KURZUS: Gyártási folyamatok szimulációja
MODUL: A gyártás szimuláció alapjai
1.1. lecke: Bevezetés a gyártás szimulációba
Termelő rendszerek tervezésében és működtetésében egyre nagyobb szerepet játszik az időben dinamikusan változó feltételek és állapotok kezelése. Kis és közepes méretű vállalatok gyártási folyamatainak esetében ugyanúgy kritikus jellemzők a gyártás felfutási idő, a vevői megrendelés átfutási ideje, az előállított termék minősége, mint az összetett termékeket előállító multinacionális nagyvállalatok tekintetében. Erre a kihívásra ad megfelelő választ a gyártási folyamatok szimulációs elemzése, melynek módszerei és informatikai eszközei biztosítják az egyidejű tervezés lehetőségét. | |||||
Cél: A tananyag célja, hogy a hallgatót bevezesse a gyártás szimuláció világába, megismerhesse a definíciókat és egy gyártó folyamat szimulációjának általános folyamatát. | |||||
Követelmények: Ön akkor sajátította el megfelelően a tananyagot, ha képes | |||||
| |||||
Időszükséglet: A tananyag elsajátításához körülbelül 40 percre lesz szüksége. | |||||
Kulcsfogalmak | |||||
| |||||
1. Bevezetés a gyártás szimulációba | |||||
Figyelje meg és jegyezze meg, milyen iparági trendek vezetnek a szimulációs technika alkalmazásához. | |||||
A szimulációs technika egy fontos segédeszköz a tervezésnél, kivitelezésnél és a komplex gyári rendszereknél. Az iparban különböző trendek fedezhetők fel, mint például: | |||||
| |||||
Mindezek rövidülő tervezési ciklushoz és egyre komplexebb rendszerekhez vezetnek. A szimulációknak mindenütt helyük van, ahol egyszerű metódusok már nem adnak használható eredményeket. | |||||
Értelmezze és jegyezze meg a rendszer; a modell; a szimulációs lefutás; a kísérlet; és a szimuláció definícióját. | |||||
Definíciók | |||||
Rendszer (VDI 3633) Egy rendszer egymással kapcsolatban álló komponensek egy meghatározott elrendezéseként definiálható. | |||||
Modell (VDI 3633) A modell egy tervezett vagy ténylegesen létező rendszernek - a folyamataival együtt történő- egyszerűsített leképezése egy rendszerbe. | |||||
Szimulációs lefutás (VDI 3633) Egy szimulációs lefutás a rendszer magatartásának egy meghatározott időn keresztül történő leképezése egy "lefutásra képes" rendszerben. | |||||
Kísérlet (VDI 3633) A kísérlet egy modell viselkedésének vizsgálata az eltérő paraméterváltozatok ismételt szimulációs lefutásával. | |||||
Szimuláció (VDI 3633) A szimuláció egy rendszer leképezése dinamikus folyamataival együtt egy olyan modellben, amellyel kísérletezni lehet. Célja olyan eredmények szerzése, amelyek a valóságban felhasználhatók. | |||||
A szimuláció alapvetően azt jelenti, hogy egy valóságos, létező vagy egy még nem létező rendszert egy modell segítségével leképezünk, és a modell segítségével a rendszer működésére vonatkozóan vizsgálatokat végzünk, valamint az eredményeket interpretáljuk és következtetéseket vonunk le a valóságos rendszerrel kapcsolatban. | |||||
A szimuláció alkalmazási lehetőségei | |||||
Minden szimulációs modell tárgyakból, tárgyak közötti kapcsolatokból, logikai és térbeli elhelyezkedésből és attribútumokból - geometriai, teljesítmény, vezérléstechnikai adatokból áll össze. A szimulációs alkalmazásoknál az analóg szimuláció (mechanikai, elektromos, hidraulikus) helyét átvette a digitális szimuláció. Ennek többek között az alábbi okai vannak: | |||||
| |||||
A gyártóegységek és folyamatok szimulációja hatásosan képes támogatni a gyártóegységek elhelyezését, tervezését és programozását. A szimuláció az alábbi feladatokban nyújt segítséget: | |||||
Olvassa el és jegyezze meg a szimuláció milyen feladatokban nyújt segítséget. | |||||
| |||||
| |||||
| |||||
| |||||
A szimulációt egy gyáregység üzemének és kivitelezésének tervezésében is célszerű használni. Időbeli lefutásának csoportosítása: | |||||
| |||||
| |||||
| |||||
| |||||
| |||||
| |||||
