SIMULOINTITYÖKALUT VERKOSTOJEN MATERIAALI- JA TIETOVIRTOJEN TARKASTELUSSA

1 SIMULOINTITYÖKALUT VERKOSTOJEN MATERIAALI- JA TIETOVIRTOJEN TARKASTELUSSA Pk-yritysten toiminnallisen tehokkuuden kasvattaminen (TOTE) -hanke Toni Luomanmäki Hannu Hirvelä

SISÄLLYSLUETTELO 1. Taustaa... 3 1.1. ERP-järjestelmä... 3 1.2. Tuotannon simulointi... 4 1.3. Tuotannon simuloinnista verkostotason simulointiin... 4 2. Simulointityökalujen soveltuvuus verkostojen simulointiin... 6 2.1. Aiemmat tutkimukset... 6 2.2. Kokeilut simulointityökaluilla... 7 2.2.1. Siemens Plant Simulation... 7 2.2.2. Visual Components 3DCreate... 8 3. Tiedonsiirto ERP-järjestelmän ja simulaattorin välillä... 9 3.1. Suorat rajapinnat.... 9 3.2. Tiedostoilla tapahtuva tiedonsiirto... 10 3.3. Manuaalinen tiedonsiirto.... 11 4. Case: Alihankintaverkoston simulointi... 12 4.1. Lähtötiedot... 12 4.2. Simuloinnin rakentaminen... 13 5. Pohdinta... 15

3 1. TAUSTAA Pk-yritysten toiminnallisen tehokkuuden kasvattaminen (TOTE) -hankkeen yhtenä tavoitteen oli tutkia simuloinnin soveltuvuutta yritysverkostojen materiaali- ja tietovirtojen tarkastelussa. Simuloinnin soveltuvuutta arvioitiin perehtymällä tutkimuksiin ja tekemällä erilaisia testauksia simulointityökaluilla. Toisena tavoitteena oli selvittää mahdollisuuksia hyödyntää toiminnanohjausjärjestelmästä (ERP, Enterprise Resource Planning) saatavaa dataa simulointityökaluissa erilaisten rajapintojen välityksellä. Selvitysten tuloksia sovellettiin yrityscasessa, jossa tavoitteena oli simuloida yhden yrityksen alihankintaverkoston materiaali- ja tietovirtoja hyödyntämällä yrityksen toiminnanohjausjärjestelmästä saatua tilausdataa ja hankkeen puitteissa aiemmin tehdyn yritysverkkoanalyysin tietoja. 1.1. ERP-järjestelmä Kun liiketoiminta on mittakaavaltaan pientä ja prosessi rakenteeltaan yksinkertainen, ei ERPtoiminnanohjausjärjestelmille ole välttämättä tarvetta. Liiketoiminnan kasvaessa, toimitusverkoston muuttuessa monimutkaisemmaksi ja erilaisten nimikkeiden määrän lisääntyessä ERP-järjestelmä on kuitenkin korvaamaton osa prosessin hallintaa. Kun prosessi- ja tuotetieto on dokumentoitu tarkasti ja ajantasaisesti ERP-järjestelmään, ei prosessi ole myöskään niin riippuvainen yksittäisistä henkilöistä (sairaslomat, työpaikan vaihdot, jne). Pelkästään ihmisiin tallennettua tietoa on vaikea siirtää tehokkaasti muille. Pienemmissä yrityksissä toiminnanohjausjärjestelmänä toimii monesti yrityksen toimitusjohtaja, jonka päässä suurin osa tuotantoon, tuotteisiin, verkostoon ja muihin sidosryhmiin liittyvästä tiedosta on. Yrityksen kasvaessa hallittavan tiedon määrä kasvaa myös ja toiminnan hallitseminen muuttuu haastavammaksi. Tehtäessä joustavaa pienerätuotantoa mahdollisimman kustannustehokkaasti, reaaliaikainen käsitys prosessin tilasta on ensiarvoisen tärkeää. Kun tuotantoprosessin tarkka tila tunnetaan, se mahdollistaa joustavamman reagoinnin asiakaskysynnän vaihteluihin, jolloin prosessin ohjaaminen on myös helpompaa. Myös ennustettavuus ja tuleviin kapasiteettitarpeen vaihteluihin varautuminen on tärkeässä asemassa prosessia hallittaessa. Asiakkaiden vaatimukset entistä lyhemmistä toimitusajoista aiheuttavat myös omat haasteensa.

