Применение имитационного моделирования в поточном производстве

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аннотация

В данной выпускной работе изложены вопросы, касающиеся поточного производства на ЗАО ЛШФ “Стиль”.

В результате детального анализа была применена имитационная модель. Если считать, что относительное время простоя цеха имеет нормальное распределение, чего не бывает в жизни, то чем выше страховой запас деталей, те меньше простой.

В качестве предметной области было проанализировано поточное производство на ЗАО ЛШФ “Стиль”.

Реферат

Пояснительная записка 58 страниц, 12 рисунков, 7 источников.

Ключевые слова: имитация, модели, иерархия, система, имитационное моделирование.

В данной выпускной работе рассмотрена такая проблема как применение имитационного моделирования в поточном производстве.

управление поток сменность имитационный

Содержание

Введение

1. Характеристика предприятия

1.1 Структура управления предприятием

1.2 Цели организационных форм производственного процесса

1.3 Форма организации производственного процесса

1.4 Структура управлением потока

1.5 Форма сменности

1.6 Системы межоперационных транспортных средств

1.7 Монтажная секция

2. Имитационное моделирование

2.1 Имитационная модель производственного процесса

2.2 Основные этапы построения имитационной модели

2.3 Определение задачи и ее анализ

2.4 Определение требований к информации

2.5 Собирание информации

2.6 Выдвижение гипотез и принятие предположений

2.7 Установление основного содержания модели

2.8 Определение параметров, сменных и критериев эффективности

2.9 Описание концептуальной модели и проверка ее достоверности

2.10 Построение логической структурной схемы имитационной модели

3. Применение имитационного моделирования в производственном процессе

3.1 Имитационная модель производственного. Описание моделируемого процесса

3.2 Концептуальная модель (основные предпосылки)

3.3 Логическая структурная схема имитационной модели

3.4 Машинная реализация имитационной модели

Заключение

Литература

Введение

С развитием демократического общества, с растущим удовлетворением всех материальных, культурных и социальных потребностей общества возрастают и требования к швейным изделиям. Одежда в определенной мере выполняет не только чисто функциональные, но и эстетические, соответствующие требованиям моды. Одной из черт зрелого демократического общества является повышающийся уровень производства одежды, удовлетворяющей вкусы различных слоев населения, проявляющийся как в количестве швейных изделий, приходящегося на одного человека, так ив качестве, потребительской стоимости и ассортименте. Все больше дифференцируется назначение верхней одежды, возникают новые виды одежды, например для активного отдыха.

Объемы выпуска швейных изделий увеличиваются в основном благодаря росту производительности труда. Факторы экстенсивного роста уже исчерпаны, занятость женщин (80-90% общей численности работающих) в швейной отрасли находится на высоком уровне. Основным фактором увеличения объемов производства швейных изделий является постоянный рост производительности труда, основывается главным образом на внедрении прогрессивной технологии, новой техники, организации производства и труда. За прошедшие годы основной прирост производительности труда получен в результате внедрения прогрессивной технологии и новой техники. Факторы резервов повышения производительности труда в прогрессивной технологии на определенном уровне уже исчерпаны, и дальнейший прогресс в этой области можно ожидать, только с внедрением новой техники, несмотря на то, что новая техника является наиболее существенным фактором увеличения производительности труда, она одновременно требует и больших материальных затрат. Финансовые средства на ее закупку лимитируются главным образом эффективностью производства. Поэтому область организации производства и труда является сейчас одним из главных факторов повышения производительности труда.

Предпосылки для успешной рационализации производства и труда были даны еще при возникновении социалистического способа производства. В результате обобществления небольших капиталистических фирм созданы крупные производственные коллективы-предприятия. Одно из крупных предприятий у нас в Луганске - это Открытое Акционерное Общество Луганская швейная фирма “Стиль”. На предприятии изготовляется верхняя женская одежда, женские брюки, юбки, жакеты, блузки. Заказы поступают на предприятие из Германии, но также изделия присутствуют на внутреннем рынке. Одежда стильная и соответствует моде, удовлетворяет вкусы различных слоев населения.

1. Характеристика предприятия

1.1 Структура управления предприятием

С построением структуры управления предприятия были разработаны положения об отделах и службах, четко определяющие конкретные задачи, права и обязанности каждого подразделения и сотрудника. В частности, в целях осуществления эффективного управления производством на предприятии четко распределены функции руководства между генеральным директором, его заместителями и главным инженером. Генеральный директор осуществляет контроль за работой всего предприятия, ему непосредственно подчинены бухгалтерия, юридический и административно-хозяйственный отделы, отдел управления качеством, отдел представителей из Германии. Кроме того, генеральный директор руководит работой совета предприятия, в состав которого входят начальники ведущих отделов, главные специалисты, председатель комитета профсоюза. На совете обсуждаются вопросы перспективного развития предприятия, анализируются достигнутые результаты производственной и финансово - хозяйственной деятельности и принимаются решения, направленные на дальнейшее улучшение работы предприятия.

Общее руководство в цехах, а также руководство экспериментальным цехом осуществляет главный инженер. Главному инженеру подчинены производственно - технический отдел, отдел по охране труда и технике безопасности, отдел главного механика, группа по рационализации и изобретательству, группа по проверке материалов, диспетчерская.

Рис. 1.1 Структура управления предприятием

Главный инженер руководит работой технического и художественного советов, которые рассматривают вопросы повышения технического уровня и автоматизации производственных процессов, совершенствования технологии и организации производства, моделирование и конструирование новых видов изделий рационализаторской и изобретательской работы. Кроме того, главный инженер возглавляет отдел управления качеством, на заседаниях анализируются вопросы дальнейшего улучшения качества продукции, выпускаемой предприятием.