A szimuláció segít a kérdések megválaszolásában, mindazonáltal kérdéseket is generál. A komplex rendszerek modellezése és a műszaki rendszerek alkalmazása intenzív tevékenységet jelent. A szimuláció a dinamikus rendszerviselkedés figyelembe vétele mellett képes hozzájárulni a termelési rendszerek valós dimenzionálásához. Tervezés esetén a szimuláció lehetőséget ad arra, hogy a változás hatásait gyorsan tudjuk tesztelni. Ez még hatásosabb abban az esetben, amikor az adott rendszer szimulációs modelljei az előző tervezési fázisból rendelkezésre állnak, és csak az aktuális feladatnak megfelelően kell azokat módosítani. | |||||
2. Szimulációs folyamat | |||||
A szimulációs vizsgálat elvét egyszerűsítve mutatja a szimulációs körfolyamat (1.ábra). A szimulációs vizsgálatot elvégezhetjük a valós rendszer működését megelőzően vagy azzal párhuzamosan is. Ehhez vagy a valóságos rendszerből kiinduló vagy a tervezett koncepcióval azonos szimulációs modellt képezünk, és a szimulációs szoftverbe implementáljuk. Ezzel a modellel a kísérleteket elvégezhetjük. Az eredményeket kiértékeljük és interpretáljuk, a megszerzett adatokat arra használjuk, hogy a valós vagy tervezett rendszert módosítsuk. Ezt a folyamatot addig ismételjük, amíg a kívánt eredményt elérjük. | |||||
Füzetébe rajzolja le a szimuláció körfolyamatát! A feladatot addig ismételje, míg hibátlan ábrát nem készít. | |||||
| |||||
A szimulációs feladat végrehajtásához a következő folyamatlépések szükségesek: | |||||
Olvassa el és jegyezze meg a szimuláció folyamatlépéseit. | |||||
| |||||
| |||||
| |||||
| |||||
| |||||
| |||||
| |||||
| |||||
A folyamat lefolyását tekintve iterációs jellegű, az egyes folyamat lépések kihatással lehetnek a megelőző folyamatra is (visszacsatolási lehetőség). | |||||
| |||||
Probléma meghatározása | |||||
A szimulációval szemben támasztott követelményeket a szimuláció megbízójával együtt kell meghatározni (kezdetben a szimulációs technika lehetőségeinek figyelembevétele nélkül). A probléma meghatározás eredménye egy írásbeli megegyezés (pl. követelmény füzet - lastenheft), amiben konkrét problémák vannak meghatározva, amiket a szimuláció segítségével kell megvizsgálni. | |||||
A szimulációs képesség vizsgálata | |||||
A szimulációs képesség megítéléséhez többek között a következő fő szempontokat kell összegyűjteni: | |||||
| |||||
Célmeghatározás | |||||
Minden vállalat rendelkezik egy célrendszerrel. Ez rendszerint egy általános célból (pl. jövedelmezőség) áll, amit olyan célok sokaságára szednek szét, amelyek egymással kölcsönhatásban vannak. A célrendszer meghatározása egy fontos előkészületi lépés. Szimulációnál a következőek lehetnek gyakori célok: | |||||
| |||||
Minden meghatározott célértéket a szimulációs lefutás végén statisztikailag meg kell állapítani, és ki kell értékelni. Ez eredményezi a szimulációs modell szükséges részletezettségi fokát. Ezáltal a szimulációs tanulmány alapvető terjedelme, és ezáltal a projektköltségek meghatározottak. | |||||
Adatbeszerzés | |||||
A szimulációhoz szükséges adatok a következőképpen tagolódnak: | |||||
| |||||
Modellezés | |||||
A modellezés fázisa magába foglalja a használt szimulációs modellhez a modell vizsgálatának felépítését és tesztjét. A modellezés legtöbbször két lépcsőben következik be: | |||||
| |||||
A modellezés első lépése | |||||
Mindenekelőtt a szimulálandó rendszert kell általánosságban véve megérteni/felfogni. A vizsgálandó célmeghatározásból kiindulva kell eldönteni a szimuláció részletezettségi fokát. A szimuláció elvárt pontosságából kiindulva kell azokat a döntéseket meghozni, hogy milyen nézőpontokat kell leegyszerűsíteni, vagy melyeket nem kell egyáltalán szemléltetni. Az első modellezési lépcső két tevékenységet foglal magába: | |||||
| |||||
A rendszerelemzés segítségével az eredeti rendszer komplexitása a vizsgálandó céloknak megfelelően, ésszerűen elemekre bomlik. Az elvonatkoztatáson keresztül a specifikus rendszer-ismertetőjelek annyira lecsökkenek, hogy az eredeti rendszer körülhatárolt/kicsinyített képmásának lényege/magva jön létre. Az elvonatkoztatás tipikus eljárásai a kicsinyítés (elhagyja a nem releváns részleteket) és az idealizáció (leegyszerűsíti az alapvető, szükséges részleteket). | |||||
