Использование имитационного моделирования на производстве. Как работает?

Цифровое производство — основные тенденции

На текущем уровне развития экономики уже невозможно отрицать ведущую роль цифровых технологий в развитии производственного сектора. Программные и программно-аппаратные решения помогают эффективно решать задачи на всех этапах жизненного цикла изделия начиная от его концептуальной проработки до его фактического ввода в эксплуатацию.

Применение цифровых систем позволяет создать неразрывную связь на всех этапах, а значит, учитывать накопленный опыт и делать изделие совершеннее с каждой итерацией.

Важно отметить, что текущие тенденции в производстве — не просто цифровизация, а скорее автоматизация цифровизации. Так, в качестве примера можно рассмотреть задачу по управлению технологическими процессами с применением систем АСУТП.

Применение подобных систем позволяет как автоматизировать выполнение отдельных операцией и передачу управляющего воздействия на конкретные исполнительные механизмы, так и работать в более сложном контуре управления производственными линиями и системами.

Тенденции к автоматизации можно рассмотреть и на уровне технологической подготовки производств, и при разработке самих изделий. Например, при проектировании изделия могут активно применяться топологическая оптимизация, автоматизация проведения цифровых экспериментов над изделием или адаптивные системы по генерации управляющих программ для изготовления на оборудовании.

Однако задачи более высокого уровня — по управлению производством — еще не имеют достаточного уровня цифровизации и автоматизации. Их можно разделить на два блока.

• Во-первых, это задачи, требующие оперативного решения, такие как оперативное планирование мощностей, необходимых для выполнения текущего заказа, поддержание эффективности работы производственных линий и оборудования.
• И второй блок — это задачи тактического управления производством: например повышение эффективности и прибыльности производства, разработка и подтверждение проектов модернизации, составление дорожной карты предприятия.

Очевидно, что эти задачи решаются и сейчас, однако либо с низким уровнем вовлечения цифровых решений, либо с привлечением разрозненных информационных систем, показывающих себя эффективно лишь на конкретных примерах и не обеспечивающих комплексный подход по управлению производством.

Как снизить производственные издержки предприятия?

Снизить издержки предприятия за счет использования цифрового двойника можно посредством трех шагов.

1. Внедрение имитационного моделирования

На этом шаге на основе имитационной модели создается цифровой двойник — инженерный инструмент по проведению виртуальных экспериментов над цифровым прототипом технологических и/или логистических процессов.

Цель этого этапа — получить ответ на вопрос «а что если?». Его можно сравнить с виртуальными испытаниями изделия перед выпускного его первого физического прототипа.

Моделирование позволяет в автоматизированном режиме проводить серии из десятков или сотен экспериментов за короткий промежуток времени, накапливать и анализировать данные по результатам симуляции и как итог — внедрять на реальное, физическое производство только проверенные управленческие решения.

2. Реализация бережливого производства

На основе имитационного моделирования можно сделать производство более бережливым. В стандартном случае бережливое производство предполагает сокращение расходов на основных и вспомогательных процессах, а также уменьшение количества отходов и как результат — экономия средств.

При переходе на этот этап после внедрения имитационного моделирования не только повышается прибыльность производства, но и идет его постоянное совершенствование как с точки зрения технологических процессов, так и с точки зрения качества продукции.

Применение подобной системы также позволяет значительно сократить объем незавершенного производства не просто за счет инвестиций в более совершенное оборудование или автоматизацию, а за счет поиска и расшивки «узких мест» на предприятии и оптимизации материалопотоков.

Отличительная особенность имитационного моделирования по сравнению с классическими системами/методологиями по принятию решений (например, применение отраслевых коэффициентов в Excel) — возможность учесть возникновение случайных факторов.

Таким образом можно заранее, на этапе принятия решения, а не постфактум, спрогнозировать вероятность брака, сбоев режимов поставок продукции, возможность выхода оборудования из строя. Иными словами, предприятие не преодолевает сложности по мере возникновения, а их избегает.

3. Виртуальный ввод в эксплуатацию

Третий шаг, позволяющий снизить издержки — виртуальный ввод в эксплуатацию. Виртуальный ввод в эксплуатацию позволяет сократить период простоя оборудования и ускорить вывод продукта на рынок за счет программирования и отладки управляющей программы линии не на реальном оборудовании, а на физических прототипах, цифровом двойнике.

Например, если на предприятии меняется номенклатура выпускаемой продукции, то при отсутствии цифрового двойника необходимо остановить производственную линию, переписать логику управления, изменить управляющие программы для контроллеров, все проверить, отладить и только после этого запустить производственный процесс.

Все это время оборудование простаивает и не производит продукцию, то есть предприятие теряет в выручке. Цифровой двойник позволяет избежать этих простоев, а значит — и производственных издержек.

Имитационное моделирование — инженерный инструмент с одной стороны и «цифровой» помощникк для принятия управленческих решений — с другой. Подобные технологии помогают делать производство эффективнее как с точки зрения получения прибыли, так и повышения качества продукции.

Фото на обложке: Shutterstock / CoreDESIGN