Simulointi prosessien ja toimintamallien kehittämisessä
Nykyisessä, entistä epävarmemmassa toimintaympäristössä joudumme tekemään jatkuvasti vaativampia päätöksiä ja varautumaan erilaisiin skenaarioihin. Uusia investointeja suunniteltaessa, prosesseja kehitettäessä tai kapasiteettia mitoitettaessa virheet voivat tulla kalliiksi, jos ne havaitaan vasta tositilanteessa.
Simulointi tarjoaa mahdollisuuden kokeilla erilaisia vaihtoehtoja etukäteen. Sen avulla voidaan mallintaa todellisia prosesseja, testata eri skenaarioita ja ennakoida, kuinka päätökset ja ratkaisut tulevat todellisuudessa toimimaan. Vaikka simulointimalli ei tee päätöksiä puolestamme, se antaa meille arvokasta faktoihin perustuvaa tukea, jonka avulla päätöksenteko on varmempaa ja läpinäkyvämpää.
Tässä artikkelissa käymme läpi, mitä simulointi tarkoittaa, missä tilanteissa sitä tulisi käyttää ja miten onnistunut simulointiprojekti toteutetaan.
Mitä simulointi on?
“Todellisen systeemin loogisen tai matemaattisen mallin rakentaminen, jonka tarkoituksena on tehdä kokeita, joiden tarkoituksena on kuvata selittää tai ennustaa todellisen systeemin toimintaa“ (Hoover & Perry, 1989)
Simuloinnilla tarkoitetaan todellisen tai suunniteltavan järjestelmän mallintamista dynaamisesti ajassa etenevänä kokonaisuutena. Tässä artikkelissa keskitymme simulointimalleihin, joilla mallinnetaan henkilö- tai materiaalivirtoja, resurssien käyttöä sekä prosessien välisiä riippuvuuksia. Simuloinnilla vastataan kysymykseen: ”Mitä tapahtuisi, jos toimisimme näin?”
Simulointi tuo perinteiseen data-analyysiin uuden näkökulman. Se kuvaa järjestelmän toimintaa, vuorovaikutuksia ja vaihtelua dynaamisesti ja sen avulla voidaan tarkastella, miten päätökset ja muutokset vaikuttavat kokonaisuuteen eri tilanteissa, ei vain yhdessä ennalta määritellyssä pisteessä.
Tekoäly ja koneoppiminen, kuten suositut kielimallit, tunnistavat suurista datamääristä toistuvuuksia ja kaavoja ilman, että prosesseja ymmärretään yksityiskohtaisesti. Simulointi sen sijaan edellyttää, että prosessi tunnetaan ja mallinnetaan ensin ja vasta tämän jälkeen sen toimintaa voidaan tutkia ja testata eri tilanteissa. Tämän vuoksi simulointi soveltuu erityisesti tilanteisiin, joissa halutaan ymmärtää, miten järjestelmä todella toimii.
On hyvä muistaa, että paraskaan simulointimalli ei tee päätöksiä puolestamme, vaan se tuottaa uskottavaa tietoa, jonka pohjalta voimme tehdä parempia päätöksiä, joiden takana uskallamme seistä luottavaisina. Artikkeli: Data on neutraali johtamisen työkalu, mutta päättäjiltä vaaditaan myös rohkeutta.
Simulointiin käytettävät työkalut ja ohjelmistot
Nykyaikaisilla simulointiohjelmistoilla voidaan rakentaa monimutkaisia ja suuria simulointimalleja, ilman että mallin laajuus tai datan määrä muodostuisivat esteeksi luotettavalle mallinnukselle. Simulointiohjelmistot mahdollistavat jopa vuosien mittaiset simulointijaksot, jolloin saadaan huomioitua tarvittaessa myös toimintaan kuuluva kausivaihtelu eri skenaarioissa.
Nykyaikaiset simulointiohjelmistot mahdollistavat myös mallin visualisoinnin kolmiulotteisesti, jolloin layoutit, laitteet ja tilat voidaan kuvata ja niiden toimintaa voidaan arvioida havainnollisella tavalla.
