Tuotannon simulointi Teknologiademot on the road -hanke
Simulointi Seamkissa Tuotannon simulointia on tarjottu palvelutoimintana yrityksille 90-luvun puolivälistä lähtien. Toteutettuja yritysprojekteja yli 200 kpl ja asiakasyrityksiä noin 100 kpl. Robottisimulointia, kappaletavaratuotannon ja materiaalivirtojen simulointia, tilasimulaatioita ja erilaisten koneiden toiminnallisuutta havainnollistavia simulaatioita. Ohjelmistoina Siemens Tecnomatix Plant Simulation/Process Simulate/RobotExpert, V5 ja Visual Components 3DCreate.
Simuloinnin perusteita Tietokonesimulaation tavoitteena on jäljitellä todellisuutta mahdollisimman tarkasti ja ennustaa tarkasteltavan systeemin käyttäytymistä. Simulointimallilla voidaan tutkia järjestelmän käyttäytymistä eri tilanteissa ja erilaisilla parametreilla, ilman että todellisiin järjestelmiin joudutaan tekemään muutoksia. Simulointia käytetään myös, kun prosessia tai järjestelmää ei voida testata muilla tavoin: koska sitä ei ole vielä olemassa, riskit ovat suuret tai testaaminen on liian kallista.
Simuloinnin perusteita Simulointia käytetään kun tilanne on epämääräinen, jatkuvasti muuttuva tai niin monimutkainen, että analysointi muilla keinoin on vaikeaa. Yleisiä simuloinnin tavoitteita: - Tuottavuuden ja kannattavuuden parantaminen. - Kun halutaan tietää, miten muutokset vaikuttavat tuottavuuteen. - Kun mitoitetaan tarvittavia resursseja. - Kun suunnitellaan uutta layoutia. -Kun vertaillaan eri vaihtoehtoja ennen investointipäätöksen tekemistä.
Simuloinnin perusteita Yleisiä simuloinnin tavoitteita: -Kun halutaan havainnollistaa prosessia ja eri tekijöiden vaikutuksia sen toimintaan. -Kun selvitetään markkinoinnille sen tarvitsemia kustannus-, kate-ja toimitusaikatietoja sekä tehdään havainnollistamisaineistoa. Simulointi sopii erityisen hyvin vaarallisten, kalliiden tai hitaiden prosessien käyttäytymisen tutkimiseen ja esim. työvaiheiden oppimiseen. Simulointiohjelma ei kuitenkaan itse tee mallin optimointia.
Simuloinnin perusteita Simulointi on tärkeä työkalu logistiikan kehittämisessä: -Logistiset järjestelmät koostuvat monista toisiinsa vaikuttavista tekijöistä, jotka käyttäytyvät poikkeuksetta dynaamisesti. -Tällaisten järjestelmien käyttäytymisen hahmottaminen on monesti ihmiselle hankalaa ilman simulointityökaluja. -Tuotannon läpimenoajan lyhentäminen simuloinnin kautta tehtävällä optimoinnilla antaa yritykselle joustavuutta ja mahdollisuuden nopeisiin reaktioihin. Simulaatio ei yleensä pysty antamaan täysin varmoja tuloksia, sillä malleissa on usein epävarmuustekijöitä (manuaaliset työvaiheet, lähtötietojen luotettavuus, jne).
Simulointiohjelmistoja Siemens Tecnomatix-tuoteperhe Process Simulate Lähde: http://blog.industrysoftware.automation.siemens.com/blog/2014/11/09/introducing-tecnomatix-12-real-manufacturing-solutions/
Simulointiohjelmistoja Siemens Tecnomatix-tuoteperhe Plant Simulation Lähde: https://www.simplan.de/images/stories/software/plant_simulation.jpg
Simulointiohjelmistoja Siemens Tecnomatix-tuoteperhe Jack Lähde: http://plmsource.industrysoftware.automation.siemens.com/wp-content/uploads/2014/02/jack_eclipse_cockpit.jpg
Simulointiohjelmistoja Visual Components 3DCreate
Simuloinnin käyttökohteita Tuotteiden valmistamisen ja tuotannon simulointi: - Materiaalivirta- ja kapeikkosimulointi - Robotiikka ja etäohjelmointi, ulottuvuus ja törmäystarkastelu - Kokoonpano -Laitetaso -Koneistus -PLC - Ergonomia ja käytettävyys Tilasimulaatiot: Käyttökoulutus: - Layout-suunnittelu - Koneet ja laitteet (ajoneuvot, lentokoneet) - Keinotodellisuus
Simuloinnin käyttökohteita Käyttökoulutus: - Koneet ja laitteet (ajoneuvot, lentokoneet)
Simuloinnin edut Havainnollisuus
Simuloinnin edut Rajaton mahdollisuus kokeiluihin ja erilaisiin analyyseihin Riskien pienentäminen Ei häiritse tuotantoa Simuloinnilla pysytään huomioimaan vaihtelut (häiriöt, erot työskentelynopeuksissa, tuotevirheet, eräkoot, ) Muutosten tekeminen malliin suhteellisen helppoa Simulointimalli on monesti havainnollisempi ja helpommin ymmärrettävissä, kuin esim. matemaattinen malli Simulointimallin kehitysprosessi jo sinällään lisää ymmärrystä tarkasteltavan järjestelmän toiminnasta.
