Software di simulazione per la produzione: come valutarlo e scegliere
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By Mirko Peters ·
Scegliere un software di simulazione per la produzione è più facile con una scheda di valutazione che con una classifica. Criteri, domande di verifica e un metodo di confronto equo per i responsabili di stabilimento.
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Il software di simulazione per la produzione è lo strumento alla base della simulazione di fabbrica: si costruisce un modello al computer di una linea o di uno stabilimento e si testano le decisioni prima di spendere denaro reale. Scegliere quello giusto dipende meno da un elenco di funzionalità e più da tre fattori: la domanda a cui serve rispondere, i dati che è possibile fornire e le persone che costruiranno e leggeranno i modelli. Questa guida è pensata per i responsabili di stabilimento che devono condurre una valutazione del software e vogliono una scheda di valutazione che regga alla verifica.
Punti chiave
- Scegliete il software di simulazione per la produzione in base alla vostra domanda, ai vostri dati e alle persone che costruiranno e leggeranno i modelli, non in base a un elenco di popolarità.
- Uno studio della Winter Simulation Conference del 2016 ha classificato gli strumenti in base alla popolarità e afferma esso stesso che la popolarità non garantisce la qualità; la maggior parte degli strumenti offre funzionalità simili.
- Sia l'approccio a eventi discreti sia quello basato su agenti sono adatti allo sviluppo dei processi, quindi la scelta dipende spesso dal software e da chi costruisce il modello.
- Verificate che lo strumento supporti esecuzioni ripetute con intervalli di confidenza e gestione del periodo di riscaldamento (warm-up), perché una singola esecuzione è soltanto un campione.
- Confrontate i finalisti sullo stesso caso con i vostri dati, pesi fissati in anticipo e una registrazione delle ore di lavoro dei modellatori richieste da ciascuno.
Quali tipi di software di simulazione per la produzione esistono?
Due distinzioni aiutano a orientarsi nel mercato. La prima riguarda l'approccio di modellazione, la seconda il modo in cui il modello viene costruito.
Uno studio sul Lean Six Sigma ha confrontato tre approcci su un caso di fabbrica: a eventi discreti, basato su agenti e dinamica dei sistemi. Gli autori hanno rilevato che la simulazione a eventi discreti e quella basata su agenti sono più o meno ugualmente adatte allo sviluppo dei processi produttivi, e hanno affermato che la scelta può dipendere dal software disponibile o dalla preferenza del modellatore. Hanno inoltre rilevato che i modelli ibridi sono molto promettenti. In breve, il paradigma conta meno di quanto si pensi. Ciò che conta è se lo strumento è in grado di rappresentare il vostro flusso, le vostre regole e la vostra variabilità.
In pratica, le domande rientrano in alcuni gruppi, e gli strumenti tendono a privilegiarne uno:
- I modelli di flusso seguono i pezzi attraverso stazioni, buffer e code. Rispondono a domande su throughput, lead time e lavorazioni in corso.
- I modelli con attori individuali, come pianificatori, ordini o trasportatori che seguono regole proprie. Sono utili quando comportamenti e decisioni contano quanto il flusso.
- I modelli ad alto livello delle quantità su periodi più lunghi, usati per domande strategiche.
- I modelli fisici o 3D di macchinari e robot. Rispondono a una domanda diversa, cioè se un movimento o un layout funziona nello spazio.
Il modo in cui il modello viene costruito è la seconda distinzione. Alcuni strumenti sono visuali e si usano con il trascinamento. Altri lavorano a partire da tabelle e fogli di calcolo. Altri ancora sono librerie di codice che il vostro team programma. Più libertà offre uno strumento, più competenze richiede.
Se state valutando anche un gemello digitale, tenete presente che risolve un problema diverso: resta collegato ai dati in tempo reale dello stabilimento, mentre una simulazione viene eseguita su richiesta per testare le scelte. Chiarite prima questo punto.
Perché una classifica non aiuta?
Le liste dei migliori strumenti sono ovunque, e sono allettanti. Usale con cautela.
