輪胎硫化車間節(jié)能的概念性計(jì)劃

1、輪胎硫化車間管理節(jié)能的概念性計(jì)劃背景：我國是世界制造大國，也是能源消耗第一大國，制造業(yè)所消耗的能 源占據(jù)我國總能耗的60%fc右，制造業(yè)單位產(chǎn)品能耗高于世界平均水平的 30% 我國單位GDRfg耗值也遠(yuǎn)高于世界平均水平，分別是美國和歐盟的2倍，日本的 4倍。我國制造業(yè)生產(chǎn)效率低，能耗需求大，能源浪費(fèi)嚴(yán)重等問題日趨嚴(yán)重，在 行業(yè)競爭壓力加大、能源價(jià)格攀升等不利因素影響下，能耗問題已成為制約我國 制造業(yè)可持續(xù)發(fā)展的最大瓶頸。近年來我國一直致力于節(jié)能減排工作，強(qiáng)調(diào)從提 高能源利用技術(shù)和加強(qiáng)能源管理等方面實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)。輪胎行業(yè)屬于傳統(tǒng)勞動(dòng)密集型和技術(shù)密集型的高能耗制造行業(yè)。我國輪胎制造行業(yè)雖然起步

2、較晚，但發(fā)展迅猛，從 2004年起，我國輪胎的產(chǎn)量和出口量躍 居世界第一。然而，自2011年起，能源、原材料的價(jià)格提升拉高了輪胎制造企 業(yè)的生產(chǎn)成本，使我國輪胎行業(yè)頓時(shí)陷入困境。據(jù)中國橡膠工業(yè)協(xié)會(huì)輪胎分會(huì) 2011年1月份的報(bào)表顯示，其45家會(huì)員企業(yè)的虧算面高達(dá)37.2%,禾I潤同比下 降37.6%。與此同時(shí)，低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展趨勢也給國內(nèi)輪胎制造行業(yè)帶來了壓力和 變化，引發(fā)了輪胎行業(yè)以“節(jié)能、環(huán)保、安全、智能、高效”的產(chǎn)品主導(dǎo)輪胎消 費(fèi)市場，促使輪胎企業(yè)加快調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和優(yōu)化升級(jí)，實(shí)施以低能耗、低污染、 低排放為特征的低碳制造發(fā)展模式。 對(duì)輪胎制造企業(yè)來說，實(shí)現(xiàn)由高碳向低碳轉(zhuǎn) 變，努力發(fā)展節(jié)能、

3、環(huán)保、綠色、安全的低碳產(chǎn)品是走出當(dāng)前困境的重要途徑。能源形勢的惡化引起了國家的高度重視。2008年，國家公布了輪胎單位產(chǎn)品耗限額的國家標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了輪胎制造企業(yè)單位產(chǎn)品能源消耗的限額技術(shù)要 求、能源消耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、節(jié)能管理等方面的要求。2010年10月，工信部出臺(tái)了我國輪胎發(fā)展史上的第一個(gè)政策一一輪胎產(chǎn)業(yè)政策，該政策提出要在輪胎行 業(yè)大力推進(jìn)節(jié)能減排和資源綜合利用工作，展開以提升質(zhì)量、節(jié)能降耗、減排治 污為重點(diǎn)的技術(shù)改造。另一方面，當(dāng)今市場由買方市場向賣方市場轉(zhuǎn)變， 消費(fèi)者對(duì)交貨期的要求也 越來越高。在市場競爭日益激烈的環(huán)境下，制造商應(yīng)盡量避免拖期交貨，以保證 企業(yè)信譽(yù)和降低生產(chǎn)成本。生產(chǎn)調(diào)度是企

4、業(yè)生產(chǎn)管理的重要組成部分， 是企業(yè)加 強(qiáng)管理，保證產(chǎn)品質(zhì)量和及時(shí)交貨，降低生產(chǎn)成本，減少能耗和提高經(jīng)濟(jì)效益的 重要手段。目前，對(duì)制造業(yè)來說，生產(chǎn)調(diào)度主要關(guān)注最大化生產(chǎn)能力、最小化生產(chǎn)成本和提高客戶滿意度等幾個(gè)方面，極少考慮制造過程能源消耗的問題。因此， 本文以減少產(chǎn)品制造過程能源消耗為目標(biāo)， 將能耗成本和交貨期等作為優(yōu)化調(diào)度 的性能指標(biāo)，融入高能耗制造企業(yè)的生產(chǎn)調(diào)度中， 最終通過在產(chǎn)品生產(chǎn)過程中運(yùn) 用優(yōu)化調(diào)度手段達(dá)到減少能源消耗、降低生產(chǎn)成本的目標(biāo)。1 .目的分析1.1 問題的提出-輪胎硫化車間調(diào)度能耗過高當(dāng)前，學(xué)術(shù)界普遍將制造業(yè)節(jié)能技術(shù)分為結(jié)構(gòu)節(jié)能、技術(shù)節(jié)能和管理節(jié)能三 個(gè)層次。結(jié)構(gòu)節(jié)能一般

