Имитационная модель процесса конструкторской проработки цепи преобразования женской верхней одежды

SIMULATION MODEL, TRANSFORMATION CHAIN, MODULE, ENTITY, ATTRIBUTE

This research is devoted to developing of the simulation model of the design process in sewing industry. Such model could be used for predicting the results of the rapid change in production of women's outerwear.

The entity-relationship model of the design process was formed. All of entities in this model were represented as particular modules in simulation package Arena (Rockwell Automation). Each module was described with some attributes, which could be changed for different sewing companies.

Analysis of the design process in sewing industry and data base of transformation elements were used as original information for simulating.

Fisher-test was used for verification of the simulation model. So simulation model of the design process in sewing industry is the base for research of the transformation chains and relationship between parameters of the design process in sewing industry.

каждое предприятие постоянно изменяет ассортимент одежды, с которым работает (в связи с сезонными изменениями).

Вопросы регулирования гибкости конструкторско-технологической подготовки, обновление ассортимента в условиях предприятия рассмотрены в работе [1]. Автором предложена концепция регулирования ассортимента на основе сочетания аксиологических и морфологических взаимосвязей для ситуационных преобразований ассортимента на примере женского жакета.

Особенности преобразований разновидностей женской верхней одежды, которые в совокупности составляют пальтово-костюмный ассортимент (в соответствии с ГОСТ 25295–2003 [2]), рассмотрены в работах [3–4]. Автором [3] введено понятие типологического ряда видов одежды, который содержит совокупность изделий с общим признаком и предусматривает возможность преобразований от исходной модели до последней модели такого ряда. Внутри типологического ряда женской верхней одежды выделены цепи преобразований.

Цепи преобразований женской верхней одежды – это простые последовательности разновидностей изделий, которые позволяют задавать вектор действий в конкретной проектной ситуации, обеспечивая видоизменяемую трансформацию женской верхней одежды [3].

Соответственно, для того, чтобы предприятие в любой момент времени могло быстро перенастроить производство на другие виды изделий, нужно иметь готовую групповую конструкторскую документацию на разновидности одежды, которые входят в наиболее часто встречаемые цепи преобразований.

Условия, которые определяют количество видов изделий в цепи преобразований, до сих пор неизвестны. Кроме того, при выборе цепей преобразований следует учитывать ряд внешних факторов: мода, возможности и мощности предприятия, спрос и т. д. Такие факторы не всегда можно прогнозировать на длительный период времени, а тем более со значительной долей уверенности. Именно поэтому сложно построить точную аналитическую модель процесса конструкторской проработки цепей преобразований женской верхней одежды.

Когда явления в системе настолько сложны и многообразны, что аналитическая модель становится слишком грубым приближением к действительности, исследователь вынужден использовать имитационное моделирование [5].

Такое моделирование используется в разных сферах экономики и промышленности: имитационная модель процесса гребнечесания [6], моделирование гибких швейных потоков [7], моделирование процессов монтажа изделий [8–9].

Имитационная модель процесса конструкторской проработки цепей преобразований могла бы решить задачу анализа производственной системы, отображая особенности разработки швейного изделия от момента получения заказа (задания на разработку модели) до формирования пакета конструкторской документации на модель изделия.

Цель работы – разработка имитационной модели процесса конструкторской проработки цепи преобразования женской верхней одежды для прогноза работы предприятия в условиях гибкой переориентации производства на выпуск новых видов изделий.

При этом предстоит решить следующие задачи:

• •    представить графическую модель процесса конструкторской проработки;

• •    определить стабильные и мобильные характеристики процесса;

• •    осуществить имитационное моделирование на примере предприятия массового производства женской верхней одежды.

Имитационная модель должна обеспечить возможность исследования характеристик процесса конструкторской проработки и сопоставления их с предложенной длиной цепи.

В качестве информации об объекте моделирования использованы результаты анализа особенностей работы швейных предприятий, а также каталоги модельных решений изделий.

В результате анкетирования представителей предприятий получены цифровые характеристики процесса разработки изделия: затраты времени на конструкторскую разработку изделия, мощность предприятия, время между отдельными разработками моделей (заказами), принцип построения расписания работы конструкторов на предприятии, количество конструкторов, стоимость разработки конструкторской документации на одну модель (табл. 1).

