Chương 2. HỆ THỐNG VÀ MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG

& MÔ PHỎNG CÁC
HỆ THỐNG CÔNG NGHIỆP
Bài giảng môn:
GV. Nguyễn Văn Cần

THỐNG VÀ MÔ HÌNH HÓA HỆ THỐNG
2.1. Một số khái niệm cơ bản
• Hệ thống (System)
– Tập hợp các thành phần, bao gồm các thực thể và
tài nguyên (máy móc, con người).
– Giữa chúng có mối quan hệ, tương tác với nhau.
Ví dụ: Các hệ thống
– Một hệ thống sản xuất: Máy móc, băng tải, hàng hóa sản xuất,
điều độ sản xuất, tồn kho,…
– Một hệ thống viễn thông: Thông tin, máy chủ mạng lưới thông
tin,…
– Một hệ thống ngân hàng: Khách hàng, nhân viên phục vụ,…
– Một hệ thống siêu thị: Khách hàng, máy tính tiền, thu ngân,…

khái niệm cơ bản
• Một Mô hình (A Model) là một sự đơn giản
hóa, đại diện cho một hệ thống thực với một
công cụ cụ thể để nghiên cứu hành vi của nó.
Con người dùng mô hình đó để nghiên cứu,
thực nghiệm nhằm tìm ra các quy luật hoạt
động của hệ thống.

khái niệm cơ bản
• Ví dụ mô hình:
ACTUAL SYSTEM
Models of the System
Hình. Mô hình của một dịch vụ.

khái niệm cơ bản
• Ví dụ mô hình:
Models of the System

khái niệm cơ bản
• Mô hình hóa (Moleling) là một quá trình thay
thế hệ thống thực bằng một mô hình để nhằm
thu nhận các thông tin của hệ thống bằng cách
tiến hành các thực nghiệm, tính toán trên mô
hình.

khái niệm cơ bản
• Chúng ta chỉ có thể xây dựng được mô hình gần đúng
với hệ thống thực.
• Mặc dù vậy mô hình hóa luôn luôn là một phương pháp
hữu hiệu để con người nghiên cứu hệ thống, nhận biết
các quá trình, các quy luật tự nhiên.
• Đặc biệt ngày nay nhờ có sự trợ giúp đắc lực của máy
tính người ta có thể phát triển các phương pháp mô hình
hóa cho phép xây dựng các mô hình ngày càng gần với
hệ thống nghiên cứu, đồng thời việc thu nhận lựa chọn,
xử lý các thông tin về mô hình rất thuận tiện, nhanh
chóng và chính xác.
Chính vì vậy, mô hình hóa là một phương pháp nghiên
cứu khoa học mà tất cả các kỹ sư phải nghiên cứu và
ứng dụng vào thực tiễn hoạt động của mình.

khái niệm cơ bản
• Mô phỏng (Simulation) là phương pháp mô hình hóa
dựa trên việc xây dựng mô hình số (numerical model) và
dùng phương pháp số (numerical methods) để tìm các
lời giải. Chính vì vậy, máy tính số là công cụ duy nhất và
hữu hiệu để thực hiện việc mô phỏng hệ thống.
Mô hình số: Được xây dựng dựa trên phương pháp số
tức là bằng các chương trình chạy trên máy tính số.
Mô phỏng bằng máy tính: Xây dựng và thử nghiệm
các mô hình thực tế của một hệ thống trên một máy tính.

mô hình hệ thống
• Phân loại mô hình nhằm giúp chúng ta trong việc đánh giá một
hệ thống, từ mô hình cụ thể mà ta có cách phân tích khác nhau
để đánh giá hệ thống.
• Mô hình thường được chia làm hai nhóm chính: Mô hình vật lý
và mô hình toán học.

mô hình hệ thống
• Mô hình toán học

mô hình hệ thống
Phân loại theo sơ đồ, ta có thể liệt kê ra được các cặp
mô hình
như sau:
– Mô hình tất định – Mô hình ngẫu nhiên
– Mô hình tĩnh – Mô hình động
– Mô hình tuyến tính – Mô hình phi tuyến
– Mô hình liên tục – Mô hình gián đoạn
– Mô hình giải tích – Mô hình mô phỏng.

mô hình hệ thống
– Mô hình tất định – Mô hình ngẫu nhiên
Nếu đầu ra (kết quả) của mô hình có thể dự đoán một
cách chắc chắn thì đó là một mô hình tất định. Mặt
khác, một mô hình là mô hình ngẫu nhiên nếu với lặp
lại cùng một bộ thông số đầu vào nhưng cho các kết
quả khác nhau.

mô hình hệ thống
– Mô hình tĩnh – Mô hình động
Một mô hình mà trong đó thời gian không là biến số
thì được gọi là mô hình tĩnh, còn nếu trạng thái của
hệ thống thay đổi theo thời gian thì gọi là mô hình
động. Ví dụ, mô hình lập lịch cho CPU là một mô
hình động. Một ví dụ về mô hình tĩnh là mô hình cho
thể hiện công thức tính năng lượng: E=mc2.

mô hình hệ thống
– Mô hình tuyến tính – Mô hình phi tuyến
Nếu mô hình có thông số đầu ra là một hàm tuyến
tính của các thông số đầu vào thì đó là mô hình
tuyến tính, nếu không thì đó là mô hình phi tuyến.

