紅云紅河煙草（集團）有限責任公司紅河卷煙廠/胡曉黎昆明昆船物流信息產(chǎn)業(yè)有限公司/袁召云 方泳

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基于時段分析法的卷煙輔料物流系統(tǒng)仿真實現(xiàn)

紅云紅河煙草（集團）有限責任公司紅河卷煙廠/胡曉黎
昆明昆船物流信息產(chǎn)業(yè)有限公司/袁召云 方泳

摘 要：為了在系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計階段準確評估輔料物流系統(tǒng)設(shè)備配置是否滿足使用要求，特別是確定AGV子系統(tǒng)小車數(shù)量，本文基于時段分析法，采用現(xiàn)場供應機組任務發(fā)起策略進行仿真建模，全面評估了3個典型出庫時段。通過實例建模進行實驗與仿真，可以得出當前系統(tǒng)配置能夠滿足機組生產(chǎn)供料要求的結(jié)論。因此，采用該技術(shù)可以準確評估卷煙廠輔料物流系統(tǒng)，對于促進仿真技術(shù)在卷煙廠物流系統(tǒng)中的研究與應用具有重要意義。

關(guān)鍵詞：卷煙輔料物流系統(tǒng)、AGV、時段分析法、仿真、AutoMod

煙草工業(yè)企業(yè)輔料物流系統(tǒng)在國內(nèi)已有20多年發(fā)展歷史，伴隨著眾多項目的實施，技術(shù)實現(xiàn)手段已經(jīng)趨于穩(wěn)定，供應對象為卷接包機組、裝封箱機組和濾棒成型機組三類，標準裝備一般配置采用“立體倉庫+巷道堆垛機+輸送機系統(tǒng)+往復式穿梭車+AGV系統(tǒng)”模式，輔料出庫區(qū)是重點，需要通過仿真手段對提前出庫、常規(guī)出庫、換牌等三種工況進行效率評估，其中關(guān)于各個時段評估指標的確定、供應機組任務發(fā)起策略是重點和難點。

目前的研究一般都是把設(shè)備處理量是否已滿足流量需求，利用率是否在合理范圍內(nèi)作為評估指標，忽略了子系統(tǒng)上下游串聯(lián)傳遞響應延遲，從而可能造成總時長超出系統(tǒng)要求的情況出現(xiàn)，另外提出的供應機組任務發(fā)起策略也與真實調(diào)度存在較大差異，不能準確評估系統(tǒng)指標。為此，本文從三個典型出庫時段分析入手，不同時段采用不同評估指標，采用現(xiàn)場供應機組任務發(fā)起策略進行仿真建模，對輔料物流系統(tǒng)出庫區(qū)效率評估方法進行了改進，使評估結(jié)果更加貼近實際情況。

一、工具與方法

1.工具

采 用AutoMod Version 12.3仿真軟件（美國Applied Materials公司出品），涉及到AutoMod Basic、Convey、Path Mover、AutoMod Runtime、AutoStat等五個組件。

2.方法

（1）提前出庫時段和換牌時段，采用統(tǒng)計作業(yè)時長為主要評估指標，AGV等關(guān)鍵子系統(tǒng)利用率為輔助評估指標。

（2）常規(guī)出庫時段，采用同機組工位類型固定時間間隔順序申請出庫方法來實現(xiàn)。

（3）常規(guī)出庫時段，申請實托盤出庫時機選在AGV叉取機組工位空托盤之后。

（4）換牌機組的選取，遵循軟包優(yōu)先、遠距離優(yōu)先原則。

二、作業(yè)時段的分析與仿真實現(xiàn)

1.提前出庫時段

（1）以往的仿真評估手法，是簡單的從仿真輸出報告中AGV子系統(tǒng)等瓶頸環(huán)節(jié)著手分析，加長作業(yè)時間，例如要求的是4小時內(nèi)完成提前出庫作業(yè)，仿真時加長到10小時，看AGV子系統(tǒng)等關(guān)鍵設(shè)備能不能處理2.5倍左右的提前出庫作業(yè)量，如果能夠完成，則認為系統(tǒng)能夠滿足要求，即主要評估指標為關(guān)鍵設(shè)備處理量。仔細分析發(fā)現(xiàn)，以前的仿真評估手法并不能全面反映巷道堆垛機、往復式穿梭車、AGV子系統(tǒng)的上下游串聯(lián)傳遞響應延遲，雖然單項設(shè)備的利用率不高，但可能在要求的時間內(nèi)無法完成提前出庫作業(yè)。

（2）本文的仿真評估手法，嚴格遵守要求的作業(yè)時間，主要評估整個輔料物流系統(tǒng)從接到出庫申請開始，到AGV系統(tǒng)將最后一個托盤送到機組站臺為止整個過程時長，以此作為主要評估指標，這樣才能更準確地把握是否能夠完成使用要求。另外，可以選取關(guān)鍵設(shè)備利用率作為輔助評估指標加以分析。

