Секция 2 Средства автоматизации и визуализации

имитационного моделирования

ПРИМЕНЕНИЕ УНИВЕРСАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ИМИТАЦИОННОГО

МОДЕЛИРОВАНИЯ GPSS WORLD ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ

СУДОСБОРОЧНЫХ КОМПЛЕКСОВ В СОСТАВЕ СОВРЕМЕННЫХ

СУДОСТРОИТЕЛЬНЫХ ВЕРФЕЙ

В. В. Девятков, М. В. Федотов (Казань), М. А. Долматов, Р. С. Ниссенбаум (Санкт-Петербург) Технологу-судостроителю на практике очень часто приходится принимать и оценивать принимаемые проектные решения в условиях большой неопределенности.

Например, при разработке проектов новых или модернизации существующих производств, начальных этапах проектирования, при внедрении нового оборудования, технологии и т.д. Чем сложнее схема организации проектируемого или модернизируемого судостроительного производства, тем больше возникает самых разнообразных вопросов. Например, что будет с анализируемой производственной системой, если:

• увеличится производственная программа?

• изменится структура плана производства?

• будет закуплено новое оборудование?

• увеличатся производственные мощности?

• изменится технология строительства судов?

• и т.д.

Специалистами ООО «Элина-Компьютер» и ОАО «ЦТСС» в течение нескольких последних лет была проведена работа по созданию и апробации имитационных моделей на базе GPSS World в процессе проектирования технологии строительства судов на базе судосборочных комплексов (сухих доков) в составе современных судостроительных верфей. В результате создано имитационное приложение «Оценка и прогнозирование принимаемых решений технологом в процессе проектирования ПСК с сухими доками», которое позволяет охватить весь комплекс имитационных исследований с момента постановки задачи и ввода исходных данных для модели до разработки модели и проведения на ней экспериментов.

Имитационное приложение представляет собой комплекс компонент, написанных на языке C#.NET и основанных на Flash-технологии. Накопление и управление данными реализовано посредством СУБД MS SQL Server. В качестве моделирующего ядра приложения выбран язык GPSS World.

Почему же была выполнена разработка нового программного решение, а не использованы существующие программные решения (например, компаний Dassault Systems, Siemens PLM Software и др.) по ИМ в области судостроения?

Во-первых, многие существующие решения являются универсальными и предназначены для решения широкого круга задач применительно в различным типам производственных и иных систем. Поэтому с их помощью достаточно сложно учесть особенности и нюансы конкретной технологии, особенно применительно к задачам судостроения, либо это требует значительных трудозатрат.

Во-вторых, это очень дорогостоящие решения, и они не все локализованы для применения в России. Кроме того, их практическое применение требует наличия обученных специалистов.

Учитывая задачи ОАО «ЦТСС» по проектированию технологических процессов новых корпусостроительных производств, и акцентируя внимание на детальном проектировании технологий выполняемых в доке, в имитационном приложении были реализованы следующие функции:

ИКМ МТМТС 2011 – SCM MEMTS 2011 Секция 2 Средства автоматизации и визуализациитационного моделирования • оценка выполнимости производственных программ по строительству судов;

• нахождение оптимальных показателей работы инфраструктуры дока (по количеству судов, времени строительства и т.д.);

• анализ влияния факторов (оборудование, технология, параметры стапельных позиций и т.д.) на показатели функционирования производства;

• поиск и устранение узких мест производственной системы (очереди, простои, перегрузка, и т.д.).

Создание собственного имитационного приложения позволило не ограничивать степень детализации имитационной модели ни теоретически, ни технически и определялась задачами, поставленными при разработке. Принятый в приложении уровень детализации технологии строительства судов приведен на рисунке 1.

Рисунок 1. Технология строительства судов в приложении Все данные в приложении логически организованы в виде трех баз данных базы данных предметной области, базы данных моделей и базы данных результатов.

