חלון למפעל החכם | מאמרים מקצועיים

"התאום הדיגיטלי" למערכות ייצור

רעיון "התאום הדיגיטלי" נוצר במקור בשנת 2002 באוניברסיטת מישיגן בהקשר של ניהול מחזור חיי המוצר(PLM), כחלק מתהליך הפיתוח. למרות שהטרמינולוגיה השתנתה עם הזמן,  ככל שהיא התרחבה ונעשתה רלוונטית בתעשיות רבות, הרעיון נותר ללא שינוי מהותי ומתמקד סביב מנגנון  סימולציה לתהליך.

התאום הדיגיטלי מבוסס על הרעיון שניתן ליצור תצוגה דיגיטלית  של מערכת פיזית כישות עצמאית. התצוגה הדיגיטלית  הזו מבוססת על  המידע שמוטבע בתוך המערכת הפיזית בעולם האמיתי, והשניים יישארו מחוברים לאורך תהליך הפיתוח של המערכת.

התאום הדיגיטלי פועל כתמונה וירטואלית  של מערכת פיזית המסייעת למומחים ולארגונים להבין כיצד המערכת פועלת וכיצד היא מגיבה לקלט או אילוצים מסוימים, ובכך מקלה על הניטור והאופטימיזציה של אותה מערכת בעולם האמיתי.

ניתן ליישם תאומים דיגיטליים בהיקפים שונים:

• רמת מכונה בודדת כדוגמת: מכונת CNC, טורבינת גז, מנוע וכד'.
• רמת מפעל כדוגמת : פס ייצור, תחנת כוח.
• רמה ארגונית כדוגמת : שרשרת אספקה, רשת אספקת חשמל, צי הובלה וכד'.

יתרונות השימוש בסימולציה בקווי ייצור

מודל סימולציה,  נמצא ברוב ארגוני ההנדסה והתעשייה, כבר שנים רבות. שימוש בטכנולוגיה לחיקוי תהליך או מערכת בעולם האמיתי מאפשר ליצרנים ללמוד את התהליך או המערכת בתוך סביבה דיגיטלית נטולת סיכון, מבוקרת וניתנת לשחזור. לדוגמה, יצרן מטוסים יכול לבצע סימולציות על זרימת האוויר והגרר סביב המטוס במהלך תהליך התכנון. התוצאות ישמשו כדי לאמת את העיצוב או לזהות שינויים עיצוביים הדרושים להפחתת הגרר.

בעוד הסימולציה מבוססת היטב עבור עיצוב המוצר ואימות התכן, ארגונים תעשייתיים בדרך כלל אינם משתמשים במתודולוגיה רבת עוצמה זו בשלב הבא של שרשרת הערך שלהם: ייצור המוצר. כתוצאה מכך, ארגונים אלה מאבדים הזדמנויות ללמוד את התנהגות תהליכי הייצור והמערכות שלהם לפני פריסתם בשטח.

כיוון שהזמנת מתקני ייצור חדשים או שינוי מתקנים קיימים  היא  יקרה ועתירת הון ומשאבי ניהול, יישום שיטות סימולציה למערכת הייצור יכול להניב יתרונות עצומים, הכוללים:

• שיפור פרודוקטיביות של מתקנים קיימים
• אופטימיזציית ההשקעה בתכנון מתקנים חדשים ועל ידי כך מזעור סיכוני ההשקעה
• אופטימיזציית מלאים בייצור על בסיס הרצות סימולציות
• שימוש מיטבי במשאבים וזמני מחזור אופטימליים
• הבטחת רווחת העובדים ותהליכים בטוחים מבחינה ארגונומית
• מזעור סיכוני ייצור
• אימות מוקדם של תהליכי ייצור משולבים מכניים, חשמליים ורובוטיקה

תמונה של מסך סימולציית קוו הרכבה של רכב, המקור: Siemens Tecnomatix Plant Simulation

שימושים שונים של סימולציה במערכי הייצור ושרשרת האספקה:

1. מידול וסימולציה של מתקני הייצור

שימוש בסימולציה הינו כלי עזר לשיפור היעילות בתהליכי רצפת הייצור.

ניתן באמצעות תהליך כזה להוכיח להנהלה את כדאיות ההשקעה בציוד ולבסס את התוצאות המצופות בצורה טובה יותר.

לפני ביצוע שינויים ממשיים ברצפת הייצור, מומלץ להקים את התאום הדיגיטלי לרצפת הייצור ולהתחיל להריץ סימולציות על גבי מערכת זו על מנת לבחון את ההשלכות והמשמעויות.

ראשית, יצירת התאום הדיגיטלי וקבלת תמונה דיגיטלית מוחשית מסייעת להבנה טובה יותר של ביצועי המפעל המצב הקיים. בשל מורכבות התהליכים, מספר המשתנים והאילוצים במערכת, לרוב קשה מאוד להבין לעומק את כל המרכיבים, לקבוע קיבולת אמיתית, לזהות צווארי בקבוק ולייצר מדדי  ביצוע אמינים.

הצגת התאום הדיגיטלי והפעלת סימולציות שונות על המודל מאפשרות לגלות את הגורמים המכריעים הללו ולזהות בעיות קיימות כמו גם הזדמנויות לשיפורן.