L'articolo Discrete Simulation Software Ranking, presentato nel 2016 alla Winter Simulation Conference, classificava gli strumenti in base alla popolarità, usando ricerche sul web, pubblicazioni, recensioni e social network. Gli autori affermano che una maggiore popolarità non garantisce una maggiore qualità. Sostengono che la popolarità non dovrebbe essere l'unico criterio di scelta e suggeriscono di combinarla con il confronto delle funzionalità e la sperimentazione. Osservano inoltre che la maggior parte degli strumenti ha elenchi di funzionalità simili, il che rende difficile trarre conclusioni da un semplice confronto delle funzionalità.
Uno strumento popolare ha un vantaggio concreto: è più facile trovare persone che lo conoscono. Questo conta quando assumi o quando il tuo consulente lascia l'azienda. Valutalo, ma non lasciare che sia lui a decidere.
Quali criteri contano di più?
Usali come righe della tua scheda di valutazione. Per ciascuno, la domanda a destra è quella che porresti durante una demo.
- Adeguatezza alla tua domanda. Lo strumento sa rappresentare il tuo flusso, le regole di lotto, i calendari dei turni e i cambi formato senza workaround? Chiedi al fornitore di modellare dal vivo una caratteristica complessa della tua linea.
- Importazione dei dati. Può leggere cicli di lavorazione, risorse e ordini dalle esportazioni del tuo ERP, da file Excel o da un database, e puoi aggiornare il modello senza ricostruirlo? Un modello alimentato da numeri inseriti a mano diventa obsoleto in fretta.
- Gestione degli esperimenti. Può eseguire molti scenari e ripetere ciascuno automaticamente? Vedi la sezione successiva.
- Supporto alla validazione. Puoi confrontare i risultati del modello con i dati storici, seguire un singolo pezzo attraverso il modello e capire perché si è verificato un determinato evento?
- Risultati e reportistica. Può produrre i KPI che monitori ed esportare i risultati negli strumenti che usano i tuoi responsabili, come Excel o Power BI? L'animazione aiuta le persone a fidarsi di un modello, ma sono i numeri a decidere.
- Competenze richieste. Chi nel tuo stabilimento è in grado di costruire e mantenere un modello, e quanto dura la formazione? Uno strumento che capisce solo un esperto raramente sopravvive alla sua uscita dall'azienda.
- Tempi di esecuzione e scalabilità. Quanto tempo impiega un modello realistico per completarsi, e cosa succede con dieci volte il numero di ordini?
- Automazione e integrazione. Esiste un'interfaccia per eseguire i modelli da script o da altri sistemi?
- Costo in tre anni. Licenze, formazione, ore di modellazione, preparazione dei dati e supporto. Includi il costo del modello successivo, non solo del primo.
- Uscita dallo strumento. Puoi esportare la struttura del modello e i dati se decidi di cambiare?
Perché la gestione degli esperimenti merita un controllo a sé?
I modelli di simulazione con input casuali producono un risultato diverso a ogni esecuzione, quindi una singola esecuzione è solo un campione. Una lezione del MIT sulla progettazione degli esperimenti (ospitata su un mirror di MIT OpenCourseWare) affronta la domanda chiave: quante repliche indipendenti servono per ottenere una data accuratezza, e descrive una regola di arresto basata sull'ampiezza dell'intervallo di confidenza. Per i modelli che funzionano in modo continuo, tratta anche il periodo di warm-up: si scartano le prime osservazioni di ciascuna replica e si mediano le restanti, e il metodo di Welch aiuta a scegliere dove termina il warm-up.
Non devi fare questi calcoli a mano, ma il software sì. Chiedi se può eseguire le repliche automaticamente, riportare gli intervalli di confidenza, aiutarti a impostare il periodo di warm-up e confrontare gli scenari in un'unica vista. Se mostra solo una singola esecuzione animata, finirai per decidere a testa o croce.
E per eseguire molti scenari?
