Simulation

Le simulazioni nella fabbrica digitale

LE SIMULAZIONI NELLA FABBRICA DIGITALE

I sistemi di simulazione per l’analisi e l’ottimizzazione dei processi, sono legati al concetto di “Fabbrica digitale“. La Fabbrica Digitale (o Fabbrica Virtuale o Manifattura Digitale) consiste nella mappatura dei processi tecnici e di business nel mondo digitale per fornire un supporto avanzato alle decisioni relative alla progettazione di prodotto, processo, programmazione e controllo della produzione nel mondo reale, attraverso tecnologie ICT come realtà aumentata, simulazione, l’ottimizzazione, ecc.

La Fabbrica Digitale sarà disponibile agli utenti (manager, progettisti e operatori) attraverso un insieme eterogeneo di strumenti software che spaziano dal CAD/CAM al PLM (Product Life-cycle Management), dalla simulazione a eventi discreti alla simulazione cinematica, dalla realtà virtuale alla realtà aumentata, da sistemi ERP (Enterprise Resource Planning) a strumenti di sequenzializzazione e supervisione.

Pur essendo eterogenei fra di loro, gli strumenti informativi della Fabbrica Digitale potranno interagire fra di loro grazie alla presenza sottostante di un modello di fabbrica complessivo e coerente, che guiderà gli utenti nella fruizione delle funzionalità stesse. Ogni strumento software potrà interagire con il modello di fabbrica operando su una particolare vista del modello stesso (ad esempio, una vista logica nel caso di simulazione a eventi discreti, una vista fisica e geometrica per applicazioni di realtà virtuale, una vista chimica/fisica/cinematica per simulazioni di processo, ecc.). 

L’interoperabilità fra gli strumenti sarà abilitata dall’uso di standard sia per la modellazione dell’informazione che per quanto riguarda i protocolli di comunicazione e le modalità di scambio dati.

La Fabbrica Digitale potrà sfruttare la connettività avanzata ai bassi livelli di fabbrica per l’acquisizione di dati su macchine, stati dell’ordine, garanzie, tempi personali, guasti e così via. I sistemi di acquisizione dei dati della fabbrica (che attualmente fanno parte dei sistemi MES – Manufacturing Execution Systems) saranno messi direttamente a disposizione dei più alti livelli aziendali e renderanno possibile la gestione intelligente dei dati e funzionalità analitiche e computazionali mediante il costante aggiornamento e manutenzione della rappresentazione digitale della fabbrica. Per raggiungere queste funzionalità, i nuovi sistemi di produzione dovranno necessariamente rivedere la tradizionale struttura della piramide di automazione (sensori/attuatori, PLC, SCADA, MES, ERP).

Il Modello di Fabbrica dovrà essere adottato non solo in fase di progettazione, ma anche nella fase operativa. Sarà fondamentale garantire la continuità digitale fra la fabbrica reale e la sua rappresentazione virtuale, mantenendo la coerenza tra dati raccolti in maniera eterogenea (es. piani di produzione, monitoraggio, previsioni di domanda, ecc.) che concorrono alla definizione l’evoluzione nel tempo del sistema produttivo.

SIMULAZIONI IMPIANTI

La simulazione consente di verificare le funzionalità di un impianto e di prevedere le logiche di gestione adeguate. La simulazione è particolarmente utile per verificare le prestazioni di impianti specialmente prototipali per qualsiasi tipo di utilizzo.

Le finalità di una simulazione di un impianto potrebbero riguardare:

  • dimensionamento di un sistema di stoccaggio e movimentazione al fine di identificare le superfici, i mezzi di movimentazione, i colli di bottiglia, le posizioni corrette dei punti di prelievo,dimensionamento di eventuale buffer di disaccoppiamento;
  • dimensionamento delle stazioni di lavoro per soddisfare la capacità produttiva;
  • valutazione e verifica del comportamento dinamico degli impianti;
  • valutazione di efficienza di produzione di potenziali soluzioni di automazione

LE SIMULAZIONI DEI MAGAZZINI

La gestione dei magazzini nel mondo della logistica è diventato un asset fondamentale nella gestione dell’industria.

La complessità raggiunta dai sistemi di distribuzione sparsi in tutto il mondo per coprire aree sempre più vaste genera problemi e situazioni che vanno oltre le possibilità di calcolo dei vecchi metodi statici, rendendo così necessario l’intervento di un software di simulazione dinamico.

La simulazione applicata ai magazzini consente di identificare con precisione le prestazioni. La simulazione può essere applicata a magazzini manuali (con carrelli elevatori guotati da operatori) ed anche a magazzini automatici con traslo elevatore, multi shuttle, satellite ecc…

La simulazione di un magazzino automatico o manuale aiuta ad identificare le zone critiche ed i colli di bottiglia o eventuali aree di congestione che se non modificate diventeranno aree critiche del sistema compromettendone le funzionalità. Eventuali modifiche impiantistiche potrebbero richiedere la modifica delle cinematiche di un impianto, la variazione del numero di macchine (traslo elevatori, automotori, shuttles, ecc…).

SIMULAZIONI LINEE IN CONTINUOS FLOW

Le linee di produzione a flusso continuo sono costituite da una successione di stadi interconnessi tra loro. Ciascuno stadio esegue una lavorazione oppure una aggregazione. Il trasporto viene solitamente realizzato con trasportatori a nastro a rulli o a catena, in generale da un sistema automatico. Il sistema di trasporto funge anche da buffer di disaccoppiamento tra i vari stadi. La capacità del buffer tra stadi successivi deve essere opportunamente dimensionato per assorbire le inefficienze causate da fermi macchina, cambi utensile, inceppamenti o altri impedimenti.

Le linee a flusso spesso sono soggette anche a cambi formato. Il numero di formati gestiti nella linea pone due ordini di complicazioni a questo tipo di linea: gestionale e di dimensionamento. Dal punto di vista gestionale occorre effettuare le giuste valutazioni sui tempi di attrezzaggio della linea che sono funzione di una matrice di setup. Dal punto di vista del dimensionamento, occorre sempre tenere presente che esso deve essere valutato per ogni formato che la linea dovrà processare. Tutte queste complessità vengono affrontate in una simulazione di una linea a flusso.

La simulazione consente di ottimizzare la linea grazie ad un opportuno dimensionamento dei buffer inter operazionali ed anche dei vari stadi produttivi, magari anche in funzione del formato che la linea produce.

SIMULAZIONI JOB SHOP FLOW

Un processo di produzione può essere simulato per i seguenti motivi:

  • verificare la capacità produttiva di un processo;
  • verificare la possibilità del sistema o impianto di far fronte ad un piano di produzione prestabilito
  • verificare la possibilità di soddisfare gli ordini dei clienti
  • determinazione dei tempi di lavorazione specifici per ogni prodotto in ogni stadio del processo
  • determinazione della matrice dei setup per ogni stadio di processo da prodotto a prodotto
  • determinazione dei parametri affidabilistici MTBF/MTTR per ogni stadio
  • determinazione coefficienti di scarto per ogni stadio
  • determinazione criteri di batching