POČÍTAČOVÁ SIMULACE PODNIKOVÝCH PROCESŮ
Ing. V. Glombíková, PhD.
SIMULACE nástroj pro studium chování objektů reálného světa
SYSTÉM • určitým způsobem uspořádána množina komponent a relací mezi nimi. • zjednodušený, abstraktní pohled na objekty reálného světa • stav systému - představuje momentální hodnoty jeho stavových proměnných eventuálně stavy komponent (elementů) v daném okamžiku.
Rozdělení systémů reálné – systém definovaný nad reálnými objekty, z nereálné (koncepční) – systém definovaný nad fiktivními, neexistujícími objekty z
z
statické – chování systému není závislé na čase,
z
dynamické – chování systému je definované v závislosti na čase (dvě události nastaly v systému současně, nebo jedna nastala dřív než druhá). Simulace se zabývá pouze dynamickými systémy.
Rozdělení systémů Z hlediska vlastností chování systému (charakteru procesu): z
deterministické – hodnoty proměnných jsou v každém okamžiku přesně definovány, při stejných podmínkách jsou výsledky simulace stejné, do modelu nejsou zahrnuty náhodné veličiny.
z
stochastické – zkoumaný problém nebo metoda řešení mají náhodný charakter, proměnné se chovají náhodně podle určené pravděpodobnosti. většina podnikových procesů = stochastický systém
Rozdělení systémů Z hlediska způsobu zachycení časového faktoru: z
systémy se spojitým časem – časová proměnná může nabývat všech hodnot (jakýchkoli) z určitého intervalu
z
systémy s diskrétním časem - časová proměnná může nabývat jen hodnot z předem určené diskrétní množiny (přirozená čísla, roky, čtvrtletí)
Rozdělení systémů Z hlediska charakteru hodnot stavových veličin: z
systémy se spojitými změnami stavu - hodnoty proměnných modelu se ve sledovaném čase mění spojitě (chemický průmysl, potravinářský, hutnický)
z
systémy s diskrétními změnami stavu - hodnoty proměnných se mění nespojitě v určitých časových okamžicích (SHO, kusovníky)
z
kombinované systémy – v případě, že model má vlastnosti typické pro oba předchozí typy
Simulační modely množina hodnot stavů spojitá množina hodnot stavů diskrétní
čas spojitý
čas diskrétní
diferenciální rovnice
diferenční rovnice
simulace Markovovy řetězce diskrétních událostí
Diskrétní simulace (discrete-event simulation - DES, next – event technika) Změny v systému nenastávají průběžně, ale pouze v okamžiku výskytu tzv. významné události. Sama událost může nastat v jakýkoli okamžik spojitého času Metoda studia chování složitých systémů pomocí experimentování s počítačovým modelem.
Simulace diskrétních událostí
Příklad diskrétní simulace SHO (OS) – obsluha v supermarketu Entita Zákazník
Aktivita
Aktivita
Aktivita
Aktivita
Příchod
Nakup
Platba
Odchod
Zdroj
Zdroj
Pokladní
Pokladna
Konfekční výroba
dynamický diskrétní logistický systém logistické systémy = systémy související s výrobou, distribucí výrobků, poskytováním služeb
Analýza systémů z
Abstrakce – zanedbání, vyloučení těch skutečností ze studia systému, které nejsou z hlediska sledovaného účelu (cíle) podstatné
z
Dekompozice – rozklad subsystémy a prvky
z
Hierarchie – zachycení souvislostí mezi částmi systému, vyjádřením sounáležitosti části systému ve smyslu nadřazenosti a podřízenosti
z
Modularita – specifikace částí systému vykazujících jistou míru samostatnosti a minimální počet vzájemných vazeb
systému
na
dílčí
části,
Závislost reprodukce chování reálného systému na míře abstrakce použité při modelování Při simulaci a modelování objektů hmotného světa není vždy možno objekt popsat v celé jeho složitosti a proto se na zkoumaném objektu zavádějí abstrakce, které zanedbávají některé aspekty (parametry, vztahy) modelovaných jevů. Vliv míry abstrakce na přesnost modelu přesnost simulace
počet detailů
počet detailů (rozsah modelu)
čas modelování
náklady
Analýza systémů z
Abstrakce – zanedbání, vyloučení těch skutečností ze studia systému, které nejsou z hlediska sledovaného účelu (cíle) podstatné
z
Dekompozice – rozklad subsystémy a prvky
z
Hierarchie – zachycení souvislostí mezi částmi systému, vyjádřením sounáležitosti části systému ve smyslu nadřazenosti a podřízenosti
z
Modularita – specifikace částí systému vykazujících jistou míru samostatnosti a minimální počet vzájemných vazeb
systému
na
dílčí
části,
Hierarchie, dekompozice !!! Úhel pohledu – úroveň analýzy !!! Podprocesy
Aktivity
Analýza systémů z
Abstrakce – zanedbání, vyloučení těch skutečností ze studia systému, které nejsou z hlediska sledovaného účelu (cíle) podstatné
z
Dekompozice – rozklad subsystémy a prvky
z
Hierarchie – zachycení souvislostí mezi částmi systému, vyjádřením sounáležitosti části systému ve smyslu nadřazenosti a podřízenosti
z
Modularita – specifikace částí systému vykazujících jistou míru samostatnosti a minimální počet vzájemných vazeb
systému
na
dílčí
části,
Fáze simulačního projektu
Vývojový diagram simulačního projektu Jednoznačný a úplný popis zkoumaného objektu. Definice – problému a jeho rozsahu, cílů, určení priorit řešení, odhad požadavků na prac.síly, čas, náklady na řešení
45 - 70 %
Tvorba pojmového modelu, sběr experimentálních dat a analýza pravděp.rozdělení náhod. veličin. Tvorba počítačového modelu, jeho simplifikace Ověření, zda počítačový model reprezentuje pojmový model se stanovenou mírou přesnosti.
