими – один из важнейших аспектов операционного менеджмента. Знать, как обращаться с ними, необходимо при составлении графиков, проектировании операций, планировании товарно-материальных запасов и т.д.
Существование очередей – это нормальное состояние произв. системы; ими довольно эффективно можно управлять с помощью средств системного менеджмента и проектирования.
Хар-ки входящих потоков:
1) вид входящего потока (управляемый, неуправляемый);
2) размер единицы входящего потока заявок: (одиночная заявка, групповая заявка);
3) распределение входящего потока (равномерное, экспоненциальное или пуассоновское, другое);
Очередь очередь очереди и ушел).
Параметры очередей:
1) длина очереди (бесконечная, ограниченная пропускной способностью);
2) кол-во очередей (однолинейная, многолинейная);
3) дисциплина очереди (первым прибыл, первым обслужен; первоочередное обслуживание клиентов с наименьшим временем обслуживания; первоочередное обслуживание по предварит. заказам; первоочередное обслуживание в случае крайней необходимости; ограничение потребностью; другая дисциплина).
Структура очередей:
1. Одноканальная (однофазовая, многофазовая);
2. Многоканальная (однофазовая, многофазовая);
3. Комбинированная:
Структура с переходом многоканального обслуживания в одноканальное (однофазовая, многофазовая),
Структура альтернативного пути.
Сценарии выхода из системы клиента:
1) возвращается в исходную генеральную совокупность;
2) низкая вероятность повторного обслуживания.
-
4) уровень терпеливости клиентов (терпеливый - стал в очередь и ждет, нетерпеливый - прибыл, осмотрел очередь и ушел; прибыл, немного постоял в очереди и ушел). Параметры очередей -
4) уровень терпеливости клиентов (терпеливый - стал в очередь и ждет, нетерпеливый - прибыл, осмотрел очередь и ушел; прибыл, немного постоял в очереди и ушел). Параметры очередей -
Сущность теории очередей , основные понятия .
основных -
Сущность теории очередей , основные понятия .
Это документ, в соответствии с которым происходит разбиение общего объема на совокупность основных пакетов работ, подлежащих выполнению. -
Сущность теории очередей , основные понятия . Очереди -
Сущность теории очередей , основные понятия . Очереди и управление ими – один из важнейших аспектов операционного менеджмента. Знать, как о. Стратегии преодоления проблем, которые обусловленные неоднородностью спроса. -
Сущность теории очередей , основные понятия . Очереди -
Сущность теории очередей , основные понятия . Очереди и управление ими – один из важнейших аспектов операционного менеджмента. Знать, как обращат... подробнее ». -
Понятие , сущность , основные
теории основные разновидности, или направления. -
Многочисленные демократические теории условно можно подразделить на три основные разновидност. Понятие , сущность , основные признаки политического режима демократии.
Найдено похожих страниц:10
3. Теория очередей
Дать определение характеристикам прибытия линейных систем ожидания
Основные знания о линиях обслуживания называются теорией очередей.
Сервисные затраты возрастают при попытке фирмы увеличивать уровень сервиса. Менеджеры в таком сервисном центре могут варьировать мощность установкой машин и персонала на специальных сервисных станциях, предотвращать или сокращать излишне длинные очереди. На складах бакалейных магазинов менеджеры и служащие могут работать, когда это необходимо, за чековыми аппаратами. В банках и аэропортах частично занятые работники могут быть позваны на помощь. По мере совершенствования сервиса (например, его ускорение) уменьшаются затраты времени, расходуемые на ожидание обслуживания, что показано убывающей линией. Затраты ожидания могут отражать потерянную производительность рабочих, пока их инструменты или машины ожидают ремонта, или просто могут быть оценены затратами потери покупателей по причине плохого сер виса и длинных очередей. 3 таких сервисных системах (например, в неотложной «скорой помощи») цена долгого ожидания может быть невыносимо высока.
Рис. 1. Соотношение между затратами ожидания и сервисными затратами
Обзор трех частей линейных систем ожидания, или очередей:
1) прибытия, или входы системы;
2) дисциплина очереди, или собственно система ожидания;
Эти три компонента имеют определенные характеристики, которые должны быть изучены прежде, чем математические модели очереди могут быть разработаны.
Характеристики прибытия. Входной источник, который генерирует прибытия или клиентов сервисной системы, имеет три главные характеристики. Такими тремя важными характеристика ми являются размер источника, модели прибытия в систему очередей и поведения прибытия.
