Повна версія

Головна arrow Інформатика arrow ІНФОРМАЦІЙНІ СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ ВИРОБНИЧОЮ КОМПАНІЄЮ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   ЗМІСТ   >>

ЦИФРОВЕ ВИРОБНИЦТВО

В кінці 1990-х рр. в провідних автомобілебудівних концернах Німеччини (Daimler Chrysler, Mercedes-Benz-Pkw, Opel, BMW, Audi) прийшло усвідомлення можливості і необхідності реалізації якісно нового рівня автоматизації процесів на всіх етапах життєвого циклу виробу: починаючи з ескізного проектування і закінчуючи виведенням з експлуатації та утилізацією відслужив свій термін техніки. Для позначення виробництва, існуючого в умовах «тотального інформатизації», було запропоновано кілька різних назв, з яких найбільшу популярність отримав термін Digitale Fabrik (цифрова фабрика), але частіше сутність Digitale Fabrik сьогодні висловлюють за допомогою «інтернаціонального» терміна e-Manufacturing (цифрове виробництво ).

В основі ідеї e-Manufacturing лежить безперервне (в буквальному перекладі з німецького - суцільне) застосування цифрових моделей в процесі проектування і експлуатації виробничих систем. При цьому моделюються не тільки самі вироби, а й виробниче обладнання, матеріалопотоком, а також протікання виробничих і логістичних процесів з урахуванням ергономічних показників і людського фактора. Метою застосування e-Manufacturing є досягнення такого рівня моделювання об'єктів і процесів, при якому реальний процес виробництва почнеться тільки після вивчення та оптимізації за допомогою моделей абсолютно всіх його елементів. Головний принцип, яким повинен керуватися фахівець на виробництві в цих умовах: «What I see is what I get» (скорочено WISIWIG - перекладається як «Що я бачу, то я і отримаю»).

Цифрове виробництво - це концепція технологічної підготовки виробництва в єдиній віртуальному середовищі за допомогою інструментів планування, перевірки і моделювання виробничих процесів. Цифрове виробництво є однією зі складових технології управління життєвим циклом вироби (PLM), його основна мета - оптимізація складних виробничих технологічних процесів. До цієї категорії відносяться інструменти, що дозволяють передавати дані з проектних систем в виробничі, розробляти, моделювати і візуалізувати виробничі системи і процеси, планувати і оцінювати якість різних технологічних процесів.

Комплекс рішень цифрового виробництва відноситься до класу МРМ- систем (Manufacturing Process Management - управління виробничим процесом). Якщо в CAD / CAM / CAE-системах в більшості випадків застосування конкретного програмного інструменту пов'язано з отриманням цифрового макету виробу і розподіл ролей чітко детерміновано змістом виконуваних робіт (проектувальник поверхонь, компонування, твердотільної геометрії і т.д.), то в МРМ-системах ця залежність набагато гнучкіша. Це обумовлено тим, що технологічні процеси в різних галузях промисловості можуть істотно відрізнятися, навіть підприємства однієї галузі можуть мати різні технологічні процеси.

Вартість усунення реальних помилок завжди вище, ніж віртуальних. Системи цифрового виробництва дозволяють скоротити ризики і витрати за рахунок віртуальної превентивної перевірки виробничих процесів, скоротити інвестиції в виробництво, прискорити введення виробничого обладнання в експлуатацію, економити виробничі площі, виявляти потенційні «вузькі місця» і проблеми у виробництві. Організація цифрового виробництва допомагає заощадити час і гроші, витрачені на підготовку реального виробництва на ранніх стадіях проектування. Цифрові моделі дозволяють аналізувати різні варіанти організації виробництва з метою його оптимізації без втручання в роботу реальної системи, задовго до будівництва і монтажу виробничого обладнання, або оптимізувати роботу існуючих систем за рахунок перевірки змін, перевірених на цифровий моделі.

Імітаційні та графічні моделі віртуальної реальності в рамках концепції e-Manufacturing. Класичні підходи до імітаційного моделювання (дискретного) виробничих і логістичних процесів (див. Розділ 3.2) знайшли своє найбільш повне втілення в реалізації сучасних рішень цифрового виробництва. Для зберігання всіх даних, що належать до сфери e-Manufacturing, використовуються спеціальні засоби управління даними, які дозволяють забезпечувати інформаційну інтеграцію всіх видів діяльності, пов'язаних з підготовкою і реалізацією процесу виробництва. Ядром кожної системи є спеціальний банк даних, в якому представлені основні базові структури даних виробничого призначення, які відповідають даним про продукти, процеси і ресурси (Product, Process and Resources - PPR). Цифрове виробництво грунтується на тривимірному моделюванні виробничих систем. Учасники виробничої діяльності отримують можливість спостерігати статичні об'єкти і динамічні процеси в виробничих системах, як правило, у вигляді тривимірних зображень, що створюються за допомогою методів віртуальної реальності.

