0

Simulácia v plánovaní a optimalizácii umožňuje lepšie a rýchlejšie porozumieť procesom a zaručuje, že prevádzkové prostriedky budú pracovať na vrchole účinnosti. Simulácia totiž umožňuje inžinierom vizualizovať ich výstupné návrhy plánov závodu, haly, linky, pracoviska do virtuálnych dynamických modelov, pričom ich komplexne overuje.

Týmto spôsobom minimalizuje prevádzkové náklady spoločností a bráni ich mrhaniu v reálnom podniku. Mnoho úspešných firiem sa rozhodlo využiť simuláciu v procese plánovania výroby a logistiky. Ich rozhodnutie vyplynulo z presvedčenia, že simulácia svojimi riešeniami ponúka:

  • Rýchlosť,
  • precízny pohľad na proces,
  • presnosť,
  • komplexnosť riešeného problému.

Možnosti využitia simulácie v plánovaní a optimalizácii  (SimPlan) vo výrobnom podniku:

  1. Detailné plánovanie výroby podporené simuláciou,
  2. simulácia logistiky,
  3. simulácia personálu,
  4. plánovanie využitia strojov pre jedno – a viacstupňové výrobné procesy,
  5. emulácia – softvérový test pomocou simulácie,
  6. SCSI – Supply Chain Based Supplier Integration = optimalizácia vo výbere dodávateľov.

Detailné plánovanie výroby podporené simuláciou

Stúpajúci konkurenčný tlak, kratšie dodacie lehoty a zväčšujúci sa sortiment výrobkov si od výroby vyžadujú rýchle a flexibilné reakcie. Ostať dlhodobo konkurencieschopný na rýchlo sa meniacom trhu znamená mať nízke skladové zásoby, vysoké vyťaženie kapacít a krátke priebežné časy výroby. Na splnenie týchto podmienok je vhodné nasadiť systémy určené na optimalizáciu kapacitného plánovania a radenia zákaziek. A to najmä vtedy, keď treba zobraziť procesy výlučne staticky. Cieľom spoločnosti SimPlan v detailnom plánovaní výroby je optimalizácia prípravy plánovania z pohľadu dynamicky sa meniacich podmienok, ako aktuálna disponibilita, resp. poruchy, zdroje, zásoby, stupeň naplnenia zariadení a podobne. Vtedy slúži simulácia ako doplnok k plánovaciemu alebo riadiacemu systému, ktorý má podnik k dispozícii. Nasadenie optimalizačných nástrojov, napríklad heuristiky, prinesie nájdenie najlepšieho riešenia. Simulačný model zároveň ukáže prognózu plánovaného priebehu výroby. SimPlan ponúka riešenie, kde ešte pred začiatkom vlastnej výroby budú zobrazené údaje o vyťažení strojov, možnosti vzniku úzkych miest pri určitých pracoviskách, dieloch alebo pracovníkoch. Disponent má možnosť plánovať vyrovnávacie opatrenia, alebo zabezpečiť dodatočné kapacity. Takto možno realisticky odhadnúť priebežný čas výroby a realizovateľnosť výrobnej objednávky.

 1
Obr. 1.: Príklad štatistickej správy výsledkov simulácie 

Simulácia logistiky

Moderné logistické procesy sú poznačené vplyvom ich vysokej dynamiky a komplexnosti. O optimálnom umiestnení dopravníkov nemožno uvažovať izolovane. Príkladom sú sekvenčné alebo konsolidačné stratégie. Z týchto dôvodov je vhodné zaradiť do rôznych fáz plánovania logistického projektu metódy, využívajúce simuláciu a ich nástroje. Oblasti ich použitia sú od štúdií uskutočniteľnosti, cez včasnú podporu hrubého a detailného plánovania, až po realizačnú fázu
a nábeh logistického systému. Nasadením simulačnej techniky môžu získať logistické projekty najmä istotu a úsporu času od počiatočnej fázy až po uvedenie do prevádzky, a to včasným overením všetkých relevantných procesov v modeloch a ich optimalizáciou.

