POWRÓT

SEMESTR VI

Symulacje inżynierskie.


Spis treści rozdziału - tutaj kliknij

Symulacje inżynierskie
Symulacje procesów produkcyjnych
Symulacje procesów logistycznych


 

Symulacje inżynierskie - pojęcia ogólne (za artykuł R. Zdanowicz, Pomiary Automatyka Robotyka 1/2006)

   

   Coraz większe wymagania jakości produkcji oraz obniżania kosztów wprowadzania nowych technologii wymuszają stosowanie przez przedsiębiorstwa coraz bardziej zaawansowanych narzędzi pozwalających na wirtualne planowanie produkcji.
   Symulacja jest techniką służącą do rozwiązywania problemów, polegającą na użyciu odpowiednich modeli wirtualnych. Model symulacyjny jest logiczno-matematycznym przedstawieniem pojęcia, systemu lub działań, zaprogramowanym w celu rozwiązania za pomocą komputera.
   System definiujemy jako zbiór obiektów powiązanych określonymi wzajemnymi zależnościami lub oddziaływaniami. Modelowanie symulacyjne jest jedną z ważniejszych technik wspomagających projektowanie zrobotyzowanych elastycznych systemów produkcyjnych, jak i zarządzanie produkcją.

Oprogramowanie symulacyjne

   Rozwój modelowania i symulacji przebiegał równolegle z ewolucją kolejnych generacji komputerów. Podstawowe elementy modelowania i symulacji komputerowej pozostały niezmienione, np. w każdym procesie symulacji występują obliczenia matematyczne, schematy logiczne, elementy deterministyczne lub losowe albo elementy obu tych rodzajów.
   Pierwsza symulacja komputerowa miała miejsce w latach 50. XX wieku. W latach 60. powstały pierwsze profesjonalne języki programowania do symulacji: GPSS, SIMSCRIPT, SIMPAC, CLS, ESP, SIMON, SIMULA, ESP, MONTECODE, GPS opracowane dla komputera IBM 7090. Były one wykorzystywane jako narzędzia symulacji - większość miała na celu eliminację wielu żmudnych czynności i uproszczenie działań przygotowawczych związanych z realizacją symulacji komputerowej. Burzliwy rozwój technologii komputerowej spowodował powstanie w 1979 roku wizualno-interaktywnego języka programowania symulacyjnego VIS (Visual Interactive Simulation). Dalszy rozwój - w latach 80. i 90. - komputeryzacji, systemów operacyjnych, zwłaszcza systemu Windows zaowocował powstaniem wielu programów symulacyjnych. Programy te miały rozbudowany aparat do wizualizacji procesów, w tym zdolność do generowania obrazów 3D.
   Do głównych zalet symulacji wizualno-interaktywnej można zaliczyć:

  • lepsze zrozumienie modelu
  • łatwiejsza weryfikacja i walidacja modelu
  • możliwość interaktywnego eksperymentowania
  • ulepszony sposób prezentacji i interpretacji wyników
  • udoskonalona komunikacja z modelem
  • przystosowanie do potencjalnego wykorzystania
  • w grupach rozwiązujących problemy.

Wymagane cechy współczesnych programów symulacyjnych to:

  • generowanie losowych liczb z jednorodnego rozkładu prawdopodobieństwa
  • generowanie losowych wartości ze sprecyzowanego rozkładu prawdopodobieństwa
  • postępujący czas symulacji
  • określenie kolejnych rezultatów oraz bieżąca kontrola kodu symulacji
  • możliwość dodawania oraz usuwania rekordów
  • gromadzenie i analiza danych
  • raportowanie wyników
  • wykrywanie błędów otoczenia.

Generalnie oprogramowania do symulacji i modelowania można podzielić na trzy zasadnicze grupy:

  • arkusze kalkulacyjne
  • języki oprogramowania ogólnego przeznaczenia
  • oprogramowania specjalistyczne.