1. Размер источника. Размер прибытия рассматривается либо как неограниченный (практически бесконечный), либо как ограниченный (конечный). Когда число клиентов или прибытии в любой момент происходит лишь малыми порциями от числа потенциальных прибытии, источник прибытии рассматривается неограниченным, или бесконечным. В практической жизни приме рами неограниченных источников могут быть автомобили на автозаправках, покупатели в супермаркете, студенты, записывающиеся на занятия в большом университете. Большинство моделей очередей допускают такие неограниченные источники прибытии.
Пример ограниченного, или конечного, источника - это центр копирования только с восьмью копировальными аппаратами, которые могут выйти из строя и потребовать обслуживания.
2. Образец прибытии в систему. Заказчики приходят в пункт обслуживания либо по какому-то известному расписанию (напри мер, один пациент каждые 15 минут или один студент на консультацию каждые полчаса), либо случайным образом. Прибытия считаются случайными, если они независимы друг от друга и их появление невозможно точно предсказать.
Часто в теории очередей число прибытии за единицу времени может быть определено с помощью распределения вероятности, известного как распределение Пуассона. Для любого заданного количества –прибытий (два заказчика в час или четыре грузовика в минуту) дискретное распределение Пуассона может быть определено формулой:
для х=0, 1, 2, 3, 4...
где Р (х) - вероятность х прибытии;
х - число прибытии в единицу времени;
а - среднее количество прибытии;
е- основание натурального логарифма 2,7183.
Поведение прибытии. Большинство моделей очередей полагают, что приходящие заказчики являются «терпеливыми». Терпеливые клиенты - это люди или машины, которые ожидают своей очереди до тех пор, пока их не обслужат, и не меняют очередь. К сожалению, жизнь сложнее, поскольку люди не всегда бывают терпеливыми. Клиенты, которые являются нетерпеливыми, отказываются присоединиться к очереди, потому что она слишком длинная, что не соответствует их запросам и интересам. Другая разновидность нетерпеливых клиентов - это те, которые, становясь в очередь, затем оказываются нетерпеливыми и покидают ее без завершения действия. Действительно, обе эти ситуации только подчеркивают необходимость теории очередей и анализа ожидания в очередях.
Дать определение характеристике очереди линейных систем ожидания
Характеристика очереди. Сама по себе очередь ожидания - это второй компонент системы очередей. Длина очереди может быть или ограниченной, или неограниченной. Очередь является ограниченной, если она не может по закону или физическим ограничениям увеличиваться до бесконечности. Это может быть в случае небольшой парикмахерской, которая имеет только ограниченное количество мест для ожидания. Аналитические модели очередей, рассматриваемые в этой главе, работают с неограниченными по длине очередями. Очередь является неограниченной, если нет ограничений на ее размер, как в примере обслуживания прибывающих автомобилей.
Вторая характеристика очередей относится к дисциплине очереди. Это касается правила, по которому клиенты в очереди получают обслуживание. Большинство систем использует дисциплину очереди, известную как правило: «первый пришел - первый ушел» (F1FО).
В госпитале или в супермаркете на экспресс-узле расчета различные приоритеты могут не соответствовать правилу F1FО. Пациенты в госпитале, которые находятся в критическом состоянии, могут идти вперед с приоритетом на обслуживание по сравнению с пациентами с легкими травмами. Покупатели менее чем с десятью покупками могут проходить на экспресс-узел расчета (но тогда они обслуживаются, как «первый пришел - первый обслужен»).
Термин F1FS(«первый пришел - первый обслужен») используется как заменитель F1FО, а другая дисциплина LIFS(«последний пришел - первый обслужен») распространена, когда мате риалы уложены так. что достать их можно только сверху.
Характеристика конфигураций систем обслуживания
Основные конфигурации системы очередей. Системы обслуживания обычно классифицируются по числу каналов, напри мер по числу серверов, и числу фаз, по числу позиций обслуживания, которые должны быть пройдены.
Одноканальная система очереди - с одним сервером, напри мер, банк, который имеет только одно открытое окно обслуживания, или одна точка обслуживания в ресторане быстрого обслуживания. С другой стороны, если банк имеет нескольких клерков и каждый клиент ожидает в одной общей очереди к первому освободившемуся окошку, тогда мы имеем многоканальную систему очереди. Большинство банков сегодня - это многоканальные системы обслуживания, так же как большинство парикмахерских, касс продажи авиабилетов и отделений связи.