5、指國家或行業(yè)范圍內(nèi)調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)規(guī)模等實(shí)現(xiàn)節(jié) 能；技術(shù)節(jié)能則是從提高制造企業(yè)生產(chǎn)設(shè)備性能、工藝水平和操作技能等手段達(dá) 到提高能源的利用率實(shí)現(xiàn)節(jié)能；管理節(jié)能則是通過組織生產(chǎn)、分配機(jī)器、控制生 產(chǎn)節(jié)奏等措施達(dá)到節(jié)能降耗。管理角度的節(jié)能理論源于對(duì)低碳制造理論和技術(shù)研究。不少國內(nèi)外學(xué)者從不 同角度對(duì)制造業(yè)能耗情況進(jìn)行研究。早期，學(xué)者們主要關(guān)注制造過程中能源的分 布和去向，Kordonowy通過大量調(diào)研表明，在產(chǎn)品加工過程中因機(jī)器機(jī)、停機(jī)、等待、等待以及輔助系統(tǒng)而消耗了大部分能源，如機(jī)床、磨床、銃床和注塑機(jī)等 約有30噓昌源被輔助系統(tǒng)所消耗。Giitowski等人對(duì)汽車制造企業(yè)能源消耗情況 的研究發(fā)

6、現(xiàn)，真正用于產(chǎn)品的零件加工的能耗不足15% Drake等人也證實(shí)機(jī)床或者組件、停狀態(tài)及空閑狀態(tài)需要消耗大遏的能源消耗。Hauschild M等從“產(chǎn)品”的觀點(diǎn)考慮制造單位產(chǎn)品的能源消耗情況， 將加工產(chǎn)品的能源消耗作為產(chǎn)品 生命周期評(píng)估的一部分，用于評(píng)價(jià)單位產(chǎn)品所需的能耗。但是產(chǎn)品生命周期考慮 的因素多，數(shù)據(jù)量大，而在整個(gè)產(chǎn)品生命周期過程中難以獲得較為精確的能耗數(shù) 據(jù)，因而采用產(chǎn)品生命周期過程評(píng)價(jià)制造過程能耗通常要采用大量的假設(shè)和簡 化，其準(zhǔn)確性大大折扣。認(rèn)為原料、生產(chǎn)過能源效率、原料利用率等幾個(gè)方面與 制造過程能耗相關(guān)，指出降低制造企業(yè)的能耗可從減少機(jī)床及其輔助設(shè)備的能 耗，工藝過程能耗，機(jī)器

7、空閑、等待停、開機(jī)等過程引發(fā)的能源浪費(fèi)入手，止匕外， 生產(chǎn)材料、供應(yīng)鏈及庫存等也是實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗的主要方面。目前有關(guān)于車間調(diào)度的研究大多以完工時(shí)間、交貨期、生產(chǎn)成本或利潤為目 標(biāo)，缺少以減少能源消耗為目標(biāo)的車間生產(chǎn)調(diào)度研究。輪胎硫化車間調(diào)度問題屬于一類帶特殊約束的非同等并行機(jī)調(diào)度問題，目前在國內(nèi)外沒有發(fā)現(xiàn)對(duì)此問題研 究的文獻(xiàn)報(bào)道。1.2 系統(tǒng)特性的定性分析1.2.1 能耗成本種類輪胎硫化車間調(diào)度問題是考慮拖期成本的能耗優(yōu)化調(diào)度問題，其中能耗成本包含機(jī)器正常運(yùn)行能耗成本、待機(jī)能耗成本和機(jī)器“關(guān)一開”機(jī)預(yù)熱能耗成本。1.2.2 能耗的結(jié)構(gòu)輪胎生產(chǎn)企業(yè)主要生產(chǎn)工藝流程、用能設(shè)備、供能系統(tǒng)和能源分布情況