Эти базы данных доступны любому пользователю, как для ввода данных, так и для использования при построении модели. В базе данных предметной области хранится общая информация о строящихся судах, производственном и транспортном оборудовании, технологиях постройки, вариантах производственных планов и т.п.

После создания модели можно провести с ней один или серию экспериментов.

Результаты моделирования сохраняются в базе данных результатов.

Рассмотрим основные этапы работы пользователя с приложением.

Ввод исходных данных и построение модели. В состав приложения входит семь специализированных текстовых и графических редакторов для ввода исходной и статистической информации, которые ориентированы на предметную область, удобны и просты в использовании. Они позволяют: вводить характеристики строящихся судов, производить разбивку корпусов судов на СЕ и СМЕ, осуществлять проектирование технологий формирования корпуса на стапельной позиции, конструировать планировки доков и размещать в них оборудование; задавать производственный план постройки судов; формировать план поступления СЕ и СМЕ в док.

В результате работы с редакторами, пользователь формирует набор данных, по которому строится модель и проводятся эксперименты.

Внешний вид рабочих окон редакторов ввода исходных данных и построения модели, приведен на рисунке 2.

ИКМ МТМТС 2011 – SCM MEMTS Секция 2 Средства автоматизации и визуализации имитационного моделирования Проведение экспериментов на модели. После завершения ввода исходных данных можно провести с моделью серию экспериментов. Для этого пользователь выбирает команду «Моделирование» и запускает прогон модели. Формируемые программой результаты эксперимента позволяют пользователю проанализировать возможность выполнения производственного плана, загрузку кранового оборудования и стапельных позиций, возникшие срывы поставок и т.д.

Анализ результатов моделирования. Анализ полученных результатов позволяет технологу произвести качественную и количественную оценки функционирования дока в составе корпусостроительного производства при предопределенных в эксперименте характеристиках и параметрах производственной системы. Формат представления результатов эксперимента приведен на рисунке 3.

Кроме итоговых статических результатов эксперимента, можно визуально посмотреть динамику сборки судов на стапельных позициях. Для этих целей, после каждого эксперимента, приложение формирует анимационный ролик (рисунок 4).

Рисунок 4. Анимация процесса сборки корпуса судна По результатам серии экспериментов, имитационное приложение формирует и выводит данные в виде сводных графиков показателей работы производства. Пример графического представления данных по длительности технологических операций и выполнимости производственной программы, представлен на рисунке 5.

Рисунок 5. Представление статистических данных Сохранение результатов исследований. Любой фрагмент исходных данных области параметров модели (сведения об оборудовании, список и характеристики судов, планировки дока, технология сборки и т.д.), результаты выполнения эксперимента на модели и сравнительные результаты серий экспериментов могут быть сохранены и представлены в формате текстового редактора Microsoft Word. В дальнейшем можно использовать эти данные при разработке отчетной документации по проекту производства: отчетов, справок, технических предложений и т.д.

Применение имитационного моделирования на этапах проектирования в настоящее время стало одним из средств верификации принимаемых организационнотехнических и проектных решений и оптимизации затрат на реконструкцию предприятий. В настоящее время ОАО «ЦТСС» выполняет разработку проектов модернизации производств ряда судостроительных и судоремонтных предприятий Россий, в том числе ОАО «ПСЗ «Янтарь», Калининград. В рамках этих проектов планируется использование имеющихся наработок в области имитационного моделирования, полученных в рамках ранее выполненных работ. Применение разработанного приложения возможно для предварительной оценки принимаемых решений на начальных этапах разработки проектов судосборочных комплексов верфей.

1. Девятков В.В. Руководство пользователя по GPSS World, Мастер Лайн, 2002.

2. Кудрявцев Е.М. GPSS World. Основы имитационного моделирования различных систем, ДМК Пресс, 2004.

3. Девятков В.В. Разработка приложений в среде GPSS World Статья. - В сб. докладов конференции ИММОД-2005 «Имитационное моделирование. Теория и практика».

СПб.: ФГУП ЦНИИТС, 2005.