Simulace pohybu zavazadel na letišiti (SIMPROCESS)
Tato stránka slouží jako Výzkumná zpráva simulace „pohybu zavazadel na letišti“ k semestrálnímu projektu pro předmět 4IT495 Simulace systémů (LS 2017/2018) na VŠE v Praze.
Contents
Zadání práce
Název simulace: Simulace pohybu zavazadel na letišti
Autor: Bc. Daniel Navrátil
Typ modelu: Diskrétní simulace
Modelovací nástroj: SIMPROCESS 6.3.2
Definice problému
Předmětem modelu je simulace pohybu zavazadel na letišti. Rozlišujeme zavazadla dvojího typu, a to zavazadla lokální (končící na daném letišti) a zavazadla tranzitní (určená k další přepravě). Letadla přiváží zavazadla, která je nutné z letadla naložit do klecí napojených za vozidlem. Každé vozidlo může převážet až 5 napojených klecí. Po připojení všech naplněných klecí za vozidlo dochází k převozu zavazadel do budovy, kde jsou klece vyprázdněny. Lokální zavazadla jsou přemístěna na pásy, díky kterým budou doručeny až k cestujícím. Tranzitní zavazadla jsou taktéž umístěna na pás, ovšem odlišný, který posílá zavazadla do systému zodpovědného za třídění podle přidělených letů.
Metoda
Model popisuje diskrétní simulaci, kterou by bylo možné řešit využitím řady metod (např. Monte Carlo) a řady odlišných nástrojů. Vzhledem k nabízeným alternativám nástrojů jsem byl přikloněn k těm, které poskytují navíc nějakou formu vizualizace provedené simulace. Proto byl zvolen nástroj SIMPROCESS[1] ve zkušební verzi, která sice značně omezuje možnosti využitelných a dostupných funkcionalit, ovšem pro realizaci tohoto modelu byla i tato verze dostačující.
Model
Simulace běží: 1 kalendářní týden od 1. 1. 2018 00:00:00 do 8. 1. 2018 00:00:00
Entity:
- Zavazadlo
- Lokální
- Tranzitní
Atributy:
- lokalni
- typ boolean
- výchozí hodnota TRUE
Zdroje:
- Vozidlo
- počet jednotek: 15
- Klec
- počet jednotek: 80
Omezení modelu
Model je zatížen řadou omezení, která byla odvozena z veřejně dostupných informací poskytovaných na webových stránkách Letiště Václava Havla Praha[2], a především z informací získaných od jednoho ze zaměstnanců. Mezi tato omezení patří:
- V rámci modelu uvažujeme minimální náklad letadla v podobě 20 zavazadel a maximální náklad 200 zavazadel a průměrným počtem 110 zavazadel na letadlo
- Z důvodu rušení nočního klidu a omezení hluku letadla nelítají mezi 00:55 a 04:45. Pro lepší práci v nástroji a využití týdenní periody generování byla tato meze posunuta o dvě hodiny, tedy v rámci modelu je pracovní doba letiště definována od 02:45 – 22:55 (poskytující cestujícím hodinu na vyzvednutí všech dosud neodebraných zavazadel)
- O víkendu létá obecně méně letů
- Za každé vozidlo může být napojeno maximálně 5 přídavných klecí na zavazadla
- Do každé klece se vejde maximálně 25 zavazadel
- Lokální i tranzitní zavazadla mají oddělené klece pro ulehčení následného vyložení
- Lokálních zavazadel bývá v letadle obecně více, v krajních případech se může stát, že bude počet přivezených tranzitních zavazadel rovný počtu lokálních, ovšem nikdy nebývá větší
Popis aktivit
Přivezení zavazadel - aktivita Generate
Zavazadla jsou generována na základě normálního rozdělení N (110,90). Generátor využívá týdenní periody a rozlišuje všední dny a víkend. V obou případech je využit interval vyjádřený v minutách, ovšem pro všední dny je určen z exponenciálního rozdělení s průměrem 8 minut a náhodným seedem 11 a o víkendu s průměrem 10 minut se stejným seedem. Generování navíc probíhá pouze mezi časy 02:45 a 22:55.
Typ zavazadla - aktivita Branch
Větvící událost, která dle definované pravděpodobnosti rozliší, zda se jedná o lokální nebo tranzitní zavazadlo. V tomto případě byla určena pravděpodobnost 70 %, že se jedná o lokální zavadlo a zbývajících 30 %, že se jedná o zavazadlo tranzitní. Následující čtyři aktivity jsou dle zvolené větve v podstatě duplicitní, z toho důvodu zde budou vždy popsány dohromady.
Lokální/Tranzitní zavazadlo - aktivita Assign
Po náhodném rozhodnutí v předchozím kroku je zapotřebí každému zavazadlu přiřadit vybraný typ. Toho je docíleno nastavením entitního typu lokalni na hodnotu TRUE (resp. FALSE) v případě lokálních (resp. tranzitních) zavazadel.
