ANYLOGIC, ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ, ДИСКРЕТНО-СОБЫТИЙНАЯ МОДЕЛЬ, МОЛО. О научноисследовательской работе имитационная модель технологичских процессов молочного производства
 Скачать 1.06 Mb.
|
|
различные изменения в структуре предприятия, для получения более высокой рентабельности; оценку устойчивости оборудования на длительном промежутке времени, при непрерывном производстве, тем самым выявлять узкие места производственной линии; имитацию модернизации производства, не осуществляя серьезных финансовых затрат. 2 Этапы построение имитационной модели технологических процессов молочного производства 2.1 Формализация описания молочного производства Следующим этапом в построение имитационной модели, после описания технологических процессов, то есть создания концептуальной модели, является формализация данной модели. Для этого в работе будет создана UML-диаграмма классов оборудования. Диаграмма классов служит для представления статической структуры модели системы в терминологии классов объектно-ориентированного программирования. Диаграмма классов может отражать, в частности, различные взаимосвязи между отдельными сущностями предметной области, такими как объекты и подсистемы, а также описывает их внутреннюю структуру и типы отношений. На данной диаграмме не указывается информация о временных аспектах функционирования системы. С этой точки зрения диаграмма классов является дальнейшим развитием концептуальной модели проектируемой системы. [3] Диаграмма классов представляет собой некоторый граф, вершинами которого являются элементы типа "классификатор", которые связаны различными типами структурных отношений. Следует заметить, что диаграмма классов может также содержать интерфейсы, пакеты, отношения и даже отдельные экземпляры, такие как объекты и связи. Когда говорят о данной диаграмме, имеют в виду статическую структурную модель проектируемой системы, поэтому диаграмму классов принято считать графическим представленном таких структурных взаимосвязей логической модели системы, которые не зависят или инвариантны от времени. Произведем построение данной диаграммы в программе Microsoft Visio и представим ее на рисунке 2. Рисунок 2 – Диаграмма классов «Оборудование» После того, как концептуальная модель формализована средствами языка UML, можно непосредственно приступить к созданию дискретно-событийной модели в AnyLogic. 2.2 Разработка модели в AnyLogic Для создания модели использовались элементы «Основной библиотеки». Основная библиотека AnyLogic поддерживает дискретно-событийный, или, если быть более точным, "процессный" подход моделирования. С помощью объектов Основной библиотеки, возможно моделировать системы реального мира, динамика которых представляется как последовательность операций (прибытие, задержка, захват ресурса, разделение, и прочее) над некими сущностями (заявками), представляющими клиентов, документы, транспортные средства и т.п.[4] В создаваемой модели, в виде заявки выступает один литр сырья (молока). Эти сущности пассивны, они сами не контролируют свою динамику, но могут обладать определёнными атрибутами, влияющими на процесс их обработки (например, сложность работы) или накапливающими статистику (общее время ожидания, стоимость). Процессы задаются в форме потоковых диаграмм - графическом представлении, принятом во многих областях: производстве, бизнес-процессах, логистике и т.д. Потоковые диаграммы AnyLogic иерархичны, масштабируемы, расширяемы и объектно-ориентированы, что позволяет пользователю моделировать сложные системы любого уровня детальности. Так как моделируемое предприятие является большим, то размещение всех элементов на одной потоковой диаграмме являлось бы не удобным, как с точки зрения разработчика, так и последующих пользователей данной имитационной модели. Поэтому был создан дополнительный класс активного объекта, в котором отобразили аппаратно-сырьевой цех. Из приведённого анализа на уровне концептуальной модели, а так же при разработке UML-диаграммы, были определены основные параметры модели, которые необходимы для ее корректного функционирования. После чего была сформирована область для отображения этих параметров, которая представлена на рисунке 3. Рисунок 3 – Параметры модели молочного производства На представленном выше рисунке обозначены параметры, которые приведены к табулированному виду и представлены в таблице номер 1. Таблица 1 – Расшифровка параметров модели.
Продолжение таблицы 1.
Продолжение таблицы 1.
Следующим этапом было необходимо отобразить основную структуру предприятия, на которой показывались бы взаимосвязи цехов и потоков сырья. Разработанная для этого диаграмма представлена на рисунке 4. Рисунок 4 – Потоковая диаграмма «Структура предприятия» На данной диаграмме отображен процесс поступления сырья на завод в виде автоцистерн, которые впоследствии подключаются к аппаратно-сырьевому цеху (АСЦ). Затем в АСЦ по выбранным параметрам производиться продукция. После того, как сырье прошло, все стадии в АСЦ из него поступает готовая продукция, которая в дальнейшем упаковывается, и фасуются в коробки, параметры упаковки и фасовки так же указываются в области «Параметры модели». Отметим, что поступление упаковок и тары для упаковок, начинается лишь с поступлением продукции. Затем расфасованную продукцию формируют в паллеты, которые поступают на склад, откуда будут транспортированы к потребителям. Теперь, зная о взаимосвязи цехов и потоков сырья между ними, можно приступить к проработке основной части модели, а именно АСЦ, данная часть модели представлена приложение А. Потоковая-диаграмма АСЦ, осуществляет имитацию работы оборудования, в соответствии с представленной ранее UML-диаграммой. Так же благодаря внедрению условных операторов при инициализации осуществляется корректное направление заявок, что позволяет имитировать производство различной продукции. После того, как проектирование дискретно-событийной модели производства окончено, можно приступать к проведению экспериментов. 3 Проведение экспериментов с моделью 3.1 Исследование влияния различных факторов на технологические процессы предприятия Для того, что бы получать корректные результаты при экспериментировании, необходимо осуществить задачу реалистичных параметров, для каждого из объектов модели. В рассматриваемом мною случае, производство было оборудовано аппаратами компании «Тетра Пак», поэтому был произведен анализ технологических модулей данной компании. Для удобства восприятия, все параметры технологических модулей, которые интересует нас для проведения корректных экспериментов, сведены в таблицу, которая представлена ниже. Таблица 2 – Параметры объектов модели[5].