Arkusze kalkulacyjne

   Pakiety arkuszy kalkulacyjnych takie jak Excel, zapewniają podstawowe możliwości symulacyjne. Model obiektowy Excela oferuje kilka bardzo wydajnych obiektów analizy danych, takich jak: arkusze, tabele przestawne, scenariusze oraz sporą liczbę funkcji matematycznych, finansowych, inżynieryjnych i powszechnie stosowanych w biznesie. Narzędzia te sprawiają, że Excel nadaje się do wykonywania analiz statystycznych. Język VBA umożliwia używanie obiektów oraz projektowanie zautomatyzowanych procedur. Ma on także wszystkie elementy nowoczesnych języków programowania, takie jak tablice, pętle itp. Jednak stworzenie animowanych modeli przy użyciu tych funkcji jest stosunkowo trudne.

Języki programowania

   W okresie powstawania pierwszych aplikacji symulacyjnych większość modeli była tworzona za pomocą podstawowych języków programowania takich jak Pascal czy Fortran. Istnieje możliwość stworzenia modeli symulacyjnych, korzystając z ogólnych języków programowania takich jak Visual Basic, C++ i Java. Użycie tych języków pozwala na duży stopień elastyczności w czasie tworzenia modeli. Jednak modelowanie i symulacja za pomocą języków programowania są bardzo czasochłonne, ze względu na ich zbyt ogólne możliwości symulacyjne.
   Nowoczesny język programowania C++ oferując programowanie obiektowe, może być przydatny w modelowaniu. Natomiast język Java pozwala na tworzenie symulacji i uruchomienie jej w sieci.
   Języki programowania generalnie zapewniają największy zakres zastosowań aplikacyjnych i elastyczności modelowania. Modele stworzone za pomocą języków programowania " "działają" szybciej niż modele stworzone w pozostałych aplikacjach. Jednak pod względem szybkości i wygody budowania modeli zwycięża oprogramowanie specjalistyczne.

Specjalistyczne oprogramowanie symulacyjne

Pakiety specjalistycznego oprogramowania do symulacji można podzielić na dwie grupy:

  • pakiety symulacyjne ogólnego przeznaczenia do aplikacji różnych rodzajów
  • pakiety symulacyjne dla aplikacji specjalistycznych do określonej dziedziny zastosowań, np. określenia wskaźników systemu wytwarzania, harmonogramowania produkcji.

   Większość pakietów specjalistycznych można określić jako wizualno-interaktywne systemy modelowania VIS. Technika VIMS (Visual Interaktive Modelling Systems) pozwala na budowanie modelu symulacyjnego w sposób wizualny i interaktywny. Oprogramowanie pozwala na definiowanie zestawu obiektów symulacji. Użytkownik wybiera potrzebne obiekty i definiuje w logiczny sposób model za pomocą funkcji menu. Wizualizacja także jest definiowana za pomocą funkcji menu. W rezultacie użytkownik nie musi znać języka programowania, gdyż wszystkie parametry i ustawienia są dokonywane za pomocą funkcji menu. Istnieje oczywiście możliwość "przejścia" do kodu języka programowania danej aplikacji symulacyjnej.

Dobór oprogramowania

   Wybór odpowiedniego oprogramowania symulacyjnego można zrealizować w pięciu następujących krokach.

  • ustalenie wymagań modelowania
  • przegląd oprogramowania
  • sporządzenie listy kryteriów oceny
  • ocena oprogramowania pod względem spełniania kryteriów
  • najlepszy wybór.

