Портал GPSS.RU

А. М. Плотников, А. А. Васильев, М. А. Долматов, И. Е. Любимова

ОПЫТ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДОВ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ В ЗАДАЧАХ РАЗРАБОТКИ ОРГТЕХПРОЕКТОВ МОДЕРНИЗАЦИИ ДЕЙСТВУЮЩИХ ПРОИЗВОДСТВ СУДОСТРОИТЕЛЬНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ


 

 

        

Одним из приоритетных направлений деятельности ФГУП «ЦНИИ технологии судостроения» является разработка проектов реконструкции и технического перевоо-ружения предприятий судостроительной отрасли.
Среди последних работ института можно выделить разработку оргтехпроектов модернизации комплекса подводного судостроения предприятия ФГУП «Адмиралтей-ские верфи» и модернизации корпусообрабатывающего и сборочно-сварочного произ-водств предприятия ОАО «СЗ “Северная верфь”».
Разработка проектов модернизации ставит своими основными целями: снижение трудоемкости изготовления деталей и корпусных конструкций, сокращение сроков по-стройки и сдачи кораблей и судов, повышение эффективности использования сущест-вующих производственных площадей, оптимизацию номенклатуры применяемого про-изводственного оборудования и численности обслуживающего персонала.
В работах, связанных с модернизацией комплекса подводного судостроения предприятия ФГУП «Адмиралтейские верфи», в качестве представительного фрагмента для создания имитационной модели были выбраны два цеха, входящие в состав ком-плекса. Все моделирование выполнялось для оценки принимаемых проектных решений по реконструкции и модернизации производства.
Построение имитационной модели (ИМ) действующего специализированного судостроительного производства выполнялось для:
- подтверждения выполнения заданной производственной программы средст-вами имеющихся производственных мощностей;
- определения минимального времени выполнения заданной производственной программы;
- определения загрузки основного обрабатывающего оборудования, входящего в состав выбранного фрагмента сборочно-сварочного производства;
- проверки возможности сокращения количества сборочных и сварочных мест;
- выработки рекомендаций по изменению номенклатуры и количества специа-лизированного оборудования.
В состав выбранного для имитационного моделирования фрагмента сборочно-сварочного производства были включены производственные участки:
- изготовления шпангоутов;
- сборки обечаек прочного корпуса (ПК);
- сварки обечаек ПК;
- обработки обечаек на карусельном станке;
- сборки обечаек и шпангоутов;
- изготовления секций ПК;
- хранения деталей, узлов, собранных шпангоутов и обечаек.
Перед началом работы были составлены блок-схемы, описывающие взаимодей-ствие между производственными участками выбранного фрагмента цеха, и на их осно-ве созданы имитационные модели.
Пример укрупненной блок-схемы приведен на рис. 1.