שנית, ניתן להפעיל באמצעות טכנולוגיה זו תרחישי "מה אם". תרחישים אלה מאפשרים לבצע שינויים וירטואליים במפעל מבחינת פריסה וזרימות עבודה, ולאחר מכן להעריך את השינויים הללו. בשל הזמן, המאמץ והעלויות הכרוכות בביצוע שינויים בעולם האמיתי, קריטי שהשינויים המתבצעים יהיו נכונים למתקן ויעמדו בתוצאה הרצויה. תהליך כזה הרבה יותר מהיר, זול וקל לביצוע וירטואלי באמצעות סימולציה.

2. שימוש בתאום הדיגיטלי להדרכת העובדים ולשיפור הבטיחות

השימוש בטכנולוגיית התאום הדיגיטלי מסייע גם באיתור ובמניעה של מפגעי בטיחות / אי יעילות ארגונומית בקו הייצור. טכנולוגית  הדמיית תהליכים וירטואלית מספקת סביבה תלת ממדית מתקדמת המסוגלת לחקות התנהגות מציאותית של תהליכי ייצור כדי לבצע את האופטימיזציה הדרושה של זמני המחזור ורצף התהליך. הם גם מאפשרים סימולציה של תהליכי הרכבה, פעולות אנושיות , שילוב פעילות מפעילים לצד קובוטים ועוד.

בדרך זו ניתן למזער את הזמן הנדרש להדרכת מפעילי המכונות בעת הכנסת קו מוצרים חדש במפעל, שינוי במתקנים. לבסס את התחלת ההדרכה כבר מול מערכות התאום הדיגיטלי וגם לשלב אותם בתכנון לפני היישום בפועל. תהליך זה מאד מזכיר הדרכה באמצעות סימולציה שמקובלת שנים בתחום הטייס לדוגמא.

כמו כן שימוש בטכנולוגיה זו יסייע במזעור עלויות השילוב של פעולות רובוטיות חדשות במערך הייצור.

3. סימולציה ליצירת אופטימיזציה של שרשרת האספקה

באמצעות טכנולוגיה זו ניתן לענות על שאלות אסטרטגיות גם בתחום שרשרת האספקה כדוגמת:

• מהם המיקומים הטובים ביותר להצבת מחסנים, מרכזי הפצה ואתרי ייצור?
• עד כמה שרשרת האספקה ​​שלנו יציבה ואמינה?
• כיצד ישפיעו שינויים במדיניות המלאי על זמני האספקה למפעלים וללקוחות?
• מה יקרה אם נגדיל קיבולת של מרכז הפצה?
• מהי הדרך היעילה והרווחית ביותר לצרף מפיץ חדש / ספק חדש / מחסן חדש לרשתות האספקה ​​שלנו?

מערך שרשרת אספקה בחברות גלובליות כולל ספקים, מחסנים , אתרי ייצור ומפיצים במספר מדינות. ולכן כל שינוי במערך יש לו השלכות מהותיות ובדרך כלל ניתן ליישמו על ידי אפשרויות שונות. מודלים של סימולציה מאפשרים למידה והבנה מדויקת של הסיכונים והיתרונות של כל חלופה הן עבור מערכי הייצור והן עבור הלקוחות. ניתן להשתמש במודלים דינמיים של מערכת, הדמיית אירועים בדידים כדי לעזור לארגונים ללמוד ולבצע אופטימיזציה של שרשרת האספקה הגלובלית והרשתות הלוגיסטיות שלהם. טכנולוגיות הסימולציה הנכונות יכולות לתמוך באופן מהימן בניהול בחישוב, זיהוי וביצוע בחירות פחות מסוכנות ורווחיות יותר לתכנון וניהול שרשרת האספקה.

מודלים של סימולציה שימושיים מאוד בקביעת ההשפעה של שונות היצע וביקוש, אילוצי רשת וצווארי בקבוק על תפעול יעיל של שרשרת אספקה. בעוד שכלים אנליטיים מאפשרים להבין טוב יותר ולטפל בבעיות בקנה מידה גדול, כלי סימולציה מאפשרים לבודד ולתפעל גורמים והיבטים ספציפיים של שרשרת אספקה ​​כדי להבין כיצד הם יכולים להשפיע על תהליכים במורד הזרם או על הדינמיקה של הרשת כולה. הגישה הטובה ביותר היא מינוף שתי הטכניקות האלו יחד. בדרך זו, ניתן לזהות פתרון, ולאחר מכן לבדוק את איכותו ותוקפו על ידי הדמיית התרחיש המתקבל ולראות כיצד הוא ישפיע על צמתים אחרים לאורך רשת שרשרת האספקה.

לסיכום,

בעתיד הקרוב, מערכות התאום הדיגיטלי וכלי סימולציה במערך הייצור ושרשרת אספקה יהיו כלי נפוץ בכל ארגון. שימוש במערכות אלה יהפוך להיות שגרתי כחלק מהערכות ותכנון לפני ביצוע שינויים פיזיים במפעל או בתהליך. החלטות לגבי תוספת משאבים חדשים, ניתוח עלויות שוטפות ושרשרת אספקה ​​לקביעת עלות-תועלת – כל אלה ייבחנו בכלים אלה על מנת לאפשר קבלת החלטות מושכלת ואופטימלית ולמזער את הסיכונים  של תהליכים ברחבי הארגון.

כתב: ד"ר אורי בן-חנן, סמנכ"ל טכנולוגיות, המכון לייצור מתקדם
הכתבה מתבססת על הכתבה Simulate שפורסמה באתר של חברת Engineering USA