8、可由 圖1表示。企業(yè)主要使用電力、水蒸氣、壓縮空氣、氮?dú)夂蛣?dòng)力水五種能源工質(zhì)， 每種能源工質(zhì)均由專門的供應(yīng)系統(tǒng)， 將其供應(yīng)到各車間層，形成了一個(gè)龐大的供 能網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，由圖1可知，能源供應(yīng)系統(tǒng)可分為水蒸氣供應(yīng)系統(tǒng)、 電力供應(yīng)系統(tǒng)、 氮?dú)夤?yīng)系統(tǒng)、壓縮空氣供應(yīng)系統(tǒng)和動(dòng)力水供應(yīng)系統(tǒng)，其中水蒸氣來自鍋爐房， 壓縮空氣由空壓機(jī)產(chǎn)生，氮?dú)馐墙?jīng)空壓機(jī)后的壓縮空氣經(jīng)制氮機(jī)產(chǎn)生。通過該系統(tǒng)可以很清晰地看到各車間的用能設(shè)備、用能情況以及各種能耗工質(zhì)的使用比例 等情況。皿酶” 水晶汽附 壓翔空 木蒸汽 動(dòng)加k*力樂幡空氣 荻料 動(dòng)力水水蒸氣 取氣壓縮空氣劭力水 電力電H8空氣能源介質(zhì)泥揀時(shí)何次數(shù)泡靜謁度眄壓力硒次基

9、每次混嫉重量下料和出料配音程度工人累作年胖機(jī)看轉(zhuǎn)速應(yīng)林門尼站度壞,干醒度 策Ifc粗壓力齦延匈ft.感面出走和供脫通度靶配股片烈度腫同 麻潞酸薜遽咸密欲壓力砂£流量 型櫛精旗中心成差壓力廢汽壓力式PI力能比時(shí)皿定型K力環(huán)境村度敲汽遞入 時(shí)同產(chǎn)品蝶格 產(chǎn)品岫工人操作技巧能耗影響因索注工本國中僅列舉生產(chǎn)工藝車間的各種朝介質(zhì)的比例.圖1輪胎生產(chǎn)企業(yè)能源分布圖下面介紹各能源介質(zhì)產(chǎn)生途徑和作用。(1)水蒸氣水蒸氣是輪胎企業(yè)優(yōu)質(zhì)的二次能源，由無煙煤燃燒熱加熱鍋爐中的水，得到 壓力為2.5Mpa溫度為300c左右的飽和水蒸氣，經(jīng)過減溫閥和減壓閥將溫度和 壓力下降到符合車間工藝要求后供給到各用汽車間

10、，水蒸氣主要用于輪胎硫化車 間，纖維壓延和制品車間、煉膠車間、錠子房、壓延壓出空調(diào)房等。根據(jù)其工藝 特點(diǎn)，水蒸氣供到硫化車間時(shí)，其對(duì)溫度和壓力要求非常嚴(yán)格，因有多臺(tái)硫化機(jī) 器同時(shí)關(guān)?；騿?dòng)、正常硫化時(shí)也要在水蒸氣和氮?dú)庀蚯袚Q， 常造成水蒸氣供應(yīng) 系統(tǒng)的強(qiáng)烈震蕩，造成溫度和壓力變化大，達(dá)不到工藝要求。(2)電輪胎生產(chǎn)各工藝過程都用到電能，對(duì)電力需求大，輪胎企業(yè)的電力資源全部 來自于外購，企業(yè)大功率用電設(shè)備較多，如煉膠車間的密煉機(jī)，壓延車間滾壓壓 延線和壓出機(jī)生產(chǎn)線、空壓機(jī)組、制氮機(jī)組等大功率機(jī)組對(duì)供電質(zhì)量要求較高， 因此要盡量避免大功率機(jī)器開停時(shí)產(chǎn)生沖擊性負(fù)荷和高次諧波，對(duì)生產(chǎn)設(shè)備和供電系統(tǒng)穩(wěn)定