Klec lokálních/tranzitních zavazadel - aktivita Batch
V tomto kroku dochází k rozdělení zavazadel do jednotlivých klecí. Horním stropem každé klece je 25 zavazadel, ovšem kompletní naplnění klecí není podmínkou, tedy minimální požadovaný počet zavazadel pro klec je jedno zavazadlo. Obě aktivity čekají maximálně 5 minut na další příchozí zavazadla.
Alokace lokální/tranzitní klece - aktivita Get Resource
Po rozdělení zavazadel do jednotlivých klecí dochází k aktuální alokaci zdroje klece. Pro každou příchozí skupinu entit je alokována jedna klec.
Příprava lokální/tranzitní klece - aktivita Delay
Všechny předchozí aktivity jsou ve skutečnosti realizovány ještě před samotným příletem letadla. Dispečing a ostatní pracovníci dostávají informace přibližně 15 minut před příletem každého letadla, aby se mohlo připravit vše potřebné a letadla zbytečně nečekala. Toto zpoždění emuluje samotné nakládání zavazadel do alokovaných klecí. Naložení každé klece trvá přibližně 3 minuty, proto bylo zvoleno Poissonovo rozdělení s průměrem 3 minut.
Spojení klecí - aktivita Batch
V této aktivitě dochází ke spojení všech využitých a naplněných klecí a k alokaci jednoho vozidla, které bude za převoz klecí zodpovědné. Maximální počet připojených klecí je 5, ovšem v případě poloprázdného letadla s jedním typem zavazadel se může stát, že vyjede vozidlo pouze s jednou klecí. Vozidlo čeká na připojení všech klecí maximálně 10 minut.
Převoz zavazadel - aktivita Delay
Aktivita zpoždění simulující aktuální převoz od letadla do budovy, ve které dochází k vyložení zavazadel a následnému roztřídění dle typu zavazadla. Vzdálenost této budovy od aktuálně vykládaného letadla bývá různá, ovšem každý z převozů trvá průměrně kolem 2,5 minut. Z toho důvodu bylo zvoleno normální rozdělení s průměrnou hodnotou 2,5 minut a odchylkou 1 minuty.
Uvolnění vozidla - aktivita Free Resource
Po příjezdu vozidla do destinace dochází ještě před vyložením klecí k uvolnění alokovaného vozidla. Tato aktivita je zde umístěna především kvůli logickému sledu aktivit a faktu, že tuto aktivitu je potřeba spouštět vždy jednou pro celé naložené vozidlo (a potažmo všechny klece).
Odpojení klecí - aktivita Unbatch
V tomto kroku dochází k rozpuštění vytvořené skupiny entit zavazadel představující všechny využité klece napojené za vozidlo. Klece jsou tedy pomyslně rozpojeny a připraveny na aktuální vyložení zavazadel.
Uvolnění klece - aktivita Free Resource
V tomto kroku dochází k rozpuštění vytvořené skupiny entit zavazadel představující všechny využité klece napojené za vozidlo. Klece jsou tedy pomyslně rozpojeny a připraveny na aktuální vyložení zavazadel.
Vyložení vozidla - aktivita Unbatch
Finální rozpuštění vytvořených skupin zavazadel předcházející odevzdání přivezených zavazadel. Výstupem této aktivity jsou již jednotlivá zavazadla.
Typ zavazadel - aktivita Branch
Obdobná aktivita jako první větvení na počátku modelu. Opět je rozhodováno na základě hodnoty atributu lokalni entitního typu, kdy pro lokalni zavazadla platí hodnota TRUE a pro zavazadla tranzitní hodnota FALSE. Všechna lokální zavazadla jsou následně vyložena na pás, který zajišťuje přesun zavazadel k cestujícím. V případě tranzitních zavazadel dochází k přesunu na jiný pás, který zavazadla dále třídí podle letů zavazadel.
Přesun zavazadel po pásu - aktivita Delay
Aktivita zpoždění v tomto bodě simuluje jízdu zavazadla po pásu. Letiště si zakládá na co nejrychlejším vydání zavazadel, proto zavazadla bývají doručena přibližně v průměru za 3 minuty. Z toho důvodu zde bylo zvoleno Poissonovo rozdělení s průměrem 3 minut.
Přesun tranzitních zavazadel - aktivita Delay
Aktivita zpoždění v tomto bodě simuluje přesun vyložených tranzitních zavazadel. Tyto zavazadla mají nižší prioritu než zavazadla lokální, proto bývá jejich doručení pomalejší. Pro doručení tranzitních zavazadel je proto použita hodnota z Poissonova rozdělení s průměrem 5 minut.
Převzetí zavazadel - aktivita Dispose
Konečná aktivita zajišťující ukončení života instancí entity lokálních zavazadel. V reálném světě tato aktivita představuje převzetí zavazadla cestujícím.
Vyložení do systému - aktivita Dispose
Konečná aktivita zajišťující ukončení života instancí entity tranzitních zavazadel. V reálném světě tato aktivita představuje doražení tranzitního zavazadla do systému zodpovědného za následné roztřídění zavazadel podle přidělených letů.
Výsledky
V následujících podkapitolách jsou zachyceny 4 zkoumané situace, každá z nichž trvala jeden kalendářní týden.