xây dựng một mô hình hệ thống
Người mô phỏng phân tích các dữ liệu thu thập được
từ hệ thống thực tế để xây dựng mô hình nguyên lý,
sau đó xây dựng mô hình logic.
Quá trình xây dựng mô hình hệ thống.

xây dựng một mô hình hệ thống
• Xác định các thành phần hệ thống
Các thực thể, thuộc tính, tài nguyên, các biến, sự kiện, hoạt động và
các mối quan hệ của chúng.
– Thực thể (Entity):
Ví dụ: Trung tâm chăm sóc sức khỏe
Những bệnh nhân,
Những người đến thăm bệnh
Hình Thực thể.

thành phần hệ thống
Hình Thuộc tính thực thể.
– Thuộc tính (Attribute):
Ví dụ: Bệnh nhân,
Loại bệnh,
Tuổi,
Giới tính,
Nhiệt độ,
Huyết áp

thành phần hệ thống
Hình Tài nguyên.
– Tài nguyên (Resources):
Ví dụ: Bác sĩ, Y tá,
Thiết bị chụp X quang

thành phần hệ thống
Hình Biến.
– Biến (Variable): Một phần thông tin phản ánh một
số đặc tính của toàn bộ hệ thống tại một thời điểm
nhất định, không xác định được thực thể cụ thể.
Thực thể có thể truy cập, thay đổi một số biến.
Ví dụ: Số bệnh nhân trong hệ thống,
Số bác sĩ rãnh rỗi,
Thời gian hiện hành

thành phần hệ thống
HìnhTrạng thái.
Ví dụ: {Số bệnh nhân trong hệ thống,
Trạng thái của các bác sĩ (bận hoặc rãnh rỗi),
Số bác sĩ rãnh rỗi,
Trạng thái của thiết bị phòng khám, v.v…}
– Trạng thái (State): Là một tập hợp của các biến có
chứa tất cả các thông tin cần thiết để mô tả hệ thống
bất cứ lúc nào.

thành phần hệ thống
Ví dụ: Một bệnh nhân mới đến,
Hoàn thành phục vụ,
Thiết bị y tế hỏng v.v…
– Sự kiện (Event): một sự xảy ra tức thời mà làm
thay đổi trạng thái của hệ thống.
Hình Sự kiện.

thành phần hệ thống
Ví dụ: Phẫu thuật,
Kiểm tra nhiệt độ,
Chụp X Quang
– Hoạt động (Activity): Một quá trình đại diện cho
một khoảng chiều dài thời gian xác định.
Hình Hoạt động.

lý
Mô hình nguyên lý (hay còn gọi là mô hình khái
niệm)
– Là mô hình toán học phản ánh bản chất của hệ
thực.
– Nói rõ hơn, là sự biểu diễn một hệ thống cần mô
phỏng bằng cách mô tả các mối quan hệ toán học, logic
hoặc cấu trúc của các thành phần trong hệ thống.

lý
Để xây dựng mô hình nguyên lý, người thực hiện
mô hình hóa cần phải hiểu biết sâu sắc về hệ thực
và có trình độ toán học cao để có thể dùng ngôn ngữ
toán học mô tả hệ thực.

lý
Sau đây liệt kê một số mô hình toán học thường
được dùng để xây dựng mô hình nguyên lý:
– Mô hình bài toán tối ưu hóa
– Mô hình bài toán quy hoạch tuyến tính
– Mô hình bài toán vận tải
– Mô hình trò chơi
– Mô hình sơ đồ mạng lưới (PERT)
– Mô hình độ tin cậy
– Mô hình quản lý dự trữ
– Mô hình hàng đợi

lý
Xác định mô hình toán hoc:
– Một hình toán học là đại diện lý thuyết và đơn
giản hóa của một hệ thống.
– Xác định những thành phần quan trọng, sự giả
thiết về hệ thống làm việc như thế nào.
– Nếu mô hình là đơn giản, thì sử dụng lý thuyết
xếp hàng, quy hoạch tuyến tính, phương trình vi
phân…
– Nếu mô hình là phức tạp, thì mô phỏng là cách
duy nhất.

lý
Xác định mô hình toán hoc:

lý
Chọn đúng mức độ chi tiết (giả định):
– Mức độ chi tiết thấp có thể dẫn đến kết quả thiếu thông
tin và mục tiêu không thể được thực hiện.
– Mức độ chi tiết cao đòi hỏi:
+ Nhiều thời gian và nỗ lực
+ Mô phỏng chạy dài hơn
+ Nhiều khả năng có sai sót

lý
Chọn đúng mức độ chi tiết (giả định):
Hình Biểu đồ chi phí mô
hình và mức độ chi tiết.

trên mô hình nguyên lý người ta phải xây dựng
mô hình logic hay còn gọi là lưu đồ tính toán. Lưu đồ là
cầu nối giữa mô hình nguyên lý và mô hình mô phỏng.
Lưu đồ phản ánh logic giữa các bước tính tức phản
ứng thuật toán mô phỏng. Trong lưu đồ phải:
– Phản ánh logic của mô hình nguyên lý, các biến, các
sự kiện xảy ra trong hệ thống đều phải được đưa vào
lưu đồ.
– Phải bao gồm các quan hệ trong mô hình nguyên lý.

Chuyển đổi mô hình logic sang mô hình mô phỏng.

mô hình logic hợp lý người ta chuyển
sang xây dựng mô hình mô phỏng có nghĩa là lập
trình bằng ngôn ngữ đã chọn hoặc xây dựng trên
phần mềm chuyên dụng.