Вопросы управления экономикой на предприятии решают подразделения и службы главного экономиста, являющеюся одновременно заместителем генерального директора. Главному экономисту подчинены: планово - экономический отдел, отдел труда и заработанной платы; нормативно - исследовательская лаборатория. Главный экономист направляет работу бухгалтерии по вопросам методологии учета. Помимо этого, он возглавляет созданное на предприятии общественное бюро экономического анализа.

Отдел снабжения, финансовый отдел, транспортный цех и фирменный магазин подчинены заместителю генерального директора по коммерческим вопросам.

Заместитель генерального директора по кадрам и общим вопросам подчинены отдел кадров и отдел технического обучения, учебным цехом. Он занимается вопросами общественного питания, культурно - бытового обслуживания и жилищно - коммунального хозяйства.

Отделом капитального строительства непосредственно руководит заместитель генерального директора по капитальному строительству. Он осуществляет также общее руководство работой ремонтно - строительного цеха.

Управлением цехов занимается главный инженер, а непосредственно в цехах управляют начальники цехов. Потоком управляет мастер.

Наряду с четким распределением функций управления между генеральным директором, его заместителями, главным инженером, начальниками цехов и мастерами на предприятии четко определенны задачи и обязанности каждого из отделов управления предприятием.

1.2 Цели организационных форм производственного процесса

На основе системного подхода при проектировании организационных форм производственного процесса, прежде всего определяется цель, которую необходимо достигнуть. Главной целью является высокопроизводительное производство, реализуемое в определенных условиях. Производительность производства можно специфицировать как множество живого труда, вложенного в данную продукцию, часто выражаемую в достигнутой затрате времени на единицу продукции.

Условия конкретизируются следующими лимитирующими факторами: используемая техника и технология; производственные площади; квалификация работников, сменности и другие. Уровень этих факторов формирует и показывает уровень эффективности производственного процесса.

Из выше сказанного следует, что внедрение форм организации производственного процесса и их рациональных структур производится с целью минимизации затрат времени при максимальной степени эффективности.

Рациональной структурой производственного процесса является установление таких форм его организации, которые поведут к непрерывному снабжению каждого рабочего места при минимальных затратах времени на подготовительно - заключительные ручные приемы перед выполнением операции и после нее.

На фабрике непрерывность снабжения обеспечивается соответствующим расположением рабочих мест на производственной площади с стационарной системой доставки.

1.3 Форма организации производственного процесса

Различают несколько форм организации швейного производства. С точки зрения движения полуфабрикатов в производственном процессе организационная форма подразделяется на непрерывный прерывный способы производственного процесса:

І. Непрерывные способы:

1. Линия.

3. поточное производство.

ІІ. Прерывные способы:

1. Простой.

2. Комбинированный.

На предприятии используется непрерывный способ производственного процесса, в частности, поточное производство.

Это понятие используется для специфического варианта формы организации производственного процесса, соединяющего в себе преимущества линии - отдельное изготовление комплектующих деталей (заготовительная секция) и самостоятельный монтаж изделия с дальнейшим разделением труда. Для поточного производства характерно правило, что такт должен быть намного ниже, чем затраты времени большинства операций, особенно в заготовительной секции. Операции по такту далее не делятся и производятся в технологической и логической последовательности в период намного больший, чем такт, а маленький такт достигается при наивысшем количестве рабочих мест на одной операции.

1.4 Структура управлением потока

Рабочие потока

На потоке работает 31 человек в одной смене. Мастер потока следит за всеми работниками. Производительность труда является наивысшей, если на одном рабочем месте производится одна операция или совокупность необходимых операций, связанных логически между собой технологическим и техническим оснащением рабочих мест. Мастер распределяет операции между рабочими по их квалифицированности. На заготовительной секции у рабочих 3 разряд, на монтажной секции 4, 5 разряды.

1.5 Форма сменности

На фабрике двусменная работа. Двусменное использование производительных средств имеет большое экономическое значение. Оно обеспечивает высокую оборачиваемость оборотных средств и использование основных фондов, вложенных в прогрессивную технику, поэтому двусменное производство в швейной промышленности применяется довольно часто.

Когда вторая смена продолжает работу над незаконченной продукции первой смены, называется несъемный процесс. Технологический поток расчленяется на монтажные линии и позволяет достигать высоких результатов при несъемном процессе и двухсменной работе. Выгоды основываются на хорошо организованной межоперационной транспортировке, небольших потребностях в резервных машинах, возможности моментального начала работы в начале смены и более широких возможностях совместной работы обеих смен. Все это ведет к высокой производительности труда. Однако повышение числа переналадок машин при малых сериях приведут к производительным потерям объемов производства.

Практика показала, что при наладках и освоении новых моделей возникают непомерные производственные потери. Рабочие различных смен, зная о снижении заработка при переналадке и освоении, стремятся, чтобы переход на новую модель не происходил в их смену, что приводит к искусственному снижению производительности труда или, наоборот, к ее местному повышению. При этом на начальных операциях возникают между взаимно заменяемыми рабочими конфликты из - за количества работы. Если в конце первой смены возникнут какие - либо сбои, снижающие производительность труда, то они устраняются во второй смене, и рабочие второй смены, работающие за источником сбоя, теряют часть сдельной заработанной платы.

