鋼鐵企業(yè)板坯庫作業(yè)仿真模型研究

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(duì)生產(chǎn)效率有著很重要的影響，通過建立對(duì)整個(gè)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(duì)較合理的生產(chǎn)流動(dòng)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(diǎn)，針對(duì)汽車轉(zhuǎn)向器生產(chǎn)流程，應(yīng)用Flexsim 系統(tǒng)仿真軟件進(jìn)行建模仿真，運(yùn)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(gè)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(shì)以一個(gè)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(duì)現(xiàn)代生產(chǎn)物流系統(tǒng)進(jìn)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(shí)驗(yàn)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(duì)各種方案進(jìn)行仿真分析，得出管理者想要的資料報(bào)表，簡(jiǎn)單快速地為企業(yè)提供決策依據(jù)。

2 板坯庫仿真

對(duì)于鋼鐵企業(yè)，板坯庫是鋼鐵企業(yè)一個(gè)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(shí)間對(duì)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(shí)際，設(shè)計(jì)板坯庫總長(zhǎng)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(gè)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(shí)現(xiàn)跨與跨之間的板坯運(yùn)輸，載重150 噸。主要物流線路是兩條輥道，通過輥道實(shí)現(xiàn)板坯從澆鑄到軋制工序的移動(dòng)。

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(tái)，再由卸板臺(tái)推至軌道，在卸板臺(tái)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(shí)際作業(yè)中，多是由80 噸天車一次吊2 塊板坯至卸板臺(tái)，也有可能由80 噸天車吊1 塊板坯到卸板臺(tái)。對(duì)作業(yè)做如下參數(shù)假設(shè)：

（1） 根據(jù)天車運(yùn)行的便利性和針對(duì)上料點(diǎn)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(tái)，天車釋放執(zhí)行下一輪上料作業(yè)流程，卸板臺(tái)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(tái)，天車釋放執(zhí)行下一輪上料作業(yè)流程，卸板臺(tái)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(duì)板坯的規(guī)格和號(hào)碼進(jìn)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(yàn)和板坯庫現(xiàn)場(chǎng)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(shí)間為40 秒。

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

④卸板臺(tái)推1 塊板坯至軌道所用時(shí)間為42 秒；軌道輸送速度為0.5 米/秒。

⑤卸板臺(tái)上料點(diǎn)距離NP 跨校核點(diǎn)10 米，NP 跨校核點(diǎn)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(gè)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(shí)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(jìn)行調(diào)整，但是，在企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中，很多地方的參數(shù)都已經(jīng)固定，所以只對(duì)其中兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行修改，并對(duì)結(jié)果進(jìn)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(duì)比較特殊的值進(jìn)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(duì)于加熱爐節(jié)奏是2.5 分鐘的那一列對(duì)比，1 區(qū)的供坯能力要大于2 區(qū)，對(duì)于1 區(qū)而言天車干涉和加熱爐節(jié)奏對(duì)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(shí)，不論天車干涉概率如何，全程基本上滿足供坯；而對(duì)2 區(qū)而言天車干涉和加熱爐節(jié)奏對(duì)其影響相對(duì)較微弱，相對(duì)的分布比較穩(wěn)定。對(duì)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(gè)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(duì)于2 區(qū)，上面的這種體現(xiàn)則不明顯，分布都相對(duì)比較均勻。針對(duì)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(gè)垛位，所以1 區(qū)分布大約56/2=28 個(gè)長(zhǎng)度的垛位距離；而2 區(qū)垛位大約1 個(gè)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(duì)稱的56 個(gè)垛位，也就是28 個(gè)垛位的長(zhǎng)度，對(duì)于1 區(qū)和NP 跨的兩個(gè)區(qū)，它們對(duì)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(jìn)硬件設(shè)施，比如天車取坯、卸坯時(shí)間，卸板臺(tái)卸坯時(shí)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(duì)這些進(jìn)行改進(jìn)。建議企業(yè)對(duì)相關(guān)設(shè)施進(jìn)行改建。

[1] 張躍剛. 生產(chǎn)物流系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真應(yīng)用研究[J]. 煤礦機(jī)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(bào)（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.

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