1.2. Tuotannon simulointi Tuotannon simulointi on tehokas työkalu erilaisten tuotantojärjestelmien suorituskyvyn ja käyttäytymisen analysointiin. Simulointiohjelman avulla rakennetaan mahdollisimman tarkka malli tarkasteltavasta järjestelmästä. Nykyään useimpiin simulointiohjelmiin voidaan viedä mallissa tarvittavat koneiden ja laitteiden 3D-mallit suoraan CADistä, mutta myös 2D-maailmassa toimivia ohjelmia on yhä tarjolla. Kohteena olevan järjestelmän käyttäytymistä voidaan tarkastella pitkänkin ajanjaksojen ajalta. Simulointimallia voidaan ajaa kuukausien tai jopa vuosien pituisia ajanjaksoja muutamassa minuutissa reaaliaikaa, tämä tosin riippuu siitä kuinka raskaasta mallista on kyse. Vastaavasti simulaation nopeutta voidaan tarvittaessa hidastaa. Erilaisten kokeilujen tekeminen simulointimallilla on myös turvallista, sillä ne eivät vaikuta todellisiin järjestelmiin. Kun tuotantojärjestelmään suunniteltujen muutosten toimivuus on ensin varmistettu simulaation avulla, voidaan se turvallisemmin viedä todelliseen tuotantojärjestelmään. Yleisiä simuloinnin käyttökohteita teollisuudessa ovat kapasiteettien laskeminen, tuotannon tehokkuuden ja läpimenoaikojen analysointi, tuotannon tasoittaminen, laitteiden käyttöasteen laskeminen ja pullonkaulojen tunnistaminen. Simulaatiosta saatuja tuloksia käytetään monesti tuotantoon liittyvien ongelmien ratkaisemiseen ja investointipäätösten tukena. 1.3. Tuotannon simuloinnista verkostotason simulointiin Suuri osa menestyvien Pk-yritysten kilpailuedusta on seurausta tehokkaasta toimitusverkosta. Tämän vuoksi tuotannon simulointiin soveltuvien työkalujen hyödyntämiseen verkostotasolla on syytä panostaa. Simulointityökalujen hyödyntäminen kokonaisten toimitusketjujen toiminnan ennustamiseen ja käyttäytymisen arviointiin eri tilanteissa antaa valmiuksia toimia dynaamisessa ympäristössä. Erittäin haastavia ovat tilanteet, joissa tuotantoketjuun liittyvät pullonkaulat muuttuvat dynaamisesti riippuen siitä, mitä tuotteita ja minkä kokoisia eriä loppuasiakkaat tilaavat. Simulointi antaa valmiuksia haastavien tilanteiden ennakointiin ja auttaa löytämään toimivia ratkaisuja siihen, kuinka kyseisistä tilanteista selvitään. Tuotantojärjestelmien ja verkostojen simuloinnista saadaan suurin hyöty silloin, kun simulaatiossa käytetyt lähtötiedot ovat mahdollisimman reaaliaikaisia. Mahdollisimman automaattinen ja resurssitarpeeltaan kevyt liityntä ERP-järjestelmään ja sieltä ajantasaisten tietojen haku simulointimalliin onkin ensisijaisen tärkeää.

Tuotannon simulointia on SeAMKissa hyödynnetty työasema-, tuotantolinja- ja tehdastasolla jo yli 20 vuotta. Simulointityökalujen ei kuitenkaan ole hyödynnetty kokonaisten toimitusketjujen simulointiin. Maantieteellisesti rajatummissa yhden tehtaan seinien sisällä olevissa toiminnoissa on prosessina kuitenkin monia yhtäläisyyksiä kokonaisten toimitusverkkojen kanssa. Tietoa ja materiaalia liikkuu ketjun yhdeltä portaalta seuraavalle, raaka-aineita ja puolivalmisteita varastoidaan ketjun eri kohdissa. Asiakastarpeen ennustaminen on hankalaa ja sen muutokset edellyttävät nopeaa reagointia. Osana Pk-yritysten toiminnallisen tehokkuuden kasvattaminen -hanketta tutkittiin tuotannon simulointiin tarkoitettujen työkalujen soveltuvuutta verkostotason simulointiin. Tärkeä osa tätä työtä oli simulointimallin rakentaminen erään yrityksen toimitusverkostosta. Tämän lisäksi tutkittiin simuloinnin ja ERP-järjestelmien välisiä rajapintoja.