Однофазная система обслуживания - это такая, в которой клиент получает обслуживание только от одной станции и затем покидает систему. Ресторан быстрого обслуживания, в котором человек, принимающий заказ, также приносит еду и получает деньги,- это однофазная система. Так, в офисе по выдаче водительских удостоверений, в котором лицо. принимающее заявление, также проводит тестирование и собирает деньги, имеет место однофазная система. Если ресторан требует разместить заказ в одном месте, заплатить в другом и взять еду в третьем, он становится многофазной системой. Соответственно, если агентство по выдаче водительских прав большое или в нем очень много посетителей, клиент, вероятно, вынужден будет прождать в очереди, чтобы заполнить заявление (первая остановка в обслуживании), затем стоять снова на экзамен (вторая остановка в обслуживании) и, наконец, в третьем месте заплатить деньги.
Очередь грузовиков под разгрузку на склад, ожидание клиентами банка свободного кассира. Если, например, клиентам приходится слишком долго ждать кассира, они могут решить перенести свои счета в другой банк. Подобным образом, если грузовикам приходится слишком долго дожидаться разгрузки, они не смогут выполнить столько ездок за день, сколько положено. Таким образом, принципиальная проблема заключается в уравновешивании расходов на дополнительные каналы обслуживания (больше людей для разгрузки грузовиков, больше кассиров, больше клерков, занимающихся предварительной продажей билетов на самолеты) и потерь от обслуживания на уровне ниже оптимального (грузовики не могут сделать лишнюю остановку из-за задержек под разгрузкой, потребители уходят в другой банк или обращаются к другой авиакомпании из-за медленного обслуживания).
Теория игр - это метод, используемый для оценки влияния какого-либо действия на конкурентов. Моделями теории очередей можно пользоваться в соответствии со спросом на них. Модели управления запасами помогают руководителю синхронизировать размещение заказов на ресурсы и оптимизировать их объемы, а также определять оптимальное для склада количество готовой продукции . Модели линейного программирования позволяют установить оптимальный способ распределения дефицитных ресурсов между конкурирующими потребностями в них. Имитационное моделирование - это использование устройства, которое имитирует реальный мир. В экономическом анализе используется ряд методов для определения экономического положения организации или осуществимости действия с экономической точки зрения.
Настоятельная потребность маркетинга и. предпринимательства в целом в полном и объективном освещении рыночных процессов , в достоверном предсказании возможного развития рынка. Понятие маркетингового исследования , его роль в бизнесе и удовлетворении информационно-аналитических потребностей маркетинга. Место маркетингового исследования в разработке стратегии маркетинга , планировании маркетинга и его контроллинге. Предмет и объекты маркетингового исследования . Цели маркетингового исследования . Принципы маркетингового исследования . Два направления маркетингового исследования формализация и качественные оценки. Достоинства и недостатки каждого из них. Возможности их консолидации. Основы методологии маркетингового исследования . Особая роль статистики и эконометрики в маркетинговых исследованиях . Теория массового обслуживания (теория очередей). Понятие статистического банка (набора статистических приемов обработки информации).
Данный метод также предусматривает разложение проблемы на части и изучение каждой из них. Важным инструментом данного метода является разработка и проигрывание с использованием количественных методов и компьютеров различных моделей решения. Разработаны и используются модели с привлечением системного подхода , исследования операций , теории игр, теории очередей, уп-
В 60-е гг. широко применялась такая техника планирования , как оперативное исследование. Речь идет об использовании научной техники управления для анализа проблемы и оценки возможных решений. Сюда входят теория очередей, игр, имитационное моделирование . Применение той или иной модели в процессе планирования зависит от накопления и анализа объективной информации. Предполагается, что информация должна поступать в каналы управления в достаточном объеме и в нужное время. Это самый ценный актив организации.
К числу важнейших инструментов и методов исследования операций относятся теория вероятности , метод обратных связей , линейное программирование , символическая логика, теория информации и связей, теория очередей, теория игр, теория поисков.
Изложенные обстоятельства позволяют для моделирования науки в регионе использовать математический аппарат теории очередей. Согласно этой теории, науку можно считать системой массового обслуживания (СМО). СМО, как известно, называется любая система, предназначенная для обслуживания каких-либо заявок, поступающих в нее в случайные моменты времени.
