Aktuální vydání

celé číslo

08

2019

MSV 2019 v Brně

celé číslo

Plant Simulation při simulaci výrobní linky

Plant Simulation při simulaci výrobní linky

Plant Simulation je softwarový nástroj pro modelování, simulaci a optimalizaci logistických systémů. Pomáhá vytvářet digitální modely různých logistických systémů, např. výroby, montáže, dodávek, dopravy apod. Simulace poskytuje relevantní informace opírající se o realitu, byť virtuální, které lze použít pro manažerské rozhodování i pro denní plánování. Umožňuje optimalizovat výrobní systémy a procesy, jako je tok materiálu, využití zdrojů a logistiku. Plant Simulation se uplatní ve všech úrovních plánování ve společnosti, od globálních zařízení, přes lokální dílny až k výrobním linkám. Plant Simulation je objektově orientovaný systém s hierarchickou strukturou, který využívá dědičnost vlastností objektů. V tomto článku jsou možnosti simulace ukázány na modelu transportního systému pro sekvenční výrobu a montáž.

Popis linky

Model (obr. 1) ukazuje výrobu a montáž součástí na paletách, které se přemísťují po dopravnících na deset pracovišť: pět ručních (MS1 až MS5) a pět automatických (AS1 až AS5). Palety, jejichž počet je určen parametrem Quantity, jsou nakládány na dopravník objektem Source Pallets. Do objektu Orders (tabulka připomínající excel) jsou zadány požadavky na výrobu – čtyři druhy součástí Part1, Part2, Part3, Part4 s různými počty kusů. Objekt Load Station nakládá polotovar hlavní součásti na paletu, která se pohybuje po dopravnících k jednotlivým pracovištím v lince. K hlavní součásti je na pracovišti MS3 montována další součástka, vyrobená na pracovišti Preproduction. Paleta s hlavní a namontovanou součástí pokračuje na další pracoviště. Na pracovišti MS5 je testováno 40 % součástí. Hotové součásti jsou odebírány objektem UnloadStation. Na prázdné palety je pak nakládán jiný polotovar součásti objektem LoadStation atd.

Úkol a zadávání vstupů

Úkolem je stanovit optimální počet palet (parametr Quantity), aby se dosáhlo maximálního počtu vyrobených součástí (Total max). Úkol vyjadřuje vztah Quantity? → Total max! Vstupními parametry jsou:

Obr. 1.

Obr. 1. Obrazovka systému Plant Simulation znázorňující model výrobní linky

  • počet palet – zadává se do objektu Quantity,
  • typ a počet součástí – zadává se do objektu Orders,
  • parametry ručních a automatických pracovišť (MS a AS).

Při zadávání parametrů MS a AS (ManuParameters a AutoParameters) se využívá dědičnost: „děti“ dědí po svých „rodičích“ téměř všechny vlastnosti až na některé parametry, např. ProcTime – čas zpracování. Je možné je zadávat dvěma způsoby:

  • přímo do textového okna – je nutné otevřít textové okno pro každý objekt zvlášť;

  • pomocí objektu AttributExplorer – vyplní se jen jedna tabulka požadovanými parametry, a tím se ušetří mnoho času zejména u rozsáhlých modelů.

Tab. 1. Výsledky experimentů s modelem výrobní linky

Experiment

Počet palet (Quantity)

Celkový počet výrobků (Total)

1

25

716

2

40

720

3

55

711

Řízení pracovníků

Každé ruční pracoviště má požadavky na určité služby (např. oprava – repair). Požadavky jsou uvedeny na obr. 1 v tabulce Řízení pracovníků. Pracovníci, kteří vykonávají požadované služby, jsou umístěni v objektu WorkerPool, tedy „kanceláři“. Objeví-li se na ručním pracovišti součást, u které je zapotřebí definovaná služba, je poslán požadavek objektu Broker, tedy „mistrovi“, aby poslal z „kanceláře“ na toto pracovní místo volného pracovníka s požadovanou službou. U pracovníka je možné definovat jeho efektivitu. S využitím objektu ShiftCalendar jsou definovány pracovní směny.

Řízení simulace

Prostřednictvím objektu EventController se zadává začátek a konec simulace a rychlost (stop, start, reset, step – krok po kroku). Pro tento model je simulačním časem jeden den. Výstupy simulace jsou:

  • celkový počet všech vyrobených výrobků
  • objekt Total,
  • počet dílčích výrobků – objekty Part1 až Part4.

Strategie

Pro vyřešení úlohy podle již zmíněného vztahu Quantity? → Total max! je model podroben mnoha experimentům. Parametrem Quantity je zadáván různý počet palet, přičemž cílem je dosáhnout maximálního vyrobeného množství. Sleduje se výstup určený parametrem Total, využití pracovišť a zásobníků (buffer).

Obr. 2.

Obr. 2. Graf využití pracovišť při třech experimentech s modelem výrobní linky

Vyhodnocení

V tab. 1 jsou zaznamenány tři uskutečněné experimenty. Jako nejlepší se ukazuje experiment číslo 2. V modelu tedy neplatí, že čím více je použito palet, tím více bude hotových výrobků. Zajímavé by bylo zjistit hodnoty mezi experimenty 1 a 2. Ke konečnému výsledku je možné pracně dojít metodou „pokusů a omylů“. To je však dosti neefektivní. Jestliže parametrů, které ovlivňují chování systému, je větší počet, nabízí Plant Simulation daleko efektivnější metodu, a to použití objektu Experiment manager. Poskytuje také grafy využití jednotlivých pracovišť a obsazení dopravníků. Z obr. 2 vyplývá, že automatická a ruční pracoviště, která předcházejí pracovišti AS3, jsou blokována.

Z výsledků všech tří experimentů je zřejmé, že toto pracoviště je úzkým místem. To potvrzuje i skutečnost, že dopravníky C5 a C6 jsou stále plně obsazeny (jiné výstupní grafy programu Plant Simulation).

Nástroj Plant Simulation dodává firma USG PLM Solutions, s. r. o. (www.ugs.cz)

Martin Skoupil,
UGS PLM Solutions, s. r. o.