（3）仿真實現(xiàn)：在AutoMod建模時定義2個計數(shù)器C_ Warmup、C_Warmup1。仿真開始后C_Warmup置1；當AGV小車將托盤卸到機組站臺上后，C_Warmup1 加1；當C_Warmup1值達到要求的提前出庫量時，C_Warmup清零。這樣C_Warmup的平均時間統(tǒng)計值即是提前出庫時長。

2.常規(guī)出庫時段

（1）同機組工位類型固定時間間隔順序申請出庫。這個問題需要從4個方面來進行分析。

一是同機組工位類型，在同類機組產(chǎn)能相同前提下，供料托盤分開考慮。卷接包機組一般包含卷接托盤（卷煙紙+水松紙）、包裝托盤1（商標+條盒）、包裝托盤2（鋁箔+條透+小透+[軟包]標簽紙/[硬包]白卡紙+金拉線）等3個混裝托盤，裝封箱機組只有1個紙箱單一托盤，濾棒成型機組包含成型盤紙托盤和絲束托盤2個單一托盤，如果所有輔料托盤都由輔料物流系統(tǒng)來供料，則有硬包卷接包機組3類、軟包卷接包機組3類、裝封箱機組1類、濾棒成型機組2類等共計9類機組工位類型。

二是初始化生成各機組工位類型供料機組隨機數(shù)。實際情況托盤并不是按機組編號順序申請的，所以需要在仿真開始時采用技術(shù)手段生成供料機組隨機數(shù)序列。例如有15組軟包機組卷接托盤工位，初始化生成5,8,15,2,6,10,14,7,12,4,9,13,1,11,3隨機數(shù)序列。

三是固定時間間隔申請出庫。例如15組軟包機組卷接托盤工位，單機耗量為0.0644托盤/(小時.組)，因為15組機組為同一類型，所以固定時間間隔取(0.0644×15=)0.966托盤/小時。

四是順序申請出庫。固定時間間隔確定以后，從隨機數(shù)序列中取頭機組號5使用，然后將5放到隨機數(shù)序列末尾循環(huán)使用，這樣就可以實現(xiàn)順序申請出庫了。

（2）仿真實現(xiàn)：在AutoMo建模時定義2個命令列表OL Random、OL_Random1，元素均為9，分別對應9類機組工位類型，其中OL_Random1排序依據(jù)為整型屬性值A(chǔ)(1)，OL_Random排序依據(jù)為默認的先入先出。仿真開始后同類型托盤按機組數(shù)克隆多個Load，相應A(1)屬性在0～1000范圍內(nèi)隨機選取，A(2)值跟蹤機組編號；克隆后的Load進入OL_Random中排序；當所有機組編號對應Loa都進入OL_Random1后，將OL Random1中所有Load釋放進入OL_Random，這樣就生成了供料機組隨機數(shù)序列。使用時釋放OL Random頭物料，提取A(2)屬性值，然后將頭物料再次進入OL_Random排在末尾。

（3）申請實托盤出庫時機的選擇：當機組某類型托盤使用完畢申請供應新的實托盤時，如果申請空托盤返回的同時申請實托盤出庫，可能會出現(xiàn)實托盤到達機組工位而空托盤還沒有取走的情況，從而導致整個仿真系統(tǒng)堵死。所以本文設(shè)定的控制邏輯為：當AGV將空托盤叉取后，再申請實托盤出庫，就不會出現(xiàn)上述堵死情況了。

3.換牌時段

（1）換牌機組的選取。一般需求只會提出最大同時需要換牌的卷接包機組數(shù)量，但在仿真評估時需要深入分析。從軟硬包角度出發(fā)，由于軟包機組相對于硬包機組而言，常規(guī)出庫時段供料流量更小，但是換牌流量相同，軟包機組換牌引起的流量增加值會比硬包機組換牌更大，從評估的角度出發(fā)，宜按軟包機組優(yōu)先換牌考慮。從距離出發(fā)，距離越遠，耗費的時間越長，所以宜按最遠機組換牌考慮。最差工況能夠適應，其它工況就沒問題了。仿真時其它機組保持正常供料即可，特別需要注意在換牌機組數(shù)小于軟包機組數(shù)前提下，其它正常供料軟包機組的流量及排程，首先是申請供料節(jié)拍需要減去換牌機組數(shù)，其次是在OL_Random中選取機組編號時，需要避開換牌機組就可以實現(xiàn)了。

（2）仿真評估手法同提前出庫時段。嚴格遵守要求的作業(yè)時間，主要評估整個輔料物流系統(tǒng)從接到換牌申請開始，到AGV系統(tǒng)將最后1換牌托盤送到機組站臺為止整個過程時長，以此作為主要評估指標，這樣才能更準確地把握是否能夠滿足使用要求。另外可以取關(guān)鍵設(shè)備利用率作為輔助評估指標加以分析。