2. SIMULOINTITYÖKALUJEN SOVELTUVUUS VERKOSTOJEN SIMULOINTIIN Verkostomaisen kokonaisuuden materiaali- ja tietovirtojen simuloinnissa simulointiohjelmistolta vaaditaan tietynlaisia ominaisuuksia, että simulointimallin tekeminen olisi tehokasta ja ylipäätään mahdollista. Keskeisinä ominaisuuksina voidaan pitää lähtödatan sisään luettavuutta, sisään luetun datan käsittelyominaisuuksia, materiaali- ja tietovirtojen reititykseen ja ohjaukseen liittyviä ominaisuuksia ja analyysi- ja raportointityökaluja. Simulointiohjelmistojen -ja teknologian soveltuvuutta verkostomaisten kokonaisuuksien tarkasteluun arvioitiin käymällä läpi aiemmin tehtyjä tutkimuksia, tekemällä erilaisia kokeiluja simulointiohjelmistoilla ja rakentamalla simulointimalli erään yrityksen toimitusverkostosta. Tämä case-esimerkki on esitelty raportin lopussa. 2.1. Aiemmat tutkimukset Käytännönläheisiä tutkimuksia ja raportteja tuotannon simulointiin tarkoitettujen työkalujen hyödyntämisestä verkostotason simulointiin on tehty melko vähän. Konkreettisin maininta kyseisestä käyttötarkoituksesta löytyi Savonia-ammattikorkeakoulun LEKA-hankkeen loppuraportista vuodelta 2014. Osana hankeen globaalin toimitusketjun hankinta -osiota, tutkittiin simulointityökalujen hyödyntämistä verkoston simulointiin. Raportti käsittelee aihetta kuitenkin lyhyesti konseptitasolla, eikä käytännön toteutukseen juurikaan mennä. VTT:n Tuotantosimuloinnin tietointegraatio, Standardikatsaus -raportti vuodelta 2011 on tehty osana Autonomisen tuotantosolun optimointi - reaaliaikaista tuotannon älykkyyttä (ATOR) -projektia. Raportissa esitellään ja arvioidaan tuotannonsimuloinnin ja tietojärjestelmien väliseen tiedonsiirtoon liittyviä standardeja. Raportissa nostetaan esiin muutamia merkittäviä standardeja tuotannonsimuloinnin kannalta ja niitä arvioidaan seuraavasti: SISO CMSD: On vahvassa kehitysvaiheessa. Standardikehikon ollessa laaja, sen ylläpitö, hallittavuus ja kehitys voivat olla haastavia MTConnect: Yksinkertaisuus voi olla standardin etu, sovelletaan työstökoneiden tiedonkeruussa. AutomationML: Perustuu digitaalisen tehtaan käsitteeseen. Raportissa suositellaan seuraamaan tämän standardin kehitystä ja tekemään kokeiluja. ISA-S95 / IEC62264 + B2MML: Tulee reaalimaailman hitaasti, mutta varmasti MIMOSA / ISO 13374: Hyvä jäsennys ennakkohuollon ja kunnonvalvonnan tarpeisiin.

