（管理科学与工程专业论文）钢铁企业万能生产线物流仿真与管理系统研究.pdf

重庆大学硕士学位论文 中文摘要 i 摘 要 随着市场经济的快速发展市场逐步演变为动态多变型市场产品更新周期 缩短市场竞争日趋激烈如何更好地加快我国钢铁工业的发展步伐增强企业 的竞争实力是钢铁企业所面临的严峻任务这种变化也促进了仿真技术在现代 钢铁生产领域的应用与发展同时仿真系统作为系统的研制生产和维护的使 用工具可缩短研制周期提高产品质量节省研制费用因此对钢铁企业的 万能生产线物流进行仿真与管理具有重要的研究价值和现实意义万能生产线 的特点在于其工序多生产工艺复杂兼有离散和连续过程工业的特点是典型 的复杂工程系统通过仿真对万能生产线物流进行科学运作和管理有助于解决 诊断生产中的瓶颈和关键路径优化企业生产运行和调度方案规范物流管理制 度最终实现提高设备利用率提高产品质量节能降耗降低成本以及提高企 业竞争力的目标 首先针对某钢铁企业万能生产线的生产现状提出了对整线进行物流仿真 和管理的系统解决方案在借助 em-plant 仿真平台进行仿真优化的同时开发了 满足万能生产线具体仿真需求的整线仿真系统制定了物料管理制度与规范实 现了集生产流程建模仿真物流优化培训示教为一体的集成系统开发 其次进行了万能生产线生产物流仿真集成系统的总体设计建立了系统的 总体架构规划了系统的产品参数配置等功能并进行了详细说明结合功能分析 提出了系统的运行流程并对系统的数据库信息模型和表单进行了设计 再次对系统实现的关键技术进行了系统的研究包括可视化生产线建模 与参数化仿真技术基于图像刷新的动态仿真技术基于仿真的新产品投产预测 技术和物料管理制度优化技术等关键技术的研究 最后对系统在万能生产线新产品投产预测分析生产瓶颈分析实施生产 仿真演示与系统培训规范化的物料管理四个方面的应用实施情况进行了介绍 并对应用实施效果进行了总结归纳 所开发的万能生产线仿真与管理系统在企业的应用实际表明该系统能够在 提高生产线的生产能力平衡设备负荷优化物流效率等方面起到重要作用并 对提高该钢铁企业的生产物流管理水平起到积极作用 关键词钢铁企业万能生产线物流仿真物流管理 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 ii abstract as the development of the market economy, the market is becoming dynamic and changeable with the fierce competition and shortened product life-cycle. therefore, it is an important task for the iron various arts and crafts; combined single and continuous procedures, which is a typical complex engineering system. it is helpful for enterprises to solve the bottleneck and critical path problems, optimize the operation of production and schedule solution and rule the materials management stipulation by logistics simulation and management, in order to increase the utilizing rate of equipments, improve the product quality, save energy and decrease the cost. firstly, this paper proposed a systematic solution for production lines logistics simulation and management based on current requirements. with the help of em-plant simulation platform, we developed a simulation and management system aiming at the multi-function product line, which integrates the production process models, simulation, logistics simulation and training. secondly, the simulation systems primary design, which includes systems architecture and the functions design, operation procedures, and databases information model were accomplished thirdly, the key