Simulointimalleja voidaan lisäksi hyödyntää osana digitaalista kaksosta (Digital Twin), jossa malli toimii kuvauksena todellisesta järjestelmästä. Tällöin simulointi ei rajoitu yksittäiseen projektiin, vaan sitä voidaan käyttää päätöksenteon tukena myös toiminnan aikana esimerkiksi kysynnän vaihteluun, häiriötilanteisiin tai kehitystoimenpiteisiin varautumisessa. Simulointiin voidaan yhdistää myös optimointimenetelmiä, joiden avulla etsitään parhaat mahdolliset ratkaisut asetettujen tavoitteiden ja rajoitteiden puitteissa.
Visiora hyödyntää simulointiprojekteissaan FlexSim -simulointiohjelmistoa, joka on yksi markkinoiden johtavista simulointiohjelmistoista. Lisätietoa FlexSim -simulointiohjelmistosta ja sen ominaisuuksista on kerrottu sivustollamme.
Millaisiin liiketoiminnan haasteisiin simulointi sopii?
Simulointi tarjoaa organisaatioille konkreettisen tavan ymmärtää järjestelmien toimintaa, testata muutoksia sekä arvioida päätösten vaikutuksia ennen niiden toteuttamista. Alla on listattuna tyypillisiä liiketoiminnan haasteita, joihin kokemuksemme perusteella uskallamme luvata simuloinnin tuovan merkittävää lisäarvoa:
- Prosessien kehittäminen ja optimointi
Simuloinnin avulla voi kokeilla erilaisia prosessimuutoksia ennen niiden käyttöönottoa. Näin voidaan tunnistaa prosessin pullonkauloja, resurssien kuormitusta ja prosessien välisiä riippuvuuksia. Tämä koskee niin tuotantoa, palveluita kuin julkisia toimintoja. - Resurssien ja kapasiteetin suunnittelu
Usein haasteena on, että resurssit eivät ole riittäviä tai niitä ei käytetä optimaalisesti. Simuloinnin avulla voidaan arvioida henkilöstön, tilojen, laitteiden tai muiden resurssien käyttöä esimerkiksi kysynnän vaihtelun tai toiminnan laajentamisen yhteydessä. - Layout-suunnittelu ja tilankäyttö
Simuloinnin avulla voidaan suunnitella ja arvioida tilojen, toimintojen ja virtojen sijoittelua. Tämä voi tarkoittaa esimerkiksi tuotantotiloja, varastoja, sairaalaympäristöjä, palvelupisteitä sekä muita julkisia tiloja. Tavoitteena on varmistaa, että tilat mahdollistavat sujuvan toiminnan sekä laitteiden tehokkaan käytön. - Logistiikkasimuloinnit
Materiaalivirtojen, henkilövirtojen ja logistiikkaverkostojen simulointi auttaa ymmärtämään, miten tavarat, ihmiset tai tieto liikkuvat järjestelmässä. Tämä on keskeistä niin tehtaan sisällä, toimitusketjuissa, terveydenhuollon potilasvirroissa, liikenteessä sekä julkishallinnon palveluprosesseissa. - Investointien ja kehityshankkeiden arviointi
Olipa kyse uusista tiloista, palvelumalleista, järjestelmistä tai toimintatapojen muutoksista, simulointi auttaa vertailemaan vaihtoehtoja ja arvioimaan niiden vaikutuksia ennen lopullisia päätöksiä. Tämä vähentää riskejä virhepäätöksistä sekä päätöksenteosta läpinäkyvämpää muuttamalla vaihtoehtojen kustannukset ja hyödyt numeeriseen muotoon.
Simuloinnin eri tasot – yksittäisestä järjestelmästä verkostoihin
Simuloimalla voidaan tarkastella hyvin erilaajuisia kokonaisuuksia riippuen siitä, mitä kysymyksiä halutaan ratkaista. Simulointimalleja voidaan rakentaa eri tasoilla, laajoista verkostoista yksittäisiin järjestelmiin saakka.