11、帶來較大影響。(3)壓縮空氣壓縮空氣是輪胎企業(yè)必不可少的動(dòng)力介質(zhì)，用于驅(qū)動(dòng)各種氣動(dòng)設(shè)備以及充入 輪胎內(nèi)定型便于加工。壓縮空氣由空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生，通過減壓后輸送到緩沖罐備用，各車間工序要用時(shí)可隨時(shí)使用，壓縮空氣主要用于成形車間、 部件車間和密 煉車間。(4)氮?dú)庠谳喬テ髽I(yè)中氮?dú)馐亲鳛楸Ｗo(hù)氣體用于硫化工藝，在硫化是胎囊內(nèi)先充入高 溫高壓蒸汽加熱輪胎，當(dāng)達(dá)到一定溫度后停止供如蒸汽換成氮?dú)猓员乇海?待硫化完成后再將氮?dú)馔馀?，使用氮?dú)庵饕菫榱藴p少水蒸氣的消耗，節(jié)約能源。(5)水輪胎生產(chǎn)過程用水較多，遍布每個(gè)車間，水的作用主要有：產(chǎn)品或設(shè)備的加 熱、冷卻或洗滌。如在硫化工序在定型后要通入過熱水加熱，

12、待硫化結(jié)束后，輪 胎需要通入冷水冷卻。綜上所述，輪胎企業(yè)使用的能源介質(zhì)較多，能源介質(zhì)產(chǎn)消鏈與生產(chǎn)過程存在 重疊與交叉，形成了多個(gè)功能系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，多種能源介質(zhì)同時(shí)作用于同一工序，一 種能源介質(zhì)也可以用于多個(gè)工序，增加了能源管理的復(fù)雜性。1.3 需要及技術(shù)預(yù)測目前輪胎企業(yè)的生產(chǎn)成本增幅已超過 40%原材料、能源、勞動(dòng)力三大因素 推高了企業(yè)的生產(chǎn)成本，使輪胎行業(yè)進(jìn)入了一個(gè)高成本時(shí)代。隨著低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，必然會(huì)給國內(nèi)輪胎制造業(yè)帶來壓力和變化。 低碳經(jīng)濟(jì) 將引發(fā)輪胎行業(yè)以“節(jié)能、環(huán)保、安全、智能、高效”的產(chǎn)品主導(dǎo)輪胎消費(fèi)市場， 迫使輪胎企業(yè)加快調(diào)整產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和優(yōu)化升級(jí)，實(shí)施以低消耗、低污染、低排放為 特征的

13、綠色發(fā)展模式。在行業(yè)內(nèi)推行以用戶為導(dǎo)向的低碳產(chǎn)品采購和低碳產(chǎn)品消 費(fèi)模式，對(duì)輪胎企業(yè)來說就是要打造好輪胎產(chǎn)業(yè)新的生產(chǎn)力，實(shí)現(xiàn)由高碳向低碳轉(zhuǎn)變，變壓力為動(dòng)力，發(fā)展節(jié)能、環(huán)保、安全、綠色的低碳產(chǎn)品就是輪胎企業(yè)要 尋找的“藍(lán)?！?。發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)、開發(fā)低碳產(chǎn)品對(duì)輪胎行業(yè)來說既是挑戰(zhàn)，更是 機(jī)遇。誰調(diào)整得早，轉(zhuǎn)向得快，誰就會(huì)占領(lǐng)市場的制高點(diǎn)，取得主動(dòng)。以硫化工序?yàn)槔龢?gòu)建起能耗輸入輸出模型，輪胎硫化需要能源工質(zhì)種類多， 包括水蒸氣、過熱水、電能、氮?dú)?、壓縮空氣和動(dòng)力水等，這些能源工質(zhì)相互作 用，相互制約，各種能耗介質(zhì)在硫化工藝過程的輸入輸出流程。水蒸氣和過熱水經(jīng)硫化工序后進(jìn)行回收，得到溫度較高的冷凝水，有部

14、分參入雜質(zhì)的直接排放， 變成廢水，壓縮空氣和氮?dú)鈩t直接排放；動(dòng)力水經(jīng)回收可在此利用。針對(duì)同時(shí)使用多種能源工質(zhì)的情況，通常用綜合能耗來衡量產(chǎn)品的能效情 況，常用的4種綜合能耗分別是綜合能耗、單位產(chǎn)值綜合能耗、產(chǎn)品單位產(chǎn)量綜 合能耗、產(chǎn)品單位產(chǎn)量可比綜合能耗。1.4 系統(tǒng)的目的明確隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和生活水平的日益提高，人類對(duì)于能源的需求也正在日益攀升，據(jù)國際能源機(jī)構(gòu)（IEA）2009年公布的2009世界能源展望報(bào)告 預(yù)測，從2007年到2030年世界一次能源的需求量將以年 1.5%的增長速度從 117.3億噸油當(dāng)量增長到170.1億噸，總體增幅將高達(dá)40%。需求的日益旺盛， 極大的推動(dòng)了全球

