3.1 Yleistä tuotannon simuloinnista
Simuloinnissa testataan mallin avulla jäijestelmän käyttäytymistä eri tilanteissa ja malli siis jäljittelee todellisen jäijestelmän käyttäytymistä. Simulointimalleja käytetään paljon muun muassa koulutuskäytössä ja uusien prosessien suunnittelussa. Simulointi on oikean prosessin mallintamista ja kokeiden tekemistä tällä mallilla. Tarkoituksena voi olla jäijestelmän toiminnan ymmärtäminen, tai eri strategioiden arviointi (tiettyjen
määriteltyjen kriteerien perusteella) jäijestelmän käyttämisestä.
Simulointi on tuotannossa usein ongelmanratkaisumetodologia reaalimaailman ongelmien ratkaisemiseksi. Simulointia käytetään kuvaamaan ja analysoimaan jäijestelmän käyttäytymistä tarkastelemalla eri "mitä - jos" -skenaarioilla (mitä tapahtuu, jos muutan tätä arvoa) ja sitä käytetään apuna suunnittelussa. Simulointia voidaan käyttää sekä olemassa olevien jäijestelmien että suunnittelupöydällä olevien mallien tarkasteluun.
Aikaisemmin riitti, että saatiin simuloinnin prosessikuvaukset sellaiseksi, että mallin tulokset kuvasivat todellisuutta, jonka jälkeen etsittiin parannuskohteita. Nyt pyritään kuvaamaan prosessit käyttäen todellista dataa tietojäijestelmistä ja simulointia käytetään myös operatiivisena työkaluna, jonka toiminnan validointi suoritetaan reaaliaikaisesti toteutuneen perusteella. (Verbraech, 2001)
Tapahtumapohjaista simulointia on perinteisesti pidetty projektiluonteisena.
Simulointimalli on rakennettu tukemaan analysointia ja ennustamaan monimutkaisten jäijestelmien suorituskykyä ja auttamaan valitsemaan paras vaihtoehto muutamasta, hyvin määritellystä vaihtoehdosta. Tyypillisesti tällaiset simulointiprojektit ovat aikaa vieviä ja kalliita ja perustuvat simuloijien ja konsulttien ammattitaitoon. Mallit ovat tällöin tuottaneet kertakäyttöisiä malleja, joiden käyttö on rajoittunut spesifiseen tarkasteluun.
Tyypillinen esimerkki on tehtaan layout-ratkaisun uudelleensuunnittelu. Kun päätös uudesta layoutista on tehty, niin simulointimalli on tehnyt tehtävänsä, koska mallista saatavat tulokset ovat rajoittuneet vain parhaan layoutin määrittämiseen käytetyistä olettamuksista.
Simuloinnin käyttö myös operatiiviseen tuotannonsuunnittelukäyttöön on lisääntynyt. Tätä varten on tehty käyttöliittymiä muun muassa taulukkolaskentaohjelmiin. Erillisellä
käyttöliittymällä mallien käyttö ja hallinta helpottuu. Tulevaisuudessa koko simulointimallin muodostaminen ja käyttäminen voi tapahtua esimerkiksi tavallisella selaimella mistä tahansa ja käyttäjän ei tarvitse edes tietää, että kyse on simuloinnista.
Simulointi sulautuu yrityksen muihin jäijestelmiin toimien yhtenä komponenttina kokonaisuudessa. (Harrell, 1998)
Normaalin simulointiproj ektin eteneminen esitetään kuvassa 3-1. Tämä on perinteinen tapa simuloida, jolloin kaikki tehdään alusta loppuun ja uudelleenkäytettävyyttä ei juuri mietitä.
Operatiivisessa käytössä on simuloinnin loppukäyttäjälle kokeilujen suunnittelu, ajot ja analyysit sekä tulosten raportointi korostuu. Toki myös lähtötietojen keruu, mallien verifiointi ja validointi ovat tärkeitä osia, mutta ne voidaan tehdä valmiiksi käytetyille komponenteille simulointiobjektikiijastojen rakentamisen yhteydessä.
Ongelman
muodostaminen Kokeilujen
suunnittelu
1f
Proj ekti suunnitelma
v Tuotanto ajot
ja analyysit Mallin
rakentaminen
r* Tiedon keruu M—
Kyllä 11 Kyllä
Lisää testiaj oj a
* Ohjelmointi
' r Ei
Ei
Verifiointi?
Ohjelman dokumentointi j a tul osten raportointi Kyllä
Ei Ei
Validointi? 1 1
{^^Käyttö ö nottcP^}
Kyllä
Kuva 3-1 Simulointiproj ektin eteneminen
3.2 Simulointi valmistusteollisuudessa
Erilaiset suunnittelutyökalut kuten toiminnanohj ausj äij estelmien suunnittelumoduulit auttavat karkean tason kapasiteettiongelmissa. Näissä jäijestelmissä simulointi on yleensä staattista eli antaa tulokseksi yhden arvon ja ei kerro mitään todennäköisyyksistä.
