Zvyšování funkčnosti simulačních nástrojů v logistice pomocí doplňkového programování

Tags: CAD | CAM | ExtendSim | FEM | Logistika | Simul | Tecnomatix Plant Simulation

Řešení různých typů inženýrských úloh klade v současnosti zvýšené požadavky na efektivní využívání dostupných softwarových nástrojů s cílem přinášet co nejrychlejší a nejpřesnější řešení. Náročnost a rozmanitost jednotlivých projektů je v přímém kontextu s požadavky na kýžené výsledky. Častokrát dochází již v počátečních fázích projektu k nepříjemné skutečnosti, že běžně dostupné funkčnosti a moduly jednotlivých používaných softwarů jsou nedostatečné, resp. díky nim je možné dosáhnout pouze omezených výsledků, často nekorespondujících s realitou.

Uvedené skutečnosti si jasněji uvědomuje stále více a více autorů různých kategorií softwarových nástrojů, a snaží se tak své produkty obohacovat o efektivní nástroje, které budou běžné schopnosti a funkce softwarů výrazně rozšiřovat a posouvat hranice jejich možností. S takovou skutečností se dnes již běžně setkáváme v různých typech simulačních nástrojů pro oblast logistiky, v nástrojích založených na FEM a v různých CAD softwarech.

Simulace logistických a technologických procesů

Při simulacích různých typů výrobních a logistických procesů je třeba často definovat několik omezujících podmínek, popřípadě pracovat s informacemi a ukazateli, které klasická uživatelská verze softwarového nástroje nepoužívá. Jednou z možností, jak se dá daný problém vyřešit, je úprava klasických bloků, které jsou dostupné běžným uživatelům. Jde o postup, který je na jedné straně velmi komfortní, ale na druhé straně klade vyšší nároky na počítačové a programátorské schopnosti. Zde je však třeba zdůraznit, že ne všichni vývojáři simulačních nástrojů takové řešení podporují. Je to především z toho důvodu, že si na jedné straně chrání své know-how a na druhé straně se také snaží zabránit problémům, které by mohly při takovém zásahu ovlivnit v důsledku neznalosti algoritmu, resp. nedostatečných programátorských schopností fungování simulačního programu. Nicméně existují řešení, která dané nedostatky umí efektivně eliminovat a přinášejí svým uživatelům při tvorbě simulačních modelů výrazné benefity. Mezi takové patří zálohování knihoven simulačních bloků nebo používání speciálních bloků a dialogových oken pro zapisování příkazů v příslušném programovacím jazyce.

Zálohování knihoven simulačních programů

Využívání možnosti zálohování knihoven a následnou úpravu struktury jednotlivých simulačních bloků nabízí např. program ExtendSim 9. Díky uvedenému postupu tak v žádném případě nehrozí deaktivace činnosti celého simulačního programu, uživatel se při zjištění jakýchkoliv chyb a nestandardního chování může vrátit k původním verzím jednotlivých bloků a simulační model nebude poškozen.

Program ExtendSim 9 nabízí při tvorbě simulačního modelu využívání dialogových oken (obr. 1). V případě, že se uživatel rozhodne, že potřebuje z důvodu dosažení větší složitosti modelu upravit a modifikovat některý blok, tak jednoduše pomocí myši a plovoucí

Po této úpravě se zobrazí editovatelná struktura dialogového okna příslušného bloku a zároveň se zobrazí zdrojový kód bloku v příslušném programovacím jazyce (obr. 2).

Samotná práce s programovacím jazykem a úprava zdrojového kódu v rámci programu ExtendSim 9 není pro mírně zkušeného uživatele vůbec náročná a komplikovaná. Naopak mu otevírá širokou škálu možností při tvorbě simulačních modelů a zároveň při získávání požadovaných ukazatelů.

Při práci je možné využívat rozbalovací menu, které nabízí v abecedním uspořádání jednotlivé příkazy. Uživatel tak může jednotlivé příkazy vkládat s maximálním komfortem, bez obavy z chyby vyplývající z nesprávného napsání klíčového slova. Podobně se také provádí úprava dialogového menu v příslušném bloku, kdy se jednotlivé ovládací prvky v podobě tlačítek tabulek vkládají jednoduchým tažením myší.

Simulační modely se i nadále vytvářejí tradičním způsobem Drag and Drop. Je však třeba zdůraznit, že jednotlivé zásahy a změny ve struktuře zdrojového kódu je třeba provádět postupně a vždy je kontrolovat. Ukázka takto vytvořeného simulačního modelu je znázorněna na obr. 3.

Vytvořený simulační model v programu ExtendSim 9 je možné velmi jednoduše přetransformovat z hlediska jeho finální vizualizace i do 3D podoby (obr. 4), která tak výrazně zvýší celkovou vypovídací schopnost simulačního modelu.

Používání speciálních bloků a dialogových oken

Další možností pro zvyšování funkčnosti a schopnosti softwarových nástrojů je využívání speciálních bloků nebo dialogových oken, do kterých se zapíše příslušný program nebo série příkazů. Jde o velmi výkonný způsob, který vylučuje přímé zásahy do zdrojového kódu používaného softwaru. Na druhou stranu je však takto možné výrazně zefektivnit samotnou práci se softwarem a vytvořit výsledek, který se bude co nejvíce přibližovat prvotním očekáváním. Mezi nástroje, které aktivně využívají uvedený přístup, patří např. simulační softwary Tecnomatix Plant Simulation nebo Simul 8.