 2
Obr. 2.: Simulácia logistickej haly 

V čoraz kratších realizačných lehotách, v akých sa uskutočňujú logistické projekty, je simulácia nástrojom, ktorý významne prispieva k istote plánovania a tým aj úspechu projektu. Kľúčovým faktorom úspešného nasadenia simulácie je pritom rýchle a kvalifikované modelovanie. SimPlan na to používa špeciálne knižnice a referenčné modely, ktoré obsahujú všetky potrebné logistické prvky a stratégie. Doplnkové nástroje podporujú efektívne modelovanie, realizáciu experimentov a ich vyhodnocovanie. Samozrejmosťou je možnosť napojenia na databázy údajov o plánovaní, o výsledkoch procesov a využitie online dát počas projektu. Rovnako prirodzená je aj vizualizácia s využitím 2D alebo 3D animácie s vysokou výpovednou hodnotou. Priebežné spravovanie informácií, ktoré je nezávislé od dátového zariadenia, vedie k väčšej prehľadnosti výsledkov (Schlempp, 2005). Pomocou simulácie možno už od ranej plánovacej fázy overovať vplyv predradených a priradených systémov, ako napríklad výroba a montáž na celý systém. Modulárna stavba umožňuje rýchlo zosúladiť simulačný model so stavom plánovania a tým aktívne prispieť k tvorbe a ďalšiemu vývoju logistického systému. Ako príklad môže poslúžiť aktuálny vývoj elektronického obchodovania, kde treba vybavovať zákaznícke objednávky s malým počtom druhov tovarových položiek a v malých množstvách. Optimálnu prepravu možno v takýchto prípadoch modelovať pomocou simulácie.

3 
 Obr. 3.: Optimalizácia naplánovaných logistických procesov

Simulácia personálu

Súčasné metódy simulácie a optimalizácie ako digitálneho podniku sú zamerané v podstate na zlepšovanie technických procesov, vrátane procesov výroby a logistiky. Personál stále hrá vo väčšine činností rozhodujúcu úlohu, najmä v našich krajinách, kde je pracovná sila konkurenčnou výhodou. Napriek tomu je len zriedka predmetom optimalizačných aktivít. Simulácia personálu umožňuje dynamicky overovať vzájomné pôsobenie medzi výrobnými alebo logistickými procesmi, pracovným miestom a dostupným personálom z nasledujúcich hľadísk:

  • Technického/logistického (napríklad aký vplyv má dostupnosť personálu
    na logistické ukazovatele ako priechodnosť, priebežný čas výroby
    alebo presnosť dodávky,
  • nákladového (napríklad akú úsporu nákladov prinesie flexibilita
    personálnych kapacít pri kolísavých objednávkach,
  • organizačného (napríklad možnosť dosiahnuť vyššiu produktivitu
    vďaka dynamickej pracovnej pozícii v systéme komisionovania).

Simulácia personálu umožňuje nájsť optimálne riešenia bez rizika a s ohľadom na všetky relevantné vplyvy. Hľadanie riešenia môže prebiehať vo viacerých dimenziách. To znamená, že podmienky výrobného procesu (napríklad stratégie radenia objednávok) možno upravovať podľa predpokladov a podľa toho určovať ľudské zdroje a definovať pracoviská (Poljovka, 2008). Tým možno napríklad overovať vzájomný vplyv plánovania personálu a procesného plánovania.

PSPLAN – plánovanie využitia strojov pre jedno a viacstupňové procesy

Cieľom plánovania využitia strojov v každej firme je optimalizácia vyťaženia strojov cez minimalizáciu nastavovacích časov a zníženia času chodu „naprázdno“, resp. čakania na proces. Náš softvér pod názvom psPlan zaručuje stanovenie optimálnych výrobných dávok, dodržanie poradia zákaziek a termínov ich zhotovenia. PsPlan umožňuje pomocou interaktívnej plánovacej tabule (Gannt diagramu) prostredníctvom drag&drop komfortne určovať poradie zákaziek (jednostupňovo alebo viacstupňovo). Časové vplyvy (nastavovacie časy, prázdny chod, dodržanie zmluvných termínov) softvér okamžite a prehľadne zobrazuje v diagrame pomocou farebných značiek. Na transparentné
plánovanie stačí niekoľko kliknutí. Pomocou optimalizačných prvkov systém zostaví automaticky návrh najlepšieho využitia. Tu prichádza k slovu „Metaheuristik Tabu-Search“. Pravdaže, tento návrh možno podľa potreby ručne doplniť
alebo prepracovať. Popri grafickom zobrazení vo forme Gannt diagramu sa môžu zobrazovať štatistické veličiny, napríklad efektívne využite strojov, chod naprázdno, nastavovacie časy, počty kusov výrobkov a dodržanie termínov (Poljovka & Šulc, 2010). Plán využitia strojov môže byť generovaný vo forme reportov, pričom sa dajú zvoliť rôzne formáty (tlačený v PDF, HTML alebo Excel).

