Nghiên Cứu Về Hệ Thống Kiểm Soát Xuất Nhập Khẩu Tại Đại Học Quốc Gia Hà Nội

Luận văn tập trung nghiên cứu về các mô hình hàng đợi cũng như một số kiến thức cơ bản trong "Lý thuyết hàng đợi", tìm hiểu công cụ mô phỏng hàng đợi là GPSS World với mục tiêu chính là hiểu được các thành phần cơ bản của một hệ thống hàng đợi, một số mô hình hàng đợi cơ bản và phân phối xác suất quan trọng, nắm được công cụ mô phỏng hàng đợi GPSS World và ngôn ngữ mô phỏng GPSS, để từ đó vận dụng vào giải quyết các bài toán thực tế. Phương pháp nghiên cứu được sử dụng bao gồm phân tích, tổng hợp, nghiên cứu thực tiễn và thực nghiệm.

Việc sử dụng các công thức toán học mà lý thuyết hàng đợi cung cấp để tính toán, cũng như mô phỏng hệ thống bằng cách sử dụng các ngôn ngữ lập trình truyền thống là khá phức tạp, khó khăn, vì khi lập trình chúng ta phải quản lý các sự kiện theo một mô hình nhiều sự kiện xảy ra đồng thời và chúng ta cũng phải xây dựng các hàm ngẫu nhiên sinh các sự kiện. Chính vì vậy, đã xuất hiện các công cụ và ngôn ngữ mô phỏng chuyên dụng như GPSS (General Purpose Simulation System), Petri Nets, Matlab,... GPSS thuộc loại ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng, một ngôn ngữ mô phỏng các hệ thống phức tạp rời rạc, được nhận định là hiệu quả nhất hiện nay.

Các đối tượng của ngôn ngữ này được sử dụng tương tự như các thành phần chuẩn của một hệ thống hàng đợi như là các yêu cầu đầu vào, đầu ra, các thiết bị phục vụ, hàng đợi,... Với tập hợp đầy đủ các thành phần như vậy, GPSS cho phép xây dựng các mô phỏng phức tạp trong khi vẫn đảm bảo những thuật ngữ thông thường của hệ thống hàng đợi. Vấn đề nghiên cứu và ứng dụng ngôn ngữ mô phỏng GPSS rất phổ biến và phát triển trên thế giới. Tuy nhiên, tại Việt Nam vấn đề này còn khá mới và chưa được ứng dụng rộng rãi, nhất là ứng dụng trong lĩnh vực quản lý xuất nhập khẩu.

Trên cơ sở các nghiên cứu đã có, luận văn đã tập trung vào các mục tiêu và các vấn đề cần giải quyết sau: Luận văn tập trung nghiên cứu về các mô hình hàng đợi cũng như một số kiến thức cơ bản trong “Lý thuyết hàng đợi”, tìm hiểu công cụ mô phỏng hàng đợi là GPSS World với mục tiêu chính là hiểu được các thành phần cơ bản của một hệ thống hàng đợi, một số mô hình hàng đợi cơ bản và phân phối xác suất quan trọng, nắm được công cụ mô phỏng hàng đợi GPSS World và ngôn ngữ mô phỏng GPSS, để từ đó vận dụng vào giải quyết các bài toán thực tế.

Phương pháp nghiên cứu thực tiễn được sử dụng để tìm hiểu thực trạng sử dụng công cụ mô phỏng hệ thống hàng đợi GPSS để giải quyết các bài toán thực tế hiện nay. Từ đó, đưa ra các đánh giá hiệu quả của việc sử dụng công cụ này trong mô phỏng hệ thống hàng đợi. Phương pháp thực nghiệm được sử dụng nhằm xác định tính khả thi, hiệu quả của công cụ mô phỏng, bằng cách cài đặt và chạy thử nghiệm công cụ mô phỏng trên bài toán kiểm soát xuất nhập cảnh tại sân bay quốc tế Nội Bài.

Từ việc nghiên cứu “Lý thuyết hàng đợi” và công cụ mô phỏng hệ thống hàng đợi GPSS World, luận văn đã tập trung làm rõ các thành phần cơ bản của một hệ thống hàng đợi, một số mô hình hàng đợi cơ bản, một quy luật phân phối ngẫu nhiên quan trọng; cơ sở lý thuyết, định nghĩa, cấu trúc của ngôn ngữ GPSS. Đồng thời vận dụng các kiến thức lý thuyết có được vào việc giải quyết bài toán kiểm soát xuất nhập cảnh tại sân bay quốc tế Nội Bài thông qua công cụ mô phỏng GPSS World.

