基于eM—Plant的海綿鈦產(chǎn)能計(jì)算及優(yōu)化

摘 要： 物流仿真技術(shù)利用計(jì)算機(jī)仿真模擬技術(shù)，對生產(chǎn)物流系統(tǒng)進(jìn)行研究，直觀地展示整個(gè)物流過程，從而幫助管理人員以用很小的投資風(fēng)險(xiǎn)，制定出一個(gè)最佳的具有動態(tài)功能的方案，進(jìn)而發(fā)揮生產(chǎn)管理的計(jì)劃、調(diào)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(jìn)行了仿真計(jì)算，重點(diǎn)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(jìn)行了計(jì)算，并在此基礎(chǔ)上提出了優(yōu)化方案。

關(guān)鍵詞： 物流仿真技術(shù) eM-Plant 海綿鈦 還蒸 設(shè)計(jì)優(yōu)化

1.引言

物流仿真技術(shù)是借助計(jì)算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)學(xué)手段，采用虛擬現(xiàn)實(shí)方法，對物流系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)際模仿的一項(xiàng)應(yīng)用技術(shù)，它借助計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對現(xiàn)實(shí)物流系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)建模與求解算法分析，通過仿真實(shí)驗(yàn)得到各種動態(tài)活動及其過程的瞬間仿效記錄，進(jìn)而研究物流系統(tǒng)的性能和輸出效果。

物流仿真技術(shù)通過對生產(chǎn)物流系統(tǒng)進(jìn)行研究，進(jìn)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(fēng)險(xiǎn)，制定出一個(gè)最佳的具有動態(tài)功能的方案[1]，進(jìn)而發(fā)揮生產(chǎn)管理的計(jì)劃、調(diào)度和控制的基本功能，提高管理水平。在歐美發(fā)達(dá)國家，物流仿真技術(shù)在負(fù)責(zé)物流系統(tǒng)的分析和決策中的巨大價(jià)值已經(jīng)得到廣泛的認(rèn)同，每年都達(dá)到數(shù)以千億美元計(jì)的經(jīng)濟(jì)效益。

海綿鈦生產(chǎn)的核心工序是一個(gè)典型的離散生產(chǎn)過程，采用物流仿真計(jì)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(gè)設(shè)備的生產(chǎn)狀態(tài)，查找影響生產(chǎn)效率的關(guān)鍵因素，幫助生產(chǎn)計(jì)劃人員重新安排生產(chǎn)配置及計(jì)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(jìn)行了仿真計(jì)算，重點(diǎn)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(jìn)行了計(jì)算，并在此基礎(chǔ)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(guān)鍵工序，其車間生產(chǎn)能力直接決定了整個(gè)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(jìn)行吊裝輸送，整個(gè)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(shè)備數(shù)量多，過程復(fù)雜，難以采用人工計(jì)算，如果采用計(jì)算機(jī)物流仿真，則可以快速進(jìn)行排產(chǎn)，統(tǒng)計(jì)車間產(chǎn)能，優(yōu)化車間生產(chǎn)設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)能。

采用eM-plant軟件，設(shè)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(shè)計(jì)還原爐32臺、組裝平臺2套、蒸餾爐47臺，根據(jù)設(shè)計(jì)方提供的數(shù)據(jù)，還蒸車間各主要工藝過程時(shí)間見下表1：

實(shí)際的還蒸車間生產(chǎn)過程，是一個(gè)復(fù)雜的化學(xué)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(xué)物理過程，僅對物流進(jìn)行分析，且僅對間斷流進(jìn)行分析，因此需要對分析物流進(jìn)行抽象處理。假設(shè)整個(gè)過程中只有海綿鈦砣的運(yùn)動，海綿鈦砣進(jìn)入還原爐，處理后再進(jìn)入組裝平臺，最后進(jìn)入蒸餾爐處理完畢后出站。

3.仿真結(jié)果分析及優(yōu)化

設(shè)定仿真時(shí)鐘運(yùn)行300d（7200h），仿真結(jié)果見下表2：

在表2中平均開工率表示設(shè)備進(jìn)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(shí)供料而導(dǎo)致設(shè)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(dǎo)致設(shè)備完成作業(yè)后不能將物料送走的比率。對于還原爐，因?yàn)榍岸螢槲锪先肟趩卧?，設(shè)定加工時(shí)間為0h，所以空閑率為0%；對于蒸餾爐，因?yàn)楹蠖螢槌稣締卧?，設(shè)定加工時(shí)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(shí)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(jié)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(guān)系式：

B=2AX=78A

而對于該工廠配置的32臺還原爐，至少應(yīng)配備64臺蒸餾爐。

3.2組裝時(shí)間的影響

在上述仿真過程中，組裝時(shí)間設(shè)定為1h，由于組裝的加工時(shí)間短，在還原爐開工率較低的時(shí)候，組裝的過程不會影響產(chǎn)能，但是當(dāng)還原爐的開工率提高到接近100%時(shí)，組裝過程就會影響產(chǎn)能，必須提高工作效率，嚴(yán)格控制組裝時(shí)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(shí)間對產(chǎn)能的影響，見圖2。

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

3.3入口時(shí)間的影響

在上述仿真過程中，物流入口時(shí)間間隔為0h，但在實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)間不操過30min，就能為達(dá)產(chǎn)提供保障。

3.4結(jié)論

根據(jù)上述分析，如果對該海綿鈦工廠進(jìn)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(shí)間控制在100min以內(nèi)，加料時(shí)間控制在30min以內(nèi)。

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(jié)語

4.1采用物流仿真技術(shù)，可以在工廠設(shè)計(jì)的時(shí)候?qū)S的物流配置設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，結(jié)合實(shí)際情況，對設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化。

4.2采用物流仿真技術(shù)，可以在工程運(yùn)行過程中對工廠物流進(jìn)行分析，對瓶頸環(huán)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，提高生產(chǎn)效率；同時(shí)可以對產(chǎn)能進(jìn)行預(yù)測，避免盲目生產(chǎn)，有效地制訂生產(chǎn)計(jì)劃。

參考文獻(xiàn)：

[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.