Имитационная модель материально-технического обеспечения строительных объектов Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

ЛИТЕРАТУРА:

1. Воронов Ю.В. Учебник для вузов. «Водоотведение « М.; АСВ, 2014 г. 409 с

2. Голямина И. П. (1979). Ультразвук. Маленькая энциклопедия Москва, М.; Советская энциклопедия. 400 с.

3. Под редакцией Розенберга Л. Д. (2012). Физика и техника мощного ультразвука. т. 2. Москва, М.; Книга по Требованию, 268 с. ISBN: 978-5-458-41381-7.

4. Викулин П. Д. (2004). Монография. Физико-химические проявления акустического поля в технологиях кондиционирования воды. Москва, М.; АСВ.

5. Сиротюк М.Г. (2008) Акустическая кавитация. — М.: Наука, 271 с.

6. Хмелев В.Н. и др. (2012) Контроль параметров кавитирующих жидких сред, подвергаемых ультразвуковому воздействию. АГТУ Ползуновский вестник №2/1. с.154-159.

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

В. Б. Викулина, С. Ю. Пещеркина. влияние ультразвуковой кавитации на динамическую вязкость водной среды. — Системные технологии. — 2018. — № 26. — С. 139—142.

THE EFFECT OF ULTRASONIC CAVITATION ON THE DYNAMIC VISCOSITY OF THE WATER ENVIRONMENT

V. B. Vikulina, S. U. Pescherkina

Moscow State University of Civil Engineering

Abstract Keywords:

The article considers the influence of ultrasonic cavitation on the change ultrasonic cavitation; dynamic

of dynamic viscosity of water. Experimental data are given. The duration of viscosity of water' ultrasonic frequency;

, , . , magnetostrictive transducer; water

ultrasonic treatment was obtained.

disposal; viscometer; microflows; electrical conductivity

Date of receipt in edition: 15.01.18 Date of acceptance for printing: 18.01.18

УДК 692

ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ СТРОИТЕЛЬНЫХ ОБЪЕКТОВ

Н.А. Гаряев, А.В. Рыбина

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский

Московский государственный строительный университет» (НИУ МГСУ), г. Москва

Аннотация

В статье рассмотрен алгоритм имитационной модели материально-технического обеспечения строительных объектов на языке программирования JAVA. Данная модель решает проблему выбора рационального пути доставки стройматериалов на удаленный строительный объект по временным и стоимостным характеристикам, а также дает комплексную оценку по выбранным параметрам, а именно расположение строительного объекта согласно необходимым предпочтениям

Ключевые слова:

алгоритм моделирования, материально-техническое обеспечение, язык JAVA, имитационное моделирование, логистика История статьи:

Дата поступления в редакцию 15.01.18 Дата принятия к печати 18.01.18

Важной проблемой, стоящей перед современным строительством, является удаленность строящихся объектов, что затрудняет корректно определить затраты на доставку материалов для строительства, решение этой задачи позволит сэкономить как временные, так и стоимостные показатели строительства[1].

Предлагаемая имитационная модель упрощает принятие решений в случаях строительства удаленных объектов и позволяет осуществлять выбор рационального маршрута и необходимого количества транспортных средств, с последующей минимизацией временных и стоимостных затрат на доставку[3].

Для реализации модели выбрано программное обеспечение для имитационного моделирования Anylogic, которое используется для разработки имитационных исполняемых моделей и последующего их прогона для анализа.

Программный продукт Anylogic предоставляет:

- три современных подхода к моделированию (дискретно-событийный, агентный, системная динамика);

- анимацию и визуализацию к моделям;

- увязку с географической информационной системой ГИС-пространством (в реальном времени и реальном масштабе);

- интеграцию с другими ПО;

- автономную работу в облаке;

- содержит собственные библиотеки (моделирования потоков, дорожного движения и производственно-складскую библиотеку).

Огромное преимущество ещё в том, что компания «Экс ДжейТекнолоджис» выпустила бесплатную версию Anylogic PLE, которую можно использовать в образовательных целях в вузе, а также для самообразования. Бесплатная версия Anylogic PLE поддерживает все функции и возможности профессиональной версии и дает много возможностей для начинающих разработчиков[1,2,9].

