Dynamická simulácia ako srdce plánovacieho procesu

Tradičné metódy plánovania a optimalizácie využívajú statické modely a predpoklady, ktoré neberú do úvahy zmeny a dynamické udalosti vyskytujúce sa počas procesu. To môže viesť k suboptimálnym výsledkom a zvýšeným nákladom. Zároveň kľúčom k úspešnej realizácií projektu je vedieť dopad jedného alebo iného ovplyvňujúceho faktoru ešte pred tým, ako návrh bude implementovaný do reálnej výroby. Tu prichádza do hry dynamická simulácia.

 

Dynamická simulácia je nástroj umožňujúci modelovanie procesov a systémov v reálnom čase s možnosťou predpovedať ich správanie v rôznych podmienkach a scenároch. Vďaka nej je možné získať lepšie pochopenie dynamiky procesov a ich vzájomných interakcií v rôznych okamihoch, čo je nevyhnutné pre efektívne plánovanie. Preto v tomto blogu chceme nielen poukázať na prínosy použitia nástrojov dynamickej simulácie, ale zároveň sa podeliť s našimi dlhoročnými skúsenosťami v plánovaní výrobných a logistických procesov v prostredí modernej výroby.

Čo považujeme za hlavné prínosy dynamickej simulácie?

Nezávisle od toho, či ide o výrobný alebo logistický systém, alebo ich kombináciu, počas plánovania nie je postačujúce poznať kapacitu zariadení a ich priemerné vyťaženie. Je potrebné brať do úvahy aj logiku fungovania procesov, postupy, nárazovosť výroby a zladenosť jednotlivých prvkov. Konvenčné metódy plánovania často vykazujú odchýlku až 20 % od reality práve kvôli nezohľadneniu dynamiky systému. Z nášho pohľadu sú hlavné výhody, ktoré prináša dynamická simulácia pre plánovanie procesov a ich kapacít nasledovné:

1. Presnejšie modelovanie procesov: dynamická simulácia umožňuje presnejšie modelovať procesy a systémy, pretože zohľadňuje ich dynamiku a vzájomné interakcie. To vedie k lepšiemu pochopeniu komplexnosti procesov a umožňuje identifikovať potenciálne slabé miesta a oblasti, ktoré je možné vylepšiť.
2. Testovanie rôznych scenárov: pomocou dynamickej simulácie je možné testovať rôzne scenáre a stratégie plánovania. To umožňuje manažérom identifikovať optimálne riešenia, ktoré vedú k najlepším výsledkom v závislosti od konkrétnych podmienok a požiadaviek.
3. Predpovedanie výsledkov: simulácia umožňuje predpovedať výsledky a správanie sa procesov v budúcnosti. Tieto predpovede sú založené na reálnych údajoch a umožňujú prijímať informované rozhodnutia a optimalizovať plánovanie.
4. Rýchlejšie reakcie na zmeny: v dynamickom a neustále sa meniacom sa prostredí je kľúčové byť schopný rýchlo reagovať na zmeny. Simulácia umožňuje na základe dát získavaných v reálnom čase prispôsobiť plánovanie podľa aktuálnej potreby.
5. Optimalizácia zdrojov: simulácia umožňuje lepšie plánovať a optimalizovať využitie zdrojov ako pracovnej sily, času, materiálov a financií. Dosiahne sa tým efektívnejšie hospodárenie s prostriedkami a znížia sa prevádzkové náklady.

Aký nástroj používame pre plánovanie?

Tecnomatix Plant Simulation, čo je počítačová aplikácia od spoločnosti Siemens Digital Industries Software. Prostredníctvom aplikácie môžu používatelia navrhovať a optimalizovať materiálové toky, využívanie zdrojov a logistické procesy na všetkých úrovniach plánovania. Plant Simulation je využívaný predovšetkým na strategické plánovanie, verifikáciu navrhovanej logiky, ako aj podporný nástroj pre denné plánovanie výroby.