Теория очередей позволяет находить вероятности различных состояний СМО, а также устанавливать зависимости между заданными параметрами (числом каналов п, интенсивностью потока заявок Я, распределением времени обслуживания и т.д.) и характеристиками эффективности работы СМО. В качестве таких характеристик могут рассматриваться следующие
Усовершенствуем формулы теории очередей применительно к специфике науки. Условия существования стационарного режима, по мнению автора, будут иметь место при следующих обстоятельствах
Читатель найдет здесь доступное описание основных экономико-математических методов , построенных как на традиционном аппарате математики и логики, известном из школьных программ (дроби, проценты, уравнения, прогрессии, геометрические и логические задачи), так и на основе методов исследования операций - современном математическом аппарате , специально созданном для решения тех задач, с которыми элементарная математика не справляется. Это методы оптимизации (линейное, нелинейное и динамическое программирование), теория вероятностей и математическая статистика , теория массового обслуживания (теория очередей), метод статистических испытаний (Монте-Карло), теория игр и статистических решений, сетевое планирование.
Наряду с элементарной математикой и логикой рассматриваются также задачи, требующие применения аппарата высшей математики, особенно в теории вероятностей и математической статистике , а также в таких сравнительно молодых методах, как математическое программирование (линейное, нелинейное, динамическое), теория игр и статистических решений, теория массового обслуживания (теория очередей), метод статистических испытаний (Монте-Карло), сетевое планирование.
Если при поступлении очередной заявки все имеющиеся каналы (аппараты) оказываются занятыми, происходит сбой в обслуживании и начинает образовываться очередь. Поэтому теорию массового обслуживания называют также теорией очередей.
Центральным понятием теории очередей является функция стоимости, равная
Если величина N больше 1, вычисления приобретают более сложный характер. Общая формула приведена в Приложении 1, где также обсуждаются другие проблемы теории очередей. Для JV, равных 2 и 3, формулы выглядят следующим образом
В этой главе рассмотрены различные аспекты выбора места и планировки производственных площадей . Сокращение денежных, трудовых, временных и иных затрат возможно на основе определения общей производственной мощности , а для сферы услуг - использования теории очередей (массового обслуживания) для нахождения оптимального баланса между объемом простаивающего оборудования и временем ожидания покупателя в очереди.
В русскоязычной литературе теория очередей иногда называется теорией массового обслуживания.
Применение М. М.-К. можно проиллюстрировать примером из области теории очередей. Предположим, надо определить, как часто и как долго придется ждать покупателям в очереди в магазине при заданной его пропускной способности (допустим, для того, чтобы принять решение , следует ли расширять магазин). Подход покупателей носит случайный характер, распределение времени подхода (так можно назвать промежуток времени между каждыми двумя приходами покупателей) может быть установлено из имеющейся информации. Время обслуживания покупателей тоже носит случайный характер, и его распределение тоже может быть выявлено. Таким образом, имеются два стохастических или случайных процесса , взаимодействие которых и создает очередь.
Следует сказать и о терминах "Т.м.о." и "теория очередей". Во многих работах они трактуются как равнозначные, в других - теория очередей рассматривается лишь как раздел Т.м.о., поскольку последней изучаются системы не только с очередями, но и с отказами (напр., когда телефонная станция занята, очередь абонентов не образуется), а также некоторые иные.
Рыжиков Ю.И. Теория очередей и управление запасами . -СПб. Питер, 2001.-384 с.
Статистика - наука, изучающая массовые явления и процессы, поддающиеся количественному измерению, позволяющая выявлять тенденции и закономерности общественного развития, определять пропорции и оценивать колеблемость. Эконометрия -применение экономико-математических методов анализа , измерение параметров математических выражений, характеризующих определенную социально-экономическую концепцию, моделирование сложных, многомерных процессов и явлений. Достаточно широко в маркетинге используются методы линейного и динамического программирования , приемы теории массового обслуживания (теории очередей), теории принятия решений (теории риска), теории связей (сигнальной информации о процессах, выходящих за пределы установленных параметров). Социометрия - характеристика структуры и функционирования определенных человеческих групп с помощью количественных оценок . Квалиметрия - методология количественных оценок качества товаров . Бихевиоризм - наука о вкусах и предпочтениях людей, которая помогает разобраться в процессах формирования и изме-
Часто бывает, что запросы на обслуживание отдельных клиентов или заказы индивидуальных покупателей продукции поступают в систему случайным образом. Это так называемая проблема случайных клиентов. Единственный путь, который позволяет удовлетворять таких заказчиков, если накопление продукции и ожидание клиентов исключается, это составление внешнеориентированного расписания в сочетании с общим избытком мощности системы (избытком всех ее ресурсов). На практике такое расточительное резервирование встречается редко и поэтому части заказчиков, обращающихся в систему, приходится либо предлагать ожидание, либо отказывать, неся при этом определенные экономические Управление качеством (1974) -- [
Стохастическое моделирование
Ключевые слова: стохастичность, теория очередей, системы массового обслуживания, накопитель, очередь, транзакт
Стохастическое моделирование – это один из видов имитационного моделирования, базирующийся на теории Монте-Карло. Его определение можно представить так:
& Стохастическое моделирование (англ. stochastic modeling) – разновидность имитационного моделирования, в котором моделируемый объект представляется в виде совокупности параметров, описывающих внешнюю работу системы (внутренняя особенность объекта неизвестна) и имеющих случайную природу.