Taso 0: Toimitusketju tai toimipisteverkosto
Laajimmillaan simuloitava järjestelmä voi kattaa kokonaisen toimitusketjun, palveluverkoston tai useiden eri toimipisteiden muodostaman kokonaisuuden. Tällä tasolla tarkastellaan tyypillisesti eri yksiköiden välisiä virtoja, kapasiteettirajoitteita, palvelutasoja, kuormituksen jakautumista eri yksiköiden välille ja niiden vaikutusta koko järjestelmän toimintaan.
Simulointi auttaa vastaamaan kysymyksiin, kuten miten verkoston rakenne vaikuttaa suorituskykyyn, miten häiriöt yhdessä osassa heijastuvat muualle tai millaisia vaikutuksia toimipisteiden määrän tai sijainnin muutoksilla on kokonaisuuteen.
Taso 1: Laitos-, yksikkö- tai toimipistetaso
Astetta tarkemmalla tasolla simulointi kohdistuu yksittäiseen laitokseen, toimipisteeseen tai yksikköön. Yksikkö voi tässä yhteydessä olla esimerkiksi tehdas, logistiikkakeskus, sairaala tai varasto. Mallissa kuvataan esimerkiksi eri toimintojen välistä vuorovaikutusta, resurssien käyttöä ja virtoja yksikön sisällä. Tällä tasolla simuloinnin tavoitteena on tyypillisesti tukea Layout-suunnittelua, resurssimitoitusta tai toiminnan kehittämistä tilanteissa, joissa muutokset yhdessä osassa vaikuttavat laajemmin koko yksikön toimintaan.
Taso 2: Linja, tuotantosolu tai yksittäinen prosessi
Tällä tasolla simulointi kohdistuu yksittäiseen prosessiin, palveluketjuun, linjaan tai soluun. Mallin avulla voidaan tutkia esimerkiksi läpimenoaikoja, jonoutumista ja resurssien kuormitusta sekä vertailla eri toimintavaihtoehtoja. Tätä tasoa hyödynnetään usein, kun halutaan ratkaista konkreettinen ongelma tai parantaa tietyn prosessin suorituskykyä ilman, että koko järjestelmää tarvitsee muuttaa.
Taso 3: Järjestelmätaso
Yksityiskohtaisimmalla tasolla simulointi kohdistuu järjestelmätasolle, kuten esimerkiksi automaatiojärjestelmään, kuljettimeen tai yksittäiseen työvaiheeseen. Simulointi voi auttaa varmistamaan, että järjestelmä toimii suunnitellusti, ja että sen toiminta ja kapasiteetti vastaa sille asetettuja vaatimuksia ja tavoitteita.
Käytännössä simulointimallit eivät usein rajoitu vain yhteen tasoon. Usein arvokkain lopputulos syntyy, kun eri tasoja tarkastellaan yhdessä tai edetään vaiheittain tarkemmalle tasolle. Samassa simulointimallissa voidaan myös yhdistellä elementtejä eri tasoilta.
On kuitenkin tärkeää ymmärtää, että eri tasoilla simulointi asettaa hyvin erilaisia vaatimuksia sekä mallille että lähtötiedoille. Mitä yksityiskohtaisemmalle tasolle mennään, sitä tarkempaa tietoa tarvitaan ja sitä enemmän mallin rakenne monimutkaistuu. Lisäksi liian yksityiskohtainen malli väärällä tasolla voi hämärtää kokonaiskuvaa sen sijaan, että se selkeyttäisi sitä.
Tämän vuoksi onnistunut simulointiprojekti vaatii mallintajalta kykyä tehdä oikeat rajaukset ja yksinkertaistukset. Mallin tulee olla riittävän tarkka vastaamaan haluttuihin kysymyksiin, mutta ei tarpeettoman monimutkainen. Hyvä simulointimalli ei pyri kuvaamaan kaikkea mahdollisimman tarkasti, vaan juuri sen, mikä on päätöksenteon kannalta olennaista.
Mitä hyötyjä simuloinnista on?
- Eri vaihtoehtojen kokeileminen simuloinnilla on huomattavasti edullisempaa kuin oikeassa maailmassa, ja muutoksia voidaan testata ilman päivittäisen toiminnan vaarantamista
- Skenaariokokeet voidaan tehdä murto-osassa siitä ajasta, jonka niiden kokeilut veisivät todellisuudessa
- Uuden toimintamallin mahdolliset heikkoudet kyetään havaitsemaan ja korjaamaan etukäteen
- 3D-animaatio on erinomainen työkalu ratkaisujen havainnollistamiseen
- FlexSim -simulointiratkaisu voidaan toimittaa asiakkaan omaan käyttöön
Miten simulointiprojekti etenee käytännössä?
