仿真技術在煙草行業(yè)的應用

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

關鍵間：系統(tǒng)仿真、煙草、應用

系統(tǒng)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(yè)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(tǒng)建設項目中，系統(tǒng)仿真技術同樣得到廣泛應用。

筆者通過多年煙草行業(yè)技術咨詢工作的總結(jié)，介紹仿真技術在煙草行業(yè)的應用，希望與業(yè)內(nèi)人士分享。

煙草行業(yè)系統(tǒng)仿真的應用

系統(tǒng)仿真技術在煙草行業(yè)“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(yè)的肯定，尤其在物流系統(tǒng)規(guī)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(xiàn)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(xiàn)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(yè)物流系統(tǒng)的建設提供了有力的技術支持。

在煙草工業(yè)物流系統(tǒng)建設的過程中，仿真技術著重體現(xiàn)了系統(tǒng)描述和系統(tǒng)分析兩個層面的作用。

1、系統(tǒng)描述層面的作用

系統(tǒng)描述層面的作用是利用仿真中三維模型動態(tài)演示的功能，作為準確、清晰描述和展示自動化物流系統(tǒng)的工具。煙草行業(yè)物流技改項目初期，決策者對自動化物流系統(tǒng)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(tǒng)的作業(yè)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(tǒng)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(tǒng)清晰地呈現(xiàn)給決策者，使得整個物流系統(tǒng)的流程和功能易于理解，設備工作狀態(tài)清晰可見。

2、系統(tǒng)分析層面的作用

系統(tǒng)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(yè)自動化物流系統(tǒng)的運行進行仿真計算和驗證分析。根據(jù)系統(tǒng)的設計搭建應用環(huán)境，將相關設備的參數(shù)和工藝流程等作為設計輸入，觀察物流系統(tǒng)在不同流量下的作業(yè)效果，確定系統(tǒng)設計的合理性和柔性，并通過對不同流程及策略的仿真，發(fā)現(xiàn)問題，找出最優(yōu)的解決方案。根據(jù)仿真運行和數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，提供物流系統(tǒng)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(shù)據(jù)，為決策者提供決策支持。

“十一五”技改后期，煙草商業(yè)物流也得到了空前的發(fā)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(yè)來說，早已對那些針對系統(tǒng)描述的動畫“大片”和系統(tǒng)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(yè)的仿真需求分析

隨著市場環(huán)境的變化，煙草工業(yè)企業(yè)的技術改造從更大、更強，向更精、更柔的深化領域發(fā)展。煙草行業(yè)不斷探索適合于中國卷煙加工的生產(chǎn)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(chǎn)技術模式理念已逐步形成。各煙草工業(yè)集團技術中心，包括行業(yè)相關的從業(yè)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(shù)、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(chǎn)策略和生產(chǎn)模式。

在新的發(fā)展趨勢中，煙草工業(yè)企業(yè)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(guī)劃設計、整體與局部技改方案協(xié)調(diào)比較；工藝創(chuàng)新、新工藝可行性分析；軟、硬件設備選型依據(jù)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?shù)目茖W基礎之上。煙草行業(yè)在以往的技改中，基本是通過行業(yè)專家的經(jīng)驗為決策者提供理論依據(jù)，但值得注意的是，“新技改”與傳統(tǒng)技改之間存在的最大不同是系統(tǒng)的復雜程度及系統(tǒng)之間的關聯(lián)性，為系統(tǒng)的分析帶來前所未有的難度，繼續(xù)依靠經(jīng)驗是必要的，但更需要科學的、可量化的數(shù)據(jù)依據(jù)。

如果借助過去物流系統(tǒng)仿真的模式對卷煙制造系統(tǒng)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(yè)煙草行業(yè)的需求，在仿真過程中將會受到諸多制約。