#Simulace A: Normální rozdělení představuje situaci, kdy bylo využito normálního rozdělení definovaného v předešlých kapitolách této zprávy.
#Simulace B: Nejmenší možné vytížení zachycuje případ, kdy všechna letadla budou nejpráznější, jak tento model umožňuje.
#Simulace C: Nejvyšší možné vytížení zachycuje případ, kdy všechna letadla budou naplněna až po definovaný strop, tedy 200 zavazadel.
#Simulace D: Normální rozdělení s nižším počtem zdrojů představuje chování modelu na snížení kapacity zdrojů. Z původních 80 klecí byly klece redukovány na 60 klecí a z 15 dostupných vozidel je pro tento případ dostupných pouze vozidel 10.
Simulace A: Normální rozdělení
Pro tuto simulaci bylo využito výše zmíněné normální rozdělení N(110, 90). Zjištěné výsledky jsou následující:
| Jméno Entity | Vygenerováno | Zbývajících v systému |
|---|---|---|
| Zavazadlo | 174 164 | 0 |
| Jméno Zdroje | Definovaná kapacita | Dosažené maximum | Maximum v % | Průměrně | Průměr v % |
|---|---|---|---|---|---|
| Klec | 80 | 40 | 50% | 7,049 | 8,81% |
| Vozidlo | 15 | 8 | 26,67% | 0,788 | 5,25% |
Simulace B: Nejmenší možné vytížení
Pro tuto simulaci bylo nahrazeno normální rozdělení prostou číselnou hodnotou, a to nejmenší možnou hodnotou dle normální rozdělení ze #Simulace A: Normální rozdělení
| Jméno Entity | Vygenerováno | Zbývajících v systému |
|---|---|---|
| Zavazadlo | 29 349 | 0 |
| Jméno Zdroje | Definovaná kapacita | Dosažené maximum | Maximum v % | Průměrně | Průměr v % |
|---|---|---|---|---|---|
| Klec | 80 | 11 | 13,75% | 2,829 | 3,53% |
| Vozidlo | 15 | 4 | 26,67% | 0,296 | 1,97% |
Simulace C: Nejvyšší možné vytížení
Pro tuto simulaci bylo nahrazeno normální rozdělení prostou číselnou hodnotou, a to nejvyšší možnou hodnotou dle normální rozdělení ze #Simulace A: Normální rozdělení
| Jméno Entity | Vygenerováno | Zbývajících v systému |
|---|---|---|
| Zavazadlo | 279 309 | 0 |
| Jméno Zdroje | Definovaná kapacita | Dosažené maximum | Maximum v % | Průměrně | Průměr v % |
|---|---|---|---|---|---|
| Klec | 80 | 59 | 73,75% | 10,150 | 12,68% |
| Vozidlo | 15 | 10 | 66,67% | 1,177 | 7,84% |
Simulace D: Normální rozdělení s nižším počtem zdrojů
Pro tuto simulaci bylo nahrazeno normální rozdělení prostou číselnou hodnotou, a to nejvyšší možnou hodnotou dle normální rozdělení ze #Simulace A: Normální rozdělení
| Jméno Entity | Vygenerováno | Zbývajících v systému |
|---|---|---|
| Zavazadlo | 174 164 | 0 |
| Jméno Zdroje | Definovaná kapacita | Dosažené maximum | Maximum v % | Průměrně | Průměr v % |
|---|---|---|---|---|---|
| Klec | 60 | 41 | 68,34% | 7,049 | 11,75% |
| Vozidlo | 10 | 8 | 80% | 0,788 | 7,88% |
Závěr
Dle získaných výsledků je vidět, že simulované letiště má velký přebytek vozidel využívaných pro rozvoz zavazadel. Zjištěné a nastavené původní kapacity v podobě 80 klecí a 15 vozidel se jeví jako nadbytečné plýtvání zdroji, vezmeme-li v potaz, že při daném počtu generovaných zavazadel a určeného časového intervalu nedojde k zaneprázdnění více než 5 aut zároveň a v nejhorším možném případě až 10 aut zároveň v situaci, která je téměř nereálná (viz. #Simulace D: Normální rozdělení s nižším počtem zdrojů). Počet klecí by zajisté bylo také moudré redukovat, ovšem v jejich případě je relativně běžné, že dojde k poškození, a proto je moudré v jejich případě držet rezervy větší.
Využitý model by šel bezpochyby vylepšit řadou rozšíření a zavedených opatření, bohužel zkušební verze SIMPROCESSu je výrazně omezena a povoluje jen využití těch nejzákladnějších funkcionalit, což jakákoliv smysluplnější rozšíření činí složité k realizaci.
Model by mohl být obohacený o další převážené položky jako například poštu či samotné cestující, o kterých se mi bohužel nepodařilo získat ověřené informace, dle kterých by bylo možné dále vycházet. Rozšíření modelu o odlety by mohlo být také zajímavé, či rozlišování letních sezón při delších simulacích, kdy obecně mnohem více lidí odlétá.
Simulaci považuji za úspěšnou, ale ve výsledku velmi málo vypovídající, jelikož není známo, jak dané letiště vnímá a pracuje se svými rezervami.
