5 Научно-исследовательские разработки

5.1 Обзор программ для имитационного моделирования объектов машиностроительного производства.

В настоящее время существует около 150 программных продуктов для имитационного моделирования объектов машиностроительных производств. Разнообразие такого программного продукта растет вместе с спросом на него.

Современные системы имитационного моделирования характеризуются [10]:

1) универсальностью и гибкостью базовой структуризации и формализации моделируемых динамических процессов;

2) наличием средств наборов понятий, элементов из предметной области проводимого исследования;

3) применение языков программирования, поддерживающих пользовательское моделирование и средства его управления;

4) наличие легкого и простого графического интерфейса с использованием блок-схем моделей для настройки параметров которых используют подменю;

5) наличие двух- и трехмерной анимации в реальном времени;

6) создание многоуровневого представления модели;

7) наличием наборов инструментов для проведения и анализа результатов, полученных при расчете имитационной модели;

8) анализирование входных данных, посредством математических и информационных процедур, связанных с планированием, организацией, проведения расчетного эксперимента на имитационной модели;

9) экспериментальные исследования проводимы посредством доступа к различным базам данных моделирования или другим программным средам;

10) исполнительный модуль может работать в различных средах помимо своей;

11) применение кооперативного режима работы.

Приведем подробную характеристику нескольких программ зарубежного и отечественного производства. Укрупненную характеристику приведем в таблице 5.1.

Tecnomatix Plant Simulation Tool – программная среда, разработанная компанией Siemens PLM Software [10]. Представляет собой визуализированную объектно-ориентированную среду. Предназначено для оптимизации материалопотоков, логистики и управления на всех уровнях планирования от производства до отдельных линий и участков.

Построение имитационной модели осуществляется с помощью библиотек стандартных объектов. Библиотека содержит в себе разделы обработки подвижных объектов, подвижные объекты, объекты информационного обеспечения модели, объекты для предоставления данных. При моделировании объекты перемещаются по заданной структуре, генерируя события в моменты времени. По результатам моделирования автоматически осуществляется собрание статистики с различными показателями. Графическое построение модели осуществляется посредством двухмерной анимации на основе иконок, и трехмерной используя 3D-модели в формате JT.

К особенностям продукта можно отнести:

- встроенный язык программирования SimTalk;

- иерархическую структуру модели, которая не ограничивается глубиной вложений;

- в симуляции осуществлять статические параметры отказов;

- набор аналитических инструментов (анализ «узких мест производства», построение диаграмм и т.д.);

- возможность осуществлять вычисления на нескольких компьютерах;

- обмен с базами данных XML, SQL, ODBC, Excel, ActiveX, OPC;

- возможность сгенерировать имитационную модель в виде исполняемого файла EXE, не требующего для запуска предустановленной программы Tecnomatix Plant Simulation.

Данный программный продукт используется в автомобилестроении, машиностроении, производстве товаров народного потребления, логистике. Компания Siemens предоставляет бесплатную студенческую версию программы.

AnyLogic – программное обеспечение, разработанное компанией The AnyLogic Company [11]. Данный продукт позволяет использовать язык Java и графический интерфейс для разработки имитационных моделей.

AnyLogic включает в себя следующие библиотеки:

- Process Modeling Library предназначена для дискретно-событийного моделирования в таких областях как производство, логистика, здравоохранение. Есть возможность моделировать системы заявок, процессов, ресурсов. Все процессы представлены блочной формой диаграммы;

- Pedestrian Library предназначена для моделирования пешеходных потоков в окружающей среде. Есть возможность вести учет статистики плотности движения. Это позволяет наблюдать работу пунктов обслуживания, определять проблемы внутренней геометрии, обнаруживая различные препятствия для потоков. Пешеходы моделируются как объекты со сложным поведением. Высокоуровневый интерфейс в виде блочной диаграммы обеспечивает быстрое описание потоков пешеходов;

- Rail Yard Library предназначена для моделирования, имитации и визуализации операций на сортировочных станциях. Смоделированы могут быть действия при транспортировке: погрузка и разгрузка, обслуживание, распределение ресурсов, различные бизнес-процессы.

Графическая среда моделирования содержит в себе такие элементы как:

- Stock & Flow Diagrams – метод системной динамики, которая использует диаграмму потоков и накопителей.

- Statecharts – используется для определения поведения объектов и симуляции машинных сбоев.

- Action charts – используется блок-схемы для построения логики решений объектов в дискретно-событийном моделировании.

- Process flowcharts – используется как основная конструкция для определения процессов в дискретно-событийном моделировании.

К остальным элементам можно отнести низкоуровневые конструкции (переменные, события, уравнения и т.д.), формы представления, формы экспериментов, элементы анализа и т.д.

Графический язык моделирования позволяет пользователю расширить созданные модели посредством Java языка.

AnyLogic дает возможность создать Java-приложения с моделями, которые могут быть запущены без установки AnyLogic.

Таблица 5.1 – Сравнительная характеристика программ имитационного моделирования.

Название	Производитель	Область применения	Особенности
Plant Simulation [10]	Siemens PLM Software (Германия)	Автомобилестроение, машиностроение, авиационно-космическая промышленность, обрабатывающая промышленность, логистика, транспорт, судостроение, производство товаров народного потребления	- встроенный язык программирования SimTalk; - иерархическая структура модели с без ограничений вложений; - наличие симуляции статических параметров отказов; - широкий набор аналитических инструментов; - наличие генетических алгоритмов; - распределение вычислений на нескольких компьютерах; - 3D- визуализатор; - запись имитационной модели в исполняемый файл EXE.

Продолжение таблицы 5.1 – Сравнительная характеристика программ имитационного моделирования.

AnyLogic [11]	The AnyLogic Company (Россия)	Производство, логистика, рынок и конкуренция, сфера обслуживания, здравоохранение, фармацевтика, телекоммуникации, социальные и экологические системы, оборона, пешеходная динамика	- встроенный зык программирования Java; - создание Java приложений для запуска модели без инсталляции Anylogic; - среда графического моделирования; - широкий набор анализа и оптимизации полученных результатов; - комбинирования различных методов моделирования.
Arena [12]	Rockwell Automation (США)	Бизнес-обслуживание, линии телекоммуникаций, центры обработки вызовов, пищевая промышленность, шахтная промышленность	- создание алгоритмов с помощью Visual Basic; - возможность импортирования блок схем с Microsoft Visio; - чтение и отправка результатов в электронные таблицы Excel и базы данных Access; - использование элементов управления ActiveX.
Vensim [13]	Ventana Systems (Великобритания)	Транспорт и энергетика, бизнес-стратегия, здравоохранения, национальная безопасность, маркетинговые науки в фармацевтической промышленности и потребительских продуктах, логистика	- возможность декларативного программирования; - запатентованный метод интерактивного отслеживания поведения через причинные связи в структуре модели Reality Check; - импорт и экспорт данных в электронные таблицы и базы данных; - возможность калибровки моделей по различным методам; - создание моделей, для открытия которых не требуется установка программы Vensim;