仿真技術在煙草行業的應用

鄭曉海　陳　超

摘要：煙草行業需要專業化的系統仿真技術，但技術的開發和完善則需要在煙草工藝領域、系統仿真領域和計算機領域均具備實力很強并且經驗豐富的團隊，更需要全行業的共同參與。

關鍵間：系統仿真、煙草、應用

系統仿真技術的應用由來已久，目前該技術已廣泛應用于多個領域。隨著技術應用成本的降低，許多大型制造企業也開始應用，如造船、高速鐵路、汽車制造等。在近年來的物流系統建設項目中，系統仿真技術同樣得到廣泛應用。

筆者通過多年煙草行業技術咨詢工作的總結，介紹仿真技術在煙草行業的應用，希望與業內人士分享。

煙草行業系統仿真的應用

系統仿真技術在煙草行業“十五”技改期間逐步開始應用，到“十一五”技改期間，仿真技術的作用已得到行業的肯定，尤其在物流系統規劃、設計與方案驗證中得到廣泛應用。其問，仿真技術的應用處在三維模型動畫演示的基本功能層面，主要表現在新設備的功能展示和新工藝流程的動畫演示。嚴格地說，這只是應用其中三維建模和動畫的某個功能模塊而已，仿真技術并沒有得到充分應用。尤為甚者，許多號稱通過仿真驗證的方案，就是通過3D渲染的動畫片，絕非現在討論的仿真技術平臺。但毋庸置疑，仿真技術的應用為煙草工業物流系統的建設提供了有力的技術支持。

在煙草工業物流系統建設的過程中，仿真技術著重體現了系統描述和系統分析兩個層面的作用。

1、系統描述層面的作用

系統描述層面的作用是利用仿真中三維模型動態演示的功能，作為準確、清晰描述和展示自動化物流系統的工具。煙草行業物流技改項目初期，決策者對自動化物流系統的了解有限，尤其是在方案投標階段，供應商無法通過單純的講述和文字描寫，以及平面布置圖紙，對物流系統的作業流程和設備的工作原理進行全面的展示。面對這種情況，在供應商的推波助瀾下，以三維圖形可視化為主的物流系統仿真變得有聲有色，通過仿真動畫的形式將自動化物流系統清晰地呈現給決策者，使得整個物流系統的流程和功能易于理解，設備工作狀態清晰可見。

2、系統分析層面的作用

系統分析層面的作用是通過成熟的計算機仿真平臺對煙草工業自動化物流系統的運行進行仿真計算和驗證分析。根據系統的設計搭建應用環境，將相關設備的參數和工藝流程等作為設計輸入，觀察物流系統在不同流量下的作業效果，確定系統設計的合理性和柔性，并通過對不同流程及策略的仿真，發現問題，找出最優的解決方案。根據仿真運行和數據統計分析，提供物流系統的核心指標，以及相關設備配置的利用率、空閑率、阻塞率等數據，為決策者提供決策支持。

“十一五”技改后期，煙草商業物流也得到了空前的發展，對于仿真技術的應用相應達到了高峰，并且收到了非常好的效果。但是對于煙草工業來說，早已對那些針對系統描述的動畫“大片”和系統分析的設計驗證仿真失去興趣，需要更深層次的決策支持。

煙草工業的仿真需求分析

隨著市場環境的變化，煙草工業企業的技術改造從更大、更強，向更精、更柔的深化領域發展。煙草行業不斷探索適合于中國卷煙加工的生產模式，以分組加工、功能性加工、精細加工和柔性加工技術為代表的，具有“中式卷煙”工藝特色的生產技術模式理念已逐步形成。各煙草工業集團技術中心，包括行業相關的從業人員都積極圍繞這一理念展開多層次的努力和探索，旨在采用不同的工藝參數、工藝路線、加工方式、加料技術，提升卷煙加工工藝水平，形成具有中式卷煙特色的生產策略和生產模式。

在新的發展趨勢中，煙草工業企業的技術改造將會大大增加其復雜性和不確定性，包括總體規劃設計、整體與局部技改方案協調比較；工藝創新、新工藝可行性分析；軟、硬件設備選型依據等諸多方面。所有這些設計都需要決策，而決策又必須建立在嚴謹的科學基礎之上。煙草行業在以往的技改中，基本是通過行業專家的經驗為決策者提供理論依據，但值得注意的是，“新技改”與傳統技改之間存在的最大不同是系統的復雜程度及系統之間的關聯性，為系統的分析帶來前所未有的難度，繼續依靠經驗是必要的，但更需要科學的、可量化的數據依據。