Рассмотрим поэтапно последовательность моделирования:

- расстановка объектов на карте;

- вычисление всех возможных путей;

- прорисовка всех путей;

- вычисление рационального пути;

- отображение рационального пути;

- расчет экономических параметров;

- передача значений параметров в объект для сравнения с предыдущими прогонами;

- анализ полученных результатов.

Географическая информационная система в Anylogic хранит информацию о реальной обстановке на основе географического положения. Задается с помощью перетаскивания фигуры ГИС карта из палитры, которая поддерживает два типа карт: Тайловая карта и штейп-файлы. Тайловая карта загружается автоматически с сервиса поставщика, к примеру, Cycle map, OpenStreetMap и Mapquest. Шейп-файлы, содержат данные о точках, линиях, штриховках по определенным регионам. С помощью фигуры ГИС Карта можно отображать любой из этих типов карт, а также оба типа сразу как наложенные друг на друга слои [1,4].

Фигура ГИС карта имеет ряд возможностей, таких как, размещения объекта на карте, осуществляется в ручную или автоматически по поиску; изменение масштаба для определения необходимой местности для дальнейшего использования в модели; определение маршрута — вручную или автоматически (См. рис.1 «Размещение фигуры ГИС) [5].

В разрабатываемой имитационной модели выбрана автомобильная сеть дорог, для построения маршрута выбирается самый быстрый, если маршрут не найден, то он строится по прямой. Генерация маршрутов осуществляется с абсолютной точностью до 1 метра.

Расстановка объектов на карте.

В программном обеспечении Anylogic используется агентное моделирование — это метод имитационного моделирования, исследующий поведение децентрализованных агентов и то, как это поведение опре-

Рис. 1. Размещение фигуры ГИС

деляет поведение всей системы в целом. Агент — некая сущность, обладающая активностью, автономным поведением, которая принимает решения в соответствии с некоторым набором правил, взаимодействует с окружением, а также самостоятельно изменяется. Параметром агента могут быть люди, компании, проекты, активы, транспортные средства, города и другие. В модели можно создавать классы активных объектов и далее использовать в модели любое число экземпляров этих классов. Активный объект имеет параметры, которые можно изменять извне, переменные, которые можно считать памятью агента[9].

Рассмотрим более подробно процесс разработки имитационной модели материально-технического обеспечения строительных объектов в программном обеспечении Anylogic на базе языка программирования JAVA.

I Расстановка объектов на ГИС-карте в модели осуществляется с по-

мощью «функции Расстановка» (в типе агента «Main»), используя пара-_.■--■-.- метры factorys и clients (См. рис. 2 «Параметры factorys и clients функ-

.: г ■ -: Функция за цикл проходит по списку объектов, по списку складов и

расставляет эти объекты на ГИС карте (См. рис. 3 «Функция расстановки объектов на ГИС карте»).

Рис. 2. Параметры factorys и clients функции «Расстановка»

//Склады

for (РазмещениеКарта м: factorys) { Склад завод = ас)с1_склад().; завод.х = м.к; завод.у = м.у;

завод, prices.addAll(M.prices); завод .types . addAll(M, types) завод.setLatLon(M.yj м.х);

}

//Клиенты

for (РазмещениеКарта м: clients) { Объект клиент = add_hinHeHTH(); клиент.х = м.х; клиент.у = м.у; клиент.types,addAll(M.types); клиент.count,addAll(M.countTypes); клиент.setLatLon(M.yj м.х);

}

Рис. 3. Функция расстановки объектов на ГИС карте

Метод расставляет на карте ГИС склады и объекты. --Вычисление всех возможных путей.

Расчет путей происходит в событии «заказ Создание». Событие происходит по истечению таймаута, период которого равен одному дню, а время обновления (абсолютное) равно часам. Событие происходит циклически. Можно задать время первого срабатывания как модельную дату или как количество единиц модельного времени, которое должно пройти с момента запуска модели.

Непосредственно вычисление всех возможных путей осуществляется в цикле по объектам (внутри цикла есть еще один цикл по складам) Метода «type 2». Строятся пути между объектом и складом — все комбинации (См. рис. 4 «Вычисление всех возможных путей в методе «type 2»).