Если рассмотренные выше блочные и пошаговые модели со случайными процессами являются во многом детерминированными (их структура полностью или частично известна), то для процессов, имеющих менее определённый характер, требуется иной подход.
С внедрением автоматизации на предприятиях длительность изготовления продукции существенно сократилась за счёт ускорения выполнения роботами операций и внедрения конвейера. Производственный/обслуживающий процесс в основном стал сводиться к последовательности чётко разделённых технологических циклов, следующих друг за другом последовательно. Увеличился объём выпускаемой продукции, а следовательно, и нагрузки на обслуживающие элементы системы, что привело к возникновению задачи эффективной статистической оценки работы как системы в целом, так и её отдельных частей. Так появился подход, называемый теорией массового обслуживания или теорией очередей.
Стохастическое моделирование, или теория очередей – классическая область применения методов имитационного моделирования. Базовыми понятиями в этой области являются очередь , канал обслуживания и транзакт .
В зависимости от сочетания и настроек базовых элементов теории очередей можно описывать сложные технологические процессы, регистрируя только количественные и временные характеристики их работы.
Стохастическое моделирование можно охарактеризовать следующими признаками:
– использованием для моделирования дискретного времени;
– отсутствием информации о внутренней логике работы подсистем (всё задано случайными процессами во времени);
– наличием чёткой последовательности технологических операций в моделируемом процессе;
– рассмотрением однотипных объектов на каждом этапе процесса обслуживания;
– выделением законов движения транзакта путём наблюдения за моделируемой системой и обработки полученной статистики;
– просчётом, который позволяет визуализировать эволюцию модели на каждом шаге моделирования;
– представлением экспериментальных данных в виде таблицы-отчёта и графиков.
Условно в теории очередей рассматривается последовательность изменения состояния обслуживаемой заявки (транзакта) между этапами «поступление», «ожидание в очереди», «обслуживание», «покидание системы». При этом процесс внутренней работы подсистем (обслуживание) не детализируется, как в других моделях, а лишь характеризуется обобщенными временными характеристиками (высокая стохастичность). По этой причине подобные модели получили ещё одно название – системы массового обслуживания .
& Система массового обслуживания (англ. queue(ing) system, СМО ) – система, описывающая движение транзактов в исследуемом сложном объекте, характеризуемом траекторией обслуживания транзактов в виде временных интервалов.
Целью исследования в модели будут этапы обслуживания – наиболее трудно формализуемые элементы в системе.
Каждый этап обслуживания в модели имеет индивидуальную характеристику длительности и обозначается термином «накопитель». Для каждого накопителя в системе можно посчитать пропускную способность (число обслуженных заявок), коэффициент загрузки, среднюю скорость обслуживания одной заявки.
Наряду с накопителями, центральными понятиями в теории очередей являются транзакт и очередь. Рассмотрим их подробней.
& Транзакт (англ. transact) – элементарный элемент обслуживания в модели (заявка), траектория обработки которого описывается на всём этапе его присутствия в системе в соответствии с особенностями технологического процесса.
Транзакт может моделировать человека в очереди, процесс в памяти ЭВМ, товар на прилавке и тому подобное. Каждый транзакт имеет уникальный порядковый номер и обладает рядом характеристик, которые делятся на следующие группы:
1) человеческие (например, клиенты торговой точки);
2) финансовые (например, заявка на денежный перевод в отделение банка);
3) информационные (например, вызов на междугороднюю АТС);
4) прочие (например, техническое устройство, требующее ремонта или обслуживания).
