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© UNESP 6 Agosto 2008
Autor: Anibal Tavares de Azevedo
Limeira, 08 de Agosto 2013
SIMULAÇÃO DE SISTEMAS
LISTA 2 - RESOLUÇÃO
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Questão 1:
Cada bagagem de um passageiro de avião deve ser verificada se possui armas ou não. Suponha que no aeroporto de Gotham City ocorre, em média, a chegada de 10 passageiros por minuto (tempo entre as chegadas segue uma distribuição exponencial). Para realizar a verificação é necessário um detector de metais e um equipamento de raio-x. Considere os dois equipamentos como um único ponto de checagem que pode atender uma média de 12 passageiros por minuto (com distribuição exponencial). Assumindo que o aeroporto possui apenas um ponto de checagem, responder:
Item (A): Qual a probabilidade de que o ponto de checagem não está ocioso? E de que existem passageiros na fila?
Item (B): Em média quantos passageiros estão esperando para entrar no ponto de checagem?
Item (C): Em média quanto tempo um passageiro gasta em um ponto de checagem?
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TEORIA DE FILAS
Sabendo que o modelo de filas segue M/M/1/GD/∞/∞, que a taxa de chegadas é de λλλλ = 10 passageiros por minuto e de atendimento é de µµµµ= 12 passageiros por minuto e que ρρρρ = λλλλ/µµµµ = 10/12 = 5/6.
2
1
0
λλλλ
= 10
λλλλ
= 10
µµµµ
= 12
µµµµ
= 12
ππππ0 = (1 - ρρρρ) = (1 – 5/6) = 1/6
Item (A): Qual a probabilidade de que o ponto de checagem não está ocioso? E de que existem passageiros na fila?
ππππ0:Ocioso ππππ2:a partir deste estado ocorre fila
●
Não ocioso:1-ππππ0 = 5/6●Fila:1-ππππ0-ππππ1 = 1-11/36 = 25/36
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1
,
4
)
6
/
25
(
)
6
/
1
(
)
36
/
25
(
)
6
/
5
(
1
)
6
/
5
(
1
2 2=
=
=
−
=
−
=
−
=
ρ
ρ
ρ
L
Lq
L =
λλλλ
W
→
→
→
→
W = L/
λλλλ
5
)
6
/
5
1
(
6
/
5
)
1
(
−
=
−
=
=
ρ
ρ
L
W = 5/10 =
1/2 minuto
Item (B): Em média quantos passageiros estão esperando para entrar no ponto de checagem?
Item (C): Em média quanto tempo um passageiro gasta em um ponto de checagem?
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TEORIA DE FILAS
Questão 2:
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O objetivo do aeroporto é minimizar a soma do custo do serviço e o custo do cliente na fila por 10 anos:
Custo médio
10 anos
Custo serviço
10 anos
=
Custo espera10 anos
+
Custo espera
10 anos
=
10××××(16××××365××××10)××××Wλλλλ Custo serviço
10 anos
=
1.000.000 ×××× no. maq.
Número de horas em 10 anos
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Agora os custos esperados por hora para uma ou mais máquinas compradas podem ser comparadas. Lembrando que λλλλ = 10.
TEORIA DE FILAS
Caso 1 – Apenas 1 máquina: µµµµ= 12.
λ
µ
λ
−
=
L
λ
L
W
=
+
λ
µ
−
=
1
W
10
12
1
−
=
W
Custo espera
10 anos
=
=
2.920.000
Custo serviço
10 anos
=
Custo médio
10 anos
=
3.920.000 10××××(16××××365××××10)××××Wλλλλ
1.000.000 ×××× 1
no. maq.
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Observe que tanto faz W e λλλλestarem em minutos ou horas, pois
λλλλW = L e L é o número médio de pessoas no sistema. Para verificar tal afirmação, considerar λλλλ em horas: λλλλ = 10*60. Caso 1 – Apenas 1 máquina: µµµµ= 12*60.
λ
µ
−
=
1
W
60
*
)
10
12
(
1
−
=
W
Custo espera10 anos
=
=
2.920.000
Custo serviço
10 anos
=
Custo médio
10 anos
=
3.920.000 10××××(16××××365××××10)××××Wλλλλ
1.000.000 ×××× 1
no. maq.
Número de horas em 10 anos
60
*
)
10
12
(
60
*
10
*
−
=
W
λ
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Agora os custos esperados uma segunda máquina for comprada. Supor que µµµµ= 24 e lembrar que λλλλ = 10.