Ciele/prínosy:

  • Lepšie vyťaženie strojov vďaka jednoduchému a prehľadnému plánovaniu,
  • grafické interaktívne ovládanie,
  • automatické zhotovenie návrhu využitia strojov na základe optimalizácie,
  • jasné časové úspory v práci plánovača,
  • skrátené reakčné časy v prípade preplánovania.

Oblasť použitia: Plánovanie využitia strojov a zariadení v jedno- a viacstupňových výrobných procesoch, napríklad lisovne, zlievarne, chemické závody.

4 
 Obr. 4.: Využitie strojov a transportnej techniky (psPlan)

Emulácia – softvérový test pomocou simulácie

Pri nábehu systémov na správu skladov, počítačov na riadenie materiálového toku a podradených riadiacich systémov (PLC) sa často vyskytujú problémy spôsobené netestovanými softvérmi a s tým spojené zdĺhavé hľadanie chýb v reálnom systéme. Ich odstraňovanie môže viesť k meškaniu a časovému tlaku. Testy blízke realite sú pred vlastným nábehom sotva možné. S touto problematikou sú konfrontovaní prevádzkovatelia, plánovači logistiky, resp. podnikatelia a ľudia zodpovední za implementáciu takmer v každom projekte.

5 
 Obr. 5.: Skrátenie času nábehu nového zariadenia prostredníctvom emulácie už počas vývoja softvéru

Virtuálny test riadiacich softvérov

Kvôli ušetreniu nákladov a často aj nutnosti drasticky skrátiť úvodnú fázu implementácie riadiaceho softvéru možno uskutočniť tzv. online väzbu. SimPlan na to vyvinul technológiu, ktorá umožňuje výmenu dát medzi riadiacim softvérom reálneho zariadenia a zodpovedajúcim simulačným modelom. Týmto spôsobom možno riadiaci softvér otestovať už pred nábehom, a to v podmienkach blízkych realite. V nich model presne simuluje vzájomné pôsobenie všetkých zdrojov. Na rozdiel od konvenčných testovacích softvérov pritom možno dynamicky zobraziť správanie sa riadiaceho softvéru počas celej pracovnej periódy, napríklad pri dennej alebo týždennej prevádzke. Tak možno včas zistiť a upraviť prípadné problémy.

Technická realizácia

Komunikácia medzi systémami na správu skladov, počítačmi na riadenie materiálového toku alebo SPS a simulačným modelom prebieha cez softvér, ktorý tvorí rozhranie. Ten dokáže spracovávať rôzne protokolové a telegramové formáty. Preto je pružne použiteľný. Umožňuje overovať jednotlivé rozhrania, ako aj kompletne prevádzkové testy všetkých riadiacich softvérov. Keďže testy sa vykonávajú nezávisle od reálnych zariadení, možno vytvoriť situácie za niekoľko minút a exaktne ich opakovať. Tak sa dá otestovať, či sú riadiace softvéry schopné pracovať v extrémnych podmienkach, napríklad pri preťažení. Deje sú optimalizované v interakcii riadiacej a fyzickej úrovne. Popri tom možno takto bez rizika overovať zmeny súbežne s prebiehajúcou prevádzkou zariadenia.

6 
 Obr. 6.: Skladovacie regálové systémy (téma emulácia)

Ciele a prínosy:

Skrátenie času nábehu

  • Nižšia náročnosť,
  • nižšie náklady,
  • vysoká spokojnosť zákazníka.

Porovnanie rôznych programovaní

Overenie poruchových scenárov: simulačný model zabezpečuje pomocou testovacích prípadových štúdií („stresový test“) a dosahuje vyššiu kvalitu softvéru.

Zabezpečenie plánovania

Zredukovanie náročných softvérových testov na reálnom zariadení: prvé testovacie objekty komunikácie (telegramová prevádzka a databanka, routingové návody).

Oblasti použitia:

  • Implementácia riadiacich softvérov,
  • update riadiacich softvérov počas prevádzky,
  • možnosť preverenia dodávateľov softvérov,
  • SCSI – supply chain based supplier integration.