technologies were researched including the visual production line model and parameter simulation technology, the dynamic simulation technology based on figures refurbish, the new product forecasting simulation technology and the materials management technology. finally, the application case study of new products forecast and analysis, bottleneck analysis, operators training, and the material management rule are introduced. the effect of system is summarized by application. the application of the system shows that the system solution proposed in the paper can play an important role to improve the product lines productivity, balance the 重庆大学硕士学位论文 英文摘要 iii equipments load, optimize the logistics efficiency and enhance the companys production logistics management. keywords iron & steel company, multifunction rolling product line, logistics simulation, logistics optimization. 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 绪论 1.1 课题提出的背景和意义 1.1.1 课题提出的背景 新钢钒轨梁厂于 2003 年 9 月开工建设万能轧制生产线并于 2005 年 1 月成 功试轧出了我国首支 100 米长尺钢轨通过前期对设备和工艺的调试和优化已 经完全具备了批量生产的能力 新钢钒轨梁厂建成并调试成功的万能轧制生产线 与在此之前投产的具有国际先进水平的钢轨精整生产线相配合使新钢钒轨梁厂 成为国内第一家世界第三家能够按照国际上最严格的质量标准生产出高强度 高平直度高表面光洁度的 100 米长尺钢轨的大型钢铁企业 然而由于万能生产线的产品种类繁多生产流程复杂物流成本高对生 产计划协调性要求严格为生产管理带来了很大的困难同时万能生产线的设 备庞大原材料方坯在制品成品的附加成本高不便于通过现场生产反复调 试进行生产物流系统方案优化 为此 提出了万能生产线物流仿真与管理的课题 旨在通过物流分析和生产仿真规范和细化物流管理制度提高现有万能生产线 的物流系统的设备利用率使物流线路更加畅通实现物流系统高效低成本的运 转 1.1.2 研究的意义 通过万能生产线物流仿真与管理系统的研究有助于发现轨梁厂生产物流平 衡和需求平衡的问题诊断生产中的瓶颈和关键路径优化企业生产运行和调度 方案找出物流制约环节细化原料库成品库轧辊加工车间的物流最终实 现提高设备利用率提高产品质量节能降耗降低成本以及提高企业竞争力的 目标因而本研究对于提高轨梁厂的总体技术水平和管理水平具有重要意义 ? 生产优化改进物流 通过系统建模对生产物流进行评估建立优化的生产物流模型获得合理的 生产物流改进方案对钢轨生产流程以及轧制批量进行规划和改进对新产品投 产进行预测从而达到优化生产物流管理程序的目的 ? 产能平衡消除瓶颈 有助于生产管理部门发现钢轨万能生产线生产物流平衡和生产设备负荷平衡 的问题诊断生产中的瓶颈和关键路径为优化轨梁厂的生产运行和调度方案提 供决策支持 ? 管理优化提升竞争力 在提出优化方案的基础上设计新钢钒轨梁厂生产物流仿真系统最终实现 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 2 物料管理三维仿真示教新产品投产预测 ? 制度规范提高效率 结合生产实践制定优化的物流仿真方案和细化的物流管理制度使钢轨万 能生产线的物流管理更加规范化科学化可操作化同时物流系统的分析和 优化将提高物流的运转效率达到提高经济效益的目的 ? 