HUMUSOFT s.r.o.

Simulace procesů v automobilovém průmysluJan Daněk

danek@humusoft.cz

www.humusoft.cz

Au

tom

oti

ve

2005

Trn

ava,

20.

10.2

005

HUMUSOFT s.r.o.

HUMUSOFT s.r.o.HUMUSOFT s.r.o.• Založeno v r. 1991, sídlo v Praze

• Produkty a služby v oblasti technických výpočtů, řídicí techniky, simulace podnikových procesů

• MATLAB, Simulink, Stateflow– inženýrské výpočty, simulace dynamických systémů

– The MathWorks, Inc.

• WITNESS – interaktivní simulace a optimalizace podnikových procesů

– Lanner Group, Ltd.

• dSPACE - vývojové systémy– dSPACE GmbH.

• FEMLAB– Otevřený systém pro MKP analýzu

– Comsol AB

• Vývoj vlastního software & hardware– Virtual Reality Toolbox, Real Time Toolbox

– Měřicí karty

– Modely pro výuku teorie řízení

HUMUSOFT s.r.o.

SIMULACESIMULACE

• Dynamické znázornění reálného systému počítačovým modelem, který se chová (v podstatných rysech) stejně jako systém samotný.

Reálný systém MODEL Experimentování What-if analýzy

Stress testy

Reakce na poruchy

Ověřování návrhů

Validace,verifikace

Vstupy VýstupyČAS

Implementace

HUMUSOFT s.r.o.

Co uživatelům přináší simulace?Co uživatelům přináší simulace?

Omezení rizika při návrhu, prováděnízměn a při provozu systémů

• Existující i plánované systémy a procesy• Kvantifikace dynamického chování systémů• Uvažování náhodných jevů• Analýza v bezrizikovém prostředí• Simulační čas <> ? = reálnému času• Predikce odezvy systému na určité vstupní podmínky

– Operativní opatření VČAS

• Lepší porozumění procesům, kvalitnější a úplnější analýza• Snížení nákladů na prototypy / pilotní projekty / výrobu• Zkrácení času na vývoj, ověření návrhu a realizaci

HUMUSOFT s.r.o.

Co lze simulovat?Co lze simulovat?…vše, co lze popsat matematickým či jiným modelem

Komunikační a satelitní systémy Lodní systémy

Finanční systémy

Letecká a vesmírná technika dynamika a systémy

Automobily

Biologické systémy

HUMUSOFT s.r.o.

... To jsou všechno “výrobky”. Simulovat je ale možno také...

PROCESY• Fyzické vlastnosti obvykle sledované u výrobků jsou u procesů nahrazeny

měřením klíčových indikátorů výkonnosti procesů(Key Performance Indicators)

HUMUSOFT s.r.o.

Typy simulace dynamických systémůTypy simulace dynamických systémů

Výrobky

• Spojité & hybridní systémy

– Dynamika mech. soustav

– Řídicí jednotky a systémy

– Pružnost, pevnost, obtékání

• Numerické integrační metody, FEM

• Fyzikální vlastnosti, funkce, kvalita

• Nástroje:

– MATLAB, Simulink, Stateflow, RTW

– FEMLAB

– Vývojové systémy dSPACE

– ...

Procesy

• Systémy diskrétních událost

– Výrobní systémy

– Logistické systémy

– Systémy hromadné obsluhy

• Teorie sítí front

• KPI, struktura, kvalita

• Nástroje:

– WITNESS Suite

– Optimizer, VR, Miner

– Vývojový systém SIMBA

– ...

HUMUSOFT s.r.o.

Úrovně modelů a typy výstupůÚrovně modelů a typy výstupů

• Modely

– Matematické

– Schematické

– Grafické - 2D, 3D, VR

• Výstupy

– Tabulkové

– 2D, 3D Grafy

– VR

– HTML

– Kód / moduly / postupy použitelné v další fázi inženýrského procesu

HUMUSOFT s.r.o.