Prostredie aplikácie Plant Simulation umožňuje vytvárať pokročilé, užívateľsky modifikovateľné výrobné a nevýrobné objekty, ktoré reprezentujú reálne zariadenia (stroj, AGV ťahač, a pod.), a dokážu na základe zadefinovaných parametrov prevziať ich vlastnosti. Jednotlivé prvky je možné logicky usporiadať do preddefinovaných šablón a následne tak vytvoriť užívateľskú knižnicu. Takto vytvorené knižnice slúžia k výraznej redukcii ako časovej, tak aj znalostnej náročnosti používania aplikácie pri samotnej tvorbe simulačného modelu, exekúcii simulačných experimentov, ako aj ich vyhodnocovanie.

Ako pristupujeme ku implementácii dynamickej simulácie v plánovaní procesov?

Nezávislé od charakteru riešeného procesu vždy začíname identifikáciou cieľov a procesov, ktoré budeme simulovať. V tejto prvej fáze tvoríme hlavné a čiastkové ciele a definujeme oblasti, z ktorých je potrebné zozbierať kvalitné vstupné dáta pre následné vytvorenie čo najpresnejšej virtuálnej kópie simulovaného systému.

Potom nasleduje zbieranie potrebných dát o procesoch a vytvorenie presného matematického alebo počítačového modelu, ktorý bude základom pre simuláciu. Model musí byť komplexný a zohľadňovať všetky dôležité faktory a ich vzájomné prepojenia.

Dôležité je už počas tvorby modelu overovať jeho správnosť, napríklad pomocou simulovania scenárov, ktoré sa už udiali, a teda porovnávať reálne výsledky s výsledkami, ktoré dostaneme zo simulácie.

Po nakonfigurovaní logistického systému a okrajových podmienok výrobného systému je možné pristúpiť k realizácii simulačných experimentov. Simulačné experimenty sa vykonávajú na konkrétny scenár, alebo na sériu scenárov ohraničených limitnými hodnotami transportného a výrobného systému. Priebeh simulácie je možné sledovať formou 2D alebo 3D animácií, alebo sa priamo zamerať na vyhodnotenie experimentov. Štatistický modul knižnice disponuje štandardizovaným HTML reportom, ktorý automatizovane zbiera a vyhodnocuje jednotlivé KPI ukazovatele (vyťaženosť zariadení, priepustnosť transportného systému, priebeh nabíjania a celkovú kapacitu batérii, reakčné doby a pod.), ktoré je možné exportovať do súboru PDF alebo ako offline internetovú stránku. Okrem štandardizovaného reportu je možné analyzovať simulovaný scenár aj na základe analýzy kolíznych stavov, Sankeyho diagramu, vyťaženosti križovatiek a komunikácií na základe intralogistických pravidiel. Obsah zobrazovaného štatistického reportu je možné flexibilne prispôsobiť prostredníctvom ovládacieho menu na základe užívateľských potrieb.

Po úspešnej implementácii navrhnutých riešení nasleduje ukončenie projektu, avšak v niektorých prípadoch simulačný model naši zákazníci využívajú na dennej/týždennej báze ako plánovaciu aplikáciu. Pre tieto účely pripravujeme zákazníkovi na mieru šité ovládacie menu, cez ktoré dokáže samostatne nastaviť parametre systému, čo eliminuje potrebu znalosti simulačného softvéru na strane zákazníka.

Výstupný report štatistík zo simulačného behu

Simulácia zohráva významnú úlohu v procese plánovania pre úspešné splnenie požiadavky komplexného vyhodnocovania. Pre splnenie požiadavky minimalizácie časovej náročnosti procesu plánovania s využitím simulácie zohráva významnú úlohu využitie doplnkových knižníc, ktoré obsahujú štandardizované objekty a predlohy slúžiace k tvorbe samotného modelu. Prostredníctvom využitia rozširujúcej knižnice CLL bola naša spoločnosť schopná skrátiť proces plánovania a optimalizácie automatizovaného logistického systému AGV o priemerne 35 % oproti pôvodnému spôsobu plánovania za pomoci dynamickej simulácie bez použitia logistickej knižnice CLL.