Цепи преобразований могут иметь различную длину, то есть могут состоять из разного количества разновидностей изделий: от двух до десяти. Минимальное количество разновид-

Таблица 1 – Результаты анкетирования представителей предприятий швейной отрасли

Характеристика работы предприятия Варианты ответов Частота встречаемости Характеристика работы предприятия Варианты ответов Частота встречаемости ед. % ед. % Стоимость разработки конструкторской документации на одну модель, грн 100 1 16,7 Количество конструкторов на предприятии 1 2 20 100–170 1 16,7 2 4 40 150–200 2 33,2 3 2 20 200–250 1 16,7 4 1 10 350–400 1 16,7 5 1 10 Затраты времени на конструкторскую проработку одной модели изделия 1–2 ч 1 11,10 Расписание заказов Есть 6 60 3 ч 1 11,10 Отсутствует 4 40 4–5 ч 1 11,10 Период между заказами 1-2 недели 4 40 8–9 ч 2 22,25 2-3 недели 1 10 1–3 дня 2 22,25 3-4 недели 1 10 3 дня 1 11,10 Количество моделей в одном заказе 1-5 2 20 1 неделя 1 11,10 2-6 1 10 Использование САПР да 7 70 4-8 1 10 нет 3 30 10 1 10 Мощность предприятия V большая 1 10 Больше 10 1 10 средняя 4 40 Принцип составления графика заказов понедельно 4 50 малая 5 50 помесячно 4 50 V ностей изделий, входящих в цепь, – две. Цепь преобразования, состоящая из минимального количества разновидностей изделий, является элементарной. Из элементарных цепей может быть составлена цепь какой угодно длины.

Количественный анализ цепей преобразований показывает, что среди них чаще всего встречаются следующие элементарные цепи: «Куртка – Анорак», «Анорак – Полупальто», «Полупальто – Жакет», «Жакет – Труакар» и «Макинтош – Редингтон», «Редингтон – Жакет-спенсер». Соответственно, в процессе конструкторской подготовки производства можно использовать пакеты конструкторской документации, обеспечивающие производство разновидностей изделий, входящих в названные элементарные цепи.

Разработка имитационной модели процесса конструкторской проработки цепи преобразования выполнена на примере двух элементарных цепей «Куртка – Анорак» и «Анорак – Полупальто», которые объединяются в цепь преобразования: «Куртка – Анорак – Полупальто».

Для выполнения исследований использована информация о цепях преобразований модельных решений из базы данных трансформирующих элементов [3], в частности листы: «Цепи преобразований модельных решений 10-1-28» и «Соединение цепей преобразований 10-1-28», «10-1(13)-28», «10-1(31)-28», «10-1(103)-28», «10-1(104)-28», «10-1(105)-28», «10-1(106)-28». Номенклатура цепей преобразований представлена цифровыми обозначениями (соединение порядковых номеров разновидностей женской верхней одежды в списке). Цепи преобразований модельных решений с одинаковым решением анорака (порядковый номер 1) и разными модельными решениями куртки (порядковый номер 10) и полупальто (порядковый номер 28), обозначены как «10-1(№А)-28», где «10» – обозначение множества модельных решений курток; «1» – обозначение множества модельных решений анораков; № А – номер общего модельного решения анорака; «28» – обозначение множества модельных решений полупальто.

В таблице 2 показано соотношение видов изделий в цепях преобразований модельных решений «10-1-28». Количество моделей курток определяет множество их моделей, которое может быть преобразовано в одну и ту же модель анорака. Соответственно, модели полупальто составляют множество, в которое может быть преобразована модель анорака.

Для отображения семантических отношений элементов изучаемого процесса в виде концептуальной модели выбраны графические средства ER-модели (entity-relationship model) – модели «сущность—связь».

В данном случае это подразумевает представление графическими объектами всех элементов, которые в совокупности обеспечивают процесс конструкторской проработки цепи преобразования в различных возможных ее вариантах. Информация об этих элементах и имеющихся взаимосвязях между ними может быть получена из таблицы 1.