15、能源價(jià)格的全線上揚(yáng)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，澳大利亞BJ現(xiàn)貨價(jià)格從2006年1月的40美元/噸開始一路飆升，截止到2011年5月19日，原煤價(jià)格 已經(jīng)高達(dá)117.03美元/噸，年增長幅度高達(dá)25%。同時(shí)，據(jù)IPPC第四次評(píng)估報(bào) 告估計(jì)，自1750年以來，由于人類活動(dòng)大氣中二氧化碳、氧化亞氮、甲烷等的 濃度已經(jīng)明顯發(fā)生變化，僅1970年到2004的34年間就增加了 70%,其中二 氧化碳的排放增幅高達(dá)80%達(dá)到379ppm,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過人類過去65萬年的自然變 化的范圍，這也導(dǎo)致了全球氣溫的逐漸攀升，如今全球平均氣溫比工業(yè)革命前約 高0.8 C,并以每10年0.2 C的速度上升。同時(shí)報(bào)告還警告說，如果全能源結(jié) 構(gòu)仍

16、以化石燃料為主導(dǎo)，那全球溫室氣體排放量在2000-2030年期間將增加25%90%氣溫也將升高0.4 C。目前我國制造業(yè)的能耗占用了全國一次能耗的63%,單位產(chǎn)品的能耗高出國際水平20%至30%,單位GDP勺能耗值也遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于發(fā)達(dá)國家的水平，如果以日本單位GD唯耗為1 ,那么歐盟為1.8 ,美國為2 ,中國則高達(dá)8.6。因此我國政 府早在2006年的中華人民共和國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十一個(gè)五年規(guī)劃綱 要中就明確提出我國在“十一五”期間單位 GDPfg耗要降低20%,主要污染物 排放總量減少10%的約束指標(biāo)。并按照節(jié)能減排綜合性工作方案的相關(guān)規(guī)定 從四個(gè)方面加強(qiáng)節(jié)能減排工作，一是調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、加快

17、產(chǎn)業(yè)升級(jí)；二是通過完 善價(jià)格和財(cái)稅體制促進(jìn)節(jié)能；三是通過提高科技水平實(shí)現(xiàn)節(jié)能；四是通過加強(qiáng)管 理促進(jìn)節(jié)能。對(duì)于未來中國而言，特別是對(duì)于正在蓬勃發(fā)展的中國制造業(yè)而言， 節(jié)能減排、 低碳轉(zhuǎn)型不僅僅是生存之本，更是發(fā)展之道；既是我國加快經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整的原因，也是調(diào)整的方向和終點(diǎn)導(dǎo)致目前制造業(yè)中管理層忽略能源浪費(fèi)的主要原因是能源成本僅占產(chǎn)品總 成本的23%或者5%。因此為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能，最關(guān)鍵的是企業(yè)的商業(yè)模式的轉(zhuǎn)變， 即從“最低資本的最大收益”轉(zhuǎn)變?yōu)椤白钚∧芎牡淖畲髢r(jià)值”。在這種商業(yè)模式 下，需要企業(yè)通過綜合考慮環(huán)境規(guī)則、產(chǎn)品質(zhì)量、顧客滿意度，使其達(dá)到最優(yōu)以 減少產(chǎn)品的成本。企業(yè)能耗的減少一方面需要提高全

18、面的節(jié)能環(huán)保意識(shí)，另一 方面依賴于企業(yè)自動(dòng)化程度的增加，從而能夠?yàn)檐囬g層提供更好的透明度和效 率。目前從生產(chǎn)管理角度來看制造業(yè)的節(jié)能技術(shù)主要包括生產(chǎn)過程穩(wěn)定技術(shù)、產(chǎn)品工藝再思考技術(shù)、完成無損基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)及企業(yè)信息化能源信息建設(shè)等四方 面。車間調(diào)度問題是一類用于解決車間資源的最優(yōu)安排，生產(chǎn)計(jì)劃安排，為計(jì)劃的執(zhí)行和控制提供指導(dǎo)的特殊的調(diào)度問題，該問題對(duì)應(yīng)于生產(chǎn)管理系統(tǒng)的短期計(jì) 劃的安排，即實(shí)施層次。在離散制造業(yè)中，生產(chǎn)調(diào)度過程中所涉及的資源主要包 括：人員、設(shè)備（加工設(shè)備、存儲(chǔ)設(shè)備、運(yùn)輸設(shè)備、維修設(shè)備）、資金、能源、以 及原材料等。車間調(diào)度過程的就是資源一定的條件下，通過優(yōu)化生產(chǎn)工藝、加工 流程及

