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        鋼鐵企業(yè)板坯庫作業(yè)仿真模型研究

        2015-12-20 08:48:18王明葆北京物資學(xué)院北京101149
        物流科技 2015年6期
        關(guān)鍵詞:天車板坯概率分布

        王明葆 (北京物資學(xué)院,北京101149)

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

        1 課題背景

        板坯庫系統(tǒng)的目標(biāo)是做好連接煉鋼連鑄和軋制工序的物流樞紐,調(diào)節(jié)好澆鑄和軋制生產(chǎn)。板坯庫的庫房布局和產(chǎn)品物流路線對生產(chǎn)效率有著很重要的影響,通過建立對整個板坯庫和產(chǎn)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(chǎn)流動方式方法。彭旺明、張躍剛[1]介紹了系統(tǒng)仿真以及Flexsim 系統(tǒng)仿真軟件的特點,針對汽車轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)流程,應(yīng)用Flexsim 系統(tǒng)仿真軟件進行建模仿真,運行仿真模型,找出了生產(chǎn)流程中的“瓶頸”,為企業(yè)調(diào)整生產(chǎn)線平衡提供了科學(xué)的決策依據(jù)。彭旺明、張曉川[2]分析了eM-plant 在一個流水線作業(yè)中裝配的仿真過程及方法,闡明了eM-plant 在離散系統(tǒng)仿真中的優(yōu)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(yōu)越性。宋建新、徐菱、宋遠(yuǎn)申[3]在《現(xiàn)代生產(chǎn)物流系統(tǒng)仿真研究》中針對現(xiàn)代生產(chǎn)物流系統(tǒng)進行了仿真研究,提出建立仿真模型的基木步驟。以現(xiàn)代生產(chǎn)物流實驗系統(tǒng)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(yè)提供決策依據(jù)。

        2 板坯庫仿真

        對于鋼鐵企業(yè),板坯庫是鋼鐵企業(yè)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(jù)時間對溫度的影響改變不同,產(chǎn)生不同的生產(chǎn)上料方式[4-5]。本文依據(jù)企業(yè)實際,設(shè)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(xiàn)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(xiàn)板坯從澆鑄到軋制工序的移動。

        2.1 板坯庫仿真參數(shù)

        如圖1 所示,MN 跨冷裝區(qū)域上料是1 區(qū)和2 區(qū),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(zhí)行其他的任務(wù),目前在板坯庫的實際作業(yè)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(yè)做如下參數(shù)假設(shè):

        (1) 根據(jù)天車運行的便利性和針對上料點的位置如圖1。

        (2) 1 區(qū)由1 部80 噸天車負(fù)責(zé)上料,2 區(qū)由另1 部80 噸天車專門負(fù)責(zé)上料,其余2 部40 噸天車負(fù)責(zé)備料和倒垛。

        (3) 2 板坯上料作業(yè)流程為:天車由1 區(qū)或2 區(qū)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(zhí)行下一輪上料作業(yè)流程,卸板臺逐板推至軌道,板坯由軌道輸送至NP 跨執(zhí)行板坯校核操作。1 塊板坯上料作業(yè)流程:天車由1 區(qū)或2 區(qū)按一定順序吊1 塊板坯,直接吊至卸板臺,天車釋放執(zhí)行下一輪上料作業(yè)流程,卸板臺推板至軌道,板坯由軌道輸送至NP 跨執(zhí)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(guī)格和號碼進行確認(rèn),確認(rèn)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(jù)經(jīng)驗和板坯庫現(xiàn)場調(diào)研,設(shè)置MN 跨上料所有仿真參數(shù)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(qū)還是2 區(qū)各個垛位橫向距離為2 米,各垛位寬度為1.5 米。

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

        (6) 為獲得天車供坯的能力范圍,假設(shè)天車按由近至遠(yuǎn)的原則由垛位取坯。

        3 仿真結(jié)果分析

        仿真中的各種參數(shù)都可以進行調(diào)整,但是,在企業(yè)實際生產(chǎn)中,很多地方的參數(shù)都已經(jīng)固定,所以只對其中兩個參數(shù)進行修改,并對結(jié)果進行分析。首先是天車干涉概率和加熱爐節(jié)奏的關(guān)系,其次是板坯合格概率分布和天車抓取數(shù)量分布的關(guān)系,選取一些相對比較特殊的值進行仿真。