Трудно устанавливаемое и контролируемое множество сменных и дневных норм для взаимно заменяемых рабочих и сдельной оплаты не создают нормальных микроклиматических условий для рабочих и ведут к нарушению отношений между людьми и к организационным нарушениям. Этот главный недостаток можно исключить строгим выполнением принципов обеспечивающих материальную заинтересованность коллективов обеих смен.

1.6 Системы межоперационных транспортных средств

Система оказывает влияние решающим способом на меру выполнения первой основной функции - непрерывность обеспечения деталями кроя и полуфабрикатами.

На фабрике используется стационарная система. Стационарная система обеспечивает межоперационную транспортировку деталей и полуфабрикатов всегда только между двумя преемственными рабочими местами. Не меняя своего первоначального положения, работница по истечению такта работы тем же средством системы транспортирует следующую пачку.

Заготовительная секция

Главная цель заготовительной секции - обработать отдельные детали и подготовить комплектующие детали для монтажа изделия. Эта секция имеет некоторые специфические черты общие для производства всех видов швейных изделий. В сравнении с монтажом здесь низкая преемственность операций. Для получения окончательного полуфабриката нужно совершить от 2 до 10 взаимосвязанных операций ( в зависимости от вида изделий). На многих рабочих местах обрабатываются составные детали изделия, которые еще никто не обрабатывал. Это имеет большое значение для выполнения обеих основных функций. Необработанные до сих пор детали, уложенные в пачку, занимают немного места, их легко отбирать, перемещать, что создает предпосылки для рациональной организации рабочего места. Пачки, хотя и пронумерованы, но перерабатываются все в одном цикле в определенной последовательности согласно нумерации.

На рисунке 1.2 показана заготовительная секция. На запуск приходят детали из раскройного цеха. Запускальщица сортирует по пачкам детали ( в одной пачки то 5 до 15 единиц). Затем запускальщица передает на наметку. На наметке намечаются детали с помощью лекало. И после этого швеи обрабатывают детали согласно своей операции. Технологию обработки деталей показывает и следит за ней технолог. После обработки на швейных машинах полуфабрикаты утюжат и передают на монтажную секцию.

1.7 Монтажная секция

Монтажная секция является частью подготовительного процесса, которую можно характеризовать некоторыми общими признаками независимо от вида швейного изделия. Главной ее особенностью является прямая преемственность операций, заданная технологическим процессом. При подготовке технологического процесса можно менять последовательность операций, но после выработки оптимального варианта последовательность становится неизменной. Выполнение каждой операции обусловлено готовностью окончанием предыдущей операции. Следующая черта - последовательное выполнение монтажных операций. Каждая операция не имеет определенного монтажного характера, операции монтажного характера чередуются с простой обработкой главного полуфабриката. Монтаж швейного изделия не заключается, поэтому в простом соединении деталей, частей и комплектов. Следовательно монтажная секция производственного процесса характеризуется взаимной обусловленностью последовательных операций и относительно небольшим количеством чисто монтажных рабочих мест, которые называются узловыми точками. Поэтому монтажная секция из - за приведенных выше особенностей наиболее важная и чувствительная часть производственного процесса.

Если в этой секции возникнут перебои, перебои произойдут и на последующих рабочих местах и непрерывность подачи полуфабрикатов к рабочему месту прекратится.

На первом рабочем месте монтажной секции комплектуют все детали изделия. Централизованная комплектовка повышает производительность этой деятельности.

Около половины дневного количества полуфабрикатов комплектуются и направляется в тележках для выполнения первых монтажных операций. Необходимо постоянное поддержание повышенного объема незавершенного производства, что предохраняет от возникновения нежелательных связей между заготовительной и монтажной секциями.

После обработки полуфабрикатов швеями монтажной секции их передают на готовую утюжку и на проверку швейных изделий. За качество изделия отвечает в первую очередь мастер, а потом уже швея. После проверки изделия идут на секцию влажно - тепловой обработки.

На этой секции изделия обрабатывают на прессах, на подвесных утюгах. И после передают на проверку контролеру изделий. Комплектуют, упаковывают и вывозят либо на склад, либо грузят в машины и отправляют в Германию, либо поставляют на внутренний рынок.

2. Имитационное моделирование

Последние достижения в области вычислительной техники породили новое направление в исследовании сложных общественных процессов - имитационное моделирование.

Имитационное моделирование - это процесс конструирования модели реальной системы и постановки экспериментов на этой модели с целью оценить в рамках ограничений, накладываемых совокупностью критериев различные стратегии, обеспечивающие функционирование данной системы в течении продолжительных периодов времени.

Имитационная система представляет собой машинный аналог сложного реального явления. Она позволяет заменить эксперимент с реальным процессом экспериментом с математической моделью этого процесса в ЭВМ. Имитационная система и имитационные эксперименты в настоящее время широко применяются для изучения сложных процессов, особенно в тех случаях, когда реальный эксперимент слишком дорог или вообще невозможен. Основой любого имитационного эксперимента на ЭВМ служит модель имитируемой системы, которая является представлением системы в некоторой форме, отличной от формы ее реального существования и служит средством, позволяющим понять, объяснить и усовершенствовать моделируемую систему. Задача - построить такую модель и задать ее параметры набором понятий.

Определение имитации содержит несколько основных положений.

Имитация - численный метод; что оправдывает ее применение только в “крайнем случае”, когда нет аналитических способов использования данной модели.

Имитация на ЭВМ - это эксперимент. Экономисты и специалисты по управлению получили возможность осуществлять управляемые эксперименты лабораторного типа, похожие на эксперименты в физике и других естественных науках. Единственное отличие от эксперимента в “реальном мире” состоит в том. Имитационный эксперимент проводится с моделью реальной системы, а не с самой системой. Поскольку имитация - это эксперимент, особого внимания требует планирование эксперимента и обработка его результатов.