19、車間物流路徑，使企業(yè)所要求的某些性能指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)， 這些指標(biāo)可以是 任務(wù)的最短完工時(shí)間、企業(yè)的生產(chǎn)成本最低、倉儲(chǔ)的庫存費(fèi)最少、產(chǎn)品的生產(chǎn)周 期最短、或者是設(shè)備利用率最高、能源消耗最低等，也可以是多個(gè)指標(biāo)構(gòu)成的復(fù) 合指標(biāo)。因此車間調(diào)度問題是一個(gè)多目標(biāo)多約束的，復(fù)雜的NP難問題。車間調(diào)度作為企業(yè)生產(chǎn)管理系統(tǒng)的核心組成和關(guān)鍵技術(shù)，良好的調(diào)度方案對(duì) 于提高企業(yè)的生產(chǎn)效率具有重要意義， 它不僅能夠有效降低設(shè)備的空閑率，縮短 產(chǎn)品的生產(chǎn)周期，提高顧客滿意度，而且能夠有效地降低生產(chǎn)成本、 減少能源消 耗和提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。2 .功能分析2.1 機(jī)構(gòu)與制度的可行性一級(jí)機(jī)構(gòu)有能源科，二級(jí)機(jī)構(gòu)有能耗管理員。2.

20、2 業(yè)務(wù)分析輪胎生產(chǎn)過程是將橡膠、炭黑、硫磺等多種原料以一定的比例混合，經(jīng)過密煉、 壓延、壓出、成型、硫化和終檢等5大工序步驟，加工成輪胎。如圖2所示。每 個(gè)大工序有包含若干子工序。煉膠 - > 壓延 成型 > 藤化 ">1 終檢圖2輪胎生產(chǎn)流程圖下面介紹每個(gè)工序的具體工藝過程，分析主要能耗影響因素。(1)煉膠工序煉膠工序是將橡膠、炭黑、硫磺、生膠等按一定比例進(jìn)行混合比配，投入到 密煉機(jī)中，通過攪拌和切割作用產(chǎn)生的熱量進(jìn)行物理和化學(xué)反映，混煉出生膠， 經(jīng)過滾壓機(jī)壓成膠片，經(jīng)過冷卻水池、風(fēng)扇陣列吹冷，最后將膠片疊堆。煉膠過 程主要消耗電能、壓縮空氣和水。經(jīng)分析，影響煉

21、膠工序的能耗因素有很多種， 分析如下。a.投料不及時(shí)，密煉機(jī)和下輔機(jī)處于空轉(zhuǎn)等料；出片卡料，混煉好的膠料無 法掉落到出片機(jī)，密煉機(jī)和上輔機(jī)處于空轉(zhuǎn)等待狀態(tài)。新人不能熟練操作機(jī)器， 不能很好配合上下游工序造成生產(chǎn)等待。b.混煉時(shí)間過長能源消耗多，混煉時(shí)間過短未達(dá)到質(zhì)量要求，需要多次混煉， 每次混煉都需要將膠料冷卻靜放一段時(shí)間才能進(jìn)行下一次混煉， 所消耗的能源更 多。c.電能質(zhì)量不穩(wěn)定，嚴(yán)重影響大功率機(jī)器效率，容易造成機(jī)器故障，也影響 產(chǎn)品質(zhì)量，更換產(chǎn)品規(guī)格需要的時(shí)間長，需要清洗機(jī)器和開機(jī)預(yù)熱等同樣需要消 耗能源。(2)壓延和壓出工序壓延和壓出工序生產(chǎn)的部件包括鋼絲簾布、內(nèi)襯層、三角膠、胎面、胎側(cè)