TEORIA DE FILAS
Caso 2 – 2 máquinas: µµµµ = 24.
λ
µ
λ
−
=
L
λ
L
W
=
+
λ
µ
−
=
1
W
10
24
1
−
=
W
Custo espera10 anos
=
=
417.142,86
Custo serviço
10 anos
=
Custo médio
10 anos
=
2.417.142 10××××(16××××365××××10)××××Wλλλλ
1.000.000 ×××× 2
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Agora os custos esperados uma terceira máquina for comprada. Supor que µµµµ= 36 e lembrar que λλλλ = 10.
Caso 3 – 3 máquinas: µµµµ = 36.
λ
µ
λ
−
=
L
λ
L
W
=
+
λ
µ
−
=
1
W
10
36
1
−
=
W
Custo espera
10 anos
=
=
224.615,38
Custo serviço
10 anos
=
Custo médio
10 anos
=
3.224.615 10××××(16××××365××××10)××××Wλλλλ
1.000.000 ×××× 3
no. maq.
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TEORIA DE FILAS
Custo serviço µµµµ
1.000.000 12
24
36
Resumo das opções de investimento
2.000.000
3.000.000
Custo espera
2.920.000
417.142
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Questão 3:
Um departamento de ciências deve decidir entre alugar uma impressora rápida e um impressora lenta. O departamento acredita que o trabalho de um empregado vale R$15 por hora. O aluguel da impressora lenta custa R$4 e demanda, em média, 10 minutos de um empregado (com distribuição exponencial) ao passo que a impressora rápida custa R$15 por hora e demanda, em média, 6 minutos (com distribuição exponencial) para completar o trabalho. Qual máquina deve ser alugada?
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Tempo µµµµ (hora)
6 min 10 atend.
6 atend.
Resumo das opções de investimento
10 min
Custo espera (hora)
?
? Máquina
Rápida
Lenta
Custo serviço
(hora)
R$ 15
R$ 4 Custo de opr.
da máquina Custo da hora
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Agora os custos esperados por hora de acordo com o tipo de máquina podem ser comparados. Usa-se λλλλ genérico.
Caso 1 – Máquina rápida: µµµµ= 10.
λ
µ
λ
−
=
L
L
W
λ
=
λ
λ
−
=
10
L
Custo espera
hora
=
Custo serviço
hora
=
Custo médio
hora
=
15+15××××(λλλλ/(10-λλλλ)) 15××××(λλλλ/(10-λλλλ))
15
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Agora os custos esperados por hora de acordo com o tipo de máquina podem ser comparados. Usa-se λλλλ genérico.
TEORIA DE FILAS
Caso 2 – Máquina lenta: µµµµ = 6.
λ
µ
λ
−
=
L
L
W
λ
=
λ
λ
−
=
6
L
Custo espera
hora
=
Custo serviço
hora
=
Custo médio
hora
=
4+15××××(λλλλ/(6-λλλλ)) 15××××(λλλλ/(6-λλλλ))
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Usa-se a fórmulas anteriores para determinar para quais valores de λλλλ é mais vantajoso usar a máquina rápida ou lenta:
Rápida Lenta
15+15/9 = 16,66 λλλλ = 1
λλλλ = 2
15+15××××(λλλλ/(10-λλλλ)) 4+15××××(λλλλ/(6-λλλλ))
15+15/4 = 18,75
λλλλ = 3 15+15/4 = 20,00 λλλλ = 4 15+15*2/3 = 25,00
4+15/5 = 7
4+15/2 = 11,50
4+15/1 = 19,00
4+15*2 = 34,00
A partir de λλλλ = 4 é mais vantajoso empregar a máquina rápida.
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TEORIA DE FILAS
Questão 4:
Para um sistema de fila com M/M/1/GD/∞∞∞∞/∞∞∞, suponha que tanto ∞ λλλλquanto µµµµ são duplicados.
Item (A): Como L é modificado?
Item (B): Como W é modificado?