ЭВМ не является необходимым инструментом проведения имитационного эксперимента с моделью экономической системы, однако она ускоряет процесс, освобождая от нудной вычислительной работы и уменьшая возможность допустить ошибку.

Машинная имитация позволяет исследовать поведение модели как в определенный момент времени, так и в течение продолжительных периодов времени. В первом случае имитацию называют статистической, А во втором - динамической.

Большинство имитационных экспериментов с моделями экономических систем являются стохастической имитацией (т. е. модель содержит случайные функции времени).

Исследование экономических систем проходит по четырем хорошо известным этапам:

Наблюдение системы;

Формулировка математической модели, с помощью которой пытаются объяснить поведение системы;

Предсказание поведения системы на основании этой модели с использованием математической или логической дедукции, т. е. с помощью расчетов по модели;

Проведение экспериментов для проверки пригодности модели.

Машинная имитация как средство анализа экономических систем предназначена для того, чтобы помочь осуществить перечисленные этапы исследования.

2.1 Имитационная модель производственного процесса

На предприятиях легкой промышленности процесс движения полуфабрикатов состоит из заготовительной, механической и складывающих стадий. Если в заготовительной и складывающих подразделениях фабрики производственный процесс, в принципе регламентированный и легко управляемый, то механическое производство имеет, как правило, стохастическую природу.

2.2 Основные этапы построения имитационной модели

Практическая реализация метода машинной имитации предусматривает, что последовательно или совместно выполняются такие виды работ:

составление имитационной модели, которая должна быть представлена в виде логической структурной схемы (блок-схемы);

разработка методики моделирования, которое предусматривает планирование имитационных экспериментов и статистическую обработку эмпирических данных;

создание программного обеспечения с помощью распространенных методов программирования или специальных языков моделирования;

выполнение имитационного моделирования на ЭВМ, анализ и обобщения добытых результатов.

Последовательность составления имитационной модели содержит такие шаги:

определение задачи и ее анализ;

определение требований к информации;

собирание информации;

выдвижение гипотез и принятие предположений;

установление основного содержания модели;

определение параметров, сменных и критериев эффективности;

описание концептуальной модели и проверка ее достоверности;

построение логической структурной схемы (блок-схемы).

2.3 Определение задачи и ее анализ

Первым шагом при построении имитационной модели есть определения задачи, для решения которой и создается имитационная модель. Задачу следует четко сформулировать, подав вместе с тем последовательность процедур и график ее решения.

Прежде всего имеем убедиться в самом существовании задачи или соответствующих проблемных вопросов, обусловленных нуждами народного хозяйства или сугубо научных. Начальному формулированию задачи, как правило, присущая неопределенность, а потому тщательно изучаем проблему, уточняя постановку задачи моделирования. Ведь чем подробнее ознакомимся с задачей и чем лучше поймем ее, тем четче сможем подать формулирование.

Когда выяснена целесообразность решения задачи, возникает еще ряд вопросов, которые касаются методики решения, наличия необходимых для этого ресурсов, деления задачи на отдельные подзадачи, определение последовательности их решение и отыскание общего решения. Отвечая на эти вопросы, получаем в конце концов решение задачи. Тем не менее нередко после решения одной задачи как ее следствие возникают новые задачи, которые характерно для научно-исследовательской работы.

Формулирование задачи должны давать определенное представление о ее масштабах, границы практического применения добытых результатов.

Полное формулирование задачи должны содержать определяющее формулирование и методологию (порядок) ее решение.

Формулирование состоит из таких элементов:

утверждение относительно существования и обсуждения задачи;

перечня проблемных вопросов, родственных с решением задачи;

анализа масштабности задачи и возможных границ ее применения;

разбивка начальной задачи на отдельные подзадачи.

Разработка методологии решения задачи состоит:

устанавливают приоритетность и очередность решения задачи;

определяют предвиденные и возможные методы решения подзадач ;

обосновываются требования относительно необходимых затрат работы и машинного времени;

составляют календарный (сетевой) график выполнения работ.

Пример 1. Проиллюстрируем разработку этапов определения задачи, приведя формулирование задачи «Определение оптимального правила приоритета в календарном планировании».

Одной из важных задач, с которой часто сталкиваются организаторы производства на предприятиях, есть составления расписания обработки деталей на станках в реальных условиях. Распространенный метод решения этой задачи такой: мастера механических подразделов завода (цехов, участков) в случае возникновения конфликтных ситуаций, в частности когда несколько деталей поступают на один станок, применяют разные правила преимуществ (правила приоритетов). Тем не менее интуитивный выбор правил приоритетов не гарантирует применения оптимального из них. Поэтому возникает задача выбора в реальных производственных условиях оптимального (из фиксированного набора) правила преимущества с помощью некоторого критерия.

Чтобы решить эту задачу, необходимо найти зависимость выбранного критерия эффективности (например, общего времени выполнения всей производственной программы цеха) от каждого правила приоритета. Эти зависимости нельзя установить натуральными экспериментами. Не разработано и до сих пор аналитического инструмента для поиска оптимального решения.

Благодаря наличию быстродействующих вычислительных устройств имеем возможность применить новое средство определения оптимальной стратегии при составлении календарных планов. Речь идет об имитационном моделировании, которое пригодное для исследования сложных производственных процессов. Весьма быстро с помощью ЭВМ можно достать информацию о влиянии любого правила приоритета на характеристики производственного процесса, который может длиться свыше месяца. Размерность задачи определяется количеством станков, а также деталей, которые обрабатываются на этих станках. Задача разбивается на три последовательно решаемые подзадачи:

установление множества зависимостей критерия эффективности от каждого правила приоритета;

выбор оптимального правила приоритета;

составление на ЭВМ календарного плана работы цеха на плановый период с помощью оптимального правила преимущества.

