Анализ производительности системы управления запасами на складе

№49-2,

Технические науки

Данная статья предназначена для анализа производительности автоматизированного управления запасами на складе. Система должна сканировать и распознавать карточки запросов, послать необходимое количество материалов со склада и своевременно возобновлять ресурсы склада. В статье рассмотрены описание задачи, конфигурирование целевой системы, анализ производительности системы управления запасами на складе: сценарий для анализа производительности, последовательности событий, назначение приоритетов, планирование в реальном времени для нераспределенной архитектуры. По ходу разработки системы, были рассмотрены основные этапы построения системы реального времени, ее основные параметры, функции, методы управления и ее общее представление.

Похожие материалы

Введение

Данная система предназначена для автоматизированного управления запасами на складе. Система должна сканировать и распознавать карточки запросов, послать необходимое количество материалов со склада и своевременно возобновлять ресурсы склада.

Так как данная система является нераспределенной, нужно разработать аналитическую модель и отобразить ее на централизованный проект.

Описание задачи

В каждой системе управления запасами склада есть:

  • кнопка включения системы. Оператор нажимает кнопку для включения системы;
  • кнопки, которые отвечают за управление ресурсами, отправляют материалы со склада и при необходимости заказывают новые материалы у поставщиков;
  • кнопки, которые отвечают за исправление ошибки, то есть связи с поставщиком в том случае, если доставлены некачественные материалы.

Минимально количество запасов – 0 уп.

Максимальное количество запасав – 500 уп.

Интерфейс системы понятен и работает в «диалоговом» режиме с оператором. Управление ведется с помощью панели управляющих клавиш, которая содержит клавиши «Запустить систему», «Отправить материалы со склада», «Заказать новые запасы», «Связаться с поставщиком».

Конфигурирование целевой системы.

На этапе конфигурирования целевой системы производится отображение подсистем на физические узлы. Одна из возможных конфигураций такова: по одному узлу для каждого экземпляра Подсистемы

Диаграмма развертывания распределенной системы запасов на складе
Рисунок 1. Диаграмма развертывания распределенной системы запасов на складе

Анализ производительности системы управления запасами на складе.

В этом разделе мы применим теорию планирования в реальном времени к анализу производительности нераспределенного варианта системы управления запасами на складе.

Сценарий для анализа производительности

Необходимо рассмотреть одну конкретную конфигурацию системы управления процессом управления запасами на складе, а затем проанализировать худший с точки зрения теории планирования случай.

Суммарное затраченное время на исправление одной неполадки рассчитывается по формуле:

Затраченное время = время обработки запроса от кнопок + время, необходимое, чтобы связаться с поставщиком + время исправления неполадки + время поступления сигнала от датчиков обнаружения неполадок и устранения неполадок.

Время обработки запроса от кнопок в худшем случае составляет 1 сек. Время наступления очередной неполадки невозможно предугадать, обозначим его как t. Время поступления сигнала от датчика наличия неполадок занимает в худшем случае также 1 сек. На принятие решения об связи с поставщиком для исправления неполадок оператор тратит в среднем 5 с. Время, необходимое поставщику, чтобы добраться до запасов, в котором произошла неполадка, занимает в среднем 350 секунд. Время исправления неполадки в среднем составляет 600 сек. Все в сумме дает в среднем 955 сек.

Последовательности событий

Рассмотрим соответствующие прецеденты последовательности событий в нераспределенной системе (рис.30).

Последовательность событий «Запуск системы»

G1: Интерфейс кнопок получает и обрабатывает прерывание.

G2: Интерфейс кнопок посылает Оператору сообщение Запрос на обслуживание.

Последовательность событий «Связаться с поставщиком»

Е1: Интерфейс кнопок получает и обрабатывает прерывание.

Е2: Интерфейс кнопок посылает Оператору сообщение Запрос на обслуживание.

Е3: Оператор принимает сообщение и проверяет объект Состояние.

Е4: Объект Интерфейс Датчиков отображает информацию об устранении неполадки на Интерфейс Монитора Контроля Управления запасом.