22、、 胎肩墊膠等。a.鋼絲簾布?jí)貉邮菍摻z和膠料通過壓延機(jī)壓制成覆膠簾布。將煉膠工序生 產(chǎn)的膠片經(jīng)工業(yè)循環(huán)水均勻加熱到 8(rc-105° C之間(過高過低會(huì)造成壓延脫 層或簾布線不粘)，通過擠出機(jī)擠壓成膠條狀輸送至壓輾機(jī)滾壓而成；鋼絲簾線 表面鍍有一層銅鋅合金，在潮濕環(huán)境中極易生銹，因此要在釘子房中控制鋼絲的 溫度、干濕度和張力，如溫度要比壓延稍高。纖維簾布和膠料經(jīng)滾壓復(fù)合成膠簾 布，經(jīng)冷卻輯滾壓及緩沖裝置后卷取。簾布?jí)貉又饕乃魵?、電和水；b.內(nèi)襯層壓延是膠料經(jīng)冷喂料擠出后送入壓片機(jī)壓輯壓成兩層膠片，然后將兩層膠片熱貼合在一起，壓延成有一定厚度、寬度和形狀的膠片；主要消耗電、

23、工業(yè)循環(huán)水和蒸汽。c.三角膠壓出是膠料經(jīng)冷喂料擠出后送入壓出機(jī)壓成三角膠，經(jīng)過工業(yè)循 環(huán)水噴淋冷卻，再用壓縮空氣吹干最后卷取存放； 主要消耗電、工業(yè)循環(huán)水和壓 縮空氣。(3)成型工序成型是將壓延、壓出工序生產(chǎn)的內(nèi)襯層、胎體簾布、鋼絲圈、胎肩塾膠、胎 冠、胎側(cè)、帶束層等部件在成型機(jī)生產(chǎn)線上按照一定組合而成胎還。如采用二步法成型則現(xiàn)將內(nèi)襯層和胎體在成型鼓中貼合，然后在兩邊扣上鋼絲圈，經(jīng)反包、 壓合，接著將胎側(cè)貼合得到一段胎還，在二段胎還中先將帶束、冠帶和胎面在帶 束鼓中貼合，然后與一段胎還用卡盤定型和壓合得到完整胎還。在此過程中主要 使用電和壓縮空氣。成形車間對(duì)溫濕度要求較高，全年要將溫度和適度維

24、持在2(rc 27 ° C之間，濕度在55%RH65R也問，夏季需要中央空調(diào)提供冷風(fēng)，冬天需要蒸汽提 供熱流。成型機(jī)主要用電能和壓縮空氣驅(qū)動(dòng)，傳輸線將內(nèi)襯層、胎側(cè)、胎體等部 件輸送到成形鼓上，采用氣動(dòng)裝置將這些部件壓到成形鼓， 成形鼓旋轉(zhuǎn)得到內(nèi)胎 層，同時(shí)通過環(huán)形氣社向內(nèi)襯層從氣等一系列步驟將內(nèi)襯層、胎體簾布、鋼絲圈、子口布、胎肩墊膠、胎冠、胎側(cè)、帶束層等各種半成品部件壓制成胎還。因此， 影響能耗的因素有環(huán)境溫度、各部件存放的時(shí)間、成形鼓轉(zhuǎn)速與壓力，中心膠囊 定位精度，環(huán)形氣虹沖氣時(shí)間。(4)硫化工序硫化是將胎還放到硫化機(jī)中在一定的溫度、壓力的飽和水蒸氣、壓縮空氣及 氮?dú)獾榷喾N能源介

25、質(zhì)作用下，使橡膠輪胎發(fā)生硫化反應(yīng)，即將可塑性強(qiáng)、易變形、 強(qiáng)度低的“生胎”通過硫化反應(yīng)時(shí)橡膠內(nèi)的線型高分子發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)， 生成網(wǎng)狀 的一定硬度、有彈性和耐磨的高分子材料，俗稱將生胎“煮熟”。典型的橡膠輪胎硫化工藝包括裝胎、定型、胎胚加熱到工藝溫度、冷卻、卸胎等工序，其中關(guān) 鍵工藝過程是定型和加熱過程。某子午線輪胎生產(chǎn)硫化的工藝流程圖中，定型即 在安裝有生胎的硫化機(jī)的膠囊中充入高溫飽和蒸汽，用以固定胎還的形狀和為發(fā) 生硫化反應(yīng)提供熱源，并保持一段時(shí)間的穩(wěn)定壓力。加熱過程是導(dǎo)入飽和蒸汽和 過熱的水到膠囊中，生胎的內(nèi)、外側(cè)分別由膠囊和金屬管道通入蒸汽和熱水加熱 或保溫；生胎外側(cè)溫和內(nèi)測溫以及壓力對(duì)硫