Теперь, зная возможности технологических модулей, можно произвести эксперименты, варьируя данные параметры, в заданных границах. Для оценки результатов работы предприятия в созданной имитационной модели предусмотрена следующая область, на которую выводятся показатели моделирования. Рисунок 5 – Область «Результаты моделирования» На представленном выше рисунке обозначены параметры, которые приведены к табулированному виду и представлены в таблице номер 3. Таблица 3 – Расшифровка параметров результатов эксперимента.
Продолжение таблицы 3.
Помимо числовых результатов, в модели производится построение графиков, которые отображают загруженность технологических модулей во времени. Пример таких графиков приведен в приложение Б. Теперь зададим основные параметры нашей модели, с учетом описания из первой главы и проведённого анализа технологических модулей компании «Тетра Пак». Параметры системы были заданы так, как указано на рисунке 5. Рисунок 6 – Начальные параметры модели молочного производства Далее проведем серию тестов, с варьированием фасовочных параметров, для последующей оценки результатов и сведем полученные результаты в таблицу. Будем производить изменение фасовочного веса и скорости упаковочных аппаратов. Отметим, что модельное время ограничивалось 1440 единицам, единица модельного времени приравнивалась к минуте, это позволяет нам оценить возможность производства за сутки, а так же, было установлено фиксированное начальное число равное 976, что бы обеспечить идентичность прогонов в разных экспериментах. Таблица 4 –Результаты экспериментов.
Продолжение таблицы 4.
Продолжение таблицы 4.
« Предыдущая 1 2 Страница 3 Продолжение таблицы 4.
3.2 Интерпретация результатов моделирования В результате проведённых экспериментов было установлено, что производственной мощности упаковочного и фасовочного цеха достаточно для обеспечения работоспособности завода при загрузке его 342000 литрами сырья, что эквивалентно 57 автоцистернами, даже при понижении производительности технологических модулей на одну треть от максимального значения. Так же, благодаря экспериментам, было выявлено, что при фасовке продукции в упаковку по 250 грамм, возникает нехватка штабелеров, для складирования продукции, в результате чего, происходит частичная потеря прибыли, в связи с чем, при малых фасовочных весах, рекомендуется увеличить количество штабелеров до 10 штук. На финансовые показатели разливочный и фасовочный цех влияют незначительно. Заключение В результате проделанной работы проанализировано молочное производство предприятия. На основании данного анализа разработана UML-диаграмма, которая позволяет в последствии, благодаря формальности описания быстро оценить данное производство стороннему человеку. Основываясь на концептуальном и формальном описании, была разработана дискретно-событийная модель, которая позволяет: производить различные изменения в структуре предприятия и анализировать интересующие нас показатели; оценивать устойчивость оборудования на длительном промежутке времени, при непрерывном производстве, тем самым выявлять узкие места производственной линии; имитировать модернизацию производства, не осуществляя серьезных финансовых затрат. С помощью построенной имитационной модели произведены эксперименты в цехе розлива и фасовки, благодаря которым были сформированы рекомендации для данного цеха. Подобным способом можно формировать рекомендации и для других цехов производства, а значит созданная дискретно-событийная модель может быть применена для планирования, следовательно может оказать помощь в формирование управленческого решения. Список используемых источников ГОСТ 7.32-2001 ОТЧЕТ о НИР. Структура и правила оформления. Боев В. Д., Кирик Д. И., Сыпченко Р. П. Компьютерное моделирование: Пособие для курсового и дипломного проектирования. — СПб.: ВАС, 2011. — 348 с. Леоненко А.В. Самоучитель UML – 2-е изд, перераб. И доп. – СПб.: БХВ-Петербург, 2004. – 432с. Вагн Вестергаард .Технология производства сухого молока. Выпаривание и распылительная сушка.- Копенгаген, Дания, 2003г.-304с. Буянова И.В. Технология цельномолочных продуктов: Учебное пособие / Кемеровский технологический институт пищевой промышленности.- Кемерово, 2004. - 116 с. Монтаж, наладка, диагностика, ремонт и сервис оборудования предприятий молочной промышленности. Илюхин В.В., Тамбовцев И.М., Бурлев М. Я. - СПб.: ГИОРД, 2006. -500 с. Монтаж, наладка, диагностика, ремонт и сервис оборудования предприятий молочной промышленности. Илюхин В.В., Тамбовцев И.М., Бурлев М. Я. - СПб.: ГИОРД, 2006. -500 с. Современное технологическое оборудование для тепловой обработки молока и молочных продуктов: пастеризационные установки, подогреватели, охладители, заквасочники : справ, пособие/П. Л. Лисин, К. К. Полянский, П. А. Миллер. Под обшей ред. проф. К. К. Полянского. - СПб.: ГИОРД, 2009. - 136 с. http://www.xjtek.ru http://www.tetrapak.com Приложение А – аппаратно-сырьевой цех Приложение Б – графики загруженности оборудования Моделирование технологического процесса фермы по производству молока и его экономическая оценка | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||