信息复用支持决策 系统数据可用于系统分析新线投产前的各类人员培训为工程设计和企业 的信息系统设计提供基础信息本项目开发的系统可用于新钢钒轨梁厂新产品投 产的预测以及故障状态下生产调度为工厂生产调度决策提供数据和决策依据 1.2 国内外相关领域的研究现状 1.2.1 国内钢铁企业生产物流管理的现状与问题 对钢铁企业而言物流的发展不仅与社会经济和生产力的发展水平有关同 时也与钢铁企业科学技术发展的水平有关按照时间顺序钢铁企业物流技术发 展经历了两个阶段 第一阶段为 20 世纪 5070 年代钢铁企业厂址选择依托矿产资源场地条 件交通条件能源条件自然条件因地制宜节约用地留有发展条件的原 则选择总平面布置形式有串联平行串并联直角人字形斜角成组等布置 形式厂外运输方面大宗原材料燃料进厂以铁路为主厂内运输方面物流 特点集中表现在铁前原料准备分散运输方式多样化物料多次落地倒运这个 时期还没有充分认识到物流的无形效益钢铁企业厂内运输结构十分庞杂而缺乏 总体规划物流布局不尽合理厂内工序物流难以理顺在计划经济时期追求大 而全小而全的思想指导下一方面总厂设有大面积的仓储区另一方面各 分厂车间班组又层层设仓储和管理机构彼此之间相对独立致使结构松散 使厂内物料流动分散且缓慢重复运输空载现象严重造成运输成本高资金 积压和资源浪费 第二阶段为 20 世纪 8090 年代80 年代初我国积极建设现代化大型化 物流连续化的炼钢厂使物流干料量指标接近国际水平以宝钢为例国内钢铁 企业大都仿照宝钢模式重视铁前原料准备逐步提高和稳定物料理化指标实 现高炉精料钢后由炼钢模铸逐步改造为全连铸并采用热送热装直接轧制新工 艺使轧钢逐步淘汰初中轧机开坯工序同时加强二次能源的重复利用促使厂 外厂内运输的方式结构和组织产生重大变化运输成本大大降低 目前国内大部分钢厂的动态计划与调度主要依靠人工完成调度人员工作 量大效率低人为的随机影响较大对企业信息资源的利用程度低难以实现 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 3 调度的系统优化工序间衔接所导致的生产物流时间波动很大少数钢铁公司在 探索应用冶铸轧一体化的dhcr (direct hot charge rolling) 生产模式 其特点是 将冶铸轧主要工序系统地纳入生产调度计划中以便使生产节奏同步生产物流 均衡钢坯在热状态下进入加热炉从而可以大大节省能源消耗但是这种生 产模式对生产管理技术要求更为严格现实情况是由于生产系统的设计设备 的实际生产能力以及生产管理技术等原因各工序很难同步运作即出现了生 产的连续性要求与原有的生产条件及现有的生产管理技术之间的矛盾使得生产 利用率低缺乏竞争力 因此探讨一种连续同步高效方便管理负荷平衡的生产物流模型 已经成了各钢铁企业技术改造获取利润的当务之急这种模型应该在保持生产 线系统的运行原则的基础上尽量节约成本以追求“消除一切浪费” 尽管我国钢铁物流业已经开始蓬勃发展但与国际化进程需求相比目前还 处于起步阶段从整体上看我国钢铁物流的现代化水平不高效率相对低下 功能不尽完善 不能适应钢铁生产和钢材贸易发展的需要 钢铁企业属于典型的 流程型的生产类型制造企业因此只有大量大批的生产才能使企业获得较好的经 济效益但随着客户需求的日趋多层次多样化个性化致使对产品的要求已 是多品种小批量为赢得市场竞争的主动权钢铁企业必须解决大量大批生产 与多品种小批量需求的尖锐矛盾我国钢铁企业在规模效益物流技术和管 理水平等方面与国外钢铁企业相比仍存在着许多亟待解决的问题主要体现在 以下四个方面 首先钢铁行业的物流缺乏整体规划各环节没有理顺布局不合理物流 成本很高而且方式单一物流市场无序竞争导致整体效益不佳 其次专业化程度不高业态发展不平衡目前钢铁企业的“大而全”“小而 全”现象使得钢铁企业的物流专业化程度低运输仓储水平落后物流中心和配 送中心的建设在规模和发展速度上都无法适应现代物流的要求 再次物流专业人才短缺培育也比较困难物流人才是钢铁行业物流发展 的关键也是物流企业成长的保障但我国无论是钢铁企业或钢材流通领域的物 流管理或者是人才培养都还相当滞后 最后信息化程度低现代营销和经营水平不高目前钢铁企业大多处于 电话联系手工操作人工装卸的较低层次运作阶段绝大多数钢铁企业是靠纸 为媒介来传递信息这显然无法实现钢材的现代物流同时也与现代物流系统所 要求的 物流信息在相关企业进行广泛的交换在相关交易者之间进行网络连 接不匹配 生产企业的生产经营活动都表现为物资资源的流入转化流出等活动 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 4 这种供应链运作质量的好坏不仅影响企业运行成本的高低同时还将决定着企 业的销售状况和市场份额因此减少物流环节和缩短物流流转时间是进行钢铁 企业系统物流整合优化的基本出发点在工厂生产物流优化方面一些钢铁企业 对自己企业内部生产物流做出了如下探讨 ? 宝钢利用钢铁制造流程的多维生产物流管制理论 对其炼钢生产物流的空 间组织时间因素铁钢水流量和温度等物流参数进行了解析并对流程物 流调控进行了量化处理使得高炉 铁水预处理 转炉流程的整体优化具有数据 支撑从钢铁企业生产运行实际出发具体分析了钢铁生产物流管理的要点提 出了钢铁企业生产物流管理的基本构成和需解决的关键问题并进一步阐述了相 应的管理策略和解决方案对其高炉 预处理 转炉流程的物流参数进行了系统 分析目的在于理顺该流程将成熟的单体技术有机地连接起来使该工艺流程 达到整体优化的效果能充分发挥优势取得最佳效益主要研究内容为物流 过程的空间组织和时间解析流量和降温研究得出结论为1肯定了宝钢钢铁 厂平面布置的合理性并计算出物流匹配原则下宝钢转炉生产能力过剩分析出 分别在鱼雷罐车中进行的铁水三脱分离工序中铁水温降是限制性环节2通过 对流程相关参数的分析使得对流程进行物流调控时具有量的概念其中各工序 作业时间的衔接匹配物流缓冲功能是保证现有流程连续稳定生产的关键 ? 