Для реалізації концепції e-Manufacturing використовуються програмні продукти трьох груп [1] :

  • 1) кошти для «інтелектуального» зберігання різноманітних текстових і графічних даних про виріб і виробничого призначення, спочатку представлених в самих різних форматах;
  • 2) кошти для імітаційного (дискретного) моделювання об'єктів і процесів у виробничій системі;
  • 3) кошти для візуалізації об'єкта, що моделюється і результатів моделювання.

Всю суть технологічного змісту концепції цифрового виробництва з точки зору моделювання можна описати формулою: «Simulation +

+ Virtual Reality ». VR-моделі (Virtual Reality - віртуальна реальність) можуть створюватися як в середовищі пакетів моделювання, так і за допомогою мов моделювання, таких як мова VRML, який фактично став стандартним засобом представлення тривимірних графічних моделей в промислових додатках. Тривимірна анімація і візуалізація виробничих процесів детально відтворюють всі конструктивні характеристики виробів, виробничого обладнання та допоміжної техніки, планувальних рішень по розміщенню компонентів виробництва (устаткування, зони зберігання і ін.) І переміщуваної в процесі виробництва техніки (транспортні засоби та ін.) І навіть роботу людини.

Підприємство, що впровадило концепцію e-Manufacturing, використовує різні види імітаційних моделей (дискретні) виробничих і логістичних систем і процесів, ієрархічно побудовані, в тому числі:

  • моделі систем транспортування вантажів по території підприємства за допомогою мобільних засобів (навантажувачів, трейлерів тощо);
  • моделі складальних конвеєрів;
  • моделі складських процесів, що імітують прийом вантажів, переміщення вантажів у зони зберігання і назад, відбір, комплектацію, упаковку і відправку вантажів;
  • моделі планувальних рішень, розміщення і проектування виробничих площ (layout planning);
  • моделі ланцюгів поставок, що описують зовнішню логістику підприємства; та ін.

Імітаційні моделі виробничих і логістичних процесів призначені для аналізу та оптимізації виробничих і логістичних систем і вибору стратегій управління ними, включаючи стратегії управління материалопотоками, завантаження ресурсів і логістику всіх рівнів планування від цілого виробництва і мережі виробництв до окремих ліній і ділянок. Моделювання складних виробничих і логістичних систем дозволяє вирішувати широкий клас задач на стратегічному, тактичному та оперативному рівнях управління.

Завдання стратегічного планування виникають в разі створення нових або модернізації існуючих виробництв. Основною метою є оцінка функціонування виробничої системи на великих часових інтервалах (зазвичай від кварталу до року) і обчислення основних виробничих показників. За результатами моделювання приймається рішення про типах і кількості одиниць обладнання, про топології системи і правила організації материалопотоков. Імітаційна модель виступає основою прийняття інвестиційних рішень і вибору варіанту модернізації виробничої системи, оцінки можливостей розвитку системи або впровадження сучасних концепцій управління виробництвом і ресурсозберігаючих технологій, таких як «Just in Time», «Just in Sequence», інструментом програвання безлічі сценаріїв «що, якщо »без втручання в реальний процес, наприклад, при переході на новий тип вироби або в умовах розширення номенклатури випу

Скаем виробів, нарощування виробничої потужності або заміни існуючого обладнання на більш технологічне.

Тактичне планування має на увазі рішення таких задач, як:

  • • оцінка поточного стану та ефективності функціонування діючої виробничої системи;
  • • аналіз «вузьких місць» на виробництві;
  • • вибір раціональної організаційно-технологічної структури, включаючи формування і синхронізацію основних матеріальних потоків в межах виробничої системи, вибір необхідного складу устаткування і робочих ресурсів для виконання технологічного процесу.

Наприклад, при формуванні портфеля замовлень може знадобитися оцінка того, як в умовах залучення додаткових замовлень виконується відповідність фактичних термінів виконання замовлень плановим обмеженням.

Оперативне і календарне планування означає побудову графіка виробництва на короткий період часу - від годин до днів. За допомогою імітаційної моделі здійснюються поточне планування, складання розкладу завантаження технологічного обладнання, розробляється оперативно-планове завдання або змінно-добове завдання для персоналу, виконується розрахунок графіка надходження замовлень (деталей) і оснащення виробничої дільниці, вирішуються завдання диспетчеризація (визначаються способи і правила призначення деталей на обробку), формуються оптимальні технологічні маршрути проходження деталей в процесі виробництва і т.і.

