Имитационное моделирование процесса производства фторопластовых изделий

Размещено на http://www.allbest.ru/

• Рисунок 1.2 - Схема координации и взаимосвязи валидации, верификации и установления доверия к модели
• Методы верификации моделирующих компьютерных программ
• Метод 1
• При разработке имитационной модели компьютерную программу лучше писать и отлаживать по модулям или подпрограммам. На примере имитационной модели, содержащей 10 тыс. операторов, не сложно убедиться, что не стоит писать сразу всю программу, перед тем как попытаться выполнить ее отладку. Если запустить такую большую программу непроверенной, она скорее всего не будет выполняться, а определить, где в ней содержатся ошибки, будет чрезвычайно трудно. Поэтому следует сначала написать и отладить основную программу, а также некоторые ключевые подпрограммы, возможно, представив остальные необходимые программы как «фиктивные» или «заглушки». Затем нужно добавлять и последовательно отлаживать дополнительные подпрограммы или уровни детализации, до тех пор пока модель не станет удовлетворительно отображать исследуемую систему. Всегда лучше начинать со «среднего уровня детализации» модели (который затем будет постепенно усложняться до нужного уровня), нежели сразу приступить к разработке сложной модели. Иначе модель может получиться более сложной, чем необходимо, и чрезмерно дорогой при выполнении.
• Метод 2
• Когда разрабатываются крупные имитационные модели, желательно, чтобы компьютерную программу проверяли несколько человек, так как разработчик может слишком свыкнуться со своей программой и не заметить ошибки. В некоторых организациях этот подход осуществляется на практике. Он называется структурным разбором. Например, всех членов группы, работающей над созданием имитационной модели, то есть специалистов по системному анализу, программистов и других работников, собирают вместе и каждому выдают копии подпрограмм, нуждающихся в отладке. Затем разработчик проводит их проверку, но не переходит от одного оператора к другому, пока все не убедятся, что оператор правильный.
• Метод 3
• Иногда, чтобы убедиться, что получены удовлетворительные результаты, достаточно выполнить прогон имитационной модели с различными входными параметрами. В некоторых случаях можно точно вычислить простые рабочие показатели и воспользоваться ими для сравнения.
• Метод 4
• Одним из наиболее мощных методов, применяемых для отладки дискретно-событийных имитационных программ, является трассировка. При трассировке состояние моделируемой системы, то есть содержание списка событий, переменные состояния, некоторые статистические счетчики и другие данные, выводятся на экран после возникновения каждого события и сравниваются с вычислениями, полученными вручную, чтобы убедиться, что система функционирует так, как требуется. При трассировке желательно оценить все возможные ветви программ, а также способность программ обрабатывать «предельные» условия. Иногда при такой полной оценке может понадобиться, чтобы для модели были подготовлены специальные (возможно, детерминированные) входные данные. Большинство пакетов имитационного моделирования дают возможность проводить трассировку.
• Пакетная трассировка часто предоставляет большой объем выходных данных, которые должны быть проверены по событиям на ошибки. К сожалению, некоторая ключевая информация при трассировке может быть упущена (то есть аналитик может не запросить ее) или, что еще хуже, определенная ошибка может не произойти при «коротком» прогоне имитационной модели с целью отладки. Любые затруднения потребуют повторного прогона имитационной модели. Поэтому обычно для поиска ошибок лучше использовать интерактивный отладчик.
• Интерактивный отладчик позволяет аналитику остановить прогон имитационной модели в выбранный момент времени и изучить или изменить значения некоторых переменных. Последняя возможность может использоваться для того, чтобы вызвать возникновение некоторых типов ошибок. Интерактивными отладчиками снабжены многие современные пакеты имитационного моделирования.
• Метод 5
• Прогон имитационной модели по возможности должен быть выполнен при упрощающих допущениях, для которых известны или могут быть легко вычислены истинные характеристики модели.