Kryteria

  • K1 - gwarancja i wsparcie producenta (dostępność pomocy technicznej, możliwość konsultacji, technicznych, rodzaj oferowanego szkolenia, częstotliwość aktualizacji oprogramowania, wersje obcojęzyczne, jakość dokumentacji)
  • K2 - wymagania sprzętowe i programowe (współpraca z systemami operacyjnymi, platforma sprzętowa, oprogramowanie zabezpieczające, dostęp do Internetu/stron www)
  • K3 - tworzenie i testowanie modelu (łatwość budowania modelu, występowanie opcji testującej i sprawdzającej błędy, maksymalny rozmiar modelu, maksymalny wymiar obiektów, możliwość tworzenia dokumentacji, występowanie opcji "Pomoc", występowanie opcji "Asystent".
  • K4 - wprowadzanie danych i możliwość ich analizy (możliwość dystrybucji danych, możliwość pobierania danych z empirycznych źródeł, możliwość importu danych z innych programów),
  • K5 - wewnętrzny język programowania i ewentualny dostęp do kodu źródłowego
  • K6 - raportowanie i analiza danych na wyjściu (możliwość sporządzania raportów dla obiektów modelu, możliwość raportów graficznych, możliwość redagowania raportów przez użytkownika, możliwość eksportowania raportów do innych programów, statystyczna analiza wyników)
  • K7 - planowanie eksperymentu (prawdopodobna szybkość działania, kontrola działania, możliwości interaktywne, ilość potoków losowych, kontrola potoków, możliwość dystrybucji przez Internet)
  • K8 - możliwości wizualne (czy obraz jest w czasie rzeczywistym czy odtwarzany, szybkość wyświetlania obrazu, możliwość tworzenia ikon przez użytkownika, występowanie biblioteki ikon, możliwość pomniejszania i powiększania obrazu)
  • K9 - koszt (cena sprzedaży oraz koszty: utrzymania, wsparcia technicznego, szkolenia, czas opanowania umiejętności obsługiwania oprogramowania, możliwość uzyskania licencji użytkowania).

Podsumowanie

   Symulacja jest pomocną technologią używaną coraz częściej do zwiększenia wydajności systemu poprzez dostarczenie informacji pozwalających podjąć najlepsze decyzje.
   Rozwój technik multimedialnych pozwalających na animację systemów produkcyjnych, przyczynił się do lepszego zrozumienia teorii symulacji przez menedżerów i osoby niezwiązane z symulacją i modelowaniem.
   Większość modeli symulacyjnych jest przedstawiana w formie wizualno-interaktywnych symulacji (VIS), oferujących użytkownikowi animację obrazu i możliwość oddziaływania na działający model. Można wyróżnić trzy główne typy oprogramowania dla symulacji, tj.: arkusze kalkulacyjne, języki programowania oraz specjalistyczne oprogramowanie symulacyjne.
   Każdy z wymienionych typów oprogramowania dla symulacji może być wkorzystany w obszarze produkcji i logistyki

   Przykładem oprogramowania dla symulacji zdarzeń w obszarze logistyki są programy:

  • oprogramowania firmy CLASS
  • oprogramowania firmy FlexSim

   Przykładem oprogramowania dla symulacji zdarzeń w obszarze produkcji są programy:

  • Modus 2.2.8.563 - to kompleksowy system wspomagający proces produkcji w małych i średnich przedsiębiorstwach. W jego skład wchodzi szereg modułów umożliwiających zarządzanie m.in. relacjami z klientami, zamówieniami, magazynem, produkcją, sprzedażą, logistyką i finansami. Z pomocą programu możliwa staje się prosta optymalizacja zasobów produkcji, kontrola i poprawa produktywności, a także przegląd całej produkcji od momentu złożenia zamówienia do wydania gotowego produktu, planowanie jego transportu na wyznaczonych trasach oraz przydzielanie prac pracownikom/maszynom i rozliczanie ich z akordów na podstawie norm czasowych. Dodatkowo aplikacja umożliwia wystawianie rachunków, faktur, jak również tworzenie przydatnych analiz i raportów.

Do góry


   

 

 (C) 2019 - 2020 Wydział Przyrodniczo - Techniczny KPSW. All Rights Reserved