Основою для вирішення кожного з перерахованих типів завдань може служити одна і та ж дискретна імітаційна модель виробничої системи, деталізована і налаштована з урахуванням особливостей решаемого класу задач. Так, для вирішення стратегічних завдань будуть потрібні тимчасові характеристики процесів, задані за допомогою усереднених параметрів розподілу відповідних характеристик. Для тактичного планування необхідні збір і обробка статистики по тимчасовим характеристикам процесів, показниками надійності обладнання, отриманої з реальної системи. Для оперативного планування параметри надійності та статистичні розподілу параметрів втрачають свою актуальність і замінюються графіками використання основних ресурсів виробництва і руху матеріальних потоків.

Реалізація таких моделей здійснюється за допомогою комерційних симуляторів для процесів з дискретними подіями: AnyLogic, Simula, Arena, AutoMod, eM-Plant, Extend, ProModel, QUEST, SIMFACTORY II.5, Taylor ED і WITNESS і ін. В цих моделях імітується переміщення у часі і в просторі, як правило, великого числа динамічних об'єктів, що утворюють в сукупності матеріальні потоки. Такі моделі в межах e-Manufacturing називаються моделями матеріальних потоків - Material Flow Models (Materiallluss-Modelle).

В даний час на європейському ринку програмних продуктів повні набори взаємно сумісних продуктів для підтримки впровадження концепції e-Manufacturing представлені компаніями Siemens /

PLM Software з системою Tecnomatix і Dassault Systemes, що пропонує систему DELMIA [2] . Як інструмент для вирішення завдань моделювання виробничих систем в Tecnomatix використовується симулятор eM-Plant [3] , в системі DELMIA - симулятор QUEST [4] . Ці інструментальні рішення мають розвинені аналітичні засоби для статистичного аналізу та представлення результатів моделювання у вигляді звітів, графіків, діаграм, а також кошти для розгортання тривимірної візуалізації та симуляції виробничих систем та її елементів (рис. Bl, В2 [5] ). Спеціалізоване програмне забезпечення симуляторів дискретного типу крім традиційного аналізатора «вузьких місць» містить візуальні засоби для поєднання блок-схем динамічних моделей з методами аналізу і планування виробничих процесів: діаграми Сенк (аналіз матеріальних потоків), мережеві графіки Ганта (виробниче планування), вбудовані алгоритми оптимізації виробничих систем на основі генетичних алгоритмів і ін.

Спеціальні програмні продукти цифрового виробництва дозволяють вирішувати завдання планування виробничих процесів, розробки планувальних рішень, моделювання матеріальних і логістичних потоків, планування серійного виробництва, нормування операцій, моделювання процесів складання, проведення ергономічного аналізу, моделювання промислових роботів, проектування оснащення, моделювання логіки пристроїв і програмованих контролерів , механізмів і верстатів з ЧПУ, підготовки робітників і експлуатаційних інструмент кцій і багатьох інших. У системі є також цілий ряд спеціалізованих інструментів і бібліотек, призначених для застосування в тих чи інших галузях (наприклад, підготовка розкрою металу для суднобудування або балансування виробничої лінії для конвеєрного виробництва).

Впровадження концепції цифрового виробництва дає можливість знизити кількість помилок в реальному виробництві за рахунок їх виявлення і усунення на ранніх етапах підготовки у віртуальному середовищі. В результаті скорочення помилок в реальному виробничому процесі знижуються витрати на виробництво і час підготовки виробництва, оскільки помилки технології та організації виробництва виявляються і усуваються на етапі проектування, що дозволяє здійснювати запуск виробництва в більш короткі терміни. Розроблені імітаційні моделі виробничих систем в умовах здійсненого виробництва стають тренажерами для його вдосконалення, повірки впровадження нових управлінських підходів без зупинки виробництва, інструментами виробничого планування.

  • [1] толу Ю. І., Ріхтер К. Комплексне застосування імітаційного моделювання пріреалізаціі концепції e-Manufacturing // Імітаційне моделювання. Теорія і практика, матеріали Всеросійської науково-практичної конференції з імітаціонномумоделірованію і його застосування в науці і промисловості «ИММОД-2003». Спб., 2003.
  • [2] URL: http://www.3ds.com/products-services/delmia.
  • [3] URL: http://www.plm.automation.siemens.com.
  • [4] Личкін Н. Н. Імітаційне моделювання економічних процесів: навч, пособіе.М. : ИНФРА-М, 2011 року.
  • [5] Тут і далі див. Кольорову вклейку.
 
<<   ЗМІСТ   >>