Значительная роль при построении имитационной модели отводится анализа задачи, которая выполняется не только во время ее формулирования, а и на протяжении всего решение.

2.4 Определение требований к информации

Когда задача сформулирована и продуманна, определяются требования к информации, необходимой для качественного и количественного описания исходных данных, которые отвечают целям решения задачи.

Определяя требования к искомой информации, следует прежде всего ответить на такие вопросы:

какая информация должны считаться необходимой;

где можно достать эту информацию;

в каком виде нужно подать данные;

какими методами целесообразно обрабатывать информацию?

Дальше можно начинать собирание информации. Установление способов соискания информации, необходимой для решения задачи, - важный этап всех операционных исследований. Ведь существуют многочисленные методы решения производственных задач, которые, тем не менее, бесперспективные из-за отсутствия возможностей обеспечить расчеты нужной информацией.

2.5 Собирание информации

Под собиранием информации понимают ее соискание и оценивание. Необходимую информацию можно получить разными способами:

просмотром литературных публикаций;

анализом производственных источников информации;

обработкой документов и отчетов;

подготовкой априорных и обработкой экспериментальных данных;

консультированием со специалистами и экспертами.

Добытая информация должна быть оценена со стороны ее соответствия решаемой задачи и удобства использования.

На этапе собирания информации не всегда бывает известно, что именно понадобится дальше для исследований. Кроме того, часто бывает так, что возвратиться к собиранию информации после некоторого момента времени или невозможно, или слишком дорого. Поэтому следует стараться собрать побольше данных, чтобы не допустить потерь информации, которая когда-то может понадобиться. В результате нагромождается значительный объем информации, причем лишь незначительная ее часть отвечает поставленной задаче. Полезную информацию нужно отфильтровать, отделить ее от ненужных и случайных данных.

Собранная первичная информация не всегда удобная для непосредственного использования при решении задачи. Часто эта информация подлежит предыдущей обработке, анализа и группированию с помощью ЭВМ или других средств переработки информации.

2.6 Выдвижение гипотез и принятие предположений

В некоторых случаях решения задач методом машинной имитации не имеет возможности получить всю необходимую информацию. Для многих практически важных проблем достать полную информацию вообще нельзя. На стадии составления имитационной модели иногда отсутствуют конкретные знания о некоторых элементах задачи и условия функционирования системы. Чтобы отыскать информацию, которой недостает, ведут эксперименты, выдвигают гипотезы и делают предположение, которые должны быть четко и точно сформулированные.

Гипотезы представляют собой научные предположения, выдвинутые для объяснения определенных явлений действительности. Они заменяют неизвестные закономерности развития системы и доопределяют постановку задачи. При отсутствии информации выдвигают гипотезу относительно возможных результатов, достоверность которой дальше проверяют экспериментально. Доказывая правильность гипотез, получают полное представление о решении задачи. Например, при нахождении решения оптимизационных задач методом машинной имитации можно выдвинуть гипотезу относительно свойства целевой функции (ограниченность).

Предположение, т.е. утверждения, которое временно (пока не будет установлена истина) считается правильным, в контексте создания имитационных моделей делают в случае, если некоторые данные неизвестные или их нельзя получить. Вместе с тем предположения могут выдвигаться и относительно известных данных, которые не полностью отвечают сущности выбранной задачи. Поэтому для отыскания необходимых результатов допустимые определенные упрощения или сокращения.

Предположения дают возможность превратить осложненные, а также те, которые не подвергаются учету, характеристики величины, которыми удобно оперировать. Например, при моделировании на ЭВМ производственного процесса в механическом цехе строят предположения относительно независимости этого процесса от климатических факторов (на самом деле, бесспорно, существует определенная зависимость производственного процесса от климатических условий - болезни работников при резких перепадах температур, перебое в работе общественного транспорта, тем не менее такие обстоятельства нельзя учесть в имитационных моделях).

При выдвижении гипотез и принятии предположений следует принимать во внимание вот что:

объем имеющейся информации, которой можно оперировать для решения задачи;

соответствие информации поставленной задаче;

подзадачи, для которых информации недостаточно;

4)ресурсы времени и другие ресурсы для решения задачи;

5)ожидаемые результаты моделирования.

2.7 Установление основного содержания модели

Основное содержание модели разрабатывается с учетом выдвинутых гипотез и сделанных предположений. При этом необходимо взвесить также на специфические особенности реальной обстановки, самой задачи и средств ее решения.

Реальная обстановка состоит из трех разных компонентов:

системы, которая предназначена для выполнения заданных функций (например, система оперативно-календарного планирования при моделировании производственных процессов в цехах);

среды (внешняя система), в котором функционирует система;

взаимосвязей между лицом, которое принимает решение (ОПР), и системой, ОПР и средой, системой и средой.

Рассматривая реальную обстановку как элемент при создании модели, необходимо определить:

функции системы и способы их реализации;

детерминированные и недетерминированные функции;

аппроксимацию этих функций в модели;

влияние факторов среды на работу системы;

5)способы взаимодействия человека и системы, человека;

6)аппроксимацию этих взаимодействий в модели.

Ответы на эти вопросы дают основания к установлению рациональности модели; они определяются условиями задачи.