如果借助過去物流系統仿真的模式對卷煙制造系統進行仿真，并不能解決核心問題，通用的仿真模型無法適應專業煙草行業的需求，在仿真過程中將會受到諸多制約。

首先是通用系統仿真(煙草行業應用在物流項目)的目的存在很大差異。物流系統是服務于生產制造系統的輔助系統，主要目的是為生產系統提供后勤保障，滿足原、輔料供應的需求，因此，流量和單機利用率是物流系統仿真的主要參數。而制造系統的重點是產品質量和投入產出比，影響質量和成本的因素與影響流量和單機效率的因素相比要復雜的多，其中包含了大量需要考慮和分析的參數，受制于物流系統仿真模型和算法并非專為煙草制造系統而設計、缺乏專業化等因素，很難建立起與真實卷煙生產制造系統間具有良好擬合程度的仿真模型，也就無法確保仿真系統驗證的準確性和仿真結果的可信度。究其本質的區別，物流仿真是先有答案，然后用仿真技術驗證其設計方案，而煙草行業需要的專業仿真是要通過仿真技術尋找最佳的解決方案。

其次，在仿真系統的表現形式上，由于煙草行業的工藝生產和生產輔助設備應用非常成熟，加上從業人員具有多年的實際工作經驗，對設備功能、操作、外形等相當熟悉，不需要借助三維可視化模型來理解工藝布置和流程。并且，設備的選型是根據生產需要按生產能力定制，功能上、外形特點上也會隨技術創新和新材料的應用而改變，相同加工工藝的設備可能有幾種或十幾種，而不同生產廠商的設備之間也存在顯著區別。如果為煙草工藝設備建立三維模型，即需要對模型不斷更新，更需要大量的供貨商提供詳細的圖紙和數據，最終形成三維可視化模型的使用價值也僅限于系統的描述，同時還占用了大量硬件系統資源，在一定程度上降低了系統仿真平臺運行計算過程的效率，而煙草工藝仿真系統所面向的是專業從業人員，這些專業人員更需要仿真系統提供更高效的分析過程和更準確的數據輸出。

由此可見，煙草行業需要量身定做的“煙草系統仿真”平臺，為決策者提供更有力的理論分析和驗證的工具，從而減少投資風險，避免資源的浪費，“煙草系統仿真”必將成為決策過程中的輔助決策的最佳助手。

煙草系統仿真平臺應具有的功能

我國煙草行業作為一個具有特殊經營模式的行業，雖然其產銷形式與其他行業相比存在很多不同，但同樣具備完整結構與功能的供應鏈，最終目標同樣是在滿足客戶需求的同時，實現利潤最大化。

總體來看，客戶的需求主要體現在對卷煙質量本身及其相關服務兩大部分，這種需求以訂單的形式反映在煙草行業供應鏈的信息流之中，最終成為供應鏈的驅動因素。根據煙草行業的工業企業和商業企業職能上的劃分，工業企業作為卷煙制造系統的主體，承擔著確保卷煙質量的重要職責，其生產的卷煙質量的優劣直接影響著客戶滿意度。

探討煙草系統仿真的功能需求，從卷煙質量本身入手，圍繞影響產品質量的因素來分析和確定整個系統仿真的功能。在卷煙制造系統中，質量集中體現在各個生產工序中，任何差錯都會導致產品質量不穩定。圍繞產品質量進行卷煙生產系統仿真的工作勢必涉及到許多因素，如加工策略、制絲工藝、分組加工、柔性加工等，也只有充分考慮了這些因素才能確保仿真系統與真實系統之間具有良好的擬合度。而擬合程度直接決定了仿真系統反映系統參數改變后對生產的影響的準確性，具有學習功能可以與實際生產無限逼近的仿真系統才能體現其真實性，所以煙草系統仿真在系統建模過程中和算法的選擇上都需要充分考慮上述因素。

綜上所述，對煙草制造系統進行定向的、專業的系統仿真分析，開發專用的系統仿真平臺，圍繞“中式卷煙”核心理念，全面綜合地分析煙草制造系統，為煙草行業技改決策提供科學的依據。是系統仿真技術在煙草行業應用和發展的趨勢。但技術的開發和完善則需要在煙草工藝領域、系統仿真領域和計算機領域均具備實力很強并且經驗豐富的團隊，更需要全行業的共同參與。