TrendyTrendy

• Snadnost použití, flexibilita, opakovatelnost využití

• System-level design - návrh na úrovni systémů

• Hierarchické modelování

• Výsledky (generovaný kód, výrobní plán atd.) k dispozici v produkční kvalitě

• Integrované vývojové a implementační prostředí– Od návrhu k programování řídicích jednotek

– Od modelu procesu k hierarchickému řízení výroby

– Emulace

• Moderní nástroje umožňují tvorbu modelů v „reálně použitelném“ čase

• Sofistikované nástroje, jejichž použití je relativně snadno zvládnutelné a umožňují řešení donedávna obtížně řešitelných úloh ve zlomku času

PRODUKTIVITA

HUMUSOFT s.r.o.

Rapid Prototyping - HIL Simulace Rapid Prototyping - HIL Simulace (Hardware in the Loop) (Hardware in the Loop)

ECU

PC s Real-Time HW

Přístrojový panel

Zatížení &Poruchy

Napájení

Diagnostickýpočítač

Simulátor

• Tvorba fyzických prototypů nahrazena prací s digitálním modelem fyzikálních vlastností komponent a výrobků

• V simulované řídicí smyčce je zapojen skutečný hardware

• Simulační modely pracující v reálném čase, PC vybavené hardwarem pro styk s reálnými komponenty systému umožňují simulaci a testování různých kombinací modelovaných / skutečných subsystémů a řídicích jednotek

• K dispozici existuje řada upravitelných modelů komponent a interagujících systémů

– Dynamika vozidla– Pohonné jednotky– Pneumatiky– Okolí, ....

HUMUSOFT s.r.o.

HIL Simulace ve ŠKODA-AUTO a.s.

• Testování řídicích jednotek (motor, ESP, ABS, …)• Analýza vzájemné komunikace řídicích jednotek• Funkční zkoušky elektroniky celého vozu

Vývoj elektrického / elektronického vybavení vozu

PříkladPříklad

HIL Simulátor:Virtuální přístrojová deska

HUMUSOFT s.r.o.

Zkušební tabule (Breadboard)

HILsimulátor

Diagnostika

Stavba prototypu

Zkoušky elektriky a elektroniky vozidla ve fázi vývoje automobilu

ŠKODA

HUMUSOFT s.r.o.

Front Wheel ActuatorBrushless DC with

DLR Planetary Roller Spindle

Ve

hic

leV

isu

aliz

atio

n D

ata

FWA S

teer

ing F

orce

/ Pos

ition

Rack P

ositio

n / F

orce

Steering Wheel Angle

SWA Force Feedback

Road Wheel Reaction

Rack Position

DLR: Rapid Control Prototyping + Virtuální Realita

• Steer-by-Wire experiment

SbW ControllerTarget Processor

AMD Athlon

ve-DYNA Target Processor

AMD Athlon

Steering Wheel Actuator

PříkladPříklad

HUMUSOFT s.r.o.

SIMULACESIMULACE

• Proměnné (vstupy)

– Rozvržení technologie

– Materiálové toky

– Operační časy

– Pracovní síla

– Řídicí logika

– Pracovní postupy

– Pracovní směny

– Poruchovost

• Statistika (výstupy)

– Výkonnost systému

– Využití zařízení

– Rozpracovanost

– Nároky na obsluhu

– Vytížení skladů

– Úroveň zásob

– Reakce na poruchy

HUMUSOFT s.r.o.

Sada nástrojů pro zlepšování podnikových procesů

Simulace

Optimalizace

Vizualizace

Data Mining

CAD Import

Dokumentace modelů

WITNESS Suite

HUMUSOFT s.r.o.

WITNESS - pracovní prostředíWITNESS - pracovní prostředí

HUMUSOFT s.r.o.

WITNESS - Příklad modelu

HUMUSOFT s.r.o.

Výsledky simulaceVýsledky simulace

HUMUSOFT s.r.o.

Witness OptimizerWitness OptimizerWitness OptimizerWitness Optimizer

HUMUSOFT s.r.o.

• Příklad 3D modelu vytvořeného automaticky na základě schematického 2D modelu systému dopravníků

WITNESS VR

HUMUSOFT s.r.o.