Необходимо учитывать ограничение задачи и наличие ресурсов (денежные средства, численность обслуживающего персонала) для проведения имитационных экспериментов, а также фактор времени, чтобы результаты моделирования могли быть своевременно использованные руководством, когда они принимает решение.

Синтезируя три элемента - реальную обстановку, задачу и средства, выбирают необходимые аппроксимации реальных процессов и оценивают степень сложности, достаточной для обеспечения имитации заданных параметров в модели. Итак, рациональный метод построения модели сводится к описанию реальных процессов, выбора аппроксимаций и объяснения причин их выбора, замысла модели.

2.8 Определение параметров, сменных и критериев эффективности

Начальный этап описания имитационной модели -- определение параметров и факторов системы, непосредственно связанных с моделированной ситуацией (например, количество станков в цеха, их характеристики), а также выявление переменных величин, которые в процессе функционирования имитационной модели могут приобретать разные значения. В свою очередь, среди сменного следует различать входные (экзогенные) и исходные (эндогенные) величины.

Переменные величины решаемой задачи состоят из случайных величин (например, количество бракованных деталей в партии выпуска), регулированных, которые называются управляющими параметрами (момент времени выдачи и объем заказа на поставку ресурса в системах управления запасами), и неурегулированных (например, количество деталей, которые необходимо изготовить в цехах на протяжении планового периода).

Последовательность описания каждого параметра такая:

выбор названия и символа (идентификатора);

технико-экономическое значение;

единица измерения;

диапазон изменения величины;

характеристики (регулированная, неурегулированная, случайная, одно- и многозначительная);

место использования в модели;

источник параметра (входная или генерированная).

Выбор критериев эффективности представляет собой самый ответственный этап в задачах оптимизации систем. Если этот критерий установлен, то с помощью имитационной модели отыскивают оптимальные значения сменного управления.

Пусть y-- критерий эффективности (параметр оптимизации); G -- вектор неконтролируемых параметров и факторов; X-- вектор сменного управления.

В результате имитационного моделирования достанем зависимость

y =f(X, G),

которую исследуем на экстремум или найдем оптимальные значения сменного управления, реализовав на имитационной модели метод Бокса - Уилсона (метод поиска оптимума функции).

Например, в сформулированной задаче «Определение оптимального правила приоритета в календарном планировании» процесс поиска решения формально состоит вот в чем. Пусть j -- суммарное время межоперационных простоев оборудования цеха; G -- параметры технологического процесса (верстать, детали, технологические маршруты); X = (X, ,Х2,..., XJ -- вектор булевых сменных:

Во время построения календарного плана можно использовать лишь одно правило приоритета, т.е.

где п -- число таких правил.

Итак, вектор X может иметь п реализаций: (1, 0, ..., 0); (0, 1, 0, ..., 0), ..., (0, 0,..., 0, 1).

Имитационная модель дает возможность определить зависимость

Y=f(X,G),

с помощью которой полным перебором вариантов находим реализацию вектора X, что обеспечивает минимум суммарного времени межоперационных простоев оборудования.

2.9 Описание концептуальной модели и проверка ее достоверности

Концептуальная модель - (концепция -- от лат. conceptio, что означает восприятие: система взглядов на определенное явление; способ понимания, толкование каких-то явлений) представляет собой принципиальную основу или идейную структуру имитационной модели, которая со временем может быть реализована математическими и техническими средствами. Описанные раньше этапы построения имитационной модели представляют необходимую совокупность сведений для описания и определение концептуальной модели в абстрактных сроках и понятиях. Большей частью концептуальную модель записывают в виде множества исходных предпосылок.

Когда уже определена и описана концептуальная модель и обсуждено целесообразность разработки на ее базе имитационной модели, необходимо проверить достоверность некоторых концепций модели.

Соответствующая процедура должна состоять из отдельных шагов, каждый из которых связанный с предыдущими.

Достоверность концептуальной модели проверяем в таком порядке:

1.Выяснение замысла модели и целесообразности ее создание.

2.Выявление связи замысла модели и целесообразности ее построения с детерминированными, возможными и средними значениями характеристик модели.

3.Исследование принятых аппроксимаций (от лат. approximate -- сближение) реальных процессов.

4.Рассмотрение критериев эффективности.

5.Исследование принятых предположений и гипотез.

6. Установление связи п. 4 и 5 с реальными процессами; изучение факторов внешней среды.

7. Установление достоверности информации и ее источников, используемых при построении модели.

8. Рассмотрение процедуры в целом в связи с определениями задачи.

9. Рассмотрение постановки задачи.

Заметим, что описанная процедура не гарантирует полной проверки достоверности концептуальной модели, тем не менее она обеспечивает повторное рассмотрение задачи с другой точки зрения. Некоторые недостатки моделей, которые тяжело найти при построении имитационной модели, становятся очевидными при просмотре этапов ее построения в обратном порядке.

Другим методом проверки достоверности концептуальной модели есть рассмотрение модели специалистами, которые не брали участия в ее создании. Они могут объективно проанализировать задачу и заметить недостатки концептуальной модели.

Прежде чем начать реализацию концептуальной модели, следует повторно исследовать замысел модели. Ведь значительно проще внести изменения на первом этапе создания модели, чем скорректировать замысел на этапе реализации. Поэтому реализацию не целесообразно начинать до тех пор, пока концептуальная модель не будет определена, а также полностью и точно описанная.

2.10 Построение логической структурной схемы (блок-схемы) имитационной модели

Заключительным этапом построения имитационной модели есть создания ее логической структурной схемы. Дальше разрабатывается машинная схема и происходит программирование задачи.