Chương 2 - Tổng quan về lý thuyết hàng đợi. Chương này đưa ra cơ sở lý thuyết về hệ thống hàng đợi, bao gồm: các yếu tố của hệ thống phục vụ (dòng vào, dòng ra, hàng chờ, kênh phục vụ), luật Little, các quá trình Markov và trạng thái của hệ thống, nghiên cứu một số mô hình hàng đợi cơ bản và một số phân phối xác suất quan trọng. Chương 3 – Nghiên cứu công cụ mô phỏng hệ thống hàng đợi. Nêu các hướng tiếp cận mô phỏng: lập trình truyền thống và các công cụ mô phỏng có sẵn, trong đó tập trung vào công cụ GPSS World.

Chương 4 - Ứng dụng công cụ mô phỏng vào mô phỏng hệ thống hàng đợi thực tế. Ứng dụng công cụ mô phỏng GPSS World vào bài toán thực tế: Bài toán mô phỏng hoạt động kiểm soát xuất nhập cảnh của cửa khẩu sân bay quốc tế Nội Bài. Từ bài toán cụ thể đó phân tích, tính toán, tiến hành mô phỏng và đánh giá kết quả thu được. Chương 5 - Kết luận. Tóm lược kết quả chính của luận văn và nêu định hướng phát triển trong thời gian tới.

Một hệ thống hàng đợi có thể mô tả như sau: một trung tâm dịch vụ và một lượng khách hàng đến yêu cầu được phục vụ. Thông thường, trung tâm phục vụ có thể chỉ phục vụ một giới hạn khách hàng, nếu có khách hàng mới đến và các dịch vụ đã sử dụng hết, khách hàng này phải vào hàng đợi và đợi cho đến khi dịch vụ trở nên sẵn sàng. Do đó, chúng ta có thể xác định 3 yếu tố chính của một trung tâm dịch vụ là: lượng khách hàng, các thiết bị phục vụ và hàng đợi. Các trung tâm dịch vụ có thể được bố trí theo mô hình mạng, một khách hàng có thể đi qua một vài trung tâm dịch vụ theo một đường nào đó.

Lý thuyết hàng đợi tập trung trả lời các câu hỏi như: thời gian đợi trung bình trong hàng đợi, thời gian phản hồi trung bình của hệ thống (thời gian trong hàng đợi cộng với thời gian phục vụ), hiệu suất trung bình sử dụng các thiết bị phục vụ, phân bố số lượng khách hàng trong hàng đợi và trong hệ thống,... Các thông số này thường được tính toán bằng phương pháp thống kê, trong đó khoảng thời gian khách hàng đến hay thời gian phục vụ được coi là các đại lượng ngẫu nhiên. Các hệ thống hàng đợi không chỉ khác nhau về phân phối xác suất đến và thời gian phục vụ mà còn có thể khác nhau ở số lượng kênh phục vụ, kích thước hàng đợi (hữu hạn hay vô hạn), nguyên tắc phục vụ,.

David George Kendall (15/01/1918 – 23/10/2007) là nhà toán học và thống kê học người Anh. Ông là người đầu tiên đưa ra ký hiệu dùng để mô tả các thành phần cơ bản của một hàng đợi. Ý nghĩa của các ký hiệu trong mô tả Kendall được trình bày trong bảng 2.2: các thành phần trong ký hiệu Kendall. Chúng ta thường quan tâm đến các giải pháp để đạt được trạng thái cân bằng (steady state), nghĩa là sau một thời gian hoạt động lâu dài, hệ thống có xu hướng đạt đến một trạng thái cân bằng, ví dụ như phân phối khách hàng của hệ thống không thay đổi.

Điều này phân biệt rõ với trạng thái nhất thời (transient state), trạng thái có được khi chúng ta khảo sát phản hồi của hệ thống với các sự kiện khác nhau trong một khoảng thời gian ngắn. Ví dụ về một số hàng đợi: M/M/1 là hàng đợi có phân phối đến Poisson, thời gian phục vụ hàm mũ, 1 kênh phục vụ; M/G/m là hàng đợi có m kênh phục vụ, phân phối đến Poisson và thời gian phục vụ phân phối chung; M/M/r/K/n là hàng đợi có giới hạn số khách hàng đến là n, thời gian đến và thời gian phục vụ hàm mũ, có r kênh phục vụ và kích thước hệ thống là K; M/M/7/50/2000/FIFO là hàng đợi có phân phối đến và thời gian phục vụ phân phối hàm mũ, có 7 kênh phục vụ, dung lượng của hệ thống là 50 (7 đang được phục vụ và 43 trong hàng đợi), hệ thống phục vụ được tối đa là 2000 yêu cầu, nguyên tắc phục vụ là FIFO.