安阳钢铁在详细分析现代钢铁企业从原 燃料及辅助物料采购进厂到入炉 冶炼半成品向下一道工序流转直至加工各种产品销售出厂整个生产过程中的 物流特性及规律的基础上得出吨钢厂外厂内理论运输指标并通过现代钢铁 企业厂外厂内运输理论指标的探讨为钢铁企业设计部门总图运输专业人 员在制定钢铁企业总体规划时对厂外交通枢纽厂内工序之间物流运能和配置 提供参考依据制定物流优化整合方案指导企业进行现代物流管理创新将钢 铁企业的原燃料采购生产过程的半成品转移及产品销售直至用户的全过程进 行系统优化以降低物流成本提高企业的综合竞争能力 ? 北京科技大学将最优化生产管理技术opt思想应用于钢材的冶铸生产 调度给出优化的瓶颈工序生产调度模型opt 追求物流过程的均衡即实现 物流的同步化以求生产周期最短在制品最少opt 认为“瓶颈”工序制约着整 个企业的产出瓶颈工序的资源利用情况决定了产出量和库存水平因此生产 管理中首先要找出“瓶颈”工序和关键资源然后对其进行优化最后制定生产调 度计划基于 opt 对钢材制造中“瓶颈”工序进行生产调度优化提高了“瓶颈”工 序的设备利用率从而大大提高整个企业生产系统的生产利用率显著降低库存 和成本同时由于关键路径和“瓶颈”工序明确使得这些岗位的员工增强责任 心加强设备监控和维护保证“瓶颈”工序设备满负荷运转 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 5 综上所述从宝钢等钢铁企业的成功经验也可以看出依据钢铁企业生产运 行的特点和管理要点设计完善的生产物流管理体系并借助于信息技术实现 物流信息流资金流的同步这对于改造传统企业提高传统制造业的市场竞 争力具有非常重要的意义 1.2.2 国内外钢铁企业生产仿真的历史与现状 随着新经济和现代信息技术的迅还发展现代物流的内容仍在不断地丰富和 发展着信息技术的进步使人们更加认识到物流体系的重要现代物流的发展 被提到重要日程上来同时信息技术特别是仿真技术的发展也为物流发展提 供了强有力的支撑使物流管理向直观化智能化可分析性和可预测性方向发 展 近年来国内外对这一问题的研究甚为重视并已取得显著进展已开发的钢铁 物流仿真或生产调度系统有日本 nkk 公司的炼钢过程调度系统宝钢的柔性炼 钢连铸仿真调度系统上钢三厂的全连铸调度系统及 dedssim 等这些系统采 用了不同的内核算法如 petri网模型后推时间序列物流管制技术启发式调 度算法等petri网模型是目前用于研究炼钢物流的仿真主要方法 国内外物流仿真系统开发的主要成果有 ? 宝钢公司研制开发的物流仿真器其主要功能有对尚未有的系统进行设 计时提供决策支持对已有的物流系统进行分析在物流系统运行之前作为预测 器在物流系统运行时作为观测器针对以外事件的预处理利用仿真模型作为 训练器的功能它有效地解决了宝钢生产过程中的若干问题为宝钢的物流起到 应有的作用 ? 用 activex技术开发的炼钢物流可视化仿真平台运用 activex 技术开发 炼钢物流仿真系统,能够真正实现软件的即插即用,可以更形象地显示仿真对象 集 成相似性动态创建仿真程序环,捆绑方法库中仿真算法进行灵活的仿真测试 该仿真平台动态捆绑仿真算法图形化仿真炼钢物流全过程通过为炼钢物流仿 真建立评价体系使炼钢物流仿真系统成为真正意义上的研究分析设计和辅 助生产决策的工具 ? 生产线仿真它以计算机支持的仿真技术为前提对生产线的各个元素和 生产过程进行统一的建模在虚拟的环境中反映出生产制造全过程从而更有效 地组织生产计划使企业获得更大的利润早期的仿真软件如 areanpromodel 和 autmod 等功能比较完善felxsim 是美国 felxsim 公司开发的迄今为止世界上第 一个在图形环境中集成了 mnnopq 和编译器的仿真软件面向中小企业可以 直接在个人电脑上运行ecnomatix 的 em-plant 软件采用进程交互法它具有丰 富的建模单元能够模拟各种物流系统中的处理单元软件本身具有的强大统计 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 6 分析功能可清楚地看出系统的瓶颈所在 ? 物流系统三维仿真软件.国外的三维物流仿真软件有 1autosimulation 的 automod它是目前市面上比较成熟的三维物 流仿真软件主要包括了automodautostat 和 autoview 三个模块 23i 的 simanination它使用先进的基于图象的仿真语言simanination 不同于其其他的仿真系统它可以处理系统物理元素和逻辑元素它提供了先进 的特点去允许用户仿真复杂的运动 3showflow软件showflow软件为制造业和物流业提供建模仿真动画 和统计分析工具它可以提供生产系的生产量确定瓶颈位置估计提前期和报 告资源利用率 经过二十多年的发展仿真技术的数学模型方法技术手段应用领域都得 到了丰富在流程仿真方面最近几年也有飞速的发展但在重轨型钢的生产 方面还不多见这也正是本课题的意义所在 