VTT:n Decision Support Using Simulation for Customer-Driven Manufacturing System Design and Operations Planning -raportissa käydään läpi tapahtumapohjaisen simuloinnin hyödyntämistä tuotannon suunnittelussa ja päätöksen teossa. Raportissa käydään läpi muutamia todellisia caseja sekä esitellään VTT:n sovelluksia tuotannon simuloinnin alueella. Raportissa käydään läpi myös eri järjestelmien välisen integraation toteuttamiseen liittyviä asioita. Raportissa todetaan, että yksi yleisempää käyttöä rajoittava tekijä simulointiohjelmistojen ja korkeamman tason järjestelmien integroinnissa on sen korkea hinta. Järjestelmäintegraatiot edellyttävät usein kustomoitujen rajapintojen tekemistä, koska neutraaleja ja standardisoituja rajapintoja ei ole saatavilla. Standardisoitujen rajapintojen eteen tehdään kuitenkin koko ajan kehitystyötä ja ne tulevat tulevaisuudessa helpottamaan simulointiohjelmistojen ja muiden tuotannon järjestelmien integraatiota. Raportissa esitellyt case-simulointien tiedonsiirto simulointiohjelmiston ja muiden järjestelmien välillä oli toteutettu ASCII-tekstitiedostojen välityksellä. Raportissa arvioidaan kuitenkin, että tulevaisuudessa XMLformaatin käyttö tiedonsiirrossa tarjoaisi paremman ratkaisun. 2.2. Kokeilut simulointityökaluilla Seamk Tekniikassa käytössä olevista simulointityökaluista verkostosimuloinnin testaamisen valikoitui kaksi ohjelmistoa; Visual Components 3DCreate ja Siemens Plant Simulation. Molemmat ohjelmistot ovat tapahtumapohjaiseen simulointiin tarkoitettu, mutta niissä on kuitenkin selkeitä eroja toimintalogiikan ja käyttöliittymän osalta. 2.2.1. SIEMENS PLANT SIMULATION Siemens Plant Simulation on Siemens Tecnomatix -tuoteperheeseen kuuluva ohjelmisto, joka on ollut Seamkilla käytössä vuodesta 2014. Ohjelmiston ollessa melko uusi, sen käytöstä ei vielä kertynyt peruskäyttöä syvempää kokemusta. Erilaisten kokeilujen avulla selvitettiin kuitenkin ohjelmistosta muutamia keskeisiä piirteitä verkostojen simuloinnin näkökulmasta. Ohjelmistossa on valmiina muutamia valmiita rajapintoja ulkopuolisen datan hyödyntämistä varten, joka helpottaa datan sisään lukemista, mutta myös ulos kirjoitusta. Ohjelmisto sisältää myös valmiita logistisen järjestelmän mallintamiseen käytettäviä tyypillisiä objekteja. Näissä objekteissa on otettu huomioon ulkoisen datan hyödyntäminen, mikä taas antaa mahdollisuuksia rakentaa monimutkaisiakin reitityksiä materiaali- ja tietovirroille. Lisäksi ohjelman joustavuutta laajentaa sisäänrakennettu ohjelmointikieli (SimTalk), jonka avulla ohjelmiston työkaluja voi laajentaa tai ohjelmoida niitä kokonaan itse.

Koska Plant Simulation -ohjelmisto on lähtökohtaisesti suunniteltu laajojen järjestelmien simulointiin, voidaan sen arvioida soveltuvan hyvin erilaisten verkostojen materiaali- ja tietovirtojen simulointiin. Ohjelmasta löytyy myös valmiina tähän tarkoitukseen soveltuvia työkaluja. Vastaavasti ohjelma ei luonteensa vuoksi sovellu mallinnettavien järjestelmien pikkutarkkaan tarkasteluun, sillä esimerkiksi materiaalivirrat ja kinemaattiset elementit määritellään ohjelmassa pelkästään aikaperusteisesti. Materiaalin liike työvaiheiden välillä ja esimerkiksi robottisolun vaiheajat pitää kellottaa ohjelman ulkopuolella erikseen. 2.2.2. VISUAL COMPONENTS 3DCREATE Suomalaisen Visual Components Oy:n ohjelmisto on ollut SeAMKilla käytössä vuodesta 2005 ja sitä on hyödynnetty useissa tuotantolinja-, robotti- ja laitesimulaatioissa. Tämän lisäksi ohjelmistoa on käytetty mm. layout-suunnitteluun ja virtuaalisten oppimisympäristöjen luomiseen. Koska ohjelmisto on ollut SeAMKissa käytössä jo pitkään, sen vahvuudet ja heikkoudet tunnetaan melko hyvin. Ohjelman suurimpia vahvuuksia on helppokäyttöisyys ja ohjelmaan integroidusta Python-ohjelmointikielestä saatava joustavuus. Ohjelman verkkopohjaisesta laitekirjastosta löytyy satoja geneerisiä ja todellisten laitevalmistajien laitteita, joiden avulla simulaatioiden rakentaminen nopeutuu selvästi. Ohjelma soveltuukin hyvin monenlaiseen simulointiin. Huono puoli ohjelmassa on se, että valmiita elementtejä verkostotason simulointiin ohjelmassa ei ole, vaan ne pitää itse rakentaa ja ohjelmoida. Ohjelmasta voidaan hyvällä varmuudella sanoa, että sitä on mahdollista käyttää myös verkostojen simulointiin, mutta verkoston laajuudesta riippuen tämä saattaa edellyttää hyvinkin paljon työtä.