По времени жизни:
1) с фиксированным временем жизни (например, скоропортящийся продукт питания после попадания в торговую точку может находиться там только ограниченное количество времени);
2) с бесконечным временем жизни (например, заявка в отдел заказов книжного магазина на доставку литературы).
По способу обслуживания:
1) с привилегиями, или приоритетами (например, обслуживание в кассе ветеранов Великой Отечественной войны без очереди);
2) без приоритетов (например, очередь в кассу кинотеатра).
Транзакты являются теми элементарными единицами обслуживания в системе, с помощью которых можно производить исследования моделируемых процессов. Последовательная совокупность транзактов, поступающая к месту обслуживания (накопителю), образует поток.
Непосредственно перед входом на этап обслуживания перед накопителем выстраивается очередь, образованная потоком транзактов. Она является важной характеристикой при оценивании работоспособности исследуемой системы, поэтому выделяют следующие виды очередей:
По положению:
1) внешняя (например, ожидание принтером ремонта в сервисном центре);
2) внутренняя (например, ожидание очередного этапа обработки изделия в середине технологического цикла (очередь внутри системы).
По длине:
1) с отказами (например, если на автостоянке нет свободных мест для парковки, то автомобиль уезжает, не дожидаясь освобождения места);
2) фиксированной длины (например, очередь запросов на соединение абонентов на АТС).
3) произвольной длины (например, очередь в супермаркете).
По интенсивности поступления новых запросов:
1) стационарные (регулярное поступление транзактов) (например, скорость движения конвейера задаёт интенсивность поступление товара в очередь для транспортировки на склад);
2) нестационарные (случайная интенсивность поступления транзактов) (например, поступление клиентов к пункту обслуживания столовой).
По направлению обслуживания транзактов:
1) правило FIFO: First Input – First Output, то есть ′первым пришел – первым вышел′ (например, очередь к парикмахерскую);
2) правило FILO: First Input – Last Output, то есть ′первым пришел – последним вышел′ (например, последовательность вынимания из постоянно пополняющегося контейнера деталей для последующей обработки: внизу находятся те детали, которые прибыли в контейнер первыми, поэтому они будут обработаны в последнюю очередь).
3) случайно (например, последовательность регистрации книг, поступивших в одной партии для книжного магазина).
Таким образом, для каждой очереди можно посчитать её среднюю длину; интенсивность поступления и выбытия из очереди; процент заявок, вышедших из системы по истечению срока ожидания; вероятность того, что система будет свободна; вероятность нахождения определённого числа клиентов в системе.
К перечисленным характеристикам добавляется параметр различного приоритета транзактов, что усложняет поведение заявок в системе. Многие процессы, сводимые к теории массового обслуживания, достаточно сложно оценить аналитически. Поэтому имитирование работы подобных систем – рациональный подход для определения характеристик исследуемой предметной области.
Эта теория представляет особый раздел теории случайных процессов и использует, в основном, аппарат теории вероятностей. Первые публикации в этой области относятся к 20-м гг. XX в. и принадлежат датчанину А. Эрлангу, занимавшемуся исследованиями функционирования телефонных станций - типичных СМО, где случайны моменты вызова, факт занятости абонента или всех каналов, продолжительность разговора. В дальнейшем теория очередей нашла развитие в работах многих советских и зарубежных математиков.
Теория очередей, - раздел теории вероятностей, изучающий математические модели разного рода реальных массового обслуживания систем. Эти модели представляют собой случайные процессы специального вида, которые называются иногда процессами обслуживания. Чаще всего используется описательное определение этих процессов, поскольку формальное их построение оказывается весьма сложным и не всегда эффективным.
Теория массового обслуживания использует главным образом аппарат теории вероятностей. Основные задачи теории массового обслуживания обычно состоят в том, чтобы на основании "локальных" свойств рассматриваемых случайных процессов изучить их стационарные характеристики (если таковые существуют) или поведение этих характеристик за большой промежуток времени. Одна из главных конечных целей исследований в этой области состоит в выборе наиболее разумной организации систем массового обслуживания.
Системы массового обслуживания (СМО)-- это такие системы, в которые в случайные моменты времени поступают заявки на обслуживание, при этом поступившие заявки обслуживаются с помощью имеющихся в распоряжении системы каналов обслуживания.
