基于eM—Plant的海綿鈦產(chǎn)能計算及優(yōu)化

摘 要： 物流仿真技術利用計算機仿真模擬技術，對生產(chǎn)物流系統(tǒng)進行研究，直觀地展示整個物流過程，從而幫助管理人員以用很小的投資風險，制定出一個最佳的具有動態(tài)功能的方案，進而發(fā)揮生產(chǎn)管理的計劃、調度和控制的基本功能，提高管理水平。本文采用eM-Plant軟件對某海綿鈦還蒸車間物流系統(tǒng)進行了仿真計算，重點分析了還原—組裝—蒸餾這一生產(chǎn)過程，對還蒸車間的產(chǎn)能進行了計算，并在此基礎上提出了優(yōu)化方案。

關鍵詞： 物流仿真技術 eM-Plant 海綿鈦 還蒸 設計優(yōu)化

1.引言

物流仿真技術是借助計算機技術、網(wǎng)絡技術和數(shù)學手段，采用虛擬現(xiàn)實方法，對物流系統(tǒng)進行實際模仿的一項應用技術，它借助計算機仿真技術對現(xiàn)實物流系統(tǒng)進行系統(tǒng)建模與求解算法分析，通過仿真實驗得到各種動態(tài)活動及其過程的瞬間仿效記錄，進而研究物流系統(tǒng)的性能和輸出效果。

物流仿真技術通過對生產(chǎn)物流系統(tǒng)進行研究，進行貫穿于生產(chǎn)過程的有效的流程仿真，可以用很小的投資風險，制定出一個最佳的具有動態(tài)功能的方案[1]，進而發(fā)揮生產(chǎn)管理的計劃、調度和控制的基本功能，提高管理水平。在歐美發(fā)達國家，物流仿真技術在負責物流系統(tǒng)的分析和決策中的巨大價值已經(jīng)得到廣泛的認同，每年都達到數(shù)以千億美元計的經(jīng)濟效益。

海綿鈦生產(chǎn)的核心工序是一個典型的離散生產(chǎn)過程，采用物流仿真計算，能夠快速有效地模擬該車間的生產(chǎn)過程和物流過程，直觀地分析各個設備的生產(chǎn)狀態(tài)，查找影響生產(chǎn)效率的關鍵因素，幫助生產(chǎn)計劃人員重新安排生產(chǎn)配置及計劃，以提高生產(chǎn)效率。

本文采用eM-Plant軟件對某海綿鈦廠還蒸車間物流系統(tǒng)進行了仿真計算，重點分析了還原—組裝—蒸餾這一生產(chǎn)過程，對還蒸車間的產(chǎn)能進行了計算，并在此基礎上提出了優(yōu)化方案。

2.海綿鈦還蒸車間物流仿真建模

還蒸工序是生產(chǎn)海綿鈦的關鍵工序，其車間生產(chǎn)能力直接決定了整個海綿鈦工廠的產(chǎn)能。還蒸車間的生產(chǎn)主要分為還原、組裝、蒸餾三步，每一步之間還需要天車進行吊裝輸送，整個還蒸過程及過程中的每一步都是離散生產(chǎn)過程。由于還蒸車間設備數(shù)量多，過程復雜，難以采用人工計算，如果采用計算機物流仿真，則可以快速進行排產(chǎn)，統(tǒng)計車間產(chǎn)能，優(yōu)化車間生產(chǎn)設計，提高產(chǎn)能。

采用eM-plant軟件，設定還蒸車間物流仿真模型如下圖1所示。

如圖1所示，還蒸車間共設計還原爐32臺、組裝平臺2套、蒸餾爐47臺，根據(jù)設計方提供的數(shù)據(jù)，還蒸車間各主要工藝過程時間見下表1：

實際的還蒸車間生產(chǎn)過程，是一個復雜的化學物理過程，物流上也包含間斷流和聯(lián)系流。但eM-plant軟件作為物流仿真軟件，不涉及化學物理過程，僅對物流進行分析，且僅對間斷流進行分析，因此需要對分析物流進行抽象處理。假設整個過程中只有海綿鈦砣的運動，海綿鈦砣進入還原爐，處理后再進入組裝平臺，最后進入蒸餾爐處理完畢后出站。