3. TIEDONSIIRTO ERP-JÄRJESTELMÄN JA SIMULAATTORIN VÄLILLÄ 3.1. Suorat rajapinnat. Siemens Plant Simulationissa on useita erilaisia rajapintatyökaluja, joilla voidaan liittyä toisiin järjestelmiin tai tietokantoihin. Seuraavassa listauksessa käydään läpi Plant Simulation -ohjelmiston suorat rajapinnat. SQLite-työkalu: Mahdollistaa yhteyden luomisen SQL-tietokantoihin. SQLite-tietokantamoottori implementoi suurimman osan SQL92-standardista. ODBC-työkalu: On standardisoitu avoin rajapinta kaikille tietolähteille, joille on saatavilla ajuri ODBCrajapintaa varten. Oracle11g: Mahdollistaa yhteyden luomisen Oracle-tietokantoihin. Teamcenter: Mahdollistaa yhteyden luomisen Siemens Teamcenter tuotetiedonhallintajärjestelmään Socket: Mahdollistaa Socket-yhteyden luomisen, jos integroitava järjestelmä sitä tukee. Rajapintatyökalujen soveltaminen edellyttää kuitenkin osaamista tietokannoista ja Plant Simulation -ohjelmiston SimTalk-ohjelmointintikielestä, koska sillä tehdään käytännössä kaikki datan käsittely em. rajapintoja käytettäessä. Visual Components 3DCreatessa ei ole valmiita rajapintoja ohjelman liittämiseksi ERP-järjestelmiin. Tällaisten liityntöjen muodostaminen tapahtuu simulaattoriin integroidulla Python-ohjelmointikielellä. 3DCreaten python-tulkista löytyy useita kirjastoja, jonka avulla simulointiohjelman toiminnallisuutta voidaan laajentaa. Python-ohjelmointikielen avulla on mahdollista rakentaa ns. socket-yhteys simulointiohjelmiston ja ERP -järjestelmän välille, mikäli ERP tätä yhteysmuotoa tukee. Ohjelmistot voivat tällöin olla joko samalla tietokoneella mutta myös täysin eri verkoissa. Vaikka ERP-järjestelmään olisi mahdollista muodostaa socket-yhteys, on simulointimalliin joka tapauksessa ohjelmoiva sovelluskohtainen protokolla liikennöinnille. Tarvittava ohjelmointiosaaminen on melko haastavaa, sillä käyttäjän on ymmärrettävä datan käsittelyn lisäksi TCP/IP -tietoliikenneprotokollan toimintaa. Samaa protokollaa käytetään yleisesti tiedonsiirtoon mm. Internetissä. Socket -yhteyden lisäksi ohjelma voidaan liittää SQL-tietokantoihin SQLite-kirjaston avulla. Myös tämän yhteystavan muodostaminen tapahtuu python-kielellä ohjelmoimalla. Tarkasteltavista ohjelmistoista löytyy useita vaihtoehtoja suoran yhteyden muodostamiseen simulaattorin ja ERP-järjestelmän välille. Liitynnän muodostaminen on kuitenkin viimekädessä kiinni siitä, minkälaisia liityntämahdollisuuksia käytössä oleva ERP-järjestelmä tukee.