        3.1 MN 跨仿真結(jié)果分析

        (1) 1 區(qū)仿真

        表1 表現(xiàn)的是1 區(qū)天車干涉概率和加熱爐節(jié)奏的關(guān)系,表2 表現(xiàn)的是板坯合格概率分布和天車抓取數(shù)量分布關(guān)系。

        (2) 2 區(qū)仿真

        表3 表現(xiàn)的是1 區(qū)天車干涉概率和加熱爐節(jié)奏的關(guān)系,表4 表現(xiàn)的是板坯合格概率分布和天車抓取數(shù)量分布關(guān)系。

        3.2 NP 跨仿真結(jié)果分析

        (1) 1 區(qū)仿真

        表1 天車干涉概率和加熱爐節(jié)奏的關(guān)系

        表2 板坯合格概率分布和天車抓取數(shù)量分布關(guān)系

        表3 天車干涉概率和加熱爐節(jié)奏的關(guān)系

        表4 板坯合格概率分布和天車抓取數(shù)量分布的關(guān)系

        表5 表現(xiàn)的是1 區(qū)天車干涉概率和加熱爐節(jié)奏的關(guān)系,表6 表現(xiàn)的是板坯合格概率分布和天車抓取數(shù)量分布關(guān)系。

        加熱爐節(jié)奏為1.5 分 加熱爐節(jié)奏為2 分 加熱爐節(jié)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(shù)量分布關(guān)系

        (2) 2 區(qū)仿真表7 表現(xiàn)的是1 區(qū)天車干涉概率和加熱爐節(jié)奏的關(guān)系,表8 表現(xiàn)的是板坯合格概率分布和天車抓取數(shù)量分布關(guān)系。

        加熱爐節(jié)奏為1.5 分 加熱爐節(jié)奏為2 分 加熱爐節(jié)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(jié)論

        從上面的結(jié)果可以看出,對于加熱爐節(jié)奏是2.5 分鐘的那一列對比,1 區(qū)的供坯能力要大于2 區(qū),對于1 區(qū)而言天車干涉和加熱爐節(jié)奏對其供坯影響在一定程度內(nèi)是沒有什么太大變化的,分布比較均勻,但是當(dāng)加熱爐節(jié)奏變?yōu)?.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(qū)而言天車干涉和加熱爐節(jié)奏對其影響相對較微弱,相對的分布比較穩(wěn)定。對于1 區(qū)在關(guān)于板坯合格率和天車抓取板坯數(shù)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(qū),上面的這種體現(xiàn)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(jié)奏為2.5 分鐘、合格率90%和取兩塊坯的概率為80%來說,1 區(qū)供坯能力達(dá)到671 塊,大約有671/12,也就是56 個垛位,所以1 區(qū)分布大約56/2=28 個長度的垛位距離;而2 區(qū)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(shù)量分布關(guān)系

        從上面的結(jié)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(qū)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(qū)和NP 跨的兩個區(qū),它們對上面的幾種參數(shù)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(shù)必要的方法是改進硬件設(shè)施,比如天車取坯、卸坯時間,卸板臺卸坯時間等,這些參數(shù)基本都是硬件設(shè)施,要改變這些參數(shù),就必須對這些進行改進。建議企業(yè)對相關(guān)設(shè)施進行改建。

        [1] 張躍剛. 生產(chǎn)物流系統(tǒng)的計算機仿真應(yīng)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(chǎn)線作業(yè)仿真中的應(yīng)用研究[J]. 武漢理工大學(xué)學(xué)報(交通科學(xué)與工程版),2004,6(3):24-27.

        [3] 宋建新,徐菱,宋遠(yuǎn)申. 現(xiàn)代生產(chǎn)物流系統(tǒng)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?biāo)? 生產(chǎn)系統(tǒng)仿真技術(shù)研究[J]. 產(chǎn)品開發(fā)與設(shè)計,2005,5(3):7-11.

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