Simuloinnin haasteet ja ongelmat Vastaako malli todellisuutta riittävän tarkasti? Simulointi saattaa tuottaa liikaa tietoa, optimoinnin teko hankalaa Tulosten todentaminen saattaa olla hankalaa. Perusteellisen mallin rakentamiseen voi kulua paljon aikaa. Malli ei sellaisenaan tuota optimaalista ratkaisua. Eri simulointiohjelmien välinen tiedonsiirto monesti hankalaa. Raskaat mallit vaativat paljon tehoa tietokoneelta.
Simulointiprojektin vaiheet 1. Ratkaistavan ongelman ja simuloinnin tavoitteiden määrittely 2. Lähtötietojen hankinta 3. Tietokonemallin rakentaminen 4. Mallin testaus ja ajosuunnitelman laatiminen 5. Simulaatioajot 6. Tulosten analysointi 7. Tulosten raportointi
Tavoitteiden määrittely Simulointi ilman selvää päämäärää ei ole järkevää, vaan simulointia pitäisi tehdä tarpeesta ratkaista tuotannossa olevia ongelmia tai tarpeesta tehostaa tuotantoa. Kun tuotannossa oleva ongelma saadaan tunnistettua tarkasti auttaa se kohdentamaan simulointityön oikein. Ongelman tunnistamisen myötä voidaan myös asettaa tavoitteet simuloinnille. Tavoitteet antavat tutkimukselle suunnan
Lähtötietojen kerääminen Lähtötietoja tarvitaan mallin rakentamiseen ja mallin oikeellisuuden varmistamiseen - Layout ja geometriat - Vaihe- ja asetusajat - Välivarastojen koot -Nopeudet - Työkierrot - Historiatiedot (laitteiden vikaantuminen yms. häiriöt) Kaikkia lähtötietoja ei välttämä aina ole saatavilla -> joudutaan arvioimaan -> tulosten epävarmuus kasvaa.
Mallin laajuus ja yksityiskohtaisuus Simulointimallin laajuus: mitä sisällytetään ja mitä jätetään pois. Mallin yksityiskohtaisuus: kuinka tarkasti mallinnetaan, mitkä asiat mallinnetaan yksityiskohtaisesti ja mitkä pienemmällä tarkkuudella.
Simulointimallin rakentaminen Mallin geometrinen yksinkertaistaminen: Visualisointi-ja markkinointitarkoituksiin tehdyissä simulointimalleissa laitteiden yms. näyttävyys ja yksityiskohtaisuus on monesti tärkeää. Malleilla, joilla tehdään kapasiteettitarkasteluja, geometrioiden yksityiskohtaisuus on yleensä toisarvoista. Tällöin järjestelmään kuuluvia laitteita ja muita elementtejä voidaan yksinkertaistaa huomattavasti.
Simulointimallin rakentaminen Mallin rakenteen jäsentäminen ja hahmottelu (esim. paperille) Simulointityökalulla tapahtuva mallinnus -tuotteet, laitteet, materiaalivirrat, varastopisteet, toimintalogiikat Yksittäisten elementtien verifiointi - vaiheajat, työkierrot, konerikot, varastot Simulointimallin validointi - Toimiiko malli kokonaisuutena oikein? - Kuinka hyvin malli vastaa todellisuutta?
Ajosuunnitelman laatiminen Ennen simulointiajoja on syytä suunnitella ajot Mahdollinen lämmitysajanjakso, jos simulointiajo lähtee tilanteesta jossa linja on tyhjä. Jos malli sisältää satunnaismuuttujia -> tarvitaan useampi ajo, joiden tuloksista lasketaan keskiarvo esim. läpäisyajalle. Simulointiajon pituuden määrittäminen: -Nyrkkisääntönä mallin jokaisesta satunnaismuuttujasta vähintään 10-20 arvoa. Esim. konerikko kerran viikossa -> simulointiajon pituus 10-20 viikkoa.
Tulosten raportointi ja analysointi Simulointimallista tuotetaan yleensä raportteja, joiden perusteella voidaan arvioida järjestelmän toimintaa. - Keskimääräinen käyttöaste - Ajan suhteen muuttuva käyttöaste - KET-raportti(keskeneräinen tuotanto) - Tuotannon tehokkuusluvut -Tilaraportit (työ / asetus / häiriö / purku ) Tuloksia analysoidaan vertailemalla eri parametreilla tehtyjen simulointiajojen arvoja keskenään.