Quando testi decine di scenari con molte repliche ciascuno, il tempo di esecuzione diventa un costo reale. Le repliche sono indipendenti tra loro, quindi possono girare in parallelo. Microsoft descrive Azure Batch come un servizio per processi paralleli su larga scala che non hanno bisogno di comunicare tra loro, citando la simulazione Monte Carlo come esempio. Porti la tua applicazione e Batch la distribuisce su un pool di macchine virtuali. Questo funziona solo se il tuo strumento di simulazione può girare senza interfaccia grafica da riga di comando e la sua licenza lo consente, quindi mettili entrambi nella lista delle domande. La capacità di Azure è un tema da discutere con l'IT solo dopo che un pilota ha dimostrato che ti serve.
Conviene acquistare uno strumento, affidarsi a uno specialista o costruirne uno proprio?
Sii onesto su quanto spesso lo userai.
- Affidati a uno specialista quando hai una o due grandi domande all'anno, come una nuova linea o un investimento importante. Paghi per lo studio e ti eviti la formazione.
- Acquista uno strumento quando i pianificatori testeranno opzioni regolarmente, ad esempio modelli di turni, mix di prodotti e dimensioni dei buffer. Prevedi tempo per la formazione e per mantenere il modello aggiornato.
- Costruiscine uno tuo con una libreria di programmazione solo quando hai persone in grado di scrivere e mantenere il codice. La flessibilità è elevata, ma lo è anche la dipendenza da quelle persone.
Molti stabilimenti iniziano con uno studio affidato a uno specialista, capiscono quali domande hanno davvero e poi decidono su uno strumento.
Come si imposta un confronto equo?
Un test equo richiede alcune settimane, non mesi.
- Scrivi la domanda. Una decisione, una data, un responsabile.
- Prepara un unico pacchetto di dati per una linea o una cella: cicli di lavorazione, tempi, risorse, calendari, domanda e un mese di risultati effettivi.
- Definisci prima i pesi. Stabilisci quanto contano importazione dei dati, gestione degli esperimenti, competenze e costi prima di vedere una demo.
- Assegna a ogni finalista lo stesso caso e la stessa scadenza.
- Fai usare lo strumento ai tuoi colleghi. Osserva dove si bloccano.
- Valida con lo storico. Il modello riproduce il mese scorso entro uno scarto concordato?
- Registra lo sforzo. Ore di modellazione, ore di pulizia dei dati, domande al supporto.
- Valuta insieme. Produzione, pianificazione, IT e finanza assegnano i punteggi per le proprie voci.
Se un fornitore non vuole far girare i tuoi dati in un pilota, quella è già una risposta.
Errori comuni
- Scegliere in base a una classifica. Ti dice cosa è popolare, non cosa è adatto.
- Acquistare per la demo. Un'animazione curata non dice nulla sulla gestione dei dati o sul supporto agli esperimenti.
- Ignorare chi costruisce i modelli. Lo strumento migliore per un esperto può essere quello sbagliato per il tuo team.
- Saltare la validazione. Un modello che non riproduce il passato non dovrebbe essere affidabile per il futuro.
- Sottovalutare il lavoro sui dati. Raccogliere e pulire i dati di input può richiedere quanto costruire il modello.
- Decidere su una sola esecuzione. Senza repliche non puoi distinguere un vero miglioramento dal rumore.
Dove si colloca Polaris
Se vuoi una simulazione che parta dai dati del tuo ERP, iFAKT Polaris è un candidato possibile. iFAKT descrive Polaris come IA più gemello digitale per la produzione. Il modulo Polaris Designer costruisce un grafo di conoscenza prodotto-processo-risorsa a partire da dati ERP, distinte base e tempi di processo, mentre il modulo Polaris Simulator lo usa per testare virtualmente scenari di capacità, personale e buffer, e per mostrare colli di bottiglia e squilibri di utilizzo. Sottoponilo allo stesso scorecard e allo stesso caso pilota di ogni altro candidato.
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Prossimo passo
Scegliere il software di simulazione per la produzione diventa più semplice quando si dispone di una scheda di valutazione con pesi concordati in anticipo. Scegli una decisione reale nel tuo stabilimento, prepara il pacchetto di dati necessario e sottoponi lo stesso caso a due o tre candidati.