综上所述根据目前轨梁厂的万能生产线正面临着提高设备利用率和生产能 力快速开发新产品的严峻挑战的实际情况先进的生产系统建模与仿真技术正 是解决这一问题的必要与有力手段为此基于国内外当前的技术现状和重庆大 学的技术实力轨梁厂与重庆大学共同协作将面向对象的建模与仿真技术虚 拟现实技术使能平台技术网络协作技术相结合提出了适合轨梁厂生产特点 和迫切需求的“万能生产线物流仿真系统”的项目研究 1.3 本文研究的目的和研究内容 1.3.1 本文研究的目的 论文的研究以精益物流为最终目标对现有生产系统物流建模分析提出 优化方案仿真评估并依据优化方案的仿真结果开发物流仿真系统以及制定相 应的物流制度从而达到“优化物流提高效率规范制度支持决策”的效果 最终实现提高企业效益的目的 1.3.2 本文研究的主要内容 本论文的具体研究内容如下 ? 钢铁企业生产线物流仿真和管理的需求分析 ? 钢铁企业生产线物流仿真和管理的系统解决方案与总体技术研究 ? 万能生产线生产物流仿真集成系统的总体设计 ? 对系统实现的关键技术及其解决方案进行研究 ? 制定万能生产线物流制度规范 ? 对集成系统进行应用实施并对应用实施效果进行了总结归纳 重庆大学硕士学位论文 1 绪论 7 1.4 本章小结 本章在钢铁企业生产物流管理现状分析的基础上指出了企业在物流管理方 面存在的问题结合国内外仿真辅助生产管理的研究情况和万能生产能的生产物 流管理现状提出了应用先进的生产系统建模与仿真技术来解决万能生产线生产 物流管理的问题在课题研究背景和国内外研究现状的基础上本章阐明了论文 研究的意义目的和研究内容 重庆大学硕士学位论文 2 万能生产线物流仿真与管理的需求分析 8 2 万能生产线物流仿真与管理的需求分析 2.1 新钢钒轨梁厂生产物流管理现状 2.1.1 轨梁厂生产物流管理现状 轨梁厂是新钢钒股份有限公司下属的主要成材厂 经过 20 年的努力 轨梁厂 形成了以重轨310 乙字钢等产品为代表的优质产品体系其中 60kg/m,50kg/m 重轨310 乙字钢和工字钢系列产品是轨梁厂的主要产品系列轨梁厂产品畅销 国内还远销纳斯拉夫印度缅甸韩国泰国等国家目前已完成万能轧机 生产线的建设七机架万能轧机布置方式以生产 350km/h重轨等高质量产品为目 标在覆盖现有品种的同时还可以生产小 h 型钢和钢板桩等市场俏销产品其产 品品种规格较多物流管理流程复杂难度大 轨梁厂于 2003 年 9 月开工建设万能轧制生产线2005 年 1 月成功试轧出了 我国首支 100 米长尺钢轨精整线引进平立复合矫直机检测中心联合锯钻床 等先进设备可生产长度 9-100m 钢轨通过前期对设备和工艺进行的调试和优 化通过万轧线与钢轨精整生产线型钢精整线的配合万能生产线已具备了批 量生产的能力目前轨梁厂已成为国内第一家世界第三家能够按照国际质量 标准生产出高强度 高平直度 高表面光洁度的 100 米长尺钢轨的大型型钢企业 但新的生产线需要尽快进行产品工艺的反复调试和试运行由于生产线上的生产 设备庞大原材料方坯在制品成品的附加成本高使得实际生产系统的生产 调试成本较高而且现场生产物流线路复杂设备较多物流管理工作量较大 万能生产线生产物流平面布局图如图 2.1 所示其中的红色箭头为生产线上主要 的物流方向 重庆大学硕士学位论文 2 万能生产线物流仿真与管理的需求分析 9 连 铸 出 坯 跨 缓 冷 跨 1加 热 炉 2加 热 炉 高 压 水 除 鳞 bd1 ps18 摆 式 热 锯 u1 e1 u2e2 uf 重 轨 打 印 机 矫 直 机 往 型 钢 步 进 式 冷 床 检测中心 重 轨 双 向 压 力矫直机 重轨单锯 双钻机床 锯钻机床 50m重 轨 返钢台架 2#堆 钢 台 架 1#堆 钢 台 架 3#堆 钢 台 架 重 轨 再 加 工 移送台架 原 料 跨 轧 钢 轧 辊 堆 场 辊系堆场 轧辊组装 场 轧辊堆场 导位堆场 大 型 备 件 堆 场 重轨成品库 自 炼 钢 方 坯板 坯 连 铸 车 间 型钢辊式 矫 直 机 固 定 式 冷 锯固 定 式 冷 锯定 尺 机定 尺 机 改尺冷锯 上料台架1 bd2 高 压 水 除 鳞 高 压 水 除 鳞 高 压 水 除 鳞 ps18 摆 式 热 锯 往重轨 锯钻机床 锯钻机床 重 轨 双 向 压 力矫直机 12#堆垛台架 废品台架 喷 印 机 检 查 台 架 成品台架 打 捆 机打 捆 机 上料台架2 长 尺 轨 检 查 收 集 台 架 锯 钻 机 床 检 查 台 架 型 钢 成 品 库 1 234 cs台 架 中间库 2# 锯 床 图 2.1 万能生产线平面布局图 fig 2.1 plane layout of multifunction rolling product line 2.1.2 万能生产线存在的问题分析 万能生产线设备的工艺过程与设备控制复杂产品品种与新产品数量繁多 前后工序的物流要求协调一致时间节奏的匹配要求严格这些特点为生产计划 调度新产品调试及生产过程的优化带来了相当大的难度 ? 由于生产设备庞大原材料方坯在制品成品的附加成本高在多个品 种的新产品投产设备发生故障等情况下必须花费大量的时间和成本对生产线 进行反复调试与试运行才能实现量产或得到设备故障状态下的调度计划 ?