Simulačné digitálne dvojča

Simulačné digitálne dvojča je model závodu vložený do nástroja na skúšanie scenárov. Pri takejto simulácii sa model nechá bežať podľa zvolených predpokladov ešte pred investíciou. Plánovači zmenia napríklad stanovište, počet pracovníkov, veľkosť buffera alebo trasu vozidla a potom sledujú, ako sa situácia podľa zadaných predpokladov vyvinie. Na skúmanie tokov, radov a zdrojov sa zvyčajne používa diskrétna simulácia udalostí. Fyzikálna simulácia zas rieši pohyb, dosah a priestorové odstupy tam, kde záleží na geometrii a silách. Výsledok pomáha rozhodnúť o investícii ešte pred objednaním zariadení, regálov alebo robotickej bunky.

Nesprávne navrhnutá rampa alebo trasa automaticky riadených vozidiel (AGV), na ktorej vozidlám chýba materiál na prepravu, má pre závod následky na roky, nielen na jednu poradu. Priemyselní inžinieri si môžu zmenu vyskúšať na modeli, pozorovať vznikajúce rady a návrh rozloženia zamietnuť, kým existuje iba v súbore. Virtuálne uvedenie do prevádzky využíva rovnaký princíp krátko pred inštaláciou, keď overuje postupnosť krokov ešte pred spustením linky.

Obmedzením je čas. Po skončení simulácie model čaká na ďalší scenár a nesleduje zmenu, ktorá práve prebieha v hale. Popoludňajšie zápchy v spoločnej uličke ani vysokozdvižný vozík, ktorý stojí dvadsať minút bez práce, sa v ňom neobjavia, kým niekto tieto situácie nepripraví ako nový scenár. Na prijatie nápravných opatrení v dnešnej prevádzke slúži prevádzkové digitálne dvojča.

Hlavné súčasti

Model scenára: Rozloženie, zdroje a pravidlá, ktoré sa skúšajú. Často vychádza zo statického digitálneho dvojčaťa alebo zo zjednodušenej mapy tokov v tej istej hale.

Simulačný nástroj pre udalosti alebo fyziku: Logika diskrétnych udalostí pre príchody, časy procesov a rady alebo fyzikálny model pohybu a kolízií. Nástroj posúva simulovaný dej do budúcnosti, nesleduje skutočný čas.

Predpoklady a vstupy: Časy cyklov, počet pracovníkov, priebeh porúch a dopyt, ktoré sa tím rozhodne otestovať. Spoľahlivosť výsledku závisí od kvality týchto vstupov.

Porovnávané výsledky: Priepustnosť, dĺžka radov, prejdené vzdialenosti a vyťaženosť jednotlivých variantov. Návrh rozloženia sa tak vyberá porovnaním variantov, nie podľa jediného zobrazenia.

Využitie vo výrobe a logistike

Výrobné tímy používajú simuláciu pred prestavbou linky alebo objednaním robotickej bunky. Skúšajú veľkosti bufferov, počet pracovníkov a poradie operácií, kým sa úzke miesto nepresunie tam, kde ho závod dokáže zvládnuť. Štúdia sa končí výberom návrhu. Počas nasledujúcej zmeny už nezostáva na obrazovke majstra.

Logistické tímy používajú tento typ dvojčaťa pri návrhu rampy, určovaní veľkosti flotily a trás AGV alebo logistických vláčikov. Skladové stanovište pridané na snímke prezentácie môže vyzerať dobre, kým simulácia neukáže, že sa v uličke širokej len pre jedno vozidlo stretnú dve. Už takéto zistenie stojí za vypracovanie štúdie. Po otvorení stanovišťa však treba na sledovanie aktuálnej prevádzky haly iný nástroj.

Prínosy a úskalia

Prínosom je lacnejšia chyba. Zamietnutie návrhu rozloženia v modeli stojí čas strávený na poradách. Ak sa návrh zamietne až po inštalácii, náklady zahŕňajú nainštalované zariadenia, stratu navrhnutého toku a ďalšiu odstávku na odstránenie zmien. Simulácia tiež poskytne priemyselným inžinierom záznam o tom, prečo sa návrh vybral, čo pomáha pri ďalšej zmene.

Úskalím je považovať výsledok simulácie za obraz aktuálnej prevádzky. Predpoklady zastarávajú, zriedkavé udalosti môžu chýbať a prehľadný scenár môže zakryť komunikáciu cez vysielačky a zablokované uličky, ktoré v skutočnosti určujú tempo práce v hale. Simulačné digitálne dvojča má hodnotu pri rozhodnutiach, ktoré ešte nie sú uzavreté. Nie je vhodnou investíciou, ak sa problém už prejavuje počas dnešnej zmeny.

Súvisiace pojmy

Simulácia používa model na skúšanie budúcich scenárov, zatiaľ čo statický model zachytáva stav v danom okamihu a prevádzkový model zobrazuje aktuálnu prevádzku. Geometria často pochádza zo statického digitálneho dvojčaťa. Nadradeným pojmom je digitálne dvojča. Medzi používané metódy patrí diskrétna simulácia udalostí a fyzikálna simulácia. Po uskutočnení zmeny zobrazuje prevádzkové digitálne dvojča aktuálny chod haly. Prediktívne dvojča predstavuje ďalší krok, na ktorý treba uloženú históriu prevádzky, nielen navrhnutý scenár.

Časté otázky

Je simulácia to isté ako prevádzkové dvojča? Nie, nie je. Simulácia skúša budúci stav podľa zadaného scenára. Prevádzkové dvojča zobrazuje práve prebiehajúcu zmenu na základe aktuálnych polôh a signálov zo systémov.

Kedy by mal závod použiť simuláciu? Kým je rozhodnutie ešte na papieri, napríklad pri novom stanovišti, veľkosti flotily, bunke alebo pláne obsadenia pracovníkmi. Ak však dnes popoludní neviete nájsť vysokozdvižný vozík, simulácia nie je vhodným riešením.

Aké dáta model potrebuje? Časy procesov, prejdené vzdialenosti, zdroje a pravidlá toku, ktorý sa má zmeniť. Ak čísla chýbajú alebo vychádzajú iba zo želaní, výsledok môže vyzerať dobre, no prevádzka v hale mu nebude zodpovedať.

Môže sa ten istý model neskôr používať v reálnom čase? Geometriu možno použiť znova, no nástroj na simuláciu scenárov sa sám od seba neprepojí s aktuálnou prevádzkou. Na používanie v reálnom čase treba pripojiť údaje o polohách a stavoch, čo je úlohou prevádzkového dvojčaťa.