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)
1
(
ρ
ρ
−
=
L
Seja ρρρρ = λλλλ/µµµµe a equação de L dada por:
L
L
=
−
=
−
=
)
1
(
)
'
1
(
'
'
ρ
ρ
ρ
ρ
Seja ρρρρ’ = 2λλλλ/2µµµµ = λλλλ/µµµµ = ρρρρ, então, o novo valor L’ será dado por:
20
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λ
L
W
=
Seja ρρρρ = λλλλ/µµµµe a equação de W dada por:
Seja λλλλ’ = 2λλλλ e L’ = L, então, o novo valor W’ será dado por:
W
L
L
L
W
2
1
*
2
1
2
'
'
'
=
=
=
=
λ
λ
λ
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Sejam as equações de estado permanente dadas por:
Seja ρρρρ’ = 2λλλλ/2µµµµ = λλλλ/µµµµ = ρρρρ, então:
ππππ
0= (1 -
ρρρρ
)
ππππ
j=
ρρρρ
j(1 -
ρρρρ
)
ππππ
0’ = (1 -
ρρρρ
’) = (1 -
ρρρρ
) =
ππππ
0ππππ
j’ = (
ρρρρ
’)
j(1 -
ρρρρ
’) = (
ρρρρ
)
j(1 -
ρρρρ
) =
ππππ
j22
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TEORIA DE FILAS
Questão 5:
Um restaurante fast-food possui um serviço de atendimento de drive-in. Em média 40 clientes chegam por hora no serviço de drive-in e, em média, o tempo de serviço é de 1 minuto. Assumindo que o serviço de atendimento e o tempo entre as chegadas seguem uma distribuição exponencial.
Item (A): Em média, quantos clientes estão esperando na fila?
Item (B): Em média, quanto tempo o cliente gasta no restaurante (desde o tempo da chegada até o atendimento ser completado)?
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33
,
1
)
3
/
4
(
)
3
/
1
(
)
9
/
4
(
)
3
/
2
(
1
)
3
/
2
(
1
2 2=
=
=
−
=
−
=
−
=
ρ
ρ
ρ
L
Lq
L =
λλλλ
W
→
→
→
→
W = L/
λλλλ
2
)
3
/
2
1
(
3
/
2
)
1
(
−
=
−
=
=
ρ
ρ
L
W = 2/40 horas = 2*60/40 minutos = 3 minutos
Item (A): Em média, quantos clientes estão esperando na fila?
Item (B): Em média, quanto tempo o cliente gasta no restaurante (desde o tempo da chegada até o atendimento ser completado)?
Sabendo que o modelo de filas segue M/M/1/GD/∞/∞, que a taxa de chegadas é de λλλλ = 40 clientes por hora e de
atendimento é de µµµµ= 60 clientes por hora e que ρρρρ = λλλλ/µµµµ = 40/60 = 2/3.
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TEORIA DE FILAS
2
1
0
λλλλ
= 40
λλλλ
= 40
µµµµ
= 60
µµµµ
= 60
Item (c): Qual a fração do tempo existem mais de 3 carros esperando para o serviço (isto inclui o carro (se houver) em atendimento)?
ππππ0:Ocioso
ππππ2:a partir deste estado ocorre fila
Seja ππππ0 + ππππ1 + ππππ2 + ππππ3 + ππππ4 +... = 1, então:
ππππ3 + ππππ4 +... = 1 - ππππ0 - ππππ1 - ππππ2. Portanto, a probabilidade de que existam 3 ou mais carros é: 1 - ππππ0 - ππππ1 - ππππ2
3
λλλλ
= 40
µµµµ
= 60
ππππ3:Existem 3 carros no sistema.
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ππππ
0= (1 -
ρρρρ
) = (1 - 2/3) = 1/3
ππππ
1=
ρρρρ
1(1 -
ρρρρ
) = 2/3*(1 - 2/3) = 2/9
Achando os valores de ππππ0, ππππ1 e ππππ2 se ρρρρ = λλλλ/µµµµ =40/60=2/3:
ππππ
2=
ρρρρ
2(1 -
ρρρρ
) = (2/3)
2*(1 – 2/3) = 4/27
Seja ππππ3 + ππππ4 +... = 1 - ππππ0 - ππππ1 - ππππ2, então:
1 - ππππ0 - ππππ1 - ππππ2 = 1 – 1/3 – 2/9 – 4/27 = 1 -(9+6+4)/27 = 19/27 = 0,7037 ou 70,37% do tempo existem 3 ou mais carros.
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TEORIA DE FILAS
Questão 6:
Em um Sábado típico, chegam e são servidos 1200 clientes em um restaurante. O restaurante fica aberto por 12 horas. Na média, 150 clientes estão presentes. Quanto tempo, em média, um cliente gasta no restaurante?
L =
λλλλ
W
→
→
→
→
W = L/
λλλλ
L = 150 clientes
λλλλ = 1200 clientes/12 horas = 100 clientes/hora
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