VISIO Simulation SolutionVISIO Simulation Solution

• Modelování procesů s využitím standardních metodik

• Jednoduchý způsob vyhodnocení nákladů

• Příklad modelu v programu VISIO

– 1. Speciální vzorník IDEF3

– 2. Vzorník simulačních prvků

– 3. Vzorník BPMN

– 4. Vzorník diagram procesu

• Simulace modelů v programu

WITNESS Viewer

( Lanner BPMViewer )

• Optimalizace:

Modul Optimizer

HUMUSOFT s.r.o.

BPMN – příklad modeluBPMN – příklad modelu

• Sequence flows – uvnitř organizací

_________

• Message flows – B2B

_ _ _ _ _ _

HUMUSOFT s.r.o.

Miner - Data MiningMiner - Data Mining

KDD

- Knowledge Discovery in

Databases

Vizuální programování toku zpracování datVizuální programování toku zpracování dat

HUMUSOFT s.r.o.

Výsledky ve formátu HTML, XML,...

WITNESS Miner

If Věk < 23 and Objem motoru >1.9 l THEN Zákazník programu Premium InsuranceIf Objednávka = VýrobekA and Výrobní linka = Linka 6 THEN Test=SELHÁNÍ (Přesnost 55%)If Věk > 45 and Metoda = Typ C and Nemocnice = A THEN Diagnóza = TRUE

HUMUSOFT s.r.o.

Příklad využití

HUMUSOFT s.r.o.

ModelModelování dodávek ování dodávek materiálu k montážním materiálu k montážním linkám v motorárnáchlinkám v motorárnách

HUMUSOFT s.r.o.

Simulační strategie firmy FORD

Cíl

• Simulace by měla být využívána všemi pracovníky odpovědnými za provoz výrobních systémů.

• Jednotliví uživatelé by měli být schopni tvořit a pracovat se simulačními modely podle svých potřeb.

• Modely, které se týkají souvisejících částí procesů by měly být schopny spolupracovat tak, jak je tomu ve skutečnosti.

Jak jej dosáhnout?

• Všechny vyvíjené simulační nástroje musí být generické, modulární, snadno konfigurovatelné a musí být založeny na společném simulačním stroji.

HUMUSOFT s.r.o.

Simulační nástroje

MASS – Storage Machining to Assembly

FIRST – Machining Line

FAST – Engine Assembly Lines

FORMAT – Material Delivery to Line

FOREMOST – All Lines

HUMUSOFT s.r.o.

FORMAT

FORMAT umožňuje uživatelům snadnou tvorbu aktualizovaných modelů zavážky součástí z místních skladů do míst na linkách, kde jsou montovány.

• Skládá se z předpřipraveného „prázdného“ generického modelu programu WITNESS, který je základem pro pracovní model procesu, který je automaticky generován na základě údajů zadávaných prostřednictvím uživatelského rozhraní realizovaného v programu Excel.

• Široké využití umožněno i díky školení a podrobné uživatelské příručce

• FORMAT je v současné době s úspěchem využíván provozními inženýry v motorárnách.

HUMUSOFT s.r.o.

FORMAT - Struktura

Využívá princip, které si firma Ford vyzkoušela u předchozích nástrojů (FAST) – princip automatického generování modelů s využitím relativně malé knihovny specializovaných modulů programu WITNESS.

Využívá CAD layout výrobního systému jako pozadí simulačního modelu.

Všechny vstupní údaje jsou zadávány pomocí rozhraní v programu Excel.

K sestavení funkčního modelu není nutná znalost „programování“ v programu WITNESS.

HUMUSOFT s.r.o.

Dodávky materiálu ve firmě FORD

Pro správnou funkci montážní linky je nutné zajistit, aby všechny potřebné součásti byly k dispozici v místě jejich spotřeby u linky, v čase, kdy jsou zapotřebí.

Složitost procesu je vysoká:

• Na jedné lince mohou být montovány různé typy motorů.

• Každý motor má několik variant.

• Každá varianta má jiný kusovník.

• Výsledkem je, že v určitém místě spotřeby je potřebné mít zároveň několik kontejnerů s alternativními součástmi.

• Prostorová omezení si v některých případech vyžadují dodávky v režimu JIT.

HUMUSOFT s.r.o.

Zlaté pravidlo

Montážní linka se nesmí zastavit z důvodu nedostatku součástí.

HUMUSOFT s.r.o.

