Przygotowanie projektu, zgromadzenie surowców, obróbka materiałów i półproduktów, montaż, magazynowanie, transport, pakowanie – współczesne procesy produkcyjne to bardzo złożone mechanizmy obejmujące wiele skomplikowanych operacji. Zaplanowanie produkcji z uwzględnieniem możliwości finansowych, zasobów infrastruktury i potencjału pracowniczego, zapewnienie ciągłości sterowania parku maszynowego, uwzględnienie awarii i innych czynników, które mogą zakłócić lub uniemożliwić te procesy, skoordynowanie pod względem organizacyjnym wszystkich etapów we właściwym czasie – wszystko to wymaga nie tylko czasu i wiedzy, ale też dużych nakładów organizacyjno-finansowych. Nic więc dziwnego, że komputerowe modelowanie i symulacja procesów przemysłowych to dziedzina, która budzi coraz większe zainteresowanie przedsiębiorców.

Model jak żywy

Niezależnie od tego, czy firma dopiero walczy o swoje miejsce na rynku, czy jest już znaczącym graczem, który dzięki rozszerzaniu asortymentu, rozwijaniu dotychczasowych wyrobów czy oferowaniu krótkiego czas produkcji chce utrzymać swoją pozycję – każdemu podmiotowi symulacja realnych procesów przemysłowych w warunkach polowych może przynieść korzyści. Zbudowanie interaktywnego modelu procesu pozwala sprawdzać różne scenariusze rozwiązań po to, by wybrać najlepszy. I nie ma znaczenia, o jaki element chodzi: poprawę zdolności produkcyjnych po rozbudowie fabryki, modyfikację stanowisk operatorskich, optymalizację transportu części z magazynu czy może stworzenie nowego projektu obrabiarki.

Symulacja procesów przemysłowych, która pozwala zbudować wirtualny model rzeczywistego systemu wytwórczego i w ten bezpieczny, mało kosztowy sposób przetestować różne warianty operacji, to jedna z najważniejszych obecnie metod wspomagających projektowanie elastycznych systemów produkcyjnych i automatyczne zarządzanie produkcją. Organizacja cykli produkcyjnych, zarządzanie łańcuchem dostaw, planowanie procesów wytwórczych, projektowanie maszyn i stanowisk montażowych, organizacja i przepływ pracy, modernizacja linii technologicznej – to tylko niektóre z obszarów, jakie mogą podlegać symulacji i modelowaniu.

Produkcja w wirtualu

Niezaprzeczalną zaletą modelowania symulacyjnego jest szybkość działania tego narzędzia. Symulacja komputerowa pozwala w ciągu zaledwie kilku minut z sukcesem stworzyć różne opcje rozwiązań, których wdrożenie w rzeczywistości zajęłoby kilka miesięcy, a ich skutek mógłby być wielką niewiadomą. Dzięki specjalistycznemu oprogramowaniu nie tylko błyskawicznie otrzymujemy niezbędne informacje, ale też – co najważniejsze – możemy zweryfikować pomysły i przyjęte założenia przed zastosowaniem ich w praktyce oraz zlokalizować wąskie gardła projektu.

Duża atrakcyjność tej metody i zapotrzebowanie na narzędzia symulacyjne sprawiają, że rynek tego rodzaju oprogramowania szybko się rozwija. Dostępne pakiety symulacyjne różni stopień zaawansowania i przeznaczenie: są to zarówno rozwiązania uniwersalne, które można szeroko stosować w przemyśle, jak i aplikacje specjalistyczne do konkretnych zastosowań, np. harmonogramowania produkcji, przepływu surowców i produktów czy projektowania maszyn i robotów.