Е5: Объект Интерфейс Датчиков отображает информацию об устранении неполадки на Интерфейс Монитора Контроля Обнаружения неполадок.

Последовательность событий в нераспределенной системе управлении запасами на складе
Рисунок 2. Последовательность событий в нераспределенной системе управлении запасами на складе

Назначение приоритетов

Параметры задач в нераспределенной системе управления запасами приведены в табл.1. Период задачи Запуск системы берется равным 100 мс, период задачи устранение неполадок системе – 200 мс. Задача Оператор рассматривается так, словно представляет собой две разные задачи, поскольку встречается в двух разных последовательностях. В первом случае ее период равен 100 мс (частота активизации Интерфейса Кнопки для запуска системы), во втором – 200 мс (частота активизации Интерфейса Кнопки для устранения неполадок в системе). Задача Интерфейс Кнопок в последовательности событий «Запуск системы» имеет наивысший приоритет 1, за ней с приоритетом 2 следует задача Оператор (а). После последовательности «Запуск системы» происходит последовательность «Устранение неполадок в системе», которая начинается с задачи Интерфейс Кнопок со следующим приоритетом 3, затем отправляется запрос на обслуживание Оператору (б) с приоритетом задачи 4, затем запускается задача Интерфейс Датчиков с приоритетом 5, который отображает информацию об устранении неполадки на Монитор контроля управления запасами и Монитор контроля обнаружения неполадок с приоритетами 6 и 7 соответственно. Таким образом, задачи запускаются в соответствии с их приоритетом, более приоритетная задача успевает выполниться до завершения ее периода, поэтому вытеснения менее приоритетной задачи не происходит.

Таблица 1. Параметры задач для планирования в реальном времени на примере системы управления запасами на складе

Задача

Время ЦПС

Период Т

Коэффициент использования U

Назначенный приоритет

Последовательность событий «Запуск системы»

Интерфейс Кнопок (а)

6

100

0,06

1

Оператор (а)

9

100

0,09

2

Полное затраченное время 15 мс

Полный коэффициент 0,15

Последовательность событий «Связаться с поставщиком»

Интерфейс кнопок (б)

6

200

0,03

3

Оператор (б)

9

200

0,045

4

Интерфейс Датчиков

12

200

0,06

5

Монитор контроля Управления Запасом

6

200

0,03

6

Монитор контроля неполадок

10

200

0,05

7

Полное затраченное время 43 мс

Полный коэффициент 0,215

Планирование в реальном времени для нераспределенной архитектуры

Сложение коэффициентов использования ЦП для всех задач в табл.1 дает полный коэффициент 0,365, то есть намного меньше значения 0,69, полученного из теоремы о верхней границе. Но, поскольку присвоение приоритетов произведено с нарушением принципа частотной монотонности, необходим более детальный разбор.

Анализ выполняется для каждой последовательности, так как критично время, требующееся для завершения именно последовательности, а не каждой задачи в отдельности. Нужно принять во внимание вытеснение задачами с более высоким приоритетом, а также блокировку низкоприоритетными задачами.

Вытеснение иногда возникает из-за задач в других последовательностях событий, имеющих более короткий период и более высокий приоритет. Они способны вытеснять любую задачу несколько раз. Причиной вытеснения бывают также более приоритетные задачи с большими периодами, например высокоприоритетные задачи, управляемые прерываниями, которые принадлежат последовательностям событий с длинными периодами. Но такого рода вытеснения не могут происходить более одного раза. Затраты времени на блокировку связаны с низкоприоритетными задачами, захватившими ресурс, который нужен высокоприоритетной задаче, в данном случае речь идет об объекте Состояние и связаться с поставщиком.

Ниже приводится анализ планирования в реальном времени для каждой последовательности событий. Его результаты представлены на временной диаграмме: предполагается худший случай, когда все внешние прерывания возникают одновременно. На рисунке изображены только задачи и обмен сообщениями между ними. Доступ к пассивным объектам не показан, так как он происходит в контексте потока управления задачи.

Последовательность событий «Запуск системы»

Задачи, входящие в последовательность событий: Интерфейс Датчика Управления запасами и Оператор. Период этой последовательности составляет 100 мс.