Řešené problémy

Jaká řídicí pravidla mají být zavedena?

Jaké úrovně mají signalizovat zavážku dalších součástí?

Kolik vozíků / pracovníků potřebujeme?

Jsou správně vyváženy jednotlivé zásobovací cesty?

Odpovídá pracovní zatížení pracovníků platným normám?

…

HUMUSOFT s.r.o.

Metody zavážení materiálu

Pro dopravu kontejnerů se součástmi z místních skladů –

supermarketů k linkám jsou využívány vozíky (s přívěsy).

Kontejnery jsou zaváženy systémem:

• CARD

• CALL

• SEQUENCE

HUMUSOFT s.r.o.

Klasifikace systémů dodávky

CARD

• pravidelná „autobusová“ doprava, která sbírá karty v zavážecích místech a na tato místa dopravuje plné kontejnery

CALL

• „taxislužba“, jejíž činnost je spouštěna poklesem úrovně součástek pod určitou hodnotu, vozík veze na místo

určení pouze jeden kontejner s jedním typem součástí

SEQUENCE

• „taxislužba“, jejíž činnost je spouštěna poklesem úrovně součástek pod určitou hodnotu, vozík veze na místo

určení kontejner s namíchanou (seřazenou) sekvencí součástí

HUMUSOFT s.r.o.

Pozadí modelů - AutoCAD

HUMUSOFT s.r.o.

Zadávání dat – údaje o součástech

(PfEP)

HUMUSOFT s.r.o.

Model - definice dodávek součástí

HUMUSOFT s.r.o.

Cesty zavážení součástí v systému Card

HUMUSOFT s.r.o.

Cesty zavážení součástí v systému Call

HUMUSOFT s.r.o.

Pracovní směny & Odjezdy „autobusů“

HUMUSOFT s.r.o.

Údaje o zavážecích místech

HUMUSOFT s.r.o.

Údaje o supermarketu „Card“

HUMUSOFT s.r.o.

Údaje o supermarketu „Call“

HUMUSOFT s.r.o.

Tvorba modelu

Inicializace “prázdného modelu” na základě zadaných dat :-

• Vytvoření modulů představujících supermarkety, zavážecí

místa, přepravní uzly.

• Automatické umístění těchto modulů do připraveného CAD

layoutu.

• Vytvoření přepravních cest a prostředků

• Výpočet počátečních úrovní v skladech a v místech

spotřeby

• Výpočet všech přepravních vzdáleností a časů

HUMUSOFT s.r.o.

Část montážní linky

HUMUSOFT s.r.o.

Výsledky

HUMUSOFT s.r.o.

Statistika využití vozíků

HUMUSOFT s.r.o.

Dodávky součástí v systému CARD

HUMUSOFT s.r.o.

Report o nedostatku součástí

HUMUSOFT s.r.o.

Využití modelu

Eliminace nedostatku součástí pomocí:- • Určení operativních pravidel a signálních úrovní

• Stanovení potřebného počtu vozíků a pracovníků

• Vyvažování vozíků a pracovníků

• Určení kapacit vozíků

HUMUSOFT s.r.o.

Měření důsledků změn :-

• Přidání / zrušení / přemístění supermarketů

• Změna v sortimentu součástí obsluhovanými jednotlivými supermarkety

• Změna přiřazení řidičů / operátorů supermarketů

• Zřízení / zrušení skladových kapacit přímo u linek

• Přidání / změna přepravních cest

• Změna přiřazení zavážecích míst do určitých cest

• Změna klasifikace určitého typu součásti (Card, Call, Sequence)

• …

Využití modelu

HUMUSOFT s.r.o.

Závěr

FORMAT je využíván jako základní prostředek pro plánování vnitropodnikové logistiky pro zavážení montážních linek v motorárnách.

Plánuje se jeho využití i pro dodávky materiálu k obráběcím linkám.

HUMUSOFT s.r.o.

Nabídka firmy Lanner Group v oblasti analýzy a zlepšování procesů …Nabídka firmy Lanner Group v oblasti analýzy a zlepšování procesů …

… od mapování procesů přes simulace procesů až k digitálnímu podniku

HUMUSOFT s.r.o.