10 - 25 %
Ověření, že počítačový model v oblasti aplikovatelnosti prokazuje uspokojivou - míru shody s realitou v souladu se zamýšleným použitím.
10 - 15 %
10 - 15%
Ověření věrohodnosti modelu realita validace modelu
počítačový model
kvalifikace modelu
programování
verifikace modelu
pojmový model
Fáze simulačního projektu
Vývojový diagram simulačního projektu
Experimentování s modelem, Implementace projektu testování různých variant řešení, do praxe
Statistická analýza výsledků.
Nástroje tvorby počítačového modelu Obecné programovací jazyky
textové příkazy (zdroj. kódy), ↑flexibilita, zdatný programátor
(Pascal, C ++, …)
Simulátory třídy I (Arena, Quest, AutoMode, …)
tvorba modelu částečně pomocí GUI + zdroj. kódů
Simulátory třídy II (ProModel, Tailor II, Witness, Simscript, Simul8, …)
plné GUI, ↓ flexibilita, dobrá vizualizace, průměrný programátor
Produkty pro diskrétní simulaci podnikových procesů Simulační jazyky univerzálního určení
Aplikační simulační programy
forma tzv. vizuálního interaktivního modelovacího systému (Visual Interactive Modelling Systems) ARENA – fy. Rockwell Automation, obecný simulační jazyk pro průmyslové aplikace a bussiness process reengineering, grafický animační systém, principy hierarchického modelování. PROMODEL – fy. Promodel Corporation, hodnocení, plánování a projektování výrobních , skladovacích a logistických systémů. SIMPROCESS – fy. CACI Product Company, simulace podnikových procesů, integruje v sobě process mapping, diskrétní simulaci a activity – based costing. SIMSCRIPT, SIMUL8, MEDMODEL, …
Literatura z z z z z z z z z z z z z z
Hušek, R., Lauber,J. Simulační modely, SNTL/Alfa Praha 1987 Kuneš, J., Vavroch, O., Franta,V. Základy modelování, SNTL Praha 1989 Rábová, Z., Češka, M., Zendulka, J. Modelování a simulace, SNTL Praha 1982 Dlouhý, M., Fábry, J., Kuncová, M., Hladík, T. Simulace podnikových procesů, Computer Press, a.s. Brno, 2007 Keřkovský, M., Moderní přístupy k řízení výroby, C. H. Beck Praha 2001 Havrila, M., Počítačové projektovanie, Prešov, 2008, ISBN 978-80-553-0047-4 Havrila, M., Trendy v počítačovom projektovaní výrobných systémov, online cit. [201303-30], dostupné z http://www.fvt.tuke.sk/journal/pdf09/1-str-88-91.pdf Havrila, M., Tendencie v rozvoji počítačovej simulácie výrobných systémov. Manufacturing Engineering/Výrobné inžinierstvo, FVT TU Prešov, č. 3, 2008, VII, str. 21-23, ISSN 1335-7972 Geta Centrum s.r.o, Optimalizace pracoviště v digitální továrně, Baumbruk, M., Výhody integrace komponent digitální továrny: od PLM až k virtuálnímu ověřování, Siemens PLM software Lacko, B., Navrhování systémů řízení, Studijní text, Brno, 2006 Leeder, E., Digitální továrna – mocný nástroj pro průmyslovou výrobu, AUTOMA 7/2008, s.56-58, Mareček, P., Virtuální simulace výroby aneb Digitální továrna, IT SYSTEMS 9/2006, on-line cit. [2013-12-4], dostupné z http://www.systemonline.cz/rizeni-vyroby/virtualni-simulace-vyroby-aneb-digitalni-tovarna.htm PLM Siemens, online cit. [2014-02-28], https://www.plm.automation.siemens.com/en_us/academic/resources/tecnomatix/index.shtml