Logistické siete sú často zostavované prakticky „neplánovane“ prostredníctvom výberu dodávateľov. Preto treba včas získavať kritické veličiny o Supply Chain a pri výbere dodávateľov ich zvažovať. Spolupráca a koordinácia v reťazcoch skrýva už pred nábehom výroby vážne riziká, ale obsahuje aj možnosti zlepšení. Riziká možno pomocou SCSI lokalizovať už vopred. Strategické plánovanie sietí začína výberom dodávateľov. Máte určené minimálne požiadavky na výrobu či logistiku pre všetky komponenty? S podporou SCSI analyzátora ich možno definovať. Vyhodnotenie hneď ukáže, že reťazec v určitom kritériu nespĺňa minimálne predpoklady. SCSI automaticky zostaví tabuľku s poradím predložených ponúk.

  1. Porovnajte ponuky v rámci vyhodnotenia kvalitatívnych a kvantitatívnych ukazovateľov.
  2. Nájdite odchýlky a kritické faktory v ponukách prostredníctvom jednoduchých Drop-Down funkcií v SCSI.
  3. Preverte logistický koncept ponúkaných bezpečnostných šírok a cyklov dodávok pomocou simulačných prvkov so zameraním na možné úzke miesta v zásobovaní alebo previsy.
  4. Použite optimalizačné prvky na oznamovanie teoreticky optimálnych šírok zásob a cyklov dodávok.
  5. Porovnajte výsledky s údajmi dodávateľov.
  6. Odhaľte možnosti zlepšení.
  7. Spolupracujte s vašimi dodávateľmi od začiatku.
  8. SCSI je štandardizácia, prehľadnosť, vizualizácia a automatizácia výberu vašich dodávateľov.

Optimalizácia vo výbere dodávateľa

V čase vzniku dopytu plánovač často nemá k dispozícii niektoré informácie:

  • Počet medziskladov, prekladísk, miest výmeny dopravných prostriedkov,
  • počet dodávateľských kvót.

Model dodávateľskej siete býva obvykle vytvorený v MS-Excel z rôznych dát, ktoré musia byť softvérovo navzájom zosieťované. Údaje o dodávateľskej sieti nie sú rozdelené podľa vopred definovaného množstva dát a môže sa stať, že každý dopyt si vyžiada osobitné programovanie. SCSI ponúka integrované a automatizované prehľady dát a ich vyhodnotenie. Počas vypĺňania dotazníka sa nezávisle od odpovedí dynamicky generujú ďalšie otázky. Pre dodávateľov kvót „SCSI-Quest“ automaticky vytvorí ďalšie dotazníky. Vizualizácia ponúk a dodávateľské reťazce a vyhodnocuje údaje nad rámec reťazcov. SCSI nezjednoduší len vypĺňanie, ale aj import a analýza dát sa stane detskou hračkou.

7 
 Obr. 7.: Schéma procesu SCSI s integrovanou optimalizáciou a simuláciou

Ciele a prínosy na záver:

  • Štandardizácia, prehľadnosť, vizualizácia a automatizácia pre výber dodávateľov,
  • priebežné, konzistentné a jednoduché získavanie dát o prvých dodávateľoch,
  • vyhodnocovanie a porovnávanie dodávateľov v procese výberu,
  • kontrola logistických nákladov pozdĺž dodávateľskej siete,
  • matematické a simulačné procesy na odkrytie rizík a potenciálov ponúkaných logistických reťazcov,
  • zníženie nákladov a rizík pri výbere dodávateľov.

Literatúra

Poljovka, P., Šulc, I.: 2010. Energy Management Systems in Organisations. In: Power Engineering 2010. International Scientific Event. – Bratislava: STU v Bratislave. – Power Engineering 2010. Energy, Ecology, Economy: 9th International Scientific Conference. Tatranské Matliare, Slovakia, 18. – 20. 5. 2010. – Bratislava: STU v Bratislave, 2010 – ISBN 978-80-89402 – 23-6, s. 68 – 69

Poljovka, P.: Management System Quality. 2008. In: Quality, environment, health protection and safety management development trends: Proceedings. International scientific conference. Neum, Bosnia and Herzegovina, 2. – 6. 9. 2008. – Brno: Tribun EU, ISBN 978-80-7399-479-2. – s. 246 – 249STROJE

Schlempp, H. 2005. UGS eM-OLP und eM-Calibration mit VKRC. Tecnomatixe M-Workplace V7.12, pp. 3 – 19

TEXT/FOTO: Marek Kňažík, Pavol Božek