Dynamická simulace jako srdce plánovacího procesu
Tradiční metody plánování a optimalizace využívají statické modely a předpoklady, které neberou v úvahu změny a dynamické události vyskytující se během procesu. To může vést k suboptimálním výsledkům a zvýšeným nákladům. Zároveň klíčem k úspěšné realizaci projektu je znát dopad jednoho nebo jiného ovlivňujícího faktoru ještě před tím, než návrh bude implementován do reálné výroby. Tady přichází do hry dynamická simulace.
Dynamická simulace je nástroj umožňující modelování procesů a systémů v reálném čase s možností předpovídat jejich chování v různých podmínkách a scénářích. Díky ní lze získat lepší pochopení dynamiky procesů a jejich vzájemných interakcí v různých okamžicích, což je nezbytné pro efektivní plánování. Proto v tomto blogu chceme nejen poukázat na přínosy použití nástrojů dynamické simulace, ale zároveň se podělit o naše dlouholeté zkušenosti s plánováním výrobních a logistických procesů v prostředí moderní výroby.
Co považujeme za hlavní přínosy dynamické simulace?
Nezávisle na tom, zda se jedná o výrobní nebo logistický systém nebo jejich kombinaci, není během plánování dostačující znát kapacitu zařízení a jejich průměrné vytížení. Je třeba zohledňovat i logiku fungování procesů, postupy, nárazovost výroby a sladěnost jednotlivých prvků. Konvenční metody plánování často vykazují odchylku až 20 % od reality právě kvůli nezohlednění dynamiky systému. Z našeho pohledu jsou hlavní výhody, které přináší dynamická simulace pro plánování procesů a jejich kapacit následující:
- Přesnější modelování procesů: dynamická simulace umožňuje přesněji modelovat procesy a systémy, protože zohledňuje jejich dynamiku a vzájemné interakce. To vede k lepšímu pochopení komplexnosti procesů a umožňuje identifikovat potenciálně slabá místa a oblasti, které lze vylepšit.
- Testování různých scénářů: pomocí dynamické simulace lze testovat různé scénáře a strategie plánování. To umožňuje manažerům identifikovat optimální řešení, která vedou k nejlepším výsledkům v závislosti na konkrétních podmínkách a požadavcích.
- Předpovídání výsledků: simulace umožňuje předpovídat výsledky a chování procesů v budoucnosti. Tyto předpovědi jsou založeny na reálných údajích a umožňují přijímat informovaná rozhodnutí a optimalizovat plánování.
- Rychlejší reakce na změny: vdynamickém a neustále se měnícím se prostředí je klíčové být schopen rychle reagovat na změny. Simulace umožňuje na základě dat získávaných v reálném čase přizpůsobit plánování podle aktuální potřeby.
- Optimalizace zdrojů: simulace umožňuje lépe plánovat a optimalizovat využití zdrojů jako pracovní síly, času, materiálů a financí. Dosáhne se tím efektivnějšího hospodaření s prostředky a sníží se provozní náklady.
Jaký nástroj používáme pro plánování?
Tecnomatix Plant Simulation, což je počítačová aplikace od společnosti Siemens Digital Industries Software. Prostřednictvím aplikace mohou uživatelé navrhovat a optimalizovat materiálové toky, využívání zdrojů a logistické procesy na všech úrovních plánování. Plant Simulation je využíván především pro strategické plánování, verifikaci navrhované logiky, jakož i podpůrný nástroj pro denní plánování výroby.
Prostředí aplikace Plant Simulation umožňuje vytvářet pokročilé, uživatelsky modifikovatelné výrobní a nevýrobní objekty, které reprezentují reálná zařízení (stroj, AGV tahač, apod.), a dokáží na základě nadefinovaných parametrů převzít jejich vlastnosti. Jednotlivé prvky lze logicky uspořádat do předdefinovaných šablon a následně tak vytvořit uživatelskou knihovnu. Takto vytvořené knihovny slouží k výraznému snížení jak časové, tak znalostní náročnosti používání aplikace při samotné tvorbě simulačního modelu, spouštění simulačních experimentů, jakož i jejich vyhodnocování.