（3）仿真實現(xiàn)：在AutoMod建模時定義2個計數(shù)器C_Barter、C_Barter1。仿真開始后C_Barter 置1；當AGV車將換牌托盤卸到機組站臺上后，C_Barter1加1；當C_Barter1值達到要求的換牌量時，C_Barter清零。這樣C_Barter的平均時間統(tǒng)計值即是換牌出庫時長。

>> 圖1 輔料物流系統(tǒng)總體工藝平面布局圖

>> 圖2 輔料物流系統(tǒng)總體工藝平面布局圖

三、實例分析與建模

1.總體工藝要求

以某卷煙廠輔料物流系統(tǒng)(圖1)為例進行建模分析，工作制度為入庫7小時/天，出庫21小時/天，空托盤組規(guī)格為8個/組。供料機組有：41組7000支/分鐘的卷接包機組，其中有15組軟包機組，26組硬包機組；14組4件/分鐘的裝封箱機組；15組400米/分鐘的濾棒成型機組。其中需要輔料物流系統(tǒng)供應的輔料托盤有3個卷接包輔料托盤、1個紙箱托盤和1個成型盤紙托盤，絲束托盤由人工叉車送達，不需要考慮。

提前出庫時段要求在4小時內(nèi)將3類機組所需輔料托盤送到位，共計需要送出152個托盤；換牌時段要求1小時內(nèi)完成同時最多4臺卷接包機組的換牌作業(yè)。

2.系統(tǒng)流量

根據(jù)輔料配盤結(jié)果，結(jié)合卷接包機組配置，得到常規(guī)出庫時段輔料托盤出庫流量，遵循日入出庫平衡原則，計算得到入庫流量。依據(jù)總體工藝要求，計算得出換牌時段和提前出庫時段各系統(tǒng)流量(表1)。

3.仿真建模

根據(jù)實例分析，遵循本文所述的方法進行仿真建模(圖2)，其中換牌機組選取距離出庫區(qū)最遠的左下角4臺軟包卷接包機組。

四、仿真實驗

仿真實驗的目的，是為了確定AGV數(shù)量。

表1 典型時段流量表（單位：托盤/小時）

表2 提前出庫時段仿真實驗

表3 常規(guī)出庫時段仿真實驗

1.提前出庫時段

以AGV數(shù)量作為變化因子，提前出庫時長作為衡量指標進行AutoStat實驗(表2)，可以看出，16輛以上AGV車即能滿足4小時內(nèi)完成提前出庫流量要求，考慮留有一定余量，該時段分析優(yōu)選17輛。

2.常規(guī)出庫時段

以AGV數(shù)量作為變化因子，AGV系統(tǒng)接貨數(shù)量作為衡量指標進行AutoStat實驗(表3)，可以看出，AGV數(shù)量在17輛以上時，接貨數(shù)量達到最大值，說明能夠滿足系統(tǒng)流量需求，該時段分析優(yōu)選17輛。

3.換牌時段

以AGV數(shù)量作為變化因子，換牌時長作為衡量指標進行AutoStat實驗(表4)，可以看出，17輛以上AGV小車即能滿足1小時內(nèi)完成換牌出庫流量要求，該時段分析優(yōu)選17輛。

4.實驗小結(jié)

綜合以上3個典型時段仿真實驗結(jié)論，AGV數(shù)量優(yōu)選17輛。

五、仿真輸出

提前出庫時段(表5)巷道堆垛機、往復式穿梭車、AGV子系統(tǒng)利用率并不高，都沒有超過60%，但是提前出庫時長已經(jīng)接近要求的4小時。正常出庫時段(表6)巷道堆垛機、往復式穿梭車、AGV子系統(tǒng)利用率都沒有超過90%，系統(tǒng)無瓶頸，運行良好。換牌時段(表7)AGV子系統(tǒng)利用率較高超過90%，巷道堆垛機、往復式穿梭車利用率沒有超過70%，換牌出庫時長沒有超過要求的1小時。

六、結(jié)論

基于時段分析法，靈活運用仿真軟件提供的技術(shù)手段，具有以下特點：①采用該方法可以得到提前出庫時段和換牌時段時長準確值，更加精準把握實際要求；②機組申請順序更隨機、申請節(jié)拍更固定，符合現(xiàn)場工況；③實托盤出庫申請時機選擇與真實調(diào)度相符；④換牌機組選取最差工況，保證能夠在規(guī)定的時間內(nèi)完成任何工況換牌任務。

表4 換牌時段仿真實驗

表5 提前出庫時段仿真輸出

表6 正常出庫時段仿真輸出

表7 換牌時段仿真輸出

因此，在AutoMod仿真中，采用該技術(shù)可以準確評估卷煙廠輔料物流系統(tǒng)，對于促進仿真技術(shù)在卷煙廠物流系統(tǒng)中的研究與應用具有重要意義。