Simulointiprojekti on vaiheittain etenevä kokonaisuus, jossa jo projektin aikana tehdään usein kiinnostavia havaintoja mallinnuksen kohteena olevasta järjestelmästä. Projektien rakenne ja toteutustapa voivat vaihdella tapauskohtaisesti, mutta kokemuksemme mukaan onnistuneista simulointiprojekteista löytyy usein tavalla tai toisella seuraavat vaiheet toimialasta riippumatta.
- Tavoitteiden ja kysymysten määrittely
Simulointiprojekti alkaa aina todellisesta tarpeesta. Ensimmäisessä vaiheessa määritellään, mihin tutkimuskysymyksiin simuloinnilla halutaan vastata. Tässä kohtaa valitaan se tarkkuustaso ja laajuus, jolla simulointimallia lähdetään tekemään. Hyvin määritellyt tavoitteet ohjaavat koko projektia ja auttavat tekemään oikeat rajaukset myöhemmissä vaiheissa. - Simulointimallin ja lähtötietojen määrittely
Seuraavaksi täytyy määritellä, millaisella simulointimallilla voidaan vastata asetettuihin kysymyksiin. Tämä edellyttää keskeisten prosessien tunnistamista ja kuvaamista, malliin sisällytettävien resurssien, rajoitteiden määrittelyä sekä tarvittavan lähtötiedon keräämistä.
Kaiken datan ei tarvitse olla valmiina. Tärkeintä on ymmärtää lopputuloksia tulkittaessa, että millaisia oletuksia ja yksinkertaistuksia simulointimalliin on tehty. - Nykytilan mallinnus ja mallin toimivuuden varmistaminen
Mikäli mahdollista, usein pyritään ensin mallintamaan järjestelmän nykytilaa. Näin varmistetaan, että malli vastaa todellista toimintaa riittävällä tarkkuudella ja saadaan vertailukohta myöhemmille skenaarioille.
Täysin uutta prosessia tai järjestelmää mallinnettaessa nykytilaa ei tietenkään ole olemassa. Tällöin mallin toimivuus voidaan varmistaa erillisen perusskenaarion avulla, ennen varsinaisten kehitysskenaarioiden toteuttamista. - Skenaariotarkastelut ja vaihtoehtojen vertailu
Toimivaksi todettua simulointimallia voidaan hyödyntää erilaisten skenaariotarkasteluiden tekemiseen. Mallilla voidaan testata esimerkiksi muutoksia resursseissa, kysynnässä, toimintamalleissa tai toimintojen ja laitteiden sijoittelussa eli layoutissa. - Tulosten analysointi ja johtopäätökset
Mallin tuottamat tulokset tiivistetään visuaalisesti havainnolliseen muotoon, ja yksityiskohtaiset oletukset ja analyysit dokumentoidaan läpinäkyvällä tavalla asiakkaalle. Vasta sen jälkeen niiden avulla voidaan tunnistaa riskejä ja tehdä perusteltuja johtopäätöksiä jatkotoimenpiteitä varten.
Simulointiprojekti ei myöskään aina ole näin lineaarinen. Kysymykset tarkentuvat, mallia kehitetään ja uusia skenaarioita syntyy projektin aikana saatujen tulosten ja vastausten pohjalta. Tämä joustavuus onkin yksi simuloinnin suurista hyödyistä, sillä uusia vaihtoehtoja tai toimintamalleja voidaan riskittömästi kokeilla simulointimallilla ennen niiden toteuttamista todellisessa järjestelmässä.
Onnistunut simulointiprojekti edellyttää tiivistä yhteistyötä simulointiasiantuntijan ja mallinnettavan järjestelmän tuntevan asiantuntijan välillä. Simulointiasiantuntija tuo mallinnusosaamisen ja analyysimenetelmät, kun taas organisaation oma asiantuntija varmistaa, että malli kuvaa järjestelmää realistisesti ja päätöksenteon kannalta olennaisella tavalla.