Laivanrakennuksessa voidaan nykyisillä jäijestelmillä perustaa työkaluihin kuvitteellisia
"haamuprojekteja" ja tarkistella tästä aiheutuvia resurssikuormia eri kriittisille resursseille.
Toiminnanohjausjäijestelmien heikkous on tällöin vaihteluiden huomioonottaminen ja dynaamisten ilmiöiden havainnollistaminen. Dynaamista eli aikaperusteista simulointia on käytetty yrityksissä lähinnä suurien investointien yhteydessä eri vaihtoehtojen tarkasteluun, riskien analysointiin tai prosessien uudelleenjäijestämiseen. Viime aikoina myös dynaamisen simuloinnin operatiivinen käyttö on alkanut yleistyä reaaliaikaiseen tuotannon ennustamiseen (Manufacturing Simulation and Visualization, 2000).
Suurin rajoittava tekijä simuloinnin käytölle valmistavassa teollisuudessa on ollut toistaiseksi tekniset yhteensopimattomuusongelmat ja hinta. Teknisiä yhteensopimattomuusongelmia on aiheuttanut simulointi ohjelmien huono yhteistoiminta muiden ohjelmien kanssa. Teollisuuden kulut simulointiteknologian käyttöönotossa ovat olleet paljon suuremmat kuin vain laitteiden, ohjelmistojen ja huollon kustannukset. Palkat, koulutus, jäijestelmäintegraatio, olemassa olevan tiedon muokkaus ja uuden keruu, mallien luominen ja päivittäminen ovat suuria kustannustekijöitä. Kulujen ennustettavuus on myös vaikeaa, koska mallin rakentamista aloitettaessa ei voi tietää, mitä kaikkia ongelmia mallin rakentamisessa voi tulla eteen.
Yhdysvalloissa armeija ajaa voimakkaasti simuloinnin käyttöä sen alihankkijoille.
Yhdysvaltain armeijan tukemiin simuloinnin käytön lisäämiseen tähtääviin ohjelmiin on osallistumassa useita tärkeimpiä alan ohjelmistojen valmistajia, kuten Autosimulations (Automod), Pritsker-Symix (Factor/Aim), Deneb Robotics (QUEST), Systems Modeling Corporation (Arena, yritys nyt osa Rockwell Automation), Promodel (ProModel), KBSI (Prosim), Tecnomatix (eM-Plant) ja Engineering Animation Inc. (EAI). Tällaiset ohjelmat, joihin voidaan lukea myös Euroopan, Aasian ja USA:n kattava IMS-ohjelma ovat tarkoitettu lisäämään simuloinnin käyttöä valmistavassa teollisuudessa. Näillä foorumeilla määritellään myös ratkaisuja teknisiin ja muihin ongelmiin, mitkä ovat estäneet simuloinnin hyödyntämistä aikaisemmin. Kyseiset ohjelmat ovat tärkeässä asemassa
järjestelmäriippumattomien tekniikoiden edistämisessä muodostamisessa, kommunikoinnissa ja tietojen keruussa.
simulointimallien
3.3 Standardit toteutustavat
Yleisesti voidaan sanoa, että varsinaisia laajasti käytettäviä standardeja ei vielä ole simuloinneissa, mutta sellaisia on kehitteillä. Hajautettuihin simulointeihin on standardi HLA, joka on vielä elinkaarensa alussa, jos ajatellaan kaupallisia sovellutuksia.
Neutraaleja formaatteja simulointimallien logiikansiirtoon eri ohjelmistojen välillä on myös kehitteillä. Tämä on haastavaa, koska samassakin ohjelmassa prosessin mallinnus voidaan tehdä käyttäen eri menettelytapoja ja kiertoteitä. Toistaiseksi kahden ohjelman välinen mallin siirto on hyvin hankalaa ja vaatii yleensä paljon käsin tehtäviä työvaiheita.
Todennäköisin tapa onkin saada kehitettyä yleinen neutraali simulointikieli, josta sitten saataisiin siirrettyä sama malli useampaan ohjelmaan. Hyötyinä olisi vähentynyt riippuvuus tietyn ohjelman käytössä sekä mahdollisuus jakaa helpommin mallintaminen eri henkilöiden kesken. Standardien suunnittelu, käyttöönotto ja kriittisen käyttöasteen saavuttaminen on kuitenkin hidas prosessi.
Kuvassa 3-2 on S-käyrä simulointitekniikoiden kypsyydestä. Erityisesti standardointiin liittyvien tekniikoiden käyttöönotto ei ole vielä päässyt nopeaan kasvuvaiheeseen.
Simulointitekniikoista erityisesti uudelleenkäytettävyyteen, integroitavuuteen sekä operatiiviseen käyttöön liittyvät ominaisuudet ovat nyt kovasti paranemaan päin.
Helppokäyttöisyys mallin rakentamisessa, erilaiset todennäköisyysjakaumat ja analysointityökalut ovat ohjelmistoissa kypsempää tekniikkaa.