Логическая структурная схема имитационной модели представляет собой упорядоченное и наглядное изображения процесса, в котором определенны не только действия, а и порядок их выполнения. В созданной на базе упомянутой схемы машинной схеме произвольная процедура подается в виде совокупности элементарных операций, которые реализуют эту процедуру. Машинные схемы, как правило, составляют программисты, которые глубоко не ознакомлены с сущностью моделированного процесса. Поэтому логическая схема имитационной модели должна быть разработана со всей необходимой детализацией, полным описанием специфических для данной системы функций и процедур.

Логическую схему имитационной модели рекомендуется создавать за модульным (блочным) принципом, т.е. в виде совокупности стандартных блоков-модулей.

Модульное построение схем имитационных моделей имеет важные преимущества сравнительно с обычным методом, обеспечивает гибкость модели. Преимущества модульного построения состоят вот в чем:

1.Благодаря модульному подходу можно строить и совершенствовать модель итерационным способом, прибавляя к основной схеме новые модули (блоки).

2.Когда схема модели построена со стандартных блоков, это дает возможность экспериментировать как во время реализации, так и в ходе эксплуатации имитационной модели.

3.Отдельные модули (блоки) можно изменять, и это не потащит за собой осложнение других блоков или рост их количества.

Модули делятся на основные и вспомогательные.

Основные модули отбывают специфические функции системы. Например, модуль построения календарного плана -- основной модуль в имитационной модели календарного планирования.

Вспомогательные модули не отбивают специфических функций и свойств моделированной системы, а потому часто могут использоваться в других имитационных моделях. Например, датчик случайных чисел является вспомогательным блоком, и он используется в любой стохастичной имитационной модели.

Другим принципом построения блок-схем имитационных моделей и иерархический принцип, согласно которому схемы создаются с повышением уровня детализации. Процедуру создания отдельных иерархических уровней иногда называют стратификацией (от лат. stratum -- настил, пласт и ficatk (fasio) -- делаю). Итак, речь идет о размещении чего-то пластами, слоистостью.

Иерархических уровней может быть четыре. Например, модель большей частью подается в виде подмоделей (увеличенных блоков), разделенных на блоки, блоки - на подблоки.

Сначала составляется увеличенная схема имитационной модели, которая определяет общий порядок действий и отбивает общую картину процесса. Модули увеличенной схемы показывают, что нужно сделать, но не детализируют, каким образом должны быть выполненные предписания модели. Подробные схемы содержат информацию, которой нет в увеличенной схеме. Здесь объясняется не только то, что нужно выполнить, но и как это сделать.

Высочайший уровень детализации логических схем передает непосредственному программированию имитационной модели. Подробная логическая схема имитационной модели должны полностью отбивать заложенные в модели концепции и описания всех модулей (блоков, подблоков и т. д.) с необходимой детализацией, логику модели и направления веток схемы. В случае необходимости на подробной схеме должны быть разработана четкая нумерация модулей, записанные в явном виде соответствующие математические уравнения.

Для описания логической схемы имитационной модели применяют специальные символы - геометрические фигуры, которыми обозначаются определенные операторы имитационной модели.

Прямыми линиями в таких схемах обозначают линии потоков (направление движения). Если линия направлена слева направо или сверху вниз, то стрелку можно не ставить. В остальных случаях линия потока обозначается стрелкой. Операции ввода/вывода, которые символически обозначаются параллелограммом означает ввод информации из внешнего источника или вывод ее.

Все вычислительные операции, процессы формирования и преобразования внутри прямоугольника. Логические операции, в которых происходит разветвление процесса и выбор направления в зависимости от выполнения (ДА) и невыполнения (НЕ) условия, которое проверяется, изображают в виде ромба с выходами. Печатание или выдача результатов обозначается фигурой, которая напоминает бумажную ленту.

Соединитель (связка), который определяет взаимосвязи между блоками и направлениями процесса, изображает в виде кружочка. Когда описание схемы перерывается, то внутри кружочка записывается символ (литера или цифра), что обозначает блок, к которому переходят по схеме. Внутри соединителя, который входит в некоторый блок модели, записывается символ, который указывает место на схеме, откуда происходит переход. Порядковые номера символов схемы записывают над символом по левую сторону. Место слияния линий потока, каждая из которых направлена до одного и того самого блока на схеме, обозначается точкой.

При построении логических схем имитационной модели важное значение имеет организация циклов работы некоторых блоков алгоритма. Полную схему организации цикл изображен на рис. 2.2, а; соответствующий ей символическая запись, используемая для упрощенного представления логических схем на рис. 2.2, б



Рис. 2.2 Способы защиты схемы организации циклов: а - полная схема; б - символическая схема

Операции цикла отвечает шестиугольник, где записывается обозначение индекса, с помощью которого организован цикл, и границы значений этой переменной величины. Логическую структурную схему имитационной модели загрузки ЭВМ изображено на рис. 2.2.

Построив схему имитационной модели, проверяют ее логическую достоверность такими действиями:

сравнивают каждую функцию концептуальной модели из ее реализации этой в блок-схеме;

проверяют полноту описания блок-схемы;

выясняют, нет ли на схеме непредвиденных циклов и нелогичных веток;

убеждаются в том, что все блоки и подблоки описаны понятно, точно и полно;

проверяют наличие «входа» и «выхода» на схеме;

пересматривают все циклы, убеждаясь, что каждый из них имеет вход и выход;

проверяют правильность применяемого способа нумерации блоков;

сравнивают настоящие исходные величины модели с желательным выходом;

проверяют правильность написания и использование всех математических выражений;

10)проверяют физические размерности всех величин в уравнениях;

11)контролируют правильность получения всех констант, параметров и сменных;

12)проверяют, нет ли ошибок в применении индексов;

13)устанавливают, правильно ли отображают датчики все функции;

14)проверяют правильность работы датчиков случайных величин;

15)проверяют правильность реализации в блоках всех математических выражений.