С позиции моделирования процесса массового обслуживания ситуации, когда образуются очереди заявок (требований) на обслуживание, возникают следующим образом. Поступив в обслуживающую систему, требование присоединяется к очереди других (ранее поступивших) требований. Канал обслуживания выбирает требование из находящихся в очереди, с тем, чтобы приступить к его обслуживанию. После завершения процедуры обслуживания очередного требования канал обслуживания приступает к обслуживанию следующего требования, если таковое имеется в блоке ожидания.
Цикл функционирования системы массового обслуживания подобного рода повторяется многократно в течение всего периода работы обслуживающей системы. При этом предполагается, что переход системы на обслуживание очередного требования после завершения обслуживания предыдущего требования происходит мгновенно, в случайные моменты времени.
Примерами систем массового обслуживания могут служить: Магазины, банки, ремонтные мастерские, почтовые отделения, посты технического обслуживания автомобилей, посты ремонта автомобилей, персональные компьютеры, обслуживающие поступающие заявки или требования на решение тех или иных задач, аудиторские фирмы, отделы налоговых инспекций, занимающиеся приемкой и проверкой текущей отчетности предприятий, телефонные станции и т.д.
Основными компонентами системы массового обслуживания любого вида являются:
входной поток поступающих требований или заявок на обслуживание;
дисциплина очереди;
механизм обслуживания.
Входной поток требований. Для описания входного потока требуется задать вероятностный закон, определяющий последовательность моментов поступления требований на обслуживание и указать количество таких требований в каждом очередном поступлении. При этом, как правило, оперируют понятием «вероятностное распределение моментов поступления требований». Здесь могут поступать как единичные, так и групповые требования (требования поступают группами в систему). В последнем случае обычно речь идет о системе обслуживания с параллельно-групповым обслуживанием.
Дисциплина очереди -- это важный компонент системы массового обслуживания, он определяет принцип, в соответствии с которым поступающие на вход обслуживающей системы требования подключаются из очереди к процедуре обслуживания. Чаще всего используются дисциплины очереди, определяемые следующими правилами:
- - первым пришел - первый обслуживаешься;
- - пришел последним -- обслуживаешься первым;
- - случайный отбор заявок;
- - отбор заявок по критерию приоритетности;
- - ограничение времени ожидания момента наступления обслуживания (имеет место очередь с ограниченным временем ожидания обслуживания, что ассоциируется с понятием «допустимая длина очереди»).
Механизм обслуживания определяется характеристиками самой процедуры обслуживания и структурой обслуживающей системы. К характеристикам процедуры обслуживания относятся: продолжительность процедуры обслуживания и количество требований, удовлетворяемых в результате выполнения каждой такой процедуры. Для аналитического описания характеристик процедуры обслуживания оперируют понятием «вероятностное распределение времени обслуживания требований».
Следует отметить, что время обслуживания заявки зависит от характера самой заявки или требований клиента и от состояния и возможностей обслуживающей системы. В ряде случаев приходится также учитывать вероятность выхода обслуживающего прибора по истечении некоторого ограниченного интервала времени.
Структура обслуживающей системы определяется количеством и взаимным расположением каналов обслуживания (механизмов, приборов и т. п.). Прежде всего, следует подчеркнуть, что система обслуживания может иметь не один канал обслуживания, а несколько; система такого рода способна обслуживать одновременно несколько требований. В этом случае все каналы обслуживания предлагают одни и те же услуги, и, следовательно, можно утверждать, что имеет место параллельное обслуживание.
Система обслуживания может состоять из нескольких разнотипных каналов обслуживания, через которые должно пройти каждое обслуживаемое требование, т. е. в обслуживающей системе процедуры обслуживания требований реализуются последовательно. Механизм обслуживания определяет характеристики выходящего (обслуженного) потока требований.
Рассмотрев основные компоненты систем обслуживания, можно констатировать, что функциональные возможности любой системы массового обслуживания определяются следующими основными факторами:
- - вероятностным распределением моментов поступлений заявок на обслуживание (единичных или групповых);
- - вероятностным распределением времени продолжительности обслуживания;
- - конфигурацией обслуживающей системы (параллельное, последовательное или параллельно-последовательное обслуживание);
- - количеством и производительностью обслуживающих каналов;
- - дисциплиной очереди;
- - мощностью источника требований.
