Možnosti vizualizace procesů a experimentů v diskrétních simulačních modelech

Tags: CAD | Diskrétní modely | ExtendSim | SIMUL8 | Simulace | Tecnomatix | Witness

Diskrétní simulační modely jsou v současnosti stále více využívanější nástrojem pro realizaci širokého spektra analýz, získávání dat a sbírání informací. Své uplatnění nacházejí v různých průmyslových odvětvích. Jejich pomocí se analyzují montážní procesy, výrobní procesy. Své nezastupitelné místo mají v oblasti ekonomických analýz, při zkoumání a posuzování různých logistických procesů. Vyznačují se společnou charakteristikou, že jejich jednotlivé události se odehrávají v konkrétních časových okamžicích.

Význam používání diskrétních simulačních metod je v současnosti tak významný, že dnes již mnohé významné společnosti nerealizují žádné významné změny, neschválí zásadní a klíčové rozhodnutí, aniž by tyto nebyly podloženy informacemi získanými z takovéhoto typu simulačních modelů. Zároveň je tento fakt podtržen i v rámci Industry 4.0.

Softwarové nástroje pro diskrétní simulaci

Pro tvorbu diskrétních simulačních modelů existuje v současnosti široká škála různých softwarových produktů. Tyto se od sebe navzájem liší způsobem tvorby diskrétních modelů, používanými nástroji, způsobem prezentace výsledků simulačních experimentů, stupněm univerzálnosti, případně kompatibilitou s dalšími softwarovými produkty. Mezi nejznámější simulační softwary pro tvorbu diskrétních modelů v současnosti zařazujeme programy WITNESS System Simulation Modeling Software (obr. 1), ExtendSim Simulation Software, SIMUL8 Simulation Software nebo Tecnomatix Plant Simulation.

Všechny uvedené softwarové nástroje nabízejí několik možností vizualizace výsledků, procesů a jednotlivých experimentů. V principu způsob vizualizace můžeme rozdělit do tří základních typů. První typ tvoří základní jednoduchá 2D vizualizace, kterou defaultně nabízí příslušný simulační program (obr. 2). Její podoba je dána grafickým vzhledem použitých modelovacích nástrojů, jejich rozmístěním a propojením na základní ploše. Druhý typ tvoří pokročilejší vizualizace v 2D podobě pomocí vlastní grafické úpravy simulačního modelu (obr. 2). V tomto případě tvůrce modelu využívá vlastní grafické prvky v podobě layoutů, nákresů, schémat, obrázků a fotografií charakterizujících modelovaný proces. Třetí typ tvoří vizualizace ve 3D podobě. Způsob jejího vyhotovení může být pomocí defaultních grafických prvků, které jednotlivé bloky nabízejí nebo tvůrce simulačního modelu využívá vlastní grafické prvky např. vytvořené pomocí různých CAD produktů. Samozřejmostí všech uvedených typů vizualizace je možnost animace modelovaných procesů v 2D a 3D podobě.

Forma vizualizace výsledků simulačních experimentů

Formu vizualizace výsledků simulačního experimentu ovlivňuje celá řada různých faktorů. V první řadě záleží na skutečnosti, kdo simulační model tvoří, za jakým účelem, komu budou určeny výsledky a v neposlední řadě je důležité i časové hledisko.

Pokud je tvůrce simulačního modelu zároveň i osobou, která bude výsledky simulačních experimentů používat a vykládat, tak nejčastěji se jako forma vizualizace a prezentace volí první typ. To znamená, že model není potřeba nijak významně graficky upravovat kvůli jeho pochopení. Používá ho jeho tvůrce, který modelu a jeho struktuře plně rozumí (obr. 3).

Pro nezúčastněnou osobu je takové zobrazení simulačního modelu téměř nesrozumitelné. Z dané formy zobrazení není bez dalšího komentáře jasné, co simulační model představuje. Na druhou stranu je takový simulační model zcela dostatečný k tomu, aby poskytl požadované informace. Ty je však třeba interpretovat.

Takto vizualizovaný simulační model není velmi vhodný pro realizaci různých prezentací, na vysvětlování průběhu různých procesů. Pokud se však žádná prezentace nevyžaduje a jsou požadovány pouze hotové konečné výsledky, pak je taková grafická podoba plně akceptovatelná a o jiné podobě vizualizace je zbytečně a neefektivní uvažovat.

Vizualizace diskrétního simulačního modelu 2. typu je na obr. 4. Jde o stejný proces, jaký prezentuje model na obr. 3, ale na první pohled je zde viditelná změna. Jednotlivé simulační bloky již mají změněnou grafickou podobu, která je mnohem více přibližuje realitě.

Z dané vizuální podoby je díky jednotlivým grafickým prvkům možno snadno porozumět simulačnímu modelu, konkrétně tomu, co reprezentuje. Můžeme zde vidět, z kterých parciálních složek se simulační model skládá a jak jsou propojeny. Jako přidaný bonus je zde zobrazení jednotlivých modelových parametrů a zároveň je zde prezentována i část výsledků simulačních experimentů.