Naše společnost vytvořila vlastní knihovnu pod názvem CLL (tzn. CEIT Logistics Library), která slouží k zefektivnění procesů plánování automatizovaného logistického systému prostřednictvím dynamické simulace. Rozšiřující knihovna obsahuje moduly:
- Databáze objektů – obsahuje kompletní portfolio modelů logistické techniky naší společnosti ve 2D a 3D provedení, jakož i všeobecné zástupce manuální logistické techniky. Jednotlivé objekty obsahují předdefinované parametry na základě technických specifikací jako např. rychlosti, bezpečnostní zóny, algoritmus nabíjení/vybíjení zohledňující váhu manipulovaného materiálu či předdefinované animace.
- Ovládací rozhraní – uživatelsky přizpůsobené ovládací rozhraní, jehož prostřednictvím se vkládají a upravují jednotlivé prvky objektů do simulačního modelu. Obsahuje databázi vzorů pro tvorbu jednotlivých logických příkazů, řídících pravidel pro křižovatky, rychlostních omezení, jakož i předdefinovaných metod pro nakládání a vykládání zařízení.
- Statistický modul – standardizovaný modul obsahující podrobné statistické údaje o vytíženosti jednotlivých zařízení, parciálních nebo komplexních reakčních časech zařízení, zpožděních transportu, maximální transportní kapacitě, energetickém managementu baterií, Sankeyův diagram, OTE (celková efektivita přepravy) apod.
Jak přistupujeme k implementaci dynamické simulace v plánování procesů?
Nezávisle na charakteru řešeného procesu vždy začínáme identifikací cílů a procesů, které budeme simulovat. V této první fázi tvoříme hlavní a dílčí cíle a definujeme oblasti, ze kterých je třeba sesbírat kvalitní vstupní data pro následné vytvoření co nejpřesnější virtuální kopie simulovaného systému.
Pak následuje sbírání potřebných dat o procesech a vytvoření přesného matematického nebo počítačového modelu, jež bude základem pro simulaci. Model musí být komplexní a zohledňovat všechny důležité faktory a jejich vzájemné propojení.
Důležité je již během tvorby modelu ověřovat jeho správnost, například pomocí simulování scénářů, které se již udály, a tedy porovnávat reálné výsledky s výsledky, které získáme ze simulace.
Po nakonfigurování logistického systému a okrajových podmínek výrobního systému je možné přistoupit k realizaci simulačních experimentů. Simulační experimenty se provádějí na konkrétní scénář nebo na sérii scénářů ohraničených mezními hodnotami přepravního a výrobního systému. Průběh simulace lze sledovat formou 2D nebo 3D animací, nebo se přímo zaměřit na vyhodnocení experimentů. Statistický modul knihovny disponuje standardizovaným HTML reportem (obr. 4), který automatizovaně sbírá a vyhodnocuje jednotlivé KPI ukazatele (vytíženost zařízení, propustnost transportního systému, průběh nabíjení a celkovou kapacitu baterií, reakční doby apod.), které lze exportovat do souboru PDF nebo jako offline internetovou stránku. Kromě standardizovaného reportu je možné analyzovat simulovaný scénář i na základě analýzy kolizních stavů (grafické zobrazení jednotlivých stavů na trase – Obr. 2), Sankeyho diagramu, vytíženosti křižovatek a komunikací na základě intralogistických pravidel. Obsah zobrazovaného statistického reportu lze flexibilně přizpůsobit prostřednictvím ovládací nabídky na základě uživatelských potřeb.
Po úspěšné implementaci navržených řešení následuje ukončení projektu, avšak v některých případech simulační model naši zákazníci využívají na denní/týdenní bázi jako plánovací aplikaci. Pro tyto účely připravujeme zákazníkovi na míru šitou ovládací nabídku, přes kterou dokáže samostatně nastavit parametry systému, což eliminuje potřebu znalosti simulačního softwaru na straně zákazníka.
Softwarové prostředí Tecnomatix Plant Simulation s ovládacím rozhraním CLL
Výstupní report statistik ze simulačního běhu
Simulace hraje významnou roli v procesu plánování pro úspěšné splnění požadavku komplexního vyhodnocování. Pro splnění požadavku minimalizace časové náročnosti procesu plánování s využitím simulace hraje významnou roli využití doplňkových knihoven, které obsahují standardizované objekty a předlohy sloužící k tvorbě samotného modelu. Prostřednictvím využití rozšiřující knihovny CLL byla naše společnost schopna zkrátit proces plánování a optimalizace automatizovaného logistického systému AGV o průměrně 35 % oproti původnímu způsobu plánování za pomoci dynamické simulace bez použití logistické knihovny CLL.