A modellezés második lépése | |||||
A szimulációt felépítik és letesztelik. A modellezés végeredményét a modell dokumentációban összeállítják, hogy a későbbi változtatásokat majd végre lehessen hajtani a szimulációs modellben. A gyakorlatban ezt a lépést gyakran elhanyagolják, így a modellt a működés hiányzó dokumentációja miatt már nem tudják használni. Ajánlatos már a programozás alatt a modelleket és a forráskódokat belsőleg megfelelően kommentálni, hogy a legtöbbször a programozás után összeállított dokumentáció, a működés magyarázata még rendelkezésre álljon. | |||||
A szimuláció lefuttatásának végrehajtása | |||||
A jellegtől való erős függőségben és a szimulációs tanulmány célmeghatározásában viszik véghez egy felállítandó kísérleti terv segítségével a kísérletet. A kísérleti tervben az egyes kísérletek kimeneti adatait, a modell paramétereit és az elvárt/tervezett eredményeket, illetve a kísérleti célokat őrzik meg. Ezen kívül az is fontos, hogy a tesztfutásokból nyert ismeretek alapján a szimulációs kísérletnek egy időkeretet kijelöljünk. Nem számítanak ritkaságnak a több óráig tartó számítógép-futások vagy a gyakori kísérletismétlések a statisztikai biztosítás esetében. Ebben az esetben át kell vizsgálni, hogy mennyire ésszerű egy saját programmodulon keresztül a kísérlet vezérlése (Batch-futás). A bemeneti és kimenti adatokat, valamint a szimulációs modell alapul szolgáló paramétereit minden kísérletnél dokumentálják. | |||||
Az eredmény elemzése és értelmezése | |||||
A szimulációs eredményből kell levezetni azokat az intézkedéseket, amiket modellezett rendszer megváltoztat. A szimulációs eredmények helyes értelmezése lényegesen befolyásolja ez által a szimulációs tanulmány sikerét. Azoknál az eredményeknél, amik ellentmondanak a követelményeknek, elemezést kell végrehajtani, hogy mely befolyások/hatások felelősek a nem várt eredményért. Azt is figyelembe kell venni, hogy a komplex rendszer gyakran egy "belendülő" fázisban van. Ez a valóságban és a szimulációban különbözőképpen folyik le. A "belendítő" fázis alatt megállapított eredmények gyakran nem alkalmazhatóak a modellezett rendszerben, és a kiértékelésbe sem szabad belevenni. (kivétel: ha az eredeti rendszer "belendítő" magatartása teljesen modellezhető). A hetedik lépésben ezen kívül el kell dönteni, hogy mennyire kell a szimulációs tanulmánynak kiterjedni, illetve részletezni azt. Részletezés esetén újra kell kezdeni a folyamatot a célmeghatározástól. | |||||
Dokumentáció | |||||
A szimulációs tanulmányhoz tartozó dokumentációnak egy projektjelentés formája ajánlott. Ennek egy áttekintést kellene adnia a tanulmány időbeli lefolyásáról, és a végre hajtott feladatokat kellene dokumentálnia. Érdekes ebben az összefüggésben a rosszul sikerült felépítés dokumentációja is, hogy ezt a valóságban el tudjuk kerülni. A szimulációs eredmény egy követelményfüzet orientált szemléltetésének kellene a projektjelentés magját képezni. Ésszerű, a tanulmányból az eredményes intézkedési javaslatokat a modellezett rendszeren is felvenni az eredménydokumentációba. A szimulációs modellt a felépítésében és a funkcionalitásában a projektjelentéshez függelékként/csatolmányként kell leírni. |
Önellenőrző kérdések | ||
1. Sorolja fel milyen iparági trendek vezettek a szimulációs technika alkalmazásának elterjedéséhez! ![]() | ||
2. Definiálja a szimuláció és a modell fogalmát! | ||
Modell: ![]() | ||
Szimuláció: ![]() | ||
3. Csoportosítsa és sorolja fel a szimuláció milyen feladatok megoldásához ad segítséget! ![]() | ||
4. Füzetébe rajzolja le a szimuláció körfolyamatát! ![]() | ||
5. Csoportosítsa a szimuláció folyamat lépéseit, mely fázishoz tartoznak! 3 Előkészítési fázis ![]() |