▼ Тело функции

//Обход объектов и построение путей Тог(Объект объект : клиенты) {

int maxlndex = объект.types.size(); РазмещениеКарта.Туре typel = объект.types.get(0); List<C»oiafl> поставщики1 = найтиПоставщиков^уре1); for (Склад завод1 : поставщики1) { Routs rout = new Routs();

GISRoute routel = map.getRoute(объект.у, объект.x, завод1.у, завод1.х);

rout.addWork(3aBOfll);

rout.add(routel)j

rout.объект = объект;

if (maxlndex > 1) {

РазмещениеКарта.Туре type2 = объект.types.get(l)j List<Cmiafl> поставщики2 = найтиПоставщиков^уре2); int ind2 = 0;

for (Склад завод2 : поставщики2) {

GISRoute route2 = map.getRoute(3aBOfll.y, завод1.х, завод2.у, завод2.х); if (ind2 == 0) {

rout.addWork(3aBOfl2); rout.add(route2);

> else {

rout = new Routs(объект, завод1, завод2); rout.add(routel, route2);

>

}

if (maxlndex > 2) {

РазмещениеКарта.Туре type3 = объект.types.get(2); List<CnyiaA> поставщикиЗ = найтиПоставщиков^уреЗ); int ind3 = 0;

for (Склад заводЗ : поставщикиЗ) {

GISRoute route3 = map.getRoute(3aBOA2.y, завод2.х, заводЗ.у, заводЗ.x); if (ind3 == 0) {

rout.addWork(заводЗ); rout.add(route3); } else {

rout = new Routs(o6beKT, завод1, завод2, заводЗ); rout.add(routel, route2, route3);

}

ind3++;

GISRoute routeEnd = map.getRoute(заводЗ.у, заводЗ.x, объект.у, объект.х); rout.addLastRoute(routeEnd); routes.add(rout);

}

} else {

GISRoute routeEnd = map.getRoute(завод2.у, завод2.х, объект.у, объект.х); rout.addLastRoute(routeEnd); routes.add(rout);

>

ind2++;

} else {

GISRoute routeEnd = map.getRoute(завод1.у, завод1.х, объект.у, объект.х); rout.addLastRoute(routeEnd); routes.add(rout);

}

pauseSimulation();

Рис. 4. Вычисление всех возможных путей в методе «type 2»

Прорисовка всех путей.

Прорисовка путей осуществляется по списку, который берется из пункта 2 «Вычисление всех возможных путей». С помощью команды «СККо^е гои:е1» задается путь из ГИС карты (См. рис.5 «Команда «СККо^е

бТБЙслЛе гои1е1 = тар. §е±Яои!е( объект, у, объект, х, завод!.у, завод!, х);

Рис. 5 .Команда «GISRoute routel»

Все возможные пути помещаются в коллекцию «routes». В дальнейшем это используется при расчете рационального (оптимального) пути.

Вычисление и отображение рационального пути. Рациональный путь вычисляется исходя из двух критериев:

- поиск маршрута с наименьшими временными затратами (кротчайший путь доставки материалов и конструкций);

- поиск маршрута с наименьшими материальными затратами (доставка с наименьшей стоимостью).

Расчет рационального пути по первому критерию представлен на рисунке 6 «Расчет рационального пути по первому критерию».

I //Погасить see и найти самый наикратчайший путь double findLenght . Double.MAX_VALUE;

if (findLenght'> r.lenghtPrice) {

for (GISRoute gr ; r.getRoutesf}} {

I //Отображаемый самый короткий путь

for (GISRoute gr : findRouts.getRoutes()} {

pa счетЭкономикиНеделя(findRouts);

Рис. 6. Расчет рационального пути по первому критерию

Функции «Расчет Экономики» и «Расчет Экономики Неделя» необходимы для определения рационального пути по второму критерию (поиск маршрута с наименьшими материальными затратами). Расчет экономических параметров.

В разрабатываемой имитационной модели осуществляется расчет экономических параметров, представленных на рисунке 7 «Экономические параметры с соответствующими функциями».

ПОКАЗАТЕЛИ:

1. Оощие затраты по доставке материалов, руб.

Грузоооорот ед/нед

3,

Оощий прооег транспорта, км Коп-во поездок, ед.