Процесс разработки новых моделей изделий на основе цепей преобразований зависит от особенностей выбранной цепи, так как цепь отображает заданное направление разработки. Например, цепь «Куртка—Анорак—Полупальто» может быть изображена в трех вариантах (рис. 1). Орграфы цепи преобразования составляют основу для ER-модели (рис. 2).

В качестве элементов системы приняты: цепь преобразования, состоящая из видов изделий (анорак, куртка, полупальто), непосредственный исполнитель работ (конструктор) и момент начала разработки конструкторской документации

Рисунок 1 – Варианты орграфов цепи преобразования «Куртка–Анорак–Полупальто»

на модель или модели изделия (заказ).

Свойства элементов системы (видов изделий) представлены атрибутами: количеством моделей определенного вида изделия, приоритетом разработки (высокий, средний, низкий – в зависимости от срочности выполнения заказа), затратами времени на конструкторскую подготовку одной модели определенного вида изделия, коэффициентами унификации элементарных цепей преобразования. Количество конструкторов, время работы и заработная плата выступают атрибутами исполнителя работ (конструктора).

Необходимость начала процесса разработки конструкторской документации на модель изделия характеризуется атрибутами: расписание

Таблица 2 – Распределение видов изделий в цепях преобразований «10-1-28»
Условное обозначение цепи преобразования	Количество моделей, ед			Распределение, %
	курток	полупальто	всего	курток	полупальто
«10-1(13)-28»	12	8	20	60	40
«10-1(31)-28»	2	2	4	50	50
«10-1(103)-28»	14	14	28	50	50
«10-1(104)-28»	6	12	18	33	67
«10-1(105)-28»	6	12	18	33	67
«10-1(106)-28»	2	1	3	66	34 ____J

Рисунок 2 – ER-модель процесса конструкторской проработки цепи преобразования «Куртка – Анорак –

Полупальто» на основе ІІІ варианта орграфа заказов, вид изделия, срок выполнения заказа и количество моделей, которые надо разработать.

Модели изделий – это индивидуальные элементы, которые обрабатываются в системе, следовательно, они являются сущностями для моделирования процесса конструкторской проработки цепей преобразований разновидностей одежды.

Критериями выбора программного пакета моделирования являются достаточность и полнота средств реализации концептуальной модели, доступность, простота и легкость освоения, скорость и корректность создания программной модели. Для разработки имитационной модели процесса конструкторской проработки целесообразно использовать пакет Arena (Rockwell Automatіon), который соответствует названным критериям.

Создание модели с помощью пакета Arena начинают с анализа доступных модулей программы и их возможного функционального использования для имитации известных этапов конструкторской проработки изделия на предприятии.

В результате сформирован следующий перечень модулей:

• •    Create (точка создания сущностей) – соответствует этапу технического задания на разработку модели определенного вида изделия, в данном случае – анорака;

• •    Process – имитация процесса разработки конструкторской документации на каждую отдельную модель изделия;

• •    Decide – задание соотношения количества моделей различных видов изделий в одной цепи преобразования модельных решений;

• •    Resource используется для каждого свойства как самостоятельный модуль, определяет

количество и особенности работы конструкторов;

• •    Schedule – распорядок поступления заказов, план их выполнения;

• •    Separate создает копии ранее созданных моделей, имитируя процесс копирования разработанного проекта (конструкции, лекал или всего комплекта конструкторской документации), например: с помощью команды «Сохранить как» – AutoCAD, «Сохранить предмет как ...» – САПР «Julivi», «Создать новый алгоритм на базе старого» – САПР «Грация».

Фрагмент блок-схемы имитационной модели процесса конструкторской проработки с использованием цепи преобразования (на примере цепи 10-1(13)-28 (вариант ІІІ)) отображён на рисунке 3. Назначение свойств модулям модели представлено в виде таблиц 3 и 4.

Для разработанной модели выбран механизм продвижения модельного времени «от события к событию».

Параметры модулей Process, характеризиру-ющие время разработки модели, приведены в таблице 5. Значения рассчитаны на основании результатов опроса представителей предприятий швейной промышленности (табл. 1) и данных о коэффициентах конструктивной однородности моделей изделий в цепях преобразования (из «Базы данных трансформирующих элементов»).