由于生产过程是多品种大批量多阶段的复杂连续工艺过程对生产计 划的连续性一致性协调性要求很高也为生产计划调度与组织管理提出了苛 刻的要求 ? 面对复杂的生产流程 难以及时发现影响生产物流平衡和生产设备负荷平 衡的瓶颈问题难以对当前的生产过程进行优化从而阻碍了设备利用率和生产 线产能的进一步提高 ? 当前的万能生产线处于初期运行阶段 生产管理迫切需要大量的生产运行 基础数据作为生产计划和控制的依据物流管理迫切需要更加规范化科学化 可操作化以保证生产的顺利进行和物流的畅通 面对上述困难 传统的新产品调试与生产调度方式很难全面地把握生产过程 更难以实现生产过程在时间成本上的综合优化运行轨梁厂必须借助科学的分 重庆大学硕士学位论文 2 万能生产线物流仿真与管理的需求分析 10 析与决策手段用于优化组织生产找出制约瓶颈摸清工序能力规范物流制 度提高设备效率以及新产品的开发效率才能达到不断提高万能生产线生产能 力的生产目标 2.2 万能生产线生产物流仿真需求分析 2.2.1 万能生产线生产物流仿真和优化需求概述 随着市场经济的快速发展市场逐步演变为动态多变型市场产品更新周期 缩短市场竞争日趋激烈如何更好地加快我国钢铁工业的发展步伐增强企业 的竞争实力是钢铁企业所面临的严峻任务由于系统仿真可大大缩短产品的研 制周期提高产品质量节省研制费用因此可以为解决当前轨梁厂万能生产线 的运行管理和物流管理问题提供一条有效的途径 轨梁厂新投产的万能生产线需要对重轨和型钢两个大系列数十个品种的产品 进行调试和试运行仿真手段能够有效界定产品生产参数的范围降低产品投产 试验的成本同时相应的故障分析生产预测和瓶颈分析能够为生产管理人员 提供有效的决策支持 此外万能生产线的投产对于操作人员的培训工作的工作量也比较大仿真 手段结合现场局部具体岗位的培训能够大大增强培训的效果万能生产线作为国 内第一条 100 重轨生产线有较多的来访人员仿真手段能够提供一个直观了解 生产全局的窗口 2.2.2 生产物流仿真和优化需求分类说明 针对当前万能生产线的生产现状轨梁厂对“万能生产线物流仿真系统”的需 求体现在七个方面 ? 生产过程仿真运行可对现有产品的生产加工过程进行仿真运行与分析 万能生产线的生产过程是多品种大批量多阶段的复杂连续工艺过程而且生 产线从加热炉到成品库距离较远设备多加工流程复杂提供物流仿真管理功 能使之能够比较直观的对生产现状进行的跟踪管理与生产分析支持生产管理 人员对生产过程中的一些问题进行分析和预测具体需求为 1用户应能通过对加工类型的选配生产参数的配置仿真运行产品在生产 线中的加工情况 2用户可通过仿真模拟生产线的运行情况比如生产线运行的时间和产量 单个设备的加工状态等系统界面将使用各个设备或产品图像的动态变化来反映 设备是否处于等待或加工状态 3用户可选择在仿真运行过程中暂停查看实时数据这些相关的加工数据包 括暂停时生产线已运行的时间当前生产线整体生产量统计当前单个设备生 重庆大学硕士学位论文 2 万能生产线物流仿真与管理的需求分析 11 产量统计当前单个产品加工时间统计也可在系统运行完毕即在输入的产量 或加工时间约束下已模拟加工完毕查看统计数据这些相关的加工数据包括 生产线整体生产时间统计生产线整体生产量统计单个设备生产量统计单个 产品加工时间统计 4对于现在已有的产品25 米50 米100 米重轨型钢系统将提供三维 仿真演示模型用户进入系统即可查看 ?仿真结果统计分析故障分析瓶颈分析以及生产预测由于庞大的生产 设备高附加成本的原材料方坯在制品成品在多个品种的新产品投产设 备发生故障等情况下实际的调试与试运行将花费大量的时间和成本才能实现量 产或得到设备故障状态下的调度计划因而在生产仿真的基础上系统应能提供 仿真结果统计故障和瓶颈分析以及生产预测的功能使生产管理人员能够模拟 分析和预测起到决策支持作用 ? 新产品投产仿真可对新产品的投产进行仿真分析 作为国内第一条 100m 重轨万能生产线万能线的产品包括了不同品种和规 格的重轨和型钢产品系列相当丰富每一种新产品都必须经过反复的调试与试 运行如果能通过仿真模拟界定一个大致的生产参数范围便于生产管理部门进 行决策将能够有效提高新产品投产效率缩短新产品开发周期具体需求为 对于新产品投产用户可自定义加工产品名称选择加工类型选择加工所需设 备以及每道工序所需时间加工批量和时间通过试运行此模型系统运行过程 中可分析产品加工的瓶颈环节用户可通过生产线生产流程和加工参数的修改改 进加工方案直到得到满意方案新产品加工工艺确定后可将此方案提交为现 有产品物流跟踪管理 用户可在物流跟踪管理模块中 跟踪查看其生产仿真情况 ? 通过三维动态仿真演示进行培训示教 随着生产的不断发展和人员的调动轨梁厂的需要不断对进入新岗位的人员 进行培训系统应能够提供仿真动态演示功能使受训人员能够比较直观全面的 了解整个生产概况 结合现场局部具体工作的培训 能够有效的增强培训的效果 具体需求为对现有产品重轨和型钢两大系列用户可查看其二维和三维的仿 真动态演示了解不同产品系列的生产流程了解产品加工工艺情况仿真效果 要求直观并支持暂停功能 ? 