В качестве основных критериев эффективности функционирования систем массового обслуживания, в зависимости от характера решаемой задачи могут выступать:
- - вероятность немедленного обслуживания поступившей заявки;
- - вероятность отказа в обслуживании поступившей заявки;
- - относительная и абсолютная пропускная способность системы;
- - средний процент заявок, получивших отказ в обслуживании;
- - среднее время ожидания в очереди;
- - средняя длина очереди;
- - средний доход от функционирования системы в единицу времени и т.п.
Предметом теории массового обслуживания является установление зависимости между факторами, определяющими функциональные возможности системы массового обслуживания, и эффективностью ее функционирования. В большинстве случаев все параметры, описывающие системы массового обслуживания, являются случайными величинами или функциями, поэтому эти системы относятся к стохастическим системам.
Независимо от характера процесса, протекающего в системе массового обслуживания, различают два основных вида СМО:
- - системы с отказами, в которых заявка, поступившая в систему в момент, когда все каналы заняты, получает отказ и сразу же покидает очередь;
- - системы с ожиданием (очередью), в которых заявка, поступившая в момент, когда все каналы обслуживания заняты, становится в очередь и ждет, пока не освободится один из каналов.
Системы массового обслуживания с ожиданием делятся на системы с ограниченным ожиданием и системы с неограниченным ожиданием.
В системах с ограниченным ожиданием может ограничиваться:
- - длина очереди;
- - время пребывания в очереди.
В системах с неограниченным ожиданием заявка, стоящая в очереди, ждет обслуживание неограниченно долго, т.е. пока не подойдет очередь.
По количеству каналов обслуживания СМО подразделяются на следующие группы:
Одноканальные СМО. Она состоит из одной очереди и одного устройства обслуживания. Термин "одноканальная" говорит о том, что к устройству обслуживания ведет только один путь.
Многоканальные СМО. Обслуживание очередной заявки может начаться до окончания обслуживания предыдущей заявки. Каждый канал действует как самостоятельное обслуживающее устройство.
По кругу обслуживаемых объектов различают два вида.
Замкнутые СМО. Замкнутая система массового обслуживания - это система массового обслуживания, в которой обслуженные требования могут возвращаться в систему и вновь поступать на обслуживание. Примерами замкнутой СМО являются ремонтные мастерские, сберегательные банки.
Открытые СМО. Для открытой СМО предполагается, что исходная совокупность на столько велика, что изменение ее размеров, вследствие прибытия или возвращения обслуженной заявки в исходную совокупность не оказывает существенного влияния на вероятность появления очередной заявки. массовый обслуживание математический однофазный
Если приборы обслуживания соединяются параллельно, то такое обслуживание называется однофазным, а если приборы соединяются последовательно, то многофазным, (ряд последовательных операций).
Однофазные СМО - это однородные системы, которые выполняют одну и ту же операцию обслуживания.
Многофазные СМО - это системы, в которых каналы обслуживания расположены последовательно и выполняют различные операции обслуживания. Примером многофазной СМО являются станции технического обслуживания автомобилей.
Приведенная классификация СМО является условной. На практике чаще всего СМО выступают в качестве смешанных систем. Например, заявки ожидают начала обслуживания до определенного момента, после чего система начинает работать как система с отказами.
В 1953 году Г. Кендалл предложил стандартные обозначения определений, которые используются исследователями без изменений. Для однофазных СМО символика Кендалла выглядит следующим образом:
A / B / n / m 2.1
Где A и B входной поток и поток обслуживания соответственно,
n - число каналов, n 1,
m - ёмкость накопителя.
Потоки случайных событий могут иметь различный вид:
- - М - экспоненциальное распределение длительностей интервалов поступления заявок или длительностей обслуживания (индекс М от определяющего слова марковский процесс, т.е. такой, когда поведение процесса после момента времени t зависит лишь от состояния процесса в момент времени t и не зависит от поведения до момента времени t),
- - D - детерминированное распределение длительностей интервалов поступления заявок или длительностей обслуживания,
- - Ек - поток Эрланга к - го порядка для длительностей интервалов между приходами заявок или длительностей обслуживания,
- - GI - рекуррентный поток (длительности интервалов статистически независимы и имеют одинаковое распределение),
- - G - общий вид распределения.
Тогда в символах Кендалла вместо А и В подставляется символ одного из упомянутых потоков, например:
M/M/1 - экспоненциальные потоки с одним каналом обслуживания и неограниченной ёмкостью.
D/GI/5/10 - детерминированный входной поток, рекуррентный поток обслуживания, многоканальное СМО с 5 одинаковыми каналами, ёмкость накопителя 10 и т.д.