В окне рабочего поля модели представлены: структура (блок-схема) модели, часы, календарь, счетчик количества разработанных анораков и две диаграммы, отображающие количество разработанных полупальто и курток (рис. 4).

Верификация имитационной модели выполнена путем сравнения полученных количественных характеристик с данными официальных сайтов предприятий [10–12], данными методических указаний по планированию экспериментальных цехов швейных предприятий [13], результатами опроса представителей швейной отрасли (табл. 6).

В результате сравнения критерия Фишера расчетного ( F _p ) и табличного ( F _T ) можно утверждать, что имитационная модель адекватно отображает процесс конструкторской проработки на швейных предприятиях Украины ( F _p = 2,81< F _T = 4,28). Таким образом, имитационную модель можно использовать для последующих исследований цепей преобразования модельных решений женской верхней одежды и формирования рекомендаций по их использованию для оптимизации работы конструктора в условиях быстрого изменения проектных ситуаций. Модель позволяет провести исследования зависимостей между количеством конструкторов, временем разработки конструкторской документации на одну модель изделия и коэффициентом загруженности конструкторов. Полученные результаты могут быть использованы в экспертной системе для выбора длины цепи [14].

После апробации обобщенной модели каждый модуль Process можно представить как отдельную подсистему (Submodel). Такая модель будет отображать этапы подготовки конструкторской документации и создавать условия для их исследования.

Рисунок 3 – Блок-схема имитационной модели процесса конструкторской проработки в среде моделирования Arena: цепь преобразования, в основе которой лежит модель анорака 13

Таблица 3 – Изменяемые характеристики модулей имитационной модели процесса конструкторской проработки в среде моделирования Arena
Модуль	Назначение модуля	Описание модуля	Параметр	Назначение параметра	Описание	Значения параметров
Create	Исходная точка для сущностей	Необходимость разработки модели	Type	Способ формирования потока прибытия	Способ определения количества заказов на разработку модели	Constant (среднее значение)
						Schedule (по расписанию)
			Value	Среднее значение времени между прибытиями сущностей	Время между заказами на разработку модели	Constant (среднее значение для каждого предприятия отдельно)
			Schedule Name	Название расписания, определяющего характер прибытия сущностей в систему	Расписание, определяющее характер и частоту поступления заказов на разработку модели	Schedule 1
			Units	Единицы измерения времени между прибытиями сущностей	Единицы измерения времени между поступлениями заказов на разработку модели изделия	День, час
Process Anorak №А (Process Jacket №А; Process Coat №А)	Основной модуль процесса обработки сущностей	Разработка конструкторской документации на модель изделия	Priority	Приоритет модулей, которые используют один и тот же ресурс	Срочность выполнения заказа (поочередность разработки моделей)	High, Medium, Low
			Resources	Ресурсы, которые будут обрабатывать сущности в модуле	Количество конструкторов на предприятии, чел.	1 ÷ 5 (определяется для каждого предприятия)
			Units	Единицы измерения времени пребывания сущности в модуле	Единицы измерения времени разработки конструкторской документации на модель изделия	День, час
			Allocation	Определяет необходимость учета стоимостных характеристик	Определяет необходимость учета стоимости разработки конструкторской документации на модель изделия	Value Added (Учитывать стоимость разработки конструкторской документации)
			Delay Type	Тип распределения или процедура, определяющая параметры задержки сущности в модуле	Тип распределения, соответствующий особенностям работы человека	Triangular
Separate №А	Модуль создания копий раньше созданных сущностей	Копирование файлов проектов и/или конструкторской документации ранее разработанных моделей	# of Duplic	Количество создаваемых копий входящей сущности	Количество моделей, которые могут быть созданы на основе данной модели анорака (сумма моделей курток и полупальто для конкретной цепи преобразования)	Таблица 2