Tecnomatix Plant Simulation využívá pro aplikaci metody doplňkového programování speciální blok s názvem Method (obr. 5). Uvedený blok je možné v krátkosti charakterizovat jako zápisník, do kterého je možné zapsat doplňkový program v programovacím jazyce SimTalk. Následně se blok Method napojí na požadované místo v simulačním modelu, tedy tam, kde je potřeba vytvořený program aplikovat. Při spuštění simulace program identifikuje použití bloku Method a na základě příslušného propojení načte a následně i realizuje předepsaný program. Obdobným způsobem je možné aplikovat metodu doplňkového programování přímo v jednotlivých blocích (obr. 5). Funkčnost je naprosto stejná jako při použití bloku Method.

V případě, že při definování doplňkového programu dojde k zadání chybné sekvence, fungování programu a bloků nebude ohroženo, maximálně nastane situace, že vytvořený simulační model bude vykazovat chybu, resp. nebude správně fungovat. Je tedy možné konstatovat, že metoda zadávání doplňkového programu s využitím speciálního bloku je mnohem efektivnější a bezpečnější než přímé zasahování do zdrojového kódu jednotlivých bloků simulačního modelu. Umístění speciálního bloku v simulačním modelu je velmi jednoduché, tak jak to ukazuje obr. 6.

Velikost a rozsah programu, který je možné v rámci speciálního bloku nebo dialogového okna vytvořit, jsou prakticky neomezené (obr. 7). Kromě vymezení běžných logických podmínek je zde možné programovat kompletní technologické procesy, čímž se značně šetří množství použitých klasických bloků. Pomocí doplňkového programování je možné do klasického bloku implementovat funkce, které běžně nenabízí. Zároveň je tak možné v jednom bloku současně z funkčního hlediska integrovat několik bloků, pomocí širokého spektra jednoduchých příkazů a sekvencí. Je tedy možné konstatovat, že uvedený přístup rozšiřuje možnosti simulačního nástroje na nekonečné a prakticky je ohraničují pouze samotné schopnosti jeho uživatele.

Zároveň tato funkčnost umožňuje tvorbu vlastních a co nejvíce customizovaných uživatelských knihoven bloků, které mohou být vytvořeny pro konkrétní provozní podmínky. Tím se výrazně zvýší efektivita využívání simulačních modelů a sníží se časové hledisko při tvorbě nových simulačních experimentů na minimum.

Uvedené přístupy však k realizaci doplňkového programování nejsou jediné. Existuje ještě další, který je jim podobný a pro zadávání příkazů na tvorbu zdrojového kódu využívá v rámci vlastních dostupných bloků speciální editor, tak jak to je znázorněno na obr. 8. Mezi simulační programy, které využívají tento přístup, patří např. program Simul8.

Program Simul8 je určen pro modelování podnikových procesů na bázi simulace diskrétních událostí. Simul8 umožňuje vytvořit vizuální model zkoumaného systému a animaci běhu systému. Rychle a snadno vytvořený vizuální model slouží již od počátku tvorby modelu pro diskusi nad strukturou modelovaného systému mezi programátorem (analytikem) a manažerem (zákazníkem). Simulační model je v tomto pojetí chápán jako efektivní nástroj vzájemné komunikace.

Simul8 je nenáročný a snadno ovladatelný simulační software, který pomůže dát rychlé odpovědi na různé otázky týkající se např. finančních a výrobních procesů, informačních toků, logistických systémů a dodavatelských řetězců. Je dobře použitelný ve všech odvětvích od automobilového průmyslu přes potravinářský průmysl, bankovnictví, veřejnou správu až po zdravotnictví.

Významným nástrojem, který program nabízí, je aplikace doplňkového programování pomocí programovacího jazyka Visual Logic. Jeho použití ve formě doplňkového programu je možné ve všech pěti základních blocích tohoto programu. Samotná metoda se provádí pomocí speciálního editoru (obr. 9), který každý blok obsahuje. V tomto případě však doplňkovým programováním dokážeme definovat především různé omezující podmínky a rozhodovací procesy. Jde právě o takové činnosti, které se v oblasti logistických procesů vyskytují nejčastěji.

Na obr. 10 je prezentována výsledná vizualizace simulačního modelu procesu montáže valivých ložisek. V rámci modelu byla právě významně použita metoda doplňkového programování, jejíž pomocí bylo definováno několik omezujících kapacitních a technologických podmínek.

Závěr

Na základě prezentovaných skutečností a příkladů je možné konstatovat, že implementace metody doplňkového programování v jakékoliv formě z prezentovaných způsobů v rámci simulačních softwarů významně zvyšuje možnosti pro tvorbu simulačních modelů logistických a technologických procesů. Pomocí uvedených postupů je tak následně možné simulovat i ty nejsložitější logistické a technologické procesy a jejich části. Přestože doplňkové programování vyžaduje pro své využití alespoň základní znalosti z programování, tak v žádném případě nediskriminuje ani ty, kteří je nemají. Velké množství softwarů disponuje intuitivními nástroji, které při práci s doplňkovým programováním významně pomáhají a zároveň nepřímo danou problematiku svých uživatelů i učí a zdokonaluje jejich schopnosti. Zároveň doplňkové programování umožňuje, aby jednotlivé simulační programy byly plně kompatibilní s požadavky, které na ně v současnosti klade filozofie Průmyslu 4.0 a s ní související problematika Digitálního podniku (obr. 11).

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] Vasiľ, M.: Semestrálny projekt. TU Košice. Košice 2015, s. 15.
[2] Vasiľ, M.: Semestrálny projekt. TU Košice. Košice 2016, s. 15.