Kilka uwag o symulacjach komputerowych i ich zastosowaniach w górnictwie

• zadania typu syntezy – na podstawie zadanych kryteriów i wymagań dotyczących całego systemu produkcyjnego należy wyznaczyć parametry jego podsystemów i elementów,
• zadania typu analizy – znając charakterystyki podsystemów i elementów symulacji produkcji, wyznaczyć parametry całego systemu produkcyjnego.

Ocena i dobór oprogramowania symulacyjnego

Wykorzystanie symulacji jako narzędzia pomocnego w projektowaniu i obsłudze systemów produkcyjnych staje się obecnie coraz bardziej powszechne. Kompleksowe, dynamiczne i coraz bardziej rozbudowane systemy wymagają zaangażowania dużych środków finansowych na zakup, tak więc taniej i łatwiej jest wykonywać eksperymenty na modelach symulacyjnych niż na obiekcie rzeczywistym. Z wykorzystania środowisk symulacyjnych wynika rozmaitość różnych korzyści, takich jak: lepsze zrozumienie funkcjonowania systemu, redukcja kosztów działania, redukcja kosztów niepowodzenia, zmniejszenie kosztów inwestycji, przyspieszenie i ułatwienie zmian konfiguracji systemu. Wybór właściwego oprogramowania symulacyjnego znacząco wpływa na jakość podejmowanych później na jego postawie decyzji, co opisano w pracy Zdanowicza i Świdra [9].

Ogromne zapotrzebowanie na programy symulacyjne powoduje ich ciągły rozwój, ale także – poprzez zwiększenie konkurencji na rynku – coraz większą różnorodność oprogramowania i zwiększenie dostępnych na rynku systemów symulacyjnych. Oczywiście jest to bardzo pozytywne zjawisko, lecz niestety „niebezpieczne” dla użytkownika, który w trakcie poszukiwania systemu odpowiedniego do zastosowania natrafia na ogromną liczbę aplikacji i może dzięki temu podjąć niewłaściwą decyzję. Powstaje pytanie, który z dostępnych programów jest w przypadku danego zastosowania najlepszy, aby poniesione nakłady zostały należycie wykorzystane.

Oprogramowanie symulacyjne

Rozwój modelowania u symulacji przebiegał równolegle z ewolucją kolejnych generacji komputerów. Podstawowe elementy modelowania i symulacji komputerowej pozostały niezmienione, np. w każdym procesie symulacji następują obliczenia matematyczne, schematy logiczne, elementy deterministyczne lub losowe albo elementy obu tych rodzajów. Do nowych zastosowań wykorzystano nowe techniki, opracowano bardziej dogodne języki symulacyjne, jednakże podstawowe cechy pozostały niezmienione.

W okresie powstawania aplikacji symulacyjnych większość modeli symulacyjnych była tworzona za pomocą podstawowych języków programowania lub języków symulacyjnych ogólnego przeznaczenia. Pierwsza symulacja komputerowa miała miejsce w latach 50.

W latach 60. powstały pierwsze profesjonalne języki programowania do symulacji: GPSS, SIMSCRIPT, SIMPAC, CLS, ESP, SIMON, SIMULA, MONTECODE, GPS, zostały one wówczas opracowane dla komputera IBM 7090.

Były wykorzystywane jako narzędzia symulacji. Większość z tych programów miała na celu eliminację wielu żmudnych czynności i uproszczenie działań przygotowawczych związanych z realizacją symulacji komputerowej. Szybki rozwój technologii komputerowej spowodował powstanie w 1979 roku wizualno-interaktywnego języka programowania symulacyjnego VIS (ang. Visual Interactive Simulation).

Formalizm sieci Petriego stworzył podstawy teoretyczne do nowej generacji języków produkcyjnych i programowania sterowników logicznych. Należą do nich np. język Grafcet, opracowany z inicjatywy i przy współudziale francuskiej firmy Telemecanique czy Visual SimNet opracowany na Politechnice w Dreźnie. Program Visual SimNet bazuje na stochastycznych, czasowych i kolorowych sieciach Petriego.

Dalszy rozwój w latach 80. i 90. komputeryzacji, systemów operacyjnych, zwłaszcza systemu Windows, zaowocował powstaniem wielu programów symulacyjnych. Programy te posiadały rozbudowany aparat do wizualizacji procesów, w tym zdolność do generowania obrazów 3D, lepszą kompatybilność z innymi pakietami oprogramowania, takimi jak np. arkusze kalkulacyjne czy np. bazy danych, symulacja przez sieć, rozbudowane własne biblioteki czy narzędzia symulacyjne. Przykładami tego typu oprogramowania są np. Enterprise Dynamics, LabView, Arena, ShowFlow czy ProModel.

Do głównych zalet symulacji wizualno-interaktywnej można zaliczyć:

• lepsze zrozumienie modelu,
• łatwiejszą weryfikację i walidację modelu,
• możliwość interaktywnego eksperymentowania,
• ulepszony sposób prezentacji i interpretacji wyników,
• udoskonaloną komunikację z modelem,
• przystosowanie do potencjalnego wykorzystania w grupach rozwiązujących problemy.

Cechy, które są wymagane od współczesnych programów symulacyjnych, to:

• generowanie losowych liczb z jednorodnego rozkładu prawdopodobieństwa,
• postępujący czas symulacji,
• określenie kolejnych rezultatów oraz bieżąca kontrola kodu symulacji,
• możliwość dodawania oraz usuwania rekordów,
• gromadzenie i analiza danych,
• raportowanie wyników,
• wykrywanie błędów otoczenia.

Zasadniczo oprogramowanie do symulacji i modelowania można podzielić na trzy grupy:

• arkusze kalkulacyjne,
• języki oprogramowania ogólnego przeznaczenia,
• oprogramowania specjalistyczne.

Metodologia doboru oprogramowania

Wg Zdanowicza i Świdra [9] ocena pakietów do symulacji oraz wybór najlepszego z nich do zdanie czasochłonne i skomplikowane, chyba że zastosuje się efektywną metodykę takiej oceny. Zwykle wybór spośród alternatywnych rozwiązań wymaga szczegółowej wiedzy na temat kryteriów i wyników tego wyboru. Jeśli mamy do czynienia z wieloma alternatywnymi rozwiązaniami, a lista kryteriów jest długa, właściwa ocena staje się dużym wyzwaniem. Aby dokonać jej sprawnie, zaproponowano składającą się z sześciu etapów metodykę oceny i wyboru oprogramowania. Metodologia została opracowana tak, aby była możliwie szybka i obiektywna w ocenie, dając oczywiście wyczerpującą odpowiedź zespołowi odpowiedzialnemu za zakup nowego oprogramowania.

Galeria