5. Коэффициент использования грузовмесшг,1гости транспорта

Затраты на 1 км прооега

Удельные транспоршые закаты

РЕЗУЛЬТАТ:

результат

результат

результат результат

результат

результат

результат

ф расчетЗатрат

ф расчетКолвоКоробок ^ расчетПробегаТранспорта ф расчетКолвоПоездок

Q, расчетГрузовместимостиТранспорта

Рис. 7. Экономические параметры с соответствующими функциями

Каждому параметру соответствует своя функция, которая так же представлена на рисунке 7. Анализ полученных результатов.

Анализ полученных результатов осуществляется пользователем при открытии формы после нажатия на кнопку «Анализ полученных результатов» на главной форме модели. Переход осуществляется по действию: «у1е'Агеа.па^а1еТо();».

Таким образом, представлена реализация алгоритма в программной среде. Но для реализации работы имитационной модели помимо представленных параметров, функций, событий и коллекций требуется масса дополнительных, а также диаграмма состояний, диаграмма переходов и библиотека моделирования процесса, представленных ниже[1 ,7].

Диаграмма состояний

Если у агента можно выделить несколько состояний, выполняющих различные действия при происхождении каких-то событий, или если у агента есть несколько качественно различных поведений, последовательно сменяющих друг друга при происхождении определенных событий, то поведение такого объекта может быть описано в терминах диаграммы состояний. Диаграмма состояний позволяет графически задать пространство состояний алгоритма поведения объекта, а также события, которые являются причинами срабатывания переходов из одних состояний в другие, и действия, происходящие при смене состояний[3,4].

Диаграмма состояний поведения транспорта с условием получения заказов представлена на рисунке 8 «Диаграмма состояний поведения транспорта».

ожиданиеЗаказа -

и

1

т С > ¡Г

У.

- J

f ™

1

1

погрузкаЗавод -

ЗаказНарядВь полнен / к

V -У

Л к

у 1 ^

1 г

т

ч Г возвра щ ен ие Н азад эибылНаСклад

.п.

1 к

1

■

г #

I1

Рис. 8. Диаграмма состояний поведения транспорта

Начальное состояние диаграммы — «state chart», ожидается выполнение заказа, при получении заданного сообщения «СТАРТ» определяется, откуда будет выполнен заказ, зависит от расположения объекта (присутствует ссылка на объект — откуда выехал транспорт).

Начало выполнения заказа зависит от переменных «заказ Наряд» (осуществляется ссылка на необходимый заказ), «пробег Транспорта», «пробег Транспорта Price» и от функции «get Count Box» (определяет общее количество боксов в транспорте); определяется (См. рис. 9 «Событие «начало Выполнения Заказа»):

GISRoute gisRoute = main.map.getRoute(this.getY()j this.getX()j заказ.завод.getY()j заказ.завод.getX())j пробегТранспортаРг1се += gisRoute.length(LEMCTH_LINIT_KILOMETER) * curentPrice;

Рис. 9. Событие «начало Выполнения Заказа»

По прибытию агента на базисный склад осуществляется в событии «погрузка Завод» погрузка строительных материалов и конструкций, с учетом погрузки для каждой единицы — 0,5 минут.

Дальше происходит ветвление, проверяется условие, если количество погруженных единиц материала равно вместимости автомобиля, то происходит событие «возвращение Назад», если же место в транспорте еще есть, то проверяется есть ли еще заказы на доставку. Если заказы есть, то транспорт осуществляет движение к базисному складу на выполнения заказа на погрузку, происходит переход «начало Выполнения Заказа», если же нет больше заказов, то происходит переход в событие «возвращение Назад», то есть возвращение на приобъектный склад. Пунктирный переход выполняется по умолчанию, когда все остальные условия не выполняются. Целочисленная переменная «index» отражает номер текущего выполненного заказа.

По прибытии агента в событие «прибыл На Склад» осуществляется расчет экономических показателей. После, если количество необходимого материала получено, идет переход в событие «Заказ Наряд Выполнен».

При доставке нужного количества строительных материалов и конструкций пользователь увидит выплывающее окно «Расчет завершен!». Если же заказ выполнен не полностью или при считывании с файла Excel, нужно выполнять следующий заказ, то после прибытия на приобъектный склад осуществляется переход в событие «началоВыполненияЗаказа».