3.2. Tiedostoilla tapahtuva tiedonsiirto Mitään standardoitua formaattia ERP:n ja simulointiohjelmien välille ei varsinaisesti ole, mutta tällä tavalla tapahtuvaan tiedonsiirtoon löytyy muutamia yleisesti käytössä olevia formaatteja, kuten XML, CSV, Excel, Word ja tekstitiedostot. XML-tiedostojen rinnalle on myös nousemassa JSON-tiedostomuoto. CSV (Comma Separated Values) on yksinkertainen tekstimuotoinen tiedostoformaatti, jossa taulukkorakenteen eri kentät on erotettu toisistaan pilkulla ja rivinvaihdolla. CSV-muotoisen tiedon lukemiseen voi simulointiohjelmasta löytyä tuki suoraan, mutta formaatin yksinkertaisuuden vuoksi tulkin ohjelmoiminen on helppoa, jos simulointiohjelma tukee tätä. Esimerkki CSV-tiedostosta, jolla kuvataan työvaiheiden kestot sekunteina: sahaus,koneistus,poraus,hionta,maalaus 30,180,60,120,120 Monista ERP-järjestelmistä on CSV-formaatin lisäksi mahdollista tallentaa tietoa ulos Exceltaulukkolaskentaohjelman XLS-formaatissa. Jotkin järjestelmät tukevat myös tiedon vientiä suoraan Exceliin Microsoftin COM-rajapinnan kautta. XML (Extensible Markup Language) on rakenteellinen kuvauskieli, jota käytetään yleisesti tiedonvälitykseen erilaisten järjestelmien välillä, mutta myös formaattina tiedon tallentamiseen. Se on käytössä laajasti teollisuudessa ja se onkin formaatin yksi suurimmista eduista. XML-tiedostojen jäsennelty rakenne tekee siitä helppolukuisen sekä ihmiselle, että tietokoneelle. Tiedon haku XML-tiedostosta on myös helppoa. Formaatti on ilmainen ja sitä voi käyttää kuka tahansa. JSON (JavaScript Object Notation) on nousemassa vaihtoehdoksi XML:lle. Se on tiedonvälitykseen käytettävä yksinkertainen avoimen standardin tiedostomuoto. JSONia käytetään pääasiassa tiedon siirtoon palvelimien ja verkkosovellusten välillä. Tiedostomuoto on nimensä mukaisesti johdettu alun perin JavaScript -skriptikielestä, mutta se on JavaScriptistä riippumaton. Plant Simulation -ohjelmisto sisältää FileInterface-työkalun, joka mahdollistaa ASCII-formaatissa olevien tiedostojen lukemisen ja kirjoittamisen. Tyypillisesti esim. CSV-formaatissa oleva data on usein sellaista, jota FileInterface-työkalulla voidaan lukea ja kirjoittaa. Työkalu avaa ainoastaan yhteyden tiedostoon, jossa luettavan data on, mutta sen varsinainen käsittely on tehtävä ohjelmiston SimTalk-kielellä. XML-formaatissa olevien tiedostojen käsittelyyn Plant Simulation -ohjelmisto sisältää XMLInterface-työkalun. Työkalun tehokas soveltaminen edellyttää XPath-kielen ja SimTalk-ohjelmointikielen tuntemista. Visual Components 3DCreateen on mahdollista tuoda lähtötietoja ulkoisista järjestelmistä, kuten ERP:stä, useissa eri tiedostoformaateissa. Ohjelmaan integroidusta Python-ohjelmointikielestä löytyy työkaluja esim. teksti-, CSV ja XML-muotoisten tiedostojen lukemiseen. Tämän lisäksi kolmansien osapuolien tuottamien

python-kirjastojen avulla voidaan lukea ja kirjoittaa Excel-tiedostoja. Excel-tiedostojen lukeminen ei onnistu suoraan vaan se edellyttää esim xlrd-laajennuksen asentamista. JSON-tukea simulaattoriin integroidun Pythontulkin versiossa ei vielä ole mukana. Siirrettäessä lähtötietoja ERP-järjestelmästä 3DCreateen, XML-formaatilla on yksinkertaisiin tekstitiedostoon verrattuna se etu, että simulointiohjelmiston python-kirjastosta löytyvien XML-työkalujen avulla tiedoston suodattaminen ja tarvittavan tiedon haku on helpompaa. Tekstitiedostoja käytettäessä joudutaan ohjelmoimaan selvästi enemmän käsittely ja suodatus-funktioita. Sama pätee myös virheenkäsittelyyn. Tästä syystä XML on käytettävissä olevista formaateista suositeltavin 3DCreateen tietoa siirrettäessä. 3.3. Manuaalinen tiedonsiirto. Manuaalisesti tapahtuva tiedonsiirto ERP-järjestelmän ja simulointiohjelman välillä on liityntätavoista eniten aikaa vievä ja työläin tapa. Toisaalta tämä tapa on simulointiohjelmissa aina käytettävissä. Tarkasteltavan järjestelmän laajuudesta riippuen tämä menetelmää saattaa olla kannattamaton suuritöisyytensä ja hitautensa vuoksi, erityisesti jos samaa mallia ajetaan useilla eri parametriyhdistelmillä. Tämä korostuu erityisesti silloin, kun kyseessä on laaja järjestelmä tai erilaisia nimikkeitä on paljon. Jos mallia halutaan ajaa erilaisilla parametriarvoilla, täytyy jokainen erilainen skenaario valmistella erikseen. Kun tietoja syötetään simulaattoriin manuaalisesti, vaarana ovat myös kirjoitusvirheet.

