Имитационное компьютерное моделирование и оптимизация работы производственного предприятия

В задачу исследования входило моделирование работы двух подразделений предприятия:

· логистического склада с целью повышения эффективности его работы, оптимизации складской логистики и управления цепочками поставок на этапах: планирование, управление, контроль;

· контрольно-пропускных пунктов (КПП) предприятия с целью оптимизации работы турникетов (время включения/выключения каждого из турникетов) для максимального увеличения пропускной способности и минимизация времени прохода персонала через КПП и оптимизация действий сотрудников охраны.

Входные данными для моделирования являлись план-схемы подразделений предприятия (склада и КПП), количество грузчиков на выгрузке, на разгрузке, на перемещении, контролеров, приемщиков, количество заявок в очереди, временные интервалы заявок, интервалы прибытия грузовиков доставки, грузовиков снабжения, среднее время загрузки и выгрузки.

Выходные данные: оптимальное количество погрузчиков и грузовиков доставки, при котором не менее 30% из них будут свободными, а суммарная стоимость их эксплуатации будет минимальной, а также потребное минимальное количество и пропускная способность турникетов на КПП.

Создание имитационной модели и её дальнейшая оптимизация проводились в среде AnyLogic с использованием элементов «Пешеходной библиотеки» AnyLogic Pedestrian Library [1]. Anylogic - программное обеспечение для имитационного моделирования, разработанное российской компанией The AnyLogic Company. Оно поддерживает все подходы к созданию имитационных моделей: процессно-ориентированный (дискретно-событийный), системно динамический и агентный, а также любую их комбинацию. Библиотека AnyLogic Pedestrian Library является высокоуровневой библиотекой для моделирования движения пешеходов в физическом пространстве. Она позволяет моделировать здания, в которых движутся пешеходы (станции метро, стадионы, музеи), улицы, парки отдыха и т.д. В моделях, созданных в Pedestrian Library, пешеходы движутся в непрерывном пространстве, реагируя на различные виды препятствий в виде стен и других пешеходов.

При разработке моделей была детально описаны структуры склада и КПП с учетом их топологии: точного расположения зон, оборудования и путей движения техники и персонала. Затем для описания логики работы подразделений были описаны бизнес-процессы и параметры моделирования. Для моделирования развития процессов во времени задается график прихода товаров и поступления заказов на склад с указанием времени, объема, номенклатуры, а также моделируются заявки на обслуживание в КПП, в роли которых выступают рабочие предприятия у входа на КПП в определенное время и в определенном количестве, которые затем движутся по проходной через турникеты в сторону цехов [2].

Рисунок 1. Задание топологической структуры склада

Рисунок 2. Модель-генератор работы КПП в среде AnyLogic

Для решения задачи оптимизации работы склада разработан встроенный программный оптимизатор, который решает задачу минимизации стоимости погрузки при заданных ограничениях (не менее 30% грузовиков доставки и погрузчиков должны быть свободны). В результате формируется задача математического программирования вида:

где: T и A – общее количество грузовиков и погрузчиков соответственно,

TA и FA – количество задействованных грузовиков и погрузчиков,

TC и FC – стоимость их эксплуатации в час соответственно.

Результаты экспериментов:

· Для бесперебойной работы склада необходимо 13 грузчиков, 3 контролера и 3 приемщика.

· В целях минимизации затрат на складе необходимо иметь не мене 4 погрузчика и 3 грузовика доставки.

· Для работы КПП не в часы-пик через каждый турникет проходят по 2-4 человека в минуту. При этом 4-й турникет отключен. При работе модели в часы-пик автоматически включается 4-й турникет и через каждый из турникетов проходят по 10–13 человек в минуту.

· Пропускаемой способности установленных на предприятии турникетов достаточно для обеспечения прохода рабочих на завод даже в часы-пик. Максимальное зафиксированное значение проходов через 1 турникет 15. Турникеты данной модели способны пропускать по 60 человек в минуту. Этого хватает с запасом.