物料管理制度规范新线投产后的物料管理制度 作为万能生产线有机组成部分 原料库成品库中间库轧辊库在保 证生产顺利进行提高整线产能等方面有着非常重要的作用规范的物料管理制 度能够有效提高库存管理的效率因此要求能够结合实际的生产情况和以往的 生产物料管理制度和规范能够从原料库成品库中间库轧辊库四个方面规 重庆大学硕士学位论文 2 万能生产线物流仿真与管理的需求分析 12 划和细化轨梁厂现有的物料管理制度及操作规范 ? 远程协同支持能够提供远程咨询和专业仿真分析支持 为了既方便地使用为万能生产线专门开发的仿真与示教系统又能访问 em-plant 专业级的大型仿真平台系统应能够支持远程仿真分析功能和决策支持 功能在互联网的支持下将生产专家仿真专家和仿真资源集成起来解决重 大生产调整和生产决策问题 ? 系统管理支持用户权限管理 作为生产仿真管理系统系统的用户范围包括管理人员和现场的操作人员 对于核心的生产数据普通的操作人员应该只具有查阅权限所以系统应支持用 户权限管理具体需求如下管理员可在此模块中添加删除用户配置用户角 色定义其相关权限比如普通用户只能查看现有产品的物流跟踪而更高级 的用户才能配置新产品的加工工艺同时系统提供系统管理功能 2.3 本章小结 本章在对轨梁厂万能生产线生产物流现状阐述的基础上分析了万能生产线 生产物流管理方面存在的问题结合生产现状归纳和总结了万能生产线生产物 流仿真和优化的需求并结合生产物流仿真系统的功能对需求进行了分类说明 重庆大学硕士学位论文 3 万能生产线物流仿真与管理系统的总体设计 13 3 万能生产线物流仿真与管理系统的总体设计 3.1 万能生产线生产物流仿真与管理系统解决方案 3.1.1 万能生产线生产物流仿真与管理系统解决方案概述 根据需求分析万能生产线的物流仿真集成系统由 em-plant 仿真建模与分析 分系统rpss 万能生产线物流仿真与示教分系统万能生产线物流制度分系统三 大部分组成 ? em-plant 仿真建模与分析分系统首先建立整个万能生产线的生产物流模 型然后以 50 公斤重轨60 公斤重轨和 h 型钢为研究对象从生产线的瓶颈分 析生产线的生产能力分析关键设备生产负荷分析关键设备效率分析新产 品投产仿真分析五个方面对万能线的生产过程进行优化分析形成万能生产线物 流仿真分析与优化系列报告 ? rpss 万能生产线物流仿真与示教分系统专门针对轨梁厂万能生产线的生 产特点和运行流程设计并开发万能生产线物流仿真分系统该分系统采用软件 工程的规范方法进行总体和详细设计 应用 visual basic 面向对象程序语言 access 数据库管理系统cqei 远程协作支持环境建立设备信息与生产流程数据库包 括仿真初始化子系统仿真运行子系统仿真结果统计子系统生产分析子系统 三维仿真示教子系统远程协同子系统物流制度子系统用户管理子系统等八 个子系统 ? 万能生产线物流制度分系统该分系统提供的物料管理制度方案由新钢矾 轨梁厂和重庆大学所组成的物料管理制度小组共同制定范围为以重轨和型钢为 对象的物料管理以现有的生产管理规定和技术操作规程为蓝本结合现场技术 人员的实际操作和管理经验从物料管理的角度整理和完善相关的规定方案内 容主要结合现场的生产管理规范物料管理同时应用工业工程技术与方法进行 物流分析与优化从原料库成品库中间库轧辊库几个方面规划和细化万能 生产线现有的物料管理制度及操作规范形成现场可操作的物料管理制度 针对轨梁厂万能生产线的生产特点和运行流程项目组提出了一个全方位的 生产线物流仿真与管理的系统解决方案如图 3.1 所示 ? 对钢轨万能生产线生产物流进行实地调研与加工时间等生产数据采集 ? 采用强大的物流仿真软件 em-plant应用面向对象和 simple+技术抽象出 仿真产品对象的基本参数建立产品的对象模型在生产系统参数调研分析的 基础上建立生产线上包括加热炉bd1bd2u1e1u2e2 及 uf热锯及打 重庆大学硕士学位论文 3 万能生产线物流仿真与管理系统的总体设计 14 系统需 求分析 基础数 据采集 设备模型与 产品工艺模 型建立 整线生产模 型建立 em-plant仿 真运行 em-plant仿 真分析与优 化 rpss仿真 与示教系统 开发 rpss原型 系统的验 证完善 与改进 现有物料管 理信息调研 物料管理 制度制定 物料管理过程 分析与改进 培 训 与 应 用 实 施 图 3.1 物流仿真与管理系统解决方案 fig 3.1 systematic solution of logistics simulation and management system 印机冷床和余热淬火以及型钢生产线上的各关键设备的设备对象模型包括 关键生产设备的组合建模和关键生产设备及上下衔接环节的组合建模 ? 应用面向对象和 simple+技术在 em-plant 设备模型的基础上建立 50kg重 轨60kg重轨h 型钢等产品对象的生产工艺模型 ? 最后将生产线设备模型与产品对象模型进行集成形成万能轧线重轨精 整线型钢整线的生产物流模型 ? 应用 em-plant 对 50kg重轨60kg重轨h 型钢的生产过程进行二维三 维动态仿真分析与生产流程优化对优化方案重新建立生产线物流的模型对比 原生产线模型和优化改进后的生产线模型在生产总量关键设备运行效率设备 生产能力关键设备的负荷量等物流方面指标的优劣通过多次的反复优化的过 程得出最终的优化方案提交万能生产线的产能分析报告设备负荷报告以及生 产瓶颈优化分析报告 ? 