Problematika obravnavanega magistrskega dela je povezana s področjem analiziranja proizvodnih sistemov in procesov. Kot prikazuje slika 1.1 se katerikoli sistem lahko preučuje na dva načina, in sicer z eksperimentiranjem na dejanskih sistemih ali z izdelavo simulacijskih modelov sistemov in analiziranjem le-teh [1].
Slika 1.1: Načini analiziranja sistema [1].
Uvod
Preučevanje sistema preko modelov se lahko izvaja na podlagi fizičnih ali matematičnih modelov. Fizični model ponazarja elemente proizvodnih sistemov, ki predstavljajo simulacijske objekte z lastnostmi fizičnih sistemov. Tovrsten model pogosto imenujemo tudi maketa preučevanega objekta ali sistema. Odvisno od namena modeliranja je fizični model sestavljen iz enakih gradnikov kot preučevani objekt ali različnih gradnikov. Z matematičnim modeliranjem se sistem predstavi in analizira preko matematičnih formul in logičnih povezav med objekti sistema. Za namen računalniške simulacije proizvodnih sistemov in procesov se matematični model gradi posredno [1, 3].
Pri magistrskem delu smo za sistem preučevanja izbrali demonstracijski center Pametna tovarna Laboratorija za strego, montažo in pnevmatiko (LASIM) Fakultete za strojništvo Univerze v Ljubljani. Gre za linijski proizvodni sistem, zasnovan po načelih pametne tovarne, katere značilnost je tudi analiziranje in optimizacija proizvodnih sistemov in procesov z uporabo računalniške simulacije diskretnih dogodkov. Simulacijski model preučevanega sistema smo popisali s ključnimi gradniki sistema. Povezave, odvisnosti med gradniki in gradniki sami pa so popisani matematično in parametrično. Računalniško simulacijo smo predstavili kot raziskovalno metodo in uporabili pristop »kaj-če«
simulacijskih scenarijev za vrednotenje predlagane razporeditve montažnih operacij obravnavanega sistema.
1.2 Cilji
Cilji magistrske naloge so:
- Seznaniti se s komponentami industrije 4.0 in pomen simulacije proizvodnih procesov v sklopu industrije 4.0.
- Pregledati možnosti preučevanja realnih sistemov in procesov preko digitalnih modelov v virtualnem okolju.
- Analizirati raziskovalno metodo računalniška simulacija diskretnih dogodkov:
- seznaniti se z aktivnostmi in posameznimi koraki znotraj aktivnosti računalniške simulacije,
- predstaviti uporabo »kaj-če« simulacijskih scenarijev za namen optimizacije sistemov in procesov.
- Izdelati simulacijski model obravnavane proizvodne linije:
- popisati materialni tok in gradnike proizvodne linije demo centra LASIM s podrobnejšo analizo robotiziranih montažnih operacij,
- z izbranim programskim orodjem izdelati poenostavljen simulacijski model obstoječega sistema, ki bo vključeval transportno linijo, zalogovnik z baznimi deli in izdelki, zalogovnike sestavnih delov, robotski celici z robotskima objektoma za opravljanje strežnih in montažnih operacij, tri avtomatizirana in eno ročno montažno mesto, kolaboracijski robotski objekt ter delovno postajo s strojnim vidom.
- Določiti najugodnejše zaporedje strege baznih delov izbranega proizvodnega naloga v simuliran montažni proces za dosego čim krajšega časa izdelave 25-ih izdelkov:
- podrobneje preučiti način uporabe modula, ki je v izbranem simulacijskem programskem orodju namenjen integraciji genetskih algoritmov v simulacijski model, - načrtovati in izvesti simulacijske eksperimente za optimizacijo zaporedja strege baznih
delov.
Uvod
- S simulacijskim eksperimentiranjem ugotoviti ali je pri izbranem proizvodnem nalogu za izdelavo serije 25-ih izdelkov predlagan scenarij razporeditve montažnih operacij robotov R1 in R2 z vidika čim krajšega časa izdelave izbranih izdelkov učinkovitejši kot obstoječe robotske strežne in montažne operacije:
- uporabiti pristop »kaj-če« scenarijev in oblikovati dodaten simulacijski scenarij razporeditve robotskih montažnih operacij,
- načrtovati in izvesti simulacijske eksperimente za vrednotenje oblikovanih scenarijev, - analizirati obnašanje sistema pri obeh simulacijskih scenarijih na način, da se primerja
čas izdelave 25-ih izdelkov izbranega proizvodnega naloga.
2 Teoretične osnove in pregled literature
Najprej smo se seznanili s teoretičnimi osnovami tematike magistrskega dela. Podali smo razloge za velik napredek proizvodne industrije v zadnjih letih, smernice in ključne komponente industrije 4.0 ter se seznanili z vlogo modeliranja in simulacije pri vsem tem.
Na kratko smo povzeli kako se mala, srednje velika in velika podjetja soočajo z digitalizacijo proizvodnih tehnologij in sistemov, katera omogoča povezavo realnih sistemov in procesov z virtualnimi. Z modeliranjem digitalnih modelov in razvojem digitalnih dvojčkov je preko izvajanja simulacij omogočeno spremljanje in analiziranje proizvodnih sistemov in procesov v realnem času. Za digitalni model, ki se uporablja za namene simuliranja se uporablja izraz simulacijski model. Tovrsten model smo podrobneje razložili. Na izbranem primeru smo predstavili način modeliranja in uporabe simulacijskega modela. V drugem delu pregleda literature smo se osredotočili na računalniško simulacijo, njene aktivnosti in korake, ki so potrebni za dosego raziskovalnega cilja. Kot enega izmed simulacijskih pristopov k optimizaciji proizvodnih sistemov in procesov smo omenili tudi »kaj-če« scenarije.
2.1 Industrija 4.0
Nove potrebe svetovnega trga, želja po lagodnejšemu življenju in razvoj novih tehnologij je pripomoglo k uvedbi sprememb v industrijskih sistemih in procesih. V preteklosti so se zato že zgodile tri industrijske revolucije, katerih glavne značilnosti so navedene na sliki 2.1 [4].
Največji tehnološki napredek se je zgodil v zadnjih dvajsetih letih. Industrija se sooča z vedno večjim povpraševanjem trga po novih izdelkih, naraščajočem obsegu variantnosti izdelkov, zahtevami po visoki kakovosti, čim nižji ceni in kratkimi časi dostave. Skrb podjetij, da ob vsem tem ostanejo konkurenčna in zadostijo potrebam svetovnega trga je pospešilo razvoj novih tehnologij in modelov predvsem na področju informatike, komunikacijskega omrežja, proizvodnih procesov, organizacije in logistike. Uvajanje inovacij v moderne poslovne in proizvodne sisteme je sprožilo četrto industrijsko revolucijo in novo industrijsko dobo, za katero se je prijel izraz industrija 4.0 [2].
Teoretične osnove in pregled literature