Simulointi päätöksenteon tukena
Simulointi tarjoaa organisaatioille keinon ymmärtää monimutkaisia prosesseja tavalla, jota on vaikea saavuttaa pelkillä laskelmilla tai taulukoilla. Se ei ratkaise kaikkia ongelmia, mutta se on erityisen hyödyllinen tilanteissa, joissa järjestelmä on erittäin monimutkainen ja muutoksen vaikutukset eivät ole ennakkoon helposti arvattavissa.
Tyypillisiä tilanteita, joissa simuloinnilla olemme pystyneet tuottamaan huomattavaa lisäarvoa, ovat suuret muutokset, investoinnit, kapasiteetin mitoittaminen ja toimintamallien kehittäminen.
On kuitenkin tärkeää muistaa, että simulointi vaatii asiantuntemusta. Oikean tarkkuustason valinta, mallin rajaukset ja tulosten tulkinta ovat keskeisiä onnistumisen kannalta. Parhaimmillaan simulointi toimii myös osana jatkuvaa kehittämistä. Nykyisin yhä useammin sitä hyödynnetään sekä strategisessa suunnittelussa että operatiivisten ratkaisujen tukena eri toimialoilla.
Usein kysyttyjä kysymyksiä simuloinnista
Miten simulointi eroaa perinteisistä analyyttisistä menetelmistä?
Data-analyysilla voidaan usein muodostaa selkeä kokonaiskuva järjestelmän nykytilasta. Se tarkastelee usein mennyttä dataa, kun taas simulointi mallintaa järjestelmän toimintaa dynaamisesti ja mahdollistaa vaihtoehtoisten skenaarioiden testaamisen. Esimerkiksi läpimenoajan mallintaminen analyyttisesti on äärimmäisen vaikeaa, ja vaikka yhtälöt olisivatkin ratkaista analyyttisesti, niiden käytössä joudutaan aina tekemään todella paljon oletuksia ja yksinkertaistuksia, mitkä heikentävät tuloksien tarkkuutta verrattuna simulointiin.
Mitä eroa on simuloinnilla ja optimoinnilla?
Simulointi ja optimointi ovat termejä, joita välillä käytetään ristiin. Optimoinnissa algoritmi etsii asetettujen rajojen puitteissa matemaattisesti optimaalisen ratkaisun. Optimointialgoritmeja voidaan myös käyttää yhdessä, esimerkiksi FlexSim simulointi ohjelmisto mahdollistaa erillisen OptQuest -simulointimoottorin hyödyntämisen.
Optimoinnin käyttö on kuitenkin monimutkaisten järjestelmien kehittämisessä raskas prosessi, eikä läheskään aina vertailtaville vaihtoehdoille ole asetettavissa yksiselitteistä mittaria niiden paremmuuden vertailemiseksi. Tämän vuoksi ihmisvetoinen skenaariokehittäminen simulointimallien avulla toimii monesti käytännössä paremmin.
Mitä tarkoittaa Digital Twin eli digitaalinen kaksonen?
Termiä Digital Twin käytetään erilaisista digitaalisista malleista, joilla kuvataan todellista järjestelmää. Mikäli simulointimalli otetaan jatkuvaan käyttöön, eli käytetään simulointia päätöksenteon tukena myös toiminnan aikana, eikä vain yksittäisessä kehitysprojektissa, voidaan simulointimallin ajatella olevan mallinnetun järjestelmän digitaalinen kaksonen.
Lisätietoa Digital Twin -konseptista tuotanto- ja logistiikkaympäristöissä: Deike Gliem, Nicolas Wittine und Sigrid Wenzel. Digital Twins for Production and Logistics Systems. Industry 4.0 Science, 2025, 41. Jg.,Nr. 3, S.42-49. https://doi.org/10.30844/I4SE.25.3.42
Simulointiprojektin päätteeksi, Visiora Partners voi toimittaa kehittämänsä simulointimallin myös asiakkaalle tällaista jatkuvaa käyttöä varten.