4. CASE: ALIHANKINTAVERKOSTON SIMULOINTI Case-esimerkissä simuloitiin erään yrityksen kansainvälistä alihankintaverkostoa, josta yritys tilaa perusmateriaalin valmistamiinsa tuotteisiin. Verkoston keskeisinä piirteinä ovat materiaalin reitittyminen tilausmäärän -tai tyypin perusteella eri toimitusreiteille ja vaihtoehtoiset valmistajat samalle tuotetyypille. Casen tavoitteena oli tutkia Siemens Plant Simulation -ohjelmiston soveltuvuutta verkoston simulointiin ja datan sisään lukemiseen ERP-järjestelmästä. 4.1. Lähtötiedot Alihankintaverkoston rakenteen selvitys oli tehty jo aiemmin hankkeen toisessa työpaketissa, missä selvitettiin yrityksen alihankinta verkoston valmistajat, varastot, reitit ja karkeasti eri vaiheiden viemät ajat. Kuvassa yksi on alihankintaverkoston selvityksen perusteellä muodostettu kaavio. Kuva 1. Alihankintaverkoston kuvaus (Kuvasta on poistettu salassa pidettäviä tietoja). Yrityksen ERP-järjestelmästä tuotiin ulos Excel-formaatissa oleva taulukko alihankintaverkostoon kohdistetuista tilauksista. Taulukossa oli huomattavasti ylimääräistä tietoa, jota ei tarvittu simuloinnin rakentamisessa, joten ne suodatettiin Excelissä pois. Tarpeellisista tiedoista tallennettiin CSV-tiedosto, joka sisälsi 1,5 vuoden tilauskannan yksittäisistä tilauksista. Yksittäisestä tilauksesta oli tietona tilausnumero, toimittajan nimi, nimike, tilausmäärä ja tilauspäivämäärä.

4.2. Simuloinnin rakentaminen Simuloinnin rakentamisen alussa keskeisin tehtävä oli selvittää, miten aiemmin luotu CSV-tiedosto voidaan lukea simulointiohjelmistoon sisälle ohjelmiston ymmärtämään muotoon. Plant Simulation -ohjelmisto sisältää Table File -työkalun, johon voidaan FileInterface-rajapintatyökalun avulla tuoda CSV-tiedoston sisältö ohjelman käyttöön. Table File -työkalu käsittää taulukon, joka määrittää siihen muotoon, että se sisältää yksittäisen tilauksen kaikki tiedot ja simulaatio osaa lukea taulukosta tietoa rivi kerrallaan. Datan lukeminen CSV-tiedostosta Table File -työkaluun vaati SimTalk-ohjelmointikielellä luodun käsittelijän, joka osaa lukea tiedon ja kirjoittaa sen oikeaan paikkaan oikeassa muodossa. Kuvassa kaksi on SimTalk-ohjelmointikielellä kirjoitettu datan käsittelijä. Kuva 2. SimTalk-ohjelmointikielellä kirjoitettu datan käsittelijä (Osa tiedoista on peitetty). Sisään luettu data jäsentyy Table File -työkalun taulukkoihin kuvan kolme esittämällä tavalla. Vasemmalla taulukossa on mm. tilausaika, verkostoon luotavan objektin tyyppi -kentät. Lisäksi taulukko sisältää sisäisen taulukon, jossa on yksittäisestä tilauksesta tarkempia tietoja. Kuva 3. Plant Simulation -ohjelmistoon sisään luettua tilausdataa (Osa tiedoista on peitetty).

Seuraavassa vaiheessa rakennettiin alihankintaverkoston kuvauksen mukainen rakenne simulointiohjelmistoon ja luotiin objektien välille materiaalireitit, valmistus- ja varastointiajat jne. Materiaalireitityksen säännöt saatiin yritykseltä ja ne konfiguroitiin/ohjelmointiin simulaatioon. Plant Simulation -ohjelmiston työkaluissa on sisäänrakennettu paljon reititysominaisuuksia ja niitä pystyttiin hyödyntämään, mutta paljon reititystä tehtiin myös SimTalk-ohjelmoinnilla. Kuvassa neljä on esitetty valmis alihankintaverkosto simulointiohjelmistossa. Kuva 4. Alihankintaverkosto simulointiohjelmistossa (Osa tiedoista on peitetty). Simuloidun verkoston tuloksia arvioitin luomalla toiminto, joka listaa taulukkoon kaikki yritykselle saapuneet tilaukset ja laskee näistä tiedoista mm. toimitusajan yksittäiselle tilaukselle, sekä keskiarvon kaikille toimitusajoille. Lisäksi ohjelmisto piirtää kuvaajaa toimitusajoista ja esittää myös kuvaajassa keskiarvon toimitusajoista. Kuvassa viisi on esitetty saapuneiden tilausten taulukko ja kuvaaja. Simuloinnin parametreja ovat mm. parametri, jolla voidaan määritellä tilauksen koon raja ja sen mukainen reititys (rajan alittavat tilaukset ovat jo välivarastossa). Lisäksi simulaatiossa on mahdollista muuttaa reitityksien painotuksia tiettyihin haaroihin, erilaisia aikoja jne. Kuva 5. Taulukko saapumisajoista, tilauksien tiedoista ja kuvaaja (Osa tiedoista on peitetty).

