Назад в библиотеку

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ

Автор: Е.В.Крышень, О.Е.Лаврусь
Источник: Государственный научно-производственный ракетно-космический центр "ЦСКБ-Прогресс", г. Самара, 2012

Аннотация

Е.В.Крышень, О.Е.Лаврусь Моделирование производственных процессов. В статье рассматривается переход от статического моделирования производства, которое не дает полного ответа на многие вопросы, к комплексному (имитационному моделированию) производственных процессов на современных предприятиях машиностроения.

В современной специальной литературе [1, 2, 3], а так же многими другими авторами рассматриваются на практике и предлагаются решения сложнейших процессов регулирования производства на основе новейших разработок,что в свою очередь снижает трудозатраты и затраты времени и дает возможности «наглядного проигрывания» для принятия верного решения.

Появление новых технологий и разработок значительно позволяет выиграть в качестве и точности исполнения, при этом технологические процессы становятся более простыми, а экономические составляющие гарантируют скорую окупаемость за счет снижения себестоимости продукции.

В настоящее время, большое внимание в производстве уделяется совершенствованию оборудования, но по существу, автономная производительность оборудования и его совершенствоне учитывают размер партий, затраты временина передачу деталей между станками. Наиболеезначительные затраты в технологической цепочке приходятся на производство. Статическое моделирование не дает полного ответа на многие вопросы, выход из такой ситуации – переход к комплексному (имитационному моделированию) производственных процессов, созданию модели..

Такую модель можно «проиграть» во времени как для одного испытания, так и заданного их множества. Обычно имитационные моделистроятся для поиска оптимального решения вусловиях ограничения по ресурсам, когда другие математические модели оказываются слишком сложными. Моделирование производственной системы применяется, когда проведение экспериментов с реальной системой невозможно или нецелесообразно. Имитационное моделирование производственных процессов связываетвсе сферы производства изделия: разработку производственного процесса, моделирование производственного процесса и технологическую подготовку производства, а также управление производством. По результатам такого моделирования должны быть регламентированы параметры перемещения заготовок и деталей. Результаты имитационного моделирования не «вычисляются по формулам», как это имеет место при применении аналитических моделей, а являются продуктом статистической обработки данных, наблюдаемых и фиксируемых в процессе обработки моделирующей программы. Имитационная модель, как объект измерений, в отличие от реальных систем является полнодоступной системой.

В любом исследовании, связанном с применением имитационного моделирования можно выделить следующие этапы:

  1. Разработка абстрактной модели;
  2. Реализация модели с использованием программного продукта;
  3. Анализ модели;
  4. Проведение экспериментов с работающей моделью;
  5. Оценка результатов.

Объектом моделирования могут выступать промышленные, логистические, транспортные и другие системы. Моделирование производственных систем позволяет:

Имитационная модель производственных процессов можно изобразить в виде модели «черного ящика». Такая форма модели применяется на этапе планирования и реализации численных экспериментов с моделью. На выходе получаем данные о количестве изготовленных деталей, времени выпуска продукции, а также данные о загрузке оборудования. Метод имитационного моделирования позволяет имитировать выполнение процесса так, как оно происходило бы в действительности, но в режиме ускоренного времени. В производственном процессе практически всегда возникают задержки, связанные с тем, что поступает более приоритетная задача, необходимые сотрудники заняты, или необеспеченны во время поставки материалов.

Рассмотрим моделирование производственного процесса на участке механического цеха, на котором произведена модернизация оборудования и установлено 6 токарнофрезерных обрабатывающих центров. Предположим, что на участке изготавливаются три типа деталей: корпуса, фланцы, переходники, с годовой производственной программой: 600 деталей, 1300 деталей и 1400 деталей соответственно. Средняя трудоемкость корпусов – 6,6 нч, фланцев – 9,8 нч, переходников – 5,8 нч. Суммарная трудоемкость изготовления деталей – 24820 нч. Для выпуска деталей с предложенной годовой производственной программой необходимо 6 единиц токарнофрезерных обрабатывающих центров, 1 верстак и полировальный станок.

Моделирование производственного процесса произвели с помощью программного продукта Tecnomatix Plant Simulation. Данный программный продукт позволяет управлять как производством деталей, так и сборочных единиц.Функционал пакета позволяет осуществлять следующие действия:

Фрагмент имитационной модели производственного процесса

Рис. 1. Фрагмент имитационной модели производственного процесса

Диаграммы загрузки по второй и третьей моделям соответственно

Рис. 2. Диаграммы загрузки по второй и третьей моделям соответственно

На рис. 1 представлен фрагмент имитационной модели производственного процесса на участке механического цеха, выполненной с помощью пакета Plant Simulation. Элементы SingleProg модели обозначают отдельную операцию технологического процесса. Модули типа М (method) являются программами, написанными разработчиком модели.

Программный продукт позволяет вывести диаграммы загрузки оборудования. На рис. 2 представим диаграммы загрузки оборудования по схемам 2 и 3.

По диаграмме загрузки оборудования по второй модели можем видеть, что обрабатывающие центры (ex1ex6) загружены не менее чем на 90%, а верстак и полировальный станок недогружены. По третьей модели загрузка второго обрабатывающего центра ниже 40%, т.е оборудование цеха загружено неравномерно, необходимо догружать оборудование. Это связано с тем, что при изготовлении корпусов и фланцев необходимо проводить термообработку: для корпусов – естественное старение, которое составляет 20 суток, а для фланцев – отжиг – 3 суток. Также по диаграммам можем видеть, что настройка оборудования занимает примерно 1% времени от всего времени работы оборудования.

Из произведенного анализа моделей можем сделать вывод, что наиболее эффективной схемой является вторая модель. По этой схеме выпуск производственной программы закончится к 30 ноября, а так же загрузка обрабатывающих центров наиболее эффективная.

Часто встречается ситуация, когда разрабатываемая система не обеспечивает желаемых характеристик работы. В этом случае необходима оптимизация параметров системы или алгоритма управления. Самый простой метод оптимизации– это проведение симуляции модели при различных исходных данных. Это можно сделать вручную, однако инструмент «Менеджер экспериментов» позволяет автоматизировать этот процесс.

ВЫВОД

В статье была рассмотрена двухмерная модель производственного процесса, но для большей наглядности можно построить трехмерную модель, с помощью которой можно произвести оптимизацию размещения оборудования на производственных площадях, а так же оптимизировать работу операторов обрабатывающих центров.

Таким образом, с использованием имитационного моделирования можно произвести неограниченное количество экспериментов с различными параметрами. Имитационное моделирование позволяет описать структуру системы и ее процессы в естественном виде, не прибегая к использованию формул и строгих математических зависимостей. Моделирование производственных систем позволяет обнаружить и устранить проблемы, которые проявляются на этапе пусконаладки и потребовали бы значительных финансовых и временных затрат, а так же позволяют снизить инвестиции в производство при тех же параметрах производительности.

Список литературы

  1. Пинаева А. Имитационное моделирование: оптимизируем бизнеспроцессы URL : http://www.businessstudio.ru/procedures/business/immodel/ (дата обращения 23.04.2012)
  2. Имитационное моделирование / Аверилл М. Лоу, В.Дэвид Кельтон. 2004, 847 с
  3. Plant Simulation basics, methods, strategies PLT101– Version 9.0.1, 2009.
  4. Обзор продукта «Tecnomatix Plant Simulation» URL: http://www.plm.automation.siemens.com/ru_ru/p r o d u c t s / t e c n o m a t i x / p l a n t _ d e s i g n /plant_simulation.shtml (дата обращения 25.04.2012).