Разработка моделей и их последующая отладка выполнялась в среде инструментального пакета GPSS World 2000 версии 4.3.
На основе созданных имитационных моделей проведено моделирование процес-сов формирования основных сборочных единиц ПК подводных лодок двух проектов.
В ходе выполнения работы с помощью имитационной модели были поставлены эксперименты, в процессе которых проверялась возможность изменения следующих исходных параметров:
- количества сварочных стендов;
- количества сборочных стендов.
Эксперименты проводились следующим образом.
Сначала было проведено моделированием процесса функционирования сбороч-но-сварочного производства цеха для трехсменного рабочего дня. Затем для двух- и односменного рабочего дня. В результате получено, что при одно-, двух- и трехсменном рабочем дне заданная производственная программа выполняется за 383, 192 и 128 дней соответственно, что примерно соответствует реальной статистике по строительству лодок подобного класса.
Одновременно получены данные по загрузке основного производственного обо-рудования и на основе их анализа выработаны рекомендации по возможному сокраще-нию первоначально планируемого числа стендов на производственных участках. Ана-лиз показал, что количество стендов может быть сокращено с 10 до 7.
Кроме того, на модели была проверена возможность осуществления параллельного запуска на изготовление основных конструктивных элементов двух проектов лодок. Эксперимент подтвердил возможность такого запуска и показал, что это может дать экономию времени до 25 дней по сравнению с раздельным запуском проектов на изготовление.
Результаты проведенного моделирования подтвердили, что фрагмент комплекса подводного судостроения ФГУП «Адмиралтейские верфи», на основании проектных данных о котором создавалась имитационная модель, соответствует требованиям производственной программы предприятия. В первоначальный проект могут быть внесены изменения согласно рекомендациям, сформулированным на основе анализа модели.
При разработке проекта модернизации корпусообрабатывающего и сборочно-сварочного производств предприятия ОАО «СЗ “Северная верфь”» моделирование вы-полнялось с целью отработки и оценки принимаемых проектных решений. Была созда-на имитационная модель с использованием системы имитационного моделирования AnyLogic.
Перед началом моделирования, параллельно с процессом проектирования, было произведено изучение структуры внутреннего и внешнего взаимодействия действую-щего производства цехов верфи и выполнен сбор статистики.
Разработанные на основе собранной информации алгоритмы функционирования производств стали основой для создания имитационной модели средствами системы AnyLogic v4.1. Структура фрагмента модели представлена на рис. 2.
В модель включено более 50 единиц оборудования, расположенного на произ-водственных участках трех пролетов корпусообрабатывающего цеха и двух пролетов сборочно-сварочного цеха, участков предварительной обработки металлопроката, а также на открытом складе.
Созданная модель позволяет осуществлять проведение экспериментов, связанных с изменением годовой производственной программы, времени обработки металлопроката на отдельных позициях и периодичностью подачи листов в обработку со склада.
Модель поддерживает регулировку широкого перечня параметров, таких как:
- период модельного времени;
- распределение толщин и габаритов заказного листа;
- распределение по типам деталей;
- режимы работы оборудования и циклы его «изъятия»;
- длительность транспортных операций;
- численность и производительность персонала.
Средствами системы создан пользовательский интерфейс, позволяющий выпол-нять регулировку основных параметров модели и в реальном времени осуществлять контроль за проведением экспериментов. Интерфейс может использоваться независимо от системы, в которой он был создан, так как является Java-апплетом. Его запуск и ра-бота с моделью возможны на любом компьютере с установленным браузером, поддер-живающим просмотр Java-апплетов. Пользовательский интерфейс, созданный в AnyLogic, представлен на рис. 3.
Разработанная специалистами института модель будет использоваться для ана-лиза возможностей реализации на практике первоначальных требований, предъявляе-мых предприятием. В составе таких требований можно выделить:
- необходимость учета в модели поэтапной модернизации производства;
- необходимость сохранения в процессе модернизации отдельных единиц обо-рудования согласно первоначальной схеме размещения производственных участков;
- возможность размещения на существующих производственных площадях до-полнительных производственных участков;
- проверку используемой принципиальной технологии постройки;
- возможность переноса со стапеля в корпусный цех части сборочно-монтажных операций (крупноузловая и крупносекционная сборка).


Проведенные специалистами института исследования показали, что использова-ние имитационных моделей, особенно созданных с использованием современных сис-тем типа AnyLogic, на этапе разработки оргтехпроектов модернизации, как сущест-вующих, так и новых производств, способствует более эффективному решению задач оптимизации производственных систем и технологических процессов.
Реализация в AnyLogic предметно-ориентированного подхода к представлению сложных производственных систем позволяет в несколько раз сократить время модели-рования по сравнению с системами типа GPSS, избежать при разработке моделей ис-пользования языков низкого уровня и привлечения к работе программистов, специали-зирующихся на этих языках.
Развитые встроенные средства визуализации позволяют упростить процесс ве-рификации и отладки модели, осуществляемый совместно со специалистами проектных организаций на ранних стадиях разработки проектов модернизации производства. Кро-ме того, имитационная модель может выступать в качестве простого и эффективного инструмента для проигрывания (прогнозирования) возможных ситуаций и принятия обоснованных решений по оперативному управлению участком (цехом). Это может быть реализовано путем создания небольших моделей с включением только оборудо-вания участка и учетом внешних связей с производством.
Использование имитационного моделирования при разработке технических про-ектов модернизации предприятий судостроительной отрасли позволяет обеспечить:
- оптимизацию состава и характеристик оборудования с соответствующим снижением затрат на реконструкцию на 10–15% (по экспертным оценкам);
- сокращение времени разработки проектов строительства, реконструкции и модернизации производств до 20–30% (по экспертным оценкам);
- оптимальный формат представления результатов разработки проектов заказчику.


 

 

         Литература


1. Производственный комплекс подводного кораблестроения ФГУП «Адмиралтейские верфи». Принципиальная технология технического перевооружения и реконструкции. СПб., 2005.
2. Руководство пользователя по GPSS World/Пер. с англ. –Казань: Мастер Лайн, 2002.
3. Карпов Ю. Г. Имитационное моделирование систем. Введение в моделирование в среде AnyLogic. –СПб., 2005.
4. AnyLogic. Руководство пользователя. – Xj Technologies Company Ltd. –СПб., 2005.
5. http://www.xjtek.com

 


Распечатано с портала GPSS.RU (c) А. М. Плотников, А. А. Васильев, М. А. Долматов, И. Е. Любимова , 2005 г.