鋼鐵企業板坯庫作業仿真模型研究

王明葆 （北京物資學院，北京101149）

WANG Ming-bao (Beijing Wuzi University, Beijing 101149, China)

1 課題背景

板坯庫系統的目標是做好連接煉鋼連鑄和軋制工序的物流樞紐，調節好澆鑄和軋制生產。板坯庫的庫房布局和產品物流路線對生產效率有著很重要的影響，通過建立對整個板坯庫和產品路線的仿真。通過仿真尋求解決問題的相對較合理的生產流動方式方法。彭旺明、張躍剛[1]介紹了系統仿真以及Flexsim 系統仿真軟件的特點，針對汽車轉向器生產流程，應用Flexsim 系統仿真軟件進行建模仿真，運行仿真模型，找出了生產流程中的“瓶頸”，為企業調整生產線平衡提供了科學的決策依據。彭旺明、張曉川[2]分析了eM-plant 在一個流水線作業中裝配的仿真過程及方法，闡明了eM-plant 在離散系統仿真中的優勢以一個制作電腦桌的流程為例，說明eM-plant 在流水線仿真中的優越性。宋建新、徐菱、宋遠申[3]在《現代生產物流系統仿真研究》中針對現代生產物流系統進行了仿真研究，提出建立仿真模型的基木步驟。以現代生產物流實驗系統為例，采用Flexsim 軟件快速建立起模型，編寫控制程序然后對各種方案進行仿真分析，得出管理者想要的資料報表，簡單快速地為企業提供決策依據。

2 板坯庫仿真

對于鋼鐵企業，板坯庫是鋼鐵企業一個必不可少的處理庫房，從澆鑄到軋制，中間在板坯庫停留，根據時間對溫度的影響改變不同，產生不同的生產上料方式[4-5]。本文依據企業實際，設計板坯庫總長240m、寬90m，分三跨：LM 跨、MN 跨、NP跨，各跨寬度為33m、27m 和27m。在MN 跨的兩個軌道之間部分有保溫坑，各跨還有天車分布，其中，LM 跨有兩部80 噸天車，MN 跨有兩部80 噸天車和兩部40 噸天車，NP 跨有一步80 噸天車和三部40 噸天車。除此之外，還有過跨車實現跨與跨之間的板坯運輸，載重150 噸。主要物流線路是兩條輥道，通過輥道實現板坯從澆鑄到軋制工序的移動。

2.1 板坯庫仿真參數

如圖1 所示，MN 跨冷裝區域上料是1 區和2 區，其中有4 部天車，2 部40 噸天車和兩部80 噸天車，80 噸天車可以一次吊1 到2 塊板坯，40 噸天車一次只可吊1 塊板坯。MN 跨上料由天車直接吊板坯至MN 跨中部卸板臺，再由卸板臺推至軌道，在卸板臺推板過程中，天車可以去執行其他的任務，目前在板坯庫的實際作業中，多是由80 噸天車一次吊2 塊板坯至卸板臺，也有可能由80 噸天車吊1 塊板坯到卸板臺。對作業做如下參數假設：

（1） 根據天車運行的便利性和針對上料點的位置如圖1。

（2） 1 區由1 部80 噸天車負責上料，2 區由另1 部80 噸天車專門負責上料，其余2 部40 噸天車負責備料和倒垛。

（3） 2 板坯上料作業流程為：天車由1 區或2 區按一定順序吊2 塊板坯，將2 塊板坯放置卸板臺，天車釋放執行下一輪上料作業流程，卸板臺逐板推至軌道，板坯由軌道輸送至NP 跨執行板坯校核操作。1 塊板坯上料作業流程：天車由1 區或2 區按一定順序吊1 塊板坯，直接吊至卸板臺，天車釋放執行下一輪上料作業流程，卸板臺推板至軌道，板坯由軌道輸送至NP 跨執行板坯校核操作。板坯校核操作流程：該板坯輸送至NP 跨軌道后NP 跨軌道停止并封鎖，由工作人員對板坯的規格和號碼進行確認，確認無誤后軌道將板坯送至加熱爐，如有問題則由NP 跨天車將板坯吊離軌道。

（4） 根據經驗和板坯庫現場調研，設置MN 跨上料所有仿真參數如下：

①80 噸天車吊2 塊板坯上料概率為80%，吊1 塊板坯上料概率為20%。

②板坯校核不合格的概率為2%；在NP 跨校核不合格坯由NP 跨天車吊走所需時間為40 秒。

③天車移動速度為1.2 米/秒，無論夾幾塊板坯，由垛位吊起板坯所用時間為33 秒，卸下板坯所用時間為34 秒。

④卸板臺推1 塊板坯至軌道所用時間為42 秒；軌道輸送速度為0.5 米/秒。

⑤卸板臺上料點距離NP 跨校核點10 米，NP 跨校核點距離加熱爐車間10 米，加熱爐前有4 塊板坯的緩沖，加熱爐每隔1.5 分鐘送1 塊板坯；無論1 區還是2 區各個垛位橫向距離為2 米，各垛位寬度為1.5 米。