Так же есть диаграмма состояний времени работы транспорта (См. рис. 10 «Диаграмма состояний вре-

Начальное состояние диаграммы «рабВремя». Имеется два события ожидание работы «ожидРаботы» и «работа». Работа выполняется при переходе по таймауту, установленный таймаут равен 8 часам утра. Переход из события «работа» в событие ожидание работы осуществляется по получении сообщения, то есть когда будет получено сообщение «СТОП» будет происходить событие ожидание работы. Выводы

Таким образом, в статье подробно описан и применен алгоритм моделирования материально-технического обеспечения строительных объектов на языке программирования JAVA. Поэтапно рассмотрена последовательность имитационного моделирования для материально-технической модели: расстановка объектов на карте, вычисление всех возможных путей, прорисовка всех путей, вычисление рационального пути, отображение рационального пути, расчет экономических параметров, передача значений параметров в объект для сравнения с предыдущими прогонами, анализ полученных результатов.

Данная модель, описанная в статье, определяет рациональный путь доставки стройматериалов на удаленный строительный объект, а также исходя из анализа этих данных, дает комплексную оценку по выбранным параметрам, а именно расположение строительного объекта согласно необходимым предпочтениям пользователя, решая проблему выбора рационального пути по временным и стоимостным характеристикам.

ЛИТЕРАТУРА

1. Гаряев Н.А., Гагарин П.В. Современное вычислительное моделирование как этап развития процесса проектирования Вестник МГСУ 2009. № S1. с. 186-187.

2. Гаряев Н.А., Гаряева В.В., Рыбина А.В. Разработка имитационной модели анализа проектных решений удаленных строительных объектов с точки зрения обеспечения строительными материалами и конструкциями. Научное обозрение. 2015. № 13. С. 395-398.

3. Гаряев П.Н. Компьютерное зонирование и градостроительство. Вычисление в трудах гражданского и строительного машиностроения 2014 Международная конференция. 2014. С. 1618-1625.

мени работы транспорта»).

к рабВрем д

1

f S ожидРаботь I

j

f

s У IT 71

1 1

1 j

f работа h

J

Рис. 10. Диаграмма состояний времени работы транспорта

4. Гаряева В.В. Разработка методики взаимодействия программных комплексов ALLPLAN и CINEMA 4D В сборнике: Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании сборник материалов международной научной конференции. ФГБОУ ВО «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет». 2017. С. 404-407.

5. Гаряева В.В. Разработка методики создания имитационной модели обеспечения удаленных объектов материалами и конструкциями. Научное обозрение. Москва: Издательский дом «Наука образования», 2015. С239-251.

6. Гаряева В.В., Гаряев Н.А. Комплексная оценка технического состояния жилищных проектов на основе компьютерных технологий. Вычисление в трудах гражданского и строительного машиностроения 2014 Международная конференция. 2014. С. 1336-1343.

7. Гаряева В.В., Гаряев Н.А. Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Информатика» «Национальный исследовательский Московский государственный строительный университет» Москва, 2009.

8. Карпов Ю.Г. Имитационное моделирование систем. Введение в моделирование с Anylogic. Спб.: Издательство БХВ-Петербург, 2017. С248-250.

9. Garyaev N.A. Geographically distributed learning network construction industry В сборнике: Computing in Civil and Building Engineering Proceedings 2014 International Conference. 2014. С. 1578-1585.

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Н.А. Гаряев, А.В. Рыбина. Имитационная модель материально-технического обеспечения строительных объектов. — Системные технологии. — 2018. — № 26. — С. 142-149.

SIMULATION MODEL OF MATERIAL AND TECHNICAL SUPPORT OF BUILDING OBJECTS.

Garyaev N.A. , Rybina A.V.

FGBOU VO «National Research Moscow State University of Civil Engineering»

Abstract

In the article the algorithm of simulation model of material and technical support of construction objects in JAVA programming language is considered. This model solves the problem of choosing a rational way of delivery of building materials to a remote construction site by time and cost characteristics, as well as gives a comprehensive assessment of the selected parameters, namely the location of the construction site according to the necessary preferences

Keywords:

algorithm modeling, logistics, JAVA, simulation, logistics Date of receipt in edition: 15.01.18 Date of acceptance for printing: 18.01.18