• 1.4 Моделирование производственных систем
• Имитационное моделирование используется при разработке и оптимизации производственных систем. Причем именно в сфере промышленного производства моделирование применяется шире, чем в любой другой. Это объясняется многими причинами:
• - усиление конкуренции во многих отраслях промышленности привело к тому, что теперь больше внимания уделяется автоматизации производственных процессов с целью увеличения производительности и улучшения качества продукции. Поскольку автоматизированные системы сложнее обычных, их, как правило, удобно анализировать с помощью моделирования;
• - системы и оборудование могут быть очень дорогостоящими. Например, новый завод по производству полупроводниковых приборов может стоить миллиард долларов или даже больше;
• - в последнее время были созданы более быстрые и дешевые персональные компьютеры, что привело к резкому уменьшению стоимости компьютерных вычислений;
• - усовершенствование программного обеспечения (например, появление графических интерфейсов пользователя) позволило сократить срок разработки модели и больше времени уделить анализу производственных возможностей;
• - наличие анимации способствует лучшему пониманию менеджерами по производству сути моделирования.
• Вероятно, главная польза от применения моделирования производственных систем заключается в том, что оно позволяет менеджеру получить представление о влиянии «локальных» изменений в масштабе всей производственной системы. Если изменение вносится на некоторой рабочей станции, его влияние на работу этой станции будет вполне предсказуемым, а заранее определить, каким образом оно скажется на работе системы в целом, будет затруднительно.
• Кроме общих преимуществ имитационного моделирования, упомянутых выше, существует множество потенциальных преимуществ его использования при исследованиях:
• - увеличение производительности (числа деталей, выпускаемых за единицу времени);
• - сокращение времени пребывания деталей в системе;
• - уменьшение запасов деталей в процессе производства;
• - увеличение занятости станков и рабочих;
• - обеспечение своевременной доставки товаров потребителям;
• - сокращение потребностей в капитале (земля, производственные помещения, станки и т. п.) или эксплуатационных расходов;
• - гарантия того, что предложенный вариант системы будет действительно функционировать так, как ожидается;
• - обеспечение лучшего понимания системы в результате сбора информации для создания имитационной модели;
• - возможность предусмотреть возникновение некоторых существенных проблем, над которыми имитационная модель предложенной системы часто заставляет задуматься разработчиков системы.
• Моделирование помогло успешно решить ряд специальных производственных проблем, которые можно разделить на три общие категории:
• - потребность в количестве оборудования и в персонале:
• - количество, тип и расположение станков для выполнения определенной задачи (например, выпуск 1000 деталей в неделю);
• - требования к погрузочно-разгрузочным устройствам и другому вспомогательному оборудованию (например, поддоны и приспособления для закрепления);
• - расположение и объем материально-производственных запасов;
• - оценка изменений в объеме продукции или ассортименте изделий (например, влияние новых товаров);
• - оценка влияния установки нового оборудования (например, робота) в существующую производственную линию;
• - оценка капиталовложений;
• - число смен;
• - оценка производительности:
• - анализ производительности;
• - анализ времени пребывания в системе;
• - анализ недостатка ресурсов;
• - оценка технологических операций:
• - производственное планирование (например, оценка предлагаемых режимов выдачи заказов цеху, определение объемов партии продукции, загрузка деталей на рабочую станцию и установление последовательности прохождения деталями рабочих станций в системе);
• - стратегии управления запасами комплектующих деталей или сырья;
• - стратегии управления (например, для конвейерного устройства или автоматизированной транспортной системы);
• - анализ надежности (скажем, влияние профилактического обслуживания);
• - политики контроля качества;
• - стратегии синхронной работы (СР).