Рассмотрим четыре фактора, вытекающие из обобщенной теории планирования в реальном времени:

  • время выполнения задач в последовательности событий. 6 мс для задачи Интерфейс Датчика Управления запасами, затем 9 мс для задачи Оператор, что в сумме дает Са = 15 мс. Коэффициент использования ЦП за счет выполнения Ua = Са / Та = 15 / 100 = 0,015;
  • время вытеснения более приоритетными задачами с меньшими периодами. Поскольку эта последовательность имеет наименьший период, таких задач нет;
  • вытеснение более приоритетными задачами с большими периодами. Поскольку задачи этой последовательности имеют наибольшие периоды, вытеснение отсутствует.
  • время блокировки Ва отсутствует.

Теперь можно определить суммарное затраченное время и полный коэффициент использования ЦП.

Суммарное затраченное время = время выполнения + время вытеснения + время блокировки = 15 + 0 + 0 = 15 мс, что меньше периода, равного 100 мс.

Полный коэффициент использования = коэффициент использования за счет выполнения + коэффициент использования за счет вытеснения + коэффициент использования за счет блокировки = Up + Uс = 0,15 + 0 + 0 = 0,15, что меньше верхней границы 0,69.

Согласно обобщенной теореме о верхней границе коэффициента использования и обобщенной теореме о времени завершения, задачи в последовательности событий достижение максимальной наполненности удовлетворяют временным ограничениям.

Последовательность событий «Связаться с поставщиком»

Задачи, входящие в последовательность событий: Интерфейс датчика обнаружение неполадок, Контролер и Оператор. Период этой последовательности Тb равен 200 мс.

Рассмотрим те же четыре фактора, что и выше:

  • время выполнения задач в последовательности событий. 6 мс для задачи Интерфейс Кнопок, затем 9 мс для задачи Оператор, затем 12 мс для Интерфейса Датчиков , далее 6 мс для Интерфейса Датчика Управления запасами и ,наконец, 10 мс для Интерфейса Датчика Обнаружения неполадок, что в сумме дает Сa = 43 мс. Коэффициент использования ЦП за счет выполнения Ue = Сa / Тa = 43/ 200 = 0,215;
  • время вытеснения более приоритетными задачами с меньшими периодами. Поскольку все задачи выполняются последовательно, и более приоритетная задача успевает выполнится до истечения своего периода, вытеснение отсутствует.
  • вытеснение более приоритетными задачами с большими периодами. Поскольку эта последовательность имеет наибольший период, таких задач нет;
  • время блокировки Ва отсутствует.

Таким образом, получаем:

Суммарное затраченное время = время выполнения + время вытеснения + время блокировки в худшем случае = 43 + 0 + 0 =43 мс, что меньше периода, равного 200мс.

Полный коэффициент использования = коэффициент использования за счет выполнения + коэффициент использования за счет вытеснения + коэффициент использования за счет блокировки = Ue + Up + Ub = 0,215+ 0+ +0= 0,215, что меньше верхней границы 0,69.

Согласно обобщенной теореме о верхней границе коэффициента использования и обобщенной теореме о времени завершения, задачи в последовательности событий Устранение неполадок на складе удовлетворяют временным ограничениям.

Временная диаграмма. Система управления запасами на складе
Рисунок 3. Временная диаграмма. Система управления запасами на складе

Заключение

В результате проведенной работы была спроектирована система реального времени – управление запасами на складе.

По ходу разработки системы, были рассмотрены основные этапы построения системы реального времени, ее основные параметры, функции, методы управления и ее общее представление.

Список литературы

  1. Гома Х. UML. Проектирование систем реального времени, параллельных и распределенных приложений: Пер. с англ. – М.: ДМК Пресс, 2002. – 704 с.
  2. Сорокин С. Системы реального времени// СТА, 1997, №2, С. 22–29.
  3. Христенсен Д. Знакомство со стандартом на языки программирования PLC: IEC 1131-3// Мир компьютерной автоматизации. 1995. №1.