Zmienność i przypadkowość

Większość oferowanego oprogramowania to wizualno-interaktywne systemy modelowania VIS (ang. Visual Interactive Simulation) umożliwiające na podstawie wcześniej zdefiniowanego zestawu obiektów i danych modelowanie rzeczywistego procesu w dynamicznym, animowanym środowisku komputerowym. Model ten uwzględnia wzajemne powiązania między poszczególnymi operacjami, dziedzinową specyfikę procesów przemysłowych, potrzebne zasoby (np. pojemność magazynów międzystanowiskowych – buforów), przewiduje zakłócenia (np. awarie maszyn, przestoje produkcyjne), uwzględnia koszty, terminy realizacji zadań i możliwe opóźnienia. Innymi słowy: odzwierciedla zmienność i przypadkowość, z którą mamy do czynienia w realnych procesach związanych z produkcją czy obsługą linii technologicznych.

Analiza kosztów wytwarzania uwzględniająca energochłonność pracy maszyn dla wszystkich lub wybranych wariantów pozwala na sprawdzenie efektywności ekonomicznej danych procesów i w konsekwencji wybranie takiego scenariusza, który pozwoli zaoszczędzić nakłady inwestycyjne i jednocześnie skróci czas produkcji.

Zysk bez strat

Aby modelowanie rozwiązań przyniosło spodziewane rezultaty (np. poprawę wydajności produkcji, skrócenie czasu realizacji zamówienia), niezbędne jest określenie parametrów wejściowych konkretnych obiektów i ich związków z innymi obiektami. Dane produkcyjne są pobierane przez oprogramowanie bezpośrednio z baz danych (jak np. ERP, MES, SQL) lub automatycznie „zasysane” z arkuszy MS Excel lub innych źródeł.

Jedną z najbardziej popularnych platform symulacyjnych stosowanych w przemyśle jest program Enterprise Dynamics, opracowany przez firmę INCONTROL Simulation Solutions. Pozwala na tworzenie modeli procesów związanych z logistyką, przepływem surowców i produktów, składowaniem i dystrybucją. Umożliwia analizę, weryfikację i optymalizację operacji produkcyjnych, począwszy od zadań bardzo prostych, np. korekcji wydajności pracy tokarki wytwarzającej wałki w określonym przedziale czasu, po najbardziej złożone procesy operacyjne potężnych środowisk produkcyjnych np. w przemyśle lotniczym i elektronicznym. Zaletą oprogramowania są rozszerzone biblioteki obiektów i dodatkowe pakiety dla różnych obszarów zastosowań. Wyniki eksperymentów symulacyjnych są prezentowane za pomocą przejrzystych raportów i wizualizowane w technologiach 2D i 3D.

Znalezienie najlepszych rozwiązań bez ryzyka niepowodzenia i strat finansowych – to najkrótsza charakterystyka korzyści wynikających z wykorzystania programów komputerowych wspomagających modelowanie. A także przyczyna coraz powszechniejszego stosowania tych narzędzi, w coraz większym stopniu wspierających projekty i obsługę systemów przemysłowych, co pozwala na obniżenie kosztów działalności i podniesienie efektywności działania zakładów. Interaktywny model procesu, na którym można od razu dostrzec skutki wprowadzanych zmian, umożliwia wybranie najkorzystniejszego wariantu dla konkretnych warunków aplikacyjnych.

MM Info

Pierwsze próby symulacji

Symulacje komputerowe prowadzono już w latach 50. XX w., natomiast profesjonalne języki programowania do symulacji (m.in. GPSS, SIMSCRIPT, SIMPAC) zostały opracowane dekadę później i były przeznaczone dla komputerów IBM 7090. Dynamiczny rozwój informatyki umożliwił powstanie w 1979 r. wizualno-interaktywnego języka programowania symulacyjnego VIS, który wykorzystywany jest do dziś. Dalszy rozwój technologii komputerowych pozwolił stworzyć w latach 80. i 90. specjalistyczne pakiety symulacyjne wyposażone w funkcje wizualizacji procesów przemysłowych w technologii 2D i 3 D oraz kompatybilne z innymi systemami i bazami danych przedsiębiorstw. Najnowsze generacje platform symulacyjnych procesów przemysłowych umożliwiają nadanie projektom postaci layoutu 2D, widoku 3D z możliwością poruszania się pomiędzy obiektami lub wirtualnej przestrzeni hali produkcyjnej, po której możemy spacerować za pomocą specjalnych okularów.