首先是通用系統(tǒng)仿真(煙草行業(yè)應用在物流項目)的目的存在很大差異。物流系統(tǒng)是服務于生產(chǎn)制造系統(tǒng)的輔助系統(tǒng)，主要目的是為生產(chǎn)系統(tǒng)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(tǒng)仿真的主要參數(shù)。而制造系統(tǒng)的重點是產(chǎn)品質(zhì)量和投入產(chǎn)出比，影響質(zhì)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(shù)，受制于物流系統(tǒng)仿真模型和算法并非專為煙草制造系統(tǒng)而設計、缺乏專業(yè)化等因素，很難建立起與真實卷煙生產(chǎn)制造系統(tǒng)間具有良好擬合程度的仿真模型，也就無法確保仿真系統(tǒng)驗證的準確性和仿真結(jié)果的可信度。究其本質(zhì)的區(qū)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(yè)需要的專業(yè)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(tǒng)的表現(xiàn)形式上，由于煙草行業(yè)的工藝生產(chǎn)和生產(chǎn)輔助設備應用非常成熟，加上從業(yè)人員具有多年的實際工作經(jīng)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(jù)生產(chǎn)需要按生產(chǎn)能力定制，功能上、外形特點上也會隨技術創(chuàng)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(chǎn)廠商的設備之間也存在顯著區(qū)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(shù)據(jù)，最終形成三維可視化模型的使用價值也僅限于系統(tǒng)的描述，同時還占用了大量硬件系統(tǒng)資源，在一定程度上降低了系統(tǒng)仿真平臺運行計算過程的效率，而煙草工藝仿真系統(tǒng)所面向的是專業(yè)從業(yè)人員，這些專業(yè)人員更需要仿真系統(tǒng)提供更高效的分析過程和更準確的數(shù)據(jù)輸出。

由此可見，煙草行業(yè)需要量身定做的“煙草系統(tǒng)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(tǒng)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(tǒng)仿真平臺應具有的功能

我國煙草行業(yè)作為一個具有特殊經(jīng)營模式的行業(yè)，雖然其產(chǎn)銷形式與其他行業(yè)相比存在很多不同，但同樣具備完整結(jié)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(xiàn)利潤最大化。

總體來看，客戶的需求主要體現(xiàn)在對卷煙質(zhì)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(yè)供應鏈的信息流之中，最終成為供應鏈的驅(qū)動因素。根據(jù)煙草行業(yè)的工業(yè)企業(yè)和商業(yè)企業(yè)職能上的劃分，工業(yè)企業(yè)作為卷煙制造系統(tǒng)的主體，承擔著確保卷煙質(zhì)量的重要職責，其生產(chǎn)的卷煙質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響著客戶滿意度。

探討煙草系統(tǒng)仿真的功能需求，從卷煙質(zhì)量本身入手，圍繞影響產(chǎn)品質(zhì)量的因素來分析和確定整個系統(tǒng)仿真的功能。在卷煙制造系統(tǒng)中，質(zhì)量集中體現(xiàn)在各個生產(chǎn)工序中，任何差錯都會導致產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定。圍繞產(chǎn)品質(zhì)量進行卷煙生產(chǎn)系統(tǒng)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(tǒng)與真實系統(tǒng)之間具有良好的擬合度。而擬合程度直接決定了仿真系統(tǒng)反映系統(tǒng)參數(shù)改變后對生產(chǎn)的影響的準確性，具有學習功能可以與實際生產(chǎn)無限逼近的仿真系統(tǒng)才能體現(xiàn)其真實性，所以煙草系統(tǒng)仿真在系統(tǒng)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(tǒng)進行定向的、專業(yè)的系統(tǒng)仿真分析，開發(fā)專用的系統(tǒng)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(tǒng)，為煙草行業(yè)技改決策提供科學的依據(jù)。是系統(tǒng)仿真技術在煙草行業(yè)應用和發(fā)展的趨勢。但技術的開發(fā)和完善則需要在煙草工藝領域、系統(tǒng)仿真領域和計算機領域均具備實力很強并且經(jīng)驗豐富的團隊，更需要全行業(yè)的共同參與。