3.仿真結果分析及優(yōu)化

設定仿真時鐘運行300d（7200h），仿真結果見下表2：

在表2中平均開工率表示設備進行作業(yè)的比率，平均空閑率表示由于前段各單元不能及時供料而導致設備等待的比率，平均阻塞率表示由于后段各單元還有作業(yè)未完成而導致設備完成作業(yè)后不能將物料送走的比率。對于還原爐，因為前段為物料入口單元，設定加工時間為0h，所以空閑率為0%；對于蒸餾爐，因為后段為出站單元，設定加工時間為0h，所以阻塞率為0%。

從表2可以看出，還原爐平均開工率為88.2%，組裝平臺平均阻塞率為83.0%，由此可知蒸餾區(qū)是該車間的工作瓶頸，其原因在于蒸餾爐加工時間較長，蒸餾爐數(shù)量配置不足。

3.1對還原爐和蒸餾爐配比的分析

根據(jù)前面的分析，蒸餾爐數(shù)量配置不足，增加蒸餾爐數(shù)量，可有效提高還原爐開工率，從而增加產(chǎn)能。不同還原爐和蒸餾爐配比條件下的仿真結果見表3：

根據(jù)表3，對于不同數(shù)量的還原爐，蒸餾爐的最佳配置及最優(yōu)化產(chǎn)能見表4：

分析上表數(shù)據(jù)，令還原爐數(shù)量為A，蒸餾爐數(shù)量為B，最優(yōu)化產(chǎn)能為X，則滿足如下關系式：

B=2AX=78A

而對于該工廠配置的32臺還原爐，至少應配備64臺蒸餾爐。

3.2組裝時間的影響

在上述仿真過程中，組裝時間設定為1h，由于組裝的加工時間短，在還原爐開工率較低的時候，組裝的過程不會影響產(chǎn)能，但是當還原爐的開工率提高到接近100%時，組裝過程就會影響產(chǎn)能，必須提高工作效率，嚴格控制組裝時間。以32臺還原爐、2套組裝平臺、64臺蒸餾爐為例，分析組裝時間對產(chǎn)能的影響，見圖2。

可見，組裝時間控制在100分鐘內，才能夠保證組裝時間不影響最優(yōu)化產(chǎn)能。

3.3入口時間的影響

在上述仿真過程中，物流入口時間間隔為0h，但在實際生產(chǎn)過程中，由于在向還原爐加料的過程中使用天車，因此各還原爐的物流入口有一定的時間間隔。下面以32臺還原爐、2套組裝平臺、64臺蒸餾爐為例，分析物流入口的時間間隔對產(chǎn)能的影響，見圖3。

因此，只要控制天車加料的時間不操過30min，就能為達產(chǎn)提供保障。

3.4結論

根據(jù)上述分析，如果對該海綿鈦工廠進行如下改造：

3.4.1保持32臺還原電爐數(shù)量不變，增加蒸餾電爐至64臺；

3.4.2組裝時間控制在100min以內，加料時間控制在30min以內。

則該海綿鈦廠產(chǎn)能將從每年生產(chǎn)海綿鈦砣2053塊提高到2496塊，相對增加產(chǎn)能21.6%。

4.結語

4.1采用物流仿真技術，可以在工廠設計的時候對工廠的物流配置設計進行分析，結合實際情況，對設計進行優(yōu)化。

4.2采用物流仿真技術，可以在工程運行過程中對工廠物流進行分析，對瓶頸環(huán)節(jié)進行優(yōu)化，提高生產(chǎn)效率；同時可以對產(chǎn)能進行預測，避免盲目生產(chǎn)，有效地制訂生產(chǎn)計劃。

參考文獻：

[1]N.Griffel，H.Hoffmann，李亮譯.貫穿于生產(chǎn)過程中的有效的流程仿真[J].工業(yè)工程與管理，1999（5）：20-22.

[2]Louis G..Birta，Gillber Arbez.Modeling and Simulation.

[3]eM-Plant Help Document.