• Существует несколько показателей работы, получаемых при изучении производственной системы посредством моделирования, а именно:
• - производительность;
• - время пребывания деталей в системе (продолжительность цикла);
• - продолжительность пребывания деталей в очередях;
• - продолжительность ожидания транспортировки;
• - продолжительность транспортировки;
• - своевременность доставки (например, доля задержавшихся заказов);
• - объем запасов деталей в процессе производства (незавершенное производство или размеры очередей);
• - доля времени, когда станок сломан, простаивает (в ожидании поступления деталей с предыдущей рабочей станции), заблокирован (в ожидании, когда будет убрана деталь, обработка которой завершена) или проходит профилактическое обслуживание;
• - доля деталей с исправимым или неисправимым браком.
• Можно привести следующие примеры непрерывных распределений в моделях производственных систем:
• - время поступления заказов, деталей или сырья;
• - время обработки, сборки или проверки;
• - время безотказной работы станка;
• - время ремонта станка;
• - время погрузки и разгрузки;
• - время наладки, необходимое, чтобы перестроить станок для обработки другого типа деталей;
• - вероятность исправления брака;
• - процент выхода годных изделий.
• В некоторых случаях вышеприведенные величины могут быть постоянными. Например, для автоматического станка время обработки деталей не может существенно меняться. Или, скажем, моторы автомобилей могут поступать в конченый пункт сборки с постоянным интервалом, равным 1 мин.
• На самом деле существует два способа поступления деталей в производственную систему. В некоторых системах (например, сборочная производственная линия) часто допускаются неограниченные поставки заготовок деталей или сырьевого материала для первого станка в линии. Таким образом, интенсивность, с которой детали поступают в систему, -- это фактически скорость обработки деталей первым станком, то есть в ней учитываются все простои и блокировки станка. Кроме того, работы, или заказы, могут поступать в систему в соответствии с производственным планом, в котором для каждого заказа определяется размер, время поступления, тип деталей.
• Простои механизмов
• Важный источник случайности в производственных системах связан с поломками станков и внеплановыми простоями. Случайные поломки возникают из-за таких событий, как сбой в работе станка, заклинивание детали или поломка инструментов.
• 1.5 Обоснование выбора языка программирования
• В качестве инструментального средства разработки имитационной модели была выбрана интегрированная среда быстрой разработки Borland Delphi 7. Именно эту имитационную модель можно точно описать универсальным языком программирования. Стоимость приобретения лицензии среды Borland Delphi 7 соизмеримо меньше лицензий специализированных средств разработки имитационных моделей.
• 2. Практическая часть
• 2.1 Постановка задачи
• Произвести моделирование производственной цепочки, которая состоит из четырех основных этапов. Время моделирования - 12 месяцев. Построить модель производственного процесса, блок-схему алгоритма, написать программу на языке программирования высокого уровня в выбранной среде программирования, построить таблицы результатов моделирования, проанализировать полученные данные.
• На первом этапе работает смена рабочих. Этап длиться 7 часов, за это время изготовляется 40 штук заготовок. Зарплата рабочего составляет 23 рубля в час, при поломке ремонт составляет от 6 до 48 часов, зарплата ремонтника составляет 26 рублей в час. Существует вероятность поломки - P1 и вероятность брака - P2.
• На втором этапе происходит обработки 80 штук заготовок. Этот этап состоит из 3-х стадии. Стадия 1 длится 8 часов. Затраты на электроэнергию составляют 150 рублей в час. При поломке ремонт составляет от 8 до 15 часов, заработная плата ремонтника составляет 26 рублей в час. Существует вероятность поломки - P3. Стадия 2 длиться 10 часов. Затраты на электроэнергию составляют 90 рублей в час. При поломке ремонт составляет от 8 до 15 часов, заработная плата ремонтника составляет 26 рублей в час. Существует вероятность поломки - P4. Стадия 3 длиться 8 часов. Если случается поломка, то все бракуется.
• На третьем этапе время обработки 1 штуки составляет от 3 до 15 минут. Существует вероятность брака - P5.
• На четвертом этапе выпуск готовой продукции. Стоимость 1 штуки готовой продукции - 40 рублей, 1 штуки бракованной продукции - 10 рублей.
• Модель производственного процесса представлена на рисунке 2.1.