Missä vaiheessa kehitys- tai suunnitteluprojektia simulointi tulisi toteuttaa?
Simulointi kannattaa ottaa mukaan mahdollisimman varhaisessa vaiheessa, jo silloin kun suunnitteluratkaisut ovat vielä joustavia. Simulointia voidaan hyödyntää myös projektin myöhemmissä vaiheissa, esimerkiksi yksityiskohtaisessa suunnittelussa, käyttöönoton tukena tai osana jatkuvaa kehittämistä, mutta suurin hyöty syntyy silloin, kun sillä voidaan aidosti vaikuttaa suunnitelmiin, eikä vain validoida jo tehtyjä päätöksiä.
Usein simulointiprojekti on myös iteratiivinen prosessi, jolloin projektin edetessä ja ymmärryksen karttuessa voidaan simulointimallin tarkkuustasoa tarkentaa, ja näin saada vastauksia yksityiskohtaisempiin kysymyksiin.
Kuinka tarkkaa lähtötietoa simulointi vaatii?
Tyypillisesti simuloinnissa hyödynnetään erilaisista olemassa olevista tietojärjestelmistä ja raporteista saatavaa dataa. Usein aivan kaikkea tarvittavaa tietoa ei kuitenkaan ole valmiiksi saatavilla, jolloin voidaan turvautua myös sen hetkisiin parhaisiin arvioihin ja simuloida vaihtoehtoisia skenaarioita epävarmuuden vähentämiseksi. Tärkeintä on määrittää oikea tarkkuustaso ja ymmärrys malliin tehdyistä oletuksista, jotta tuloksia voidaan tulkita oikein.
Miksi toteuttaa simulointiprojekti yhteistyössä Visiora Partnersin kanssa?
Simulointi vaatii erikoisosaamista, jota harvalla organisaatiolla on omasta takaa. Erityisesti päätöksenteon tueksi rakennettavat simulointimallit edellyttävät sekä vahvaa menetelmällistä osaamista että kykyä ymmärtää liiketoiminnan kokonaisuutta ja sen omia erityispiirteitä.
Toteutamme simulointiprojektit aina tiiviissä yhteistyössä asiakkaan kanssa. Yhdistämällä Visioran simulointi- ja mallinnusosaaminen asiakkaan syvään prosessi- ja liiketoimintatuntemukseen varmistetaan, että simulointimalli vastaa todellisuutta ja tuottaa päätöksenteon kannalta olennaista tietoa. Lopputuloksena ei ole pelkkä tekninen malli, vaan yhteisesti ymmärretty kokonaisuus, joka tukee perusteltuja ja vaikuttavia päätöksiä.
Miten Visiora Partners hyödyntää simulointia?
Visiora Partners käyttää simulointia monipuolisesti projekteissaan eri toimialoille
Tavoitteena on toimia asiakkaan kumppanina vaativissa prosessien kehittämisen sekä tuottavuuden parantamisen kehityshankkeissa.
Artikkelin ovat laatineet
Ville Teivaistenaho, vanhempi simulointiasiantuntija
Visiora Partners
Lisää Villen osaamisesta voit lukea täältä
Molemmilla on yli 100 projektin kokemus teollisuuden tuotannon ja logistiikan kehittämisestä ja tuottavuuden parantamisesta.
Visioran Partnersin (ent. Delfoin Oy:n konsultointiliiketoiminta) asiantuntijapalveluiden avulla saat helposti kuvattua tuotannon ja logistiikan prosessit, analysoitua nykytilan, muodostettua tavoitetilanteen, todennettua parhaan ratkaisun sekä lopputuloksena konkreettisen suunnitelman tavoitetilaan pääsemiseksi. Kehitystoimenpiteet varmistetaan tuotannosta tehtävällä FlexSim -simulointimallilla. Muodostunutta digital twiniä voidaan käyttää muutosten koealustana jatkossakin. Tarjoamme sopivan palvelun yrityksen eri kehitysvaiheisiin ja autamme varmistamaan, että kehittäminen saadaan heti oikealle uralle ja muutoksen kohteeksi valitaan ne toiminnot, joissa saadaan aikaan paras vaikutus suhteessa liiketoiminnan tavoitteisiin.