Рис. 2.2 Логическая структурная схема имитационной модели

3. Применение имитационного моделирования в производственном процессе

3.1 Имитационная модель производственного процесса. Описание моделированного процесса

На предприятиях серийного выпуска швейных изделий, которые имеют дискретный характер производства, процесс движения полуфабрикатов состоит из заготовительной, механической и сборочной стадий. Если в заготовительных и сборочных подразделах завода производственный процесс, в принципе, регламентированный, а итак, и легко управляемый, то механическое производство имеет, как правило, стохастичную природу и не подлежит детерминированному описанию.

Фактически механические подразделы предприятия представляют собой некоторый кибернетический "черный ящик", на вход которого в определенном порядке подаются заготовки, а на выходе образовывается некоторый вектор, компоненты которого -- время выпуска и количество швейных изделий в изготовленной партии -- являются случайными величинами. С целью поддержания ритмичности сборочного цеха на начало планового периода устанавливается страховой запас деталей, для расчета которого применяются разные методы. В частности, задача определения страхового запаса деталей может быть решена с помощью имитационной модели.



Рис. 3.1 Гидравлическая модель производственного процесса: а -- нормальное состояние; б -- аварийное состояние; в -- Остановка процесса составление; г -- переходное состояние

Процесс поступления и использова F(t)=ние деталей при составлении изделий можно подать в виде гидравлической модели (рис. 5) Если детали считать

Ситуация первая (рис. 3.1, а) отвечает такой фазе производственного процесса, когда на стадию составления поступают детали из оборотного запаса с заданной интенсивностью (потребностью за единицу времени) h . При этом в страховом запасе находится номинальное количество деталей. Вентили, которые соединяют страховой запас с оборотным запасом и составлением, перекрытые задвижками, которые жестко связаны с поплавками, помещенными в резервуарах. F(t) -- двумерный случайный вектор, компонентами которого является количество швейных изделий в партии выпуска и момент времени поступления партии деталей в оборотный запас. Дальше данный вектор будет имитироваться на ЭВМ с помощью генератора случайных чисел. Описанная ситуация условно будет называться нормальным состоянием.

Ситуация вторая (рис. 3.1, б): детали, которые находились в оборотном запасе, использованные, а для составления изделий используются детали со страхового запаса с той самой интенсивностью h. Поскольку положение поплавков в данной ситуации изменилось, то обе задвижки открытые. Такую ситуацию обозначим как аварийное состояние.

Ситуация третья (рис. 3.1, в): остановка процесса составления - оборотный и страховой запасы деталей исчерпаны.

Ситуация четвертая (рис. 3.1, г): переходное состояние - поступление новой партии деталей из механического цеха. Положение задвижек обеспечивает деталями как процесс составления, так и пополнение страхового запаса.

В произвольный момент времени с определенной вероятностью возможная любая с четырех ситуаций. Наиболее нежелательной есть остановка составления. Вероятность данного случайного события d можно определить по формуле

(1)

где Е - суммарная величина простоя сборочного подразделения за год; Ф -годовой фонд рабочего времени сборочного цеха.

Очевидно, что вероятность (относительное время) простоя сборочного

цеха зависит от величины нормативного страхового запаса деталей , установленного на начало планового периода. Задача состоит вот в чем: определить вид функциональной зависимости

(2)

Когда с помощью имитационной модели вид функции (2) установлен, можно найти оптимальную величину надежности беспрерывной работы сборочного цеха (1-d) и, соответственно, оптимальное значение нормативного страхового запаса , исходя из представленных дальше соображений.

Величина страхового запаса и надежность сборочного процесса связанные с противоречивыми экономическими тенденциями. При повышении надежности составления изделий улучшается ритмичность производственного процесса, а благодаря этому снижается себестоимость продукции. Вместе с тем, для обеспечения высокой надежности нужно образовывать значительные страховые запасы деталей, которая вводит в убыток, обусловленных связыванием оборотных фондов в запасах. Поэтому оптимальное значение надежности, а отсюда - и нормативного страхового запаса можно найти, исходя из минимума суммарных затрат, вызванных убытками через простои сборочного цеха и омертвение оборотных средств в запасах.

Тем не менее выбранный оптимальный уровень страхового запаса деталей не всегда может быть реализован за невозможностью создать такой запас.

В общем случае управления процессом поступления деталей к сборочному цеху при условии, что продолжительность производственного цикла изготовления изделий и количество стандартных изделий в партии выпуска являются случайными величинами, может осуществляться (при оптимальном или заданном значении надежности) одним из таких способов:

установлением нормативного (начального) уровня страхового запас деталей ;

увеличением числа деталей в партии запуска;

уменьшением интервала времени между очередными запусками заготовок деталей в механическое производство.

Целью управления являются обеспечения оптимальной надежности бесперебойной работы сборочного цеха. Управляющими параметрами (сменными управление) имитационной модели могут быть объем нормативного страхового запаса; количество деталей в партии запуска q, величина интервала времени между последовательными запусками R. Эндогенный параметр - надежность бесперебойной работы сборочного цеха (l-d). Модель сначала дает возможность выбирать стратегию управления (т.е. тип управляющего параметра), а дальше устанавливает необходимое значение выбранного параметра.