5. POHDINTA Yritysverkostojen materiaali- ja tietovirtojen simuloinnissa esiintyy tiettyjä piirteitä, jotka asettavat vaatimuksia simulointiohjelmistoille. Ohjelmistoon on kyettävä lukemaan dataa erilaisilla tavoilla, että sitä ei tarvitse manuaalisesti syöttää ohjelmistoon. Sisään luettua dataa on kyettävä käsittelemään simuloinnissa tehokkaasti, siten että ohjelmiston erilaiset työkalut osaavat hyödyntää dataa ilman erillistä ohjelmointia. Verkostomaisen järjestelmän simuloinnissa yhtenä vaatimuksena voidaan pitää erilaisten materiaalireittien ja reitityssääntöjen mallintamisen mahdollisuutta. Materiaalireittejä tulee voida määritellä eri pisteiden välille siten, että verkoston rakenne voidaan mallintaa tehokkaasti. Materiaalivirtojen reitityssääntöjä tulee voida määritellä eri solmupisteisiin siten, että verkostossa liikkuva objekti osaa kulkea todellisuutta vastaavaa reittiä. Siemens Plant Simulation -ohjelmisto sisältää suurelta osin verkostomaisten systeemien simulointiin tarvittavia työkaluja ja ominaisuuksia. Hankkeen puitteissa tehtyjen kokeilujen ja yrityscasen perusteella arvioidaan Plant Simulation -ohjelmiston olevan soveltuvampi yritysverkostojen simulointiin. Visual Components 3DCreate - ohjelmistolla voidaan toteuttaa suurelta osin samat toimenpiteet, kuin Plant Simulation -ohjelmistollakin, mutta tämä vaatii paikoin huomattavasti enemmän mallinnus- ja ohjelmoinityötä. Tämä johtuu siitä, että vaikka molemmat ohjelmistot ovatkin tapahtumapohjaiseen simulointiin tarkoitettuja, ovat ne kuitenkin vähän erityyppisiä ja eri tarkoitukseen soveltuvia. 3DCreate soveltuu paremmin 3D-simulointiin, jossa visuaalisuudella ja yksityiskohdilla on suurempi merkitys. Plant Simulation on enemmän data-keskeinen, joka mahdollistaa materiaali- ja tietovirtojen tehokkaamman simuloinnin ja simulointiin liittyvän datan käsittelyn. ERP-järjestelmän ja simulointiohjelmiston välistä tiedonsiirtoa testattiin käytännössä sillä tasolla, että yrityksen ERP-järjestelmästä vietiin ulos data-tiedosto ja se luettiin Plant Simulation -ohjelmistoon sisälle. Plant Simulation sisältää myös erityyppisiä tietokantarajapintoja, mutta niitä ei voitu käytännössä testata, sillä ERP-järjestelmää ei ollut käytettävissä. Datan lukeminen tiedostosta onnistuu molemmilla ohjelmistoilla, mutta Plant Simulation - ohjelmistolla tämä on tehokkaampaa valmiimpien työkalujen ansioista. Molemmilla ohjelmistoilla prosessi edellyttää kuitenkin jonkin verran ohjelmointia ja datan käsittelyä. Yrityscasen simuloinnissa Plant Simulation -ohjelmisto osoittautui soveltuvaksi työkaluksi juuri verkostomaisten järjestelmien simulointiin. Simulaatio rakennettiin erilaisten kokeilujen kautta, koska ohjelmistossa on mahdollista toteuttaa sama toiminto eri tavoilla ja usein yksi osoittautuu muita tehokkaammaksi. Lisäksi alkuvaiheen työtä lisäsi SimTalk-ohjelmointikielen syntaksin ja ominaisuuksien opettelu, vaikka kieli onkin dokumentoitu melko hyvin. Simulointiin onnistuttiin mallintamaan ne lähtötiedot ja toimintalogiikat, jotka olivat saatavilla ja tavoitteeksi asetettu. Simulaatiota on mahdollista vielä jalostaa siten, että se pyrkii mallintamaan enemmän ja tarkemmin niitä toimintalogiikoita, joita oikeassa verkostossa esiintyy. Tämä edellyttää verkostossa toimivien alihankkijoiden ja muiden toimijoiden tarkempaa haastattelua ja tutkimista, että verkoston toimintalogiikkaa voidaan selkeyttää.