Окончание таблицы 3
Decide	Описание логики модели с учетом принятия решения	Описание логики модели с учетом принятия решения	Percent True	Значение, определяющее процент сущностей, который пойдет по направлению True	Процент, определяющий количество моделей курток в цепи преобразований	Таблица 2
Resource	Определение ресурсов и их свойств	Особенности работы конструкторов	Capacity	Количество ресурсов, находящихся в системе	Количество конструкторов	Определяется для каждого предприятия (прогона модели)
			Busy	Почасовая стоимость обработки сущности ресурсом	Почасовая стоимость разработки модели конструктором	12 грн
			Idle	Стоимость ресурса, когда он свободен	Почасовая оплата работы конструктора, когда он свободен	12 грн
Schedule	Расписание	Частота прибытия сущностей	Type	Тип расписания	Расписание получения заказов на разработку моделей	Arrival (расписание для модуля Create) V

Таблица 4 – Распределение видов изделий в цепях преобразований «10-1-28»
Модуль	Параметр			Значения параметров
	Название	Описание	Физическое содержание
Create	Name	Имя модуля	Условный номер модели анорака	Create №А
	Entity Type	Название типа сущности	Условный номер модели анорака	Entity №А
	Entities per arrival	Количество сущностей, входящих в систему за 1 прибытие	Количество моделей, составляющих один заказ	5 шт
	Max arrivals	Максимальное число сущностей, формируемое модулем (ресурс генератора)	Максимальное количество моделей, которые могут быть заказаны для разработки	Infinite
	First Creation	Время, через какое приходит первая сущность в модель, от начала моделирования	Время, через какое приходит первый заказ на разработку модели	0,0
Process 1_______	Name	Имя модуля	Название модели изделия	Anorak №А (Jacket №А, Coat №А)
	Type	Логическая схема модуля	Детализация процесса конструкторской проработки модели анорака	Standard (модуль не содержит субмоделей)
	Action	Тип обработки, происходящей внутри модуля	Порядок работы конструктора при разработке моделей анораков	Seize Delay Release (конструктор занят разработкой модели определенное время, после которого освобождается) )

Окончание таблицы 4
Separate	Name	Имя модуля	Условный номер исходной модели анорака	Separate №А
	Type	Способ распределения входящих в модуль сущностей	Способ распределения конструкторской документации исходной модели анорака	Duplicate Original (дублирование конструкторской документации исходной модели анорака)
	Percent Cost to Duplicates	Процент исходных сущностей, которые нужно скопировать	Процент моделей анораков, конструкторскую документацию которых нужно скопировать	100 %
Decide	Name	Имя модуля	Условный номер анорака	Decide №А
	Type	Тип принятия решений	Определение количества моделей полупальто и моделей курток в каждой цепи	2-way by Chance (выбор решения основывается на вероятности заданной процентом моделей курток в цепи, табл. 1)
Resource	Name	Имя ресурсов	Конструктор	Konstryktor
	Type	Метод, определяющий вместимость ресурса	Метод, определяющий количество конструкторов	Fixed Capacity (фиксированное количество)
	Schedule Name	Название расписания	Название расписания	Schedule 1
Schedule	Name	Название расписания	Название расписания	Schedule 1
	Time Units	Масштаб оси времени в графике расписания	Масштаб оси времени в графике расписания	Дни

Таблица 5 – Параметры модулей Process

Proc ess	№А	Minimum, час	Maximum, час	Value, час	Std Dev, час
Anorak	13, 31, 103, 104, 105, 106	1	40	11,8	11,06
Jacket	13	0,3	12	3,54	3,32
Coat	13	0,4	16	4,72	4,42
Jacket	31
Coat	31	0,3	12	3,54	3,32
Jacket	103
Coat	103	0,2	8	2,36	2,21
Jacket, Coat	104, 105, 106	0,3	12	3,54	3,32 ____J

Рисунок 4 – Фрагменты рабочего окна во время прогона имитационной модели: а – часы; б – календарь; в – счетчик количества разработанных моделей анораков; г – результат прогона модели; д – диаграммы,

Количество разработанных

отображающие процесс разработки моделей полупальто и курток

J

Таблица 6 – Экспериментальная проверка результатов работы имитационной модели
Название предприятия	Количество конструкторов	Количество разработанных моделей, ед.
		Эмпирические данные			В имитационной модели
		min	max	Среднее значение
«Володарка» [10]	5	360	450	405	478
«Галичина» [11]	4	260	340	300	361
«ГАЯН» [12]	4	320	350	335	361
«Опанасенко»	3	110	130	120	114
С [13]	3	105	110	107,5	114