以 em-plant 万能轧线重轨精整线型钢整线的生产物流模型为基础自 行开发针对万能生产线的 rpss 物流仿真与优化系统 ? 收集万能生产线现有的物料管理制度信息 同时广泛与现场工程技术人员 操作人员广泛交流应用工业工程技术与方法进行物流分析与优化制定万能生 产线的原料库成品库轧辊车间中间库的物料管理制度及操作规范配合生 产过程仿真从而实现生产线整体物流过程的优化 11 结合生产实际 对开发出的万能生产线物流仿真系统进行测试验证仿真 模型与实际系统的一致性以及优化模型对生产实践的指导性并对轨梁厂相关管 理人员进行培训和应用实施指导 3.1.2 em-plant 仿真建模与分析分系统技术方案 ? 面向对象的生产物流建模 从万能生产线实际的生产系统中收集产品的生产数据和设备的工艺参数以 重庆大学硕士学位论文 3 万能生产线物流仿真与管理系统的总体设计 15 此真实的数据为基础应用面向对象和 simple+技术抽象出仿真产品对象的基本 参数建立产品的对象模型在生产系统参数调研分析的基础上建立生产线上 关键生产设备的对象模型包括关键生产设备的组合建模和关键生产设备及上下 衔接环节的组合建模最后将产品对象模型与生产线设备模型进行集成从整个 生产系统的角度建立整个万能生产线的生产物流模型 ? 仿真运行与优化分析 结合所建立的生产线集成模型以及万能线的主要生产任务以 50 公斤重轨 60 公斤重轨和 h 型钢为研究对象运用参数化动态仿真simtalk 仿真编程数 理统计与数值分析可视化图表等技术从生产线的瓶颈分析生产线的生产能 力分析关键设备生产负荷分析关键设备效率分析新产品投产仿真分析五个 方面对万能线的生产过程进行优化分析 ? 优化改进方案的动态仿真评估 通过以上优化分析提出优化方案重新建立生产线物流的模型通过对原实 际生产线模型和优化改进后的生产线模型的对比仿真运行可对优化改进的效果 进行分析对比两者在生产总量关键设备运行效率设备生产能力关键设备 的负荷量等物流方面指标的优劣通过多次的反复优化的过程得出最终的优化方 案提交万能生产线物流仿真优化方案报告如图 3.2 所示 图 3.2 基于仿真的生产过程优化流程图 fig 3.2 flow chart of production process optimization based on simulation technology 3.1.3 万能生产线物流仿真与示教分系统rpss技术方案 万能生产线物流仿真与示教分系统采用软件工程的规范方法进行总体和详细 设计采用 visual basic 面向对象程序语言access数据库管理系统cqei 远程 协作支持环境进行开发并应用了图形动态刷新技术参数化动态仿真技术数 理统计与数值分析可视化图表等技术建立仿真初始化子系统仿真运行子系 统仿真结果统计子系统生产分析子系统三维仿真示教子系统远程协同子 系统物流制度子系统用户管理子系统等八个子系统 重庆大学硕士学位论文 3 万能生产线物流仿真与管理系统的总体设计 16 3.1.4 万能生产线物流制度分系统技术方案 物料管理制度方案的范围涉及以重轨和型钢为对象的物料管理主要结合现 场的生产管理规范物料管理优化操作步骤形成现场可操作的物料管理制度 同时以现有的生产管理规定和技术操作规程为蓝本结合现场技术人员的实际 操作和管理经验从物料管理的角度整理和完善相关的规定 原料库物料管理制度制定总体方针原料库是全厂物料管理的源头原料库 方坯和板坯能否及时供应是能否保障正常生产活动的前提条件做好原料库的物 料管理不仅可以提高库内面积的利用率而且对于大宗的方坯和板坯物料可 以有效降低搬运成本和人力成本整理车间物料管理制度从原料库库内物料管理 物料发出热装热送和废料管理四个环节制定方坯的物料管理制度结合整理车 间的生产管理规范物料管理形成现场可操作的物料管理制度 轧辊库物料管理制度制定总体方针轧辊备件的管理是轨梁厂设备管理的重 要方面高效及时的备件管理工作能够为设备维修提供质量良好的备件是缩短 停修时间提高维修质量保证修理周期完成修理计划和保障正常的生产活动 的重要工作轧辊物料管理制度从轧辊入库库内堆放生产供应以及废料管理 四个环节制定轧辊物料管理制度结合机修车间的生产管理规范物料管理形 成现场可操作的物料管理制度 中间库物料管理制度制定总体方针中间库是 950 线与型钢精整线和重轨精 整线的衔接枢纽从 950 线加工生产的重轨以及型钢在制品根据生产计划的安排 堆放在 100m冷床的东侧的中间库中做好中间库的物料管理不仅可以加强中间 库内的物料管理而且合理科学的调度对于提高两条精整线的利用率有着积极的 作用精整车间物料管理制度从在制品堆放和管理生产调度两个环节制定在制 品的物料管理制度 成品库物料管理制度优化总体方针在问题归类的基础上对于不同的问题 予以不同的解决方式一方面提交成品库物流现状诊断分析报告对成品库现 有的物料管理问题进行归纳和分类并提出建议解决方案另一方面考虑成品 库物料生产管理随机性大制约因素较多对现有的物料管理制度进行归纳和规 范对于堆垛台架上成品的调度规则提供可参考的依据和规则对于堆垛的规 则在以适当种