（5） 假設備料天車與上料天車產生干涉的概率一定，發生干涉后上料天車延誤時間為30 秒，且只發生在上料天車上料后返回垛區取坯的過程。

（6） 為獲得天車供坯的能力范圍，假設天車按由近至遠的原則由垛位取坯。

3 仿真結果分析

仿真中的各種參數都可以進行調整，但是，在企業實際生產中，很多地方的參數都已經固定，所以只對其中兩個參數進行修改，并對結果進行分析。首先是天車干涉概率和加熱爐節奏的關系，其次是板坯合格概率分布和天車抓取數量分布的關系，選取一些相對比較特殊的值進行仿真。

3.1 MN 跨仿真結果分析

（1） 1 區仿真

表1 表現的是1 區天車干涉概率和加熱爐節奏的關系，表2 表現的是板坯合格概率分布和天車抓取數量分布關系。

（2） 2 區仿真

表3 表現的是1 區天車干涉概率和加熱爐節奏的關系，表4 表現的是板坯合格概率分布和天車抓取數量分布關系。

3.2 NP 跨仿真結果分析

（1） 1 區仿真

表1 天車干涉概率和加熱爐節奏的關系

表2 板坯合格概率分布和天車抓取數量分布關系

表3 天車干涉概率和加熱爐節奏的關系

表4 板坯合格概率分布和天車抓取數量分布的關系

表5 表現的是1 區天車干涉概率和加熱爐節奏的關系，表6 表現的是板坯合格概率分布和天車抓取數量分布關系。

加熱爐節奏為1.5 分 加熱爐節奏為2 分 加熱爐節奏為2.5 分天車干涉概率為0 供坯5 塊后不滿足 供坯25 塊后不滿足 供坯25 塊后不滿足天車干涉概率50% 供坯4 塊后不滿足 供坯4 塊后不滿足 供坯11 塊后不滿足天車干涉概率100% 供坯8 塊后不滿足 供坯8 塊后不滿足 供坯9 塊后不滿足

表6 板坯合格概率分布和天車抓取數量分布關系

（2） 2 區仿真表7 表現的是1 區天車干涉概率和加熱爐節奏的關系，表8 表現的是板坯合格概率分布和天車抓取數量分布關系。

加熱爐節奏為1.5 分 加熱爐節奏為2 分 加熱爐節奏為2.5 分天車干涉概率0 供坯9 塊后不滿足 供坯9 塊后不滿足 供坯9 塊后不滿足天車干涉概率50% 供坯9 塊后不滿足 供坯9 塊后不滿足 供坯9 塊后不滿足天車干涉概率100% 供坯7 塊后不滿足 供坯7 塊后不滿足 供坯7 塊后不滿足

4 仿真結論

從上面的結果可以看出，對于加熱爐節奏是2.5 分鐘的那一列對比，1 區的供坯能力要大于2 區，對于1 區而言天車干涉和加熱爐節奏對其供坯影響在一定程度內是沒有什么太大變化的，分布比較均勻，但是當加熱爐節奏變為2.5 分鐘時，不論天車干涉概率如何，全程基本上滿足供坯；而對2 區而言天車干涉和加熱爐節奏對其影響相對較微弱，相對的分布比較穩定。對于1 區在關于板坯合格率和天車抓取板坯數量分布兩個因素上，隨著合格率的上升供坯能力也迅速上升，隨著天車取2 塊板坯概率的上升，供坯能力也就較快上升；而對于2 區，上面的這種體現則不明顯，分布都相對比較均勻。針對較為保守的天車干涉概率為50%來說，加熱爐節奏為2.5 分鐘、合格率90%和取兩塊坯的概率為80%來說，1 區供坯能力達到671 塊，大約有671/12，也就是56 個垛位，所以1 區分布大約56/2=28 個長度的垛位距離；而2 區垛位大約1 個垛位距離。

表8 板坯合格概率分布和天車抓取數量分布關系

從上面的結果可以看出MN 跨和NP 跨的供坯敏感程度有很大差別，MN 跨建議在1 區建立大約對稱的56 個垛位，也就是28 個垛位的長度，對于1 區和NP 跨的兩個區，它們對上面的幾種參數依賴程度較小，所以我們要考慮其他因素的影響，改變它們以改變效率，改變這些參數必要的方法是改進硬件設施，比如天車取坯、卸坯時間，卸板臺卸坯時間等，這些參數基本都是硬件設施，要改變這些參數，就必須對這些進行改進。建議企業對相關設施進行改建。

[1] 張躍剛. 生產物流系統的計算機仿真應用研究[J]. 煤礦機械，2007,7(3):1-3.

[2] 彭旺明，張曉川. eM-plant 在生產線作業仿真中的應用研究[J]. 武漢理工大學學報（交通科學與工程版），2004，6(3):24-27.

[3] 宋建新，徐菱，宋遠申. 現代生產物流系統仿真研究[J]. 物流科技，2007,3(2):31-35.

[4] 趙愛紅. 淺談板坯庫的管理[J]. 山西冶金，2001,2(4):26-29.

[5] 鄭順水. 生產系統仿真技術研究[J]. 產品開發與設計，2005,5(3):7-11.