Takto upravený vzhled modelu výrazně zvyšuje jeho vypovídací schopnost. Model je atraktivnější, je ho možné efektivně využít v rámci různých prezentací. Na druhé straně si jeho finalizace vyžádala mnohem větší porci času a pracnosti.

V současnosti však již použití pouze 1. nebo 2. typu vizualizace simulačního modelu nestačí. Proto dnes už většina simulačních programů nabízí i 3. typ vizualizace, a to ve formě 3D. Takový typ grafických prvků je možné použít nejen v rámci vizualizace, ale i jako součást animace simulovaného diskrétního procesu.

Význam 3D vizualizace v simulačních modelech

Dnes je již možné konstatovat, že 3D vizualizace je běžnou součástí většiny simulačních nástrojů. Je důsledkem snahy, aby se simulační modely co nejvíce blížily realitě, aby ji co nejvíce vystihovaly a podporovaly možnosti realizovaných experimentů a analýz (obr. 5).

Díky tomu je tak možné vytvářet např. detailní modely výrobních hal s jejich technologickým vybavením. Simulační 3D otevírá pro diskrétní simulační modely nové dimenze. Součástí simulačních experimentů se stává i možnost posouzení např. prostorového uspořádání jednotlivých pracovišť, umožňuje hodnotit koncepci pracovišť, což předchozí 2D vizualizace neumožňovaly.

Praktická ukázka úpravy 3D vizualizace simulačního modelu

Praktickou ukázku tvorby 3D vizualizace diskrétního simulačního modelu si ukážeme na jednoduchém příkladu. V programu Tecnomatix Plant Simulation byl vytvořen model montážního procesu. Je to proces, ve kterém je několik montážních pracovišť, propojených pásovými dopravníky a manipulátory. Jednotlivá pracoviště jsou průběžně zásobována.

Celý model byl vytvořen pomocí standardních nástrojů, které simulační program nabízí. Z důvodu tvorby 3D vizualizace modelu a snaze o co největší přiblížení se reálné skutečnosti, byly nicméně 3D vizualizace jednotlivých bloků nahrazovány příslušnými CAD modely.
Při nahrazování 3D vizualizace jednotlivých entit jsme postupovali tak, že z vytvořeného simulačního modelu, který je primárně zobrazen ve 2D, byl vygenerován 3D model. Následně jsme myší v 3D zobrazení klikli na příslušný blok nebo entitu, jejíž zobrazení jsme chtěli změnit a vybrali volbu „Open in new 3D window“. Otevřelo se nám následně okno, ve kterém byla zobrazena příslušná 3D vizualizace daného bloku (obr. 6). V našem případě to byl vysokozdvižný vozík a jak je možné pozorovat na obr. 6, tak tato vizualizace není dostatečná. Proto byla tato vizualizace vymazána a okno zůstalo prázdné (obr. 6).

Následně byl do otevřeného prázdného okna importován příslušný CAD model (obr. 7) přes volbu „Tools a Import geometry“ (obr. 7). Na závěr celého procesu bylo ještě třeba upravit měřítko importovaného CAD modelu a definovat jeho polohu pomocí volby „Edit 3D properties“.

Uvedeným postupem bylo následně upraveno celé 3D zobrazení simulačního modelu. Jednotlivá pracoviště tak byla věrnou kopií skutečných v reálném procesu a zvyšovala tak vypovídací hodnotu celého simulačního modelu. Jeho celková vizuální podoba je znázorněna na obr. 7 a obr. 8.

Závěr

Význam vizualizace a grafické úpravy diskrétních simulačních modelů hraje důležitou roli, která při jejich tvorbě nesmí být v žádném případě podceňována. Při její finální realizaci je třeba vždy brát v úvahu pro koho je simulační model určen, jaká úloha se od něj očekává, kdo s ním bude pracovat. V případě, že model kromě jeho tvůrce nebude nikdo jiný používat nebo nebude nikde prezentovaný, tehdy je možné jeho vizuální podobu téměř úplně zanedbat.

V opačném případě je třeba věnovat vizuální podobě simulačního modelu adekvátní pozornost a je třeba do něj pomocí dostupných modelovacích nástrojů importovat vhodné grafické prvky. Takovým přístupem bude model výrazně obohacen a významně stoupne jeho výpovědní hodnota. Proto by se při používání jednotlivých simulačních nástrojů mělo dbát i na to, jaké grafické možnosti vizualizace modelů nabízejí a umožňují.

Článek je součástí řešení projektů grantových projektů VEGA 1/0258/14, VEGA 1/0619/15, VEGA 1/0063/16, KEGA 006STU-4/2012 a KEGA 018TUKE-4/2016.

Literatura

1. http://www.lanner.com/files/MixedMCs.jpg
2. https://d2t1xqejof9utc.cloudfront.net/screenshots/pics/1903dc9eec4a83a5d695d869266e4f04/original.JPG
3. https://s-media-cache-ak0.pinimg.com/736x/de/3c/c8/de3cc8dd7f164869f62e6dd6fac69d5c.jpg
4. http://www.lanner.com/images/elements/products/witness/witness_vr/02.jpg
5. Vasiľ M.: Semestrálny projekt. TU Košice. Košice 2015. s. 15