26、化質(zhì)量至關(guān)重要。硫化不充分，輪胎鈿度不夠，溫度過高則橡膠被氧化，有不少廠家采取的做法是在生胎外部通入一 定壓力的高純度氮?dú)庥糜谧柚箍諝庵械难鯕馀c加熱硫化中的生胎接觸。2.3 邊界條件該廠硫化車間需要硫化的輪胎規(guī)格多達(dá) 1000多種，不同規(guī)格的輪胎硫化參 數(shù)不同，其中，內(nèi)胎和外胎溫度、壓力，硫化時(shí)間等參數(shù)有較大差異；硫化機(jī) 4 種規(guī)格100多臺(tái)，每臺(tái)機(jī)器加工能力不同，某些規(guī)格的輪胎只能在特定規(guī)格硫化 機(jī)；更換規(guī)格時(shí)需要更換胎囊和模具； 受到上游工序的限制，工件（生胎）的達(dá)到 硫化車間的時(shí)間不確定，不同規(guī)格的產(chǎn)品要求的交貨期不同。 硫化車間調(diào)度問題 與其他車間調(diào)度問題最大不同點(diǎn)是硫化機(jī)在停機(jī)狀態(tài)下

27、開機(jī)時(shí)需要預(yù)熱一段時(shí) 問后方能正常加工，硫化機(jī)有3種耗能狀態(tài)：機(jī)器正常加工、機(jī)器空轉(zhuǎn)等待、機(jī) 器開機(jī)預(yù)熱，其中機(jī)器開機(jī)預(yù)熱到正常加工是停機(jī)時(shí)間的函數(shù)。因此，如何確定工件在機(jī)器上的分配、在同一臺(tái)機(jī)器上工件的加工順序，機(jī)器機(jī)數(shù)量，機(jī)器待機(jī)數(shù)量等對(duì)能耗影響非常大。根據(jù)以上特點(diǎn)，將硫化車間調(diào)度問題抽象為一類非 同等并行機(jī)能耗優(yōu)化調(diào)度問題。3 .系統(tǒng)合成3.1 對(duì)策與方案下面，以典型子午線橡膠輪胎生產(chǎn)企業(yè)硫化生產(chǎn)工藝的特點(diǎn)和能源使用情況 的為例，說明輪胎硫化車間能耗優(yōu)化調(diào)度問題，該廠硫化車間需要硫化的輪胎規(guī) 格多達(dá)1000多種，不同規(guī)格的輪胎硫化參數(shù)不同，其中，內(nèi)胎和外胎溫度、壓 力，硫化時(shí)間等參數(shù)有較

28、大差異；硫化機(jī)4種規(guī)格100多臺(tái)，每臺(tái)機(jī)器加工能力 不同，某些規(guī)格的輪胎只能在特定規(guī)格硫化機(jī)；更換規(guī)格時(shí)需要更換胎囊和模具；受到上游工序的限制，工件(生胎)的達(dá)到硫化車間的時(shí)間不確定，不同規(guī)格的產(chǎn) 品要求的交貨期不同。硫化車間調(diào)度問題與其他車間調(diào)度問題最大不同點(diǎn)是硫化 機(jī)在停機(jī)狀態(tài)下開機(jī)時(shí)需要預(yù)熱一段時(shí)間后方能正常加工，硫化機(jī)有3種耗能狀 態(tài)：機(jī)器正常加工、機(jī)器空轉(zhuǎn)等待、機(jī)器開機(jī)預(yù)熱，其中機(jī)器開機(jī)預(yù)熱到正常加 工是停機(jī)時(shí)間的函數(shù)。因此，如何確定工件在機(jī)器上的分配、在同一臺(tái)機(jī)器上工 件的加工順序，機(jī)器機(jī)數(shù)量，機(jī)器待機(jī)數(shù)量等對(duì)能耗影響非常大。根據(jù)以上特點(diǎn)， 將硫化車間調(diào)度問題抽象為一類非同等并行機(jī)

29、能耗優(yōu)化調(diào)度問題。該類問題有如下特點(diǎn)：由上述分析可知，硫化工藝的特點(diǎn)是工序步驟多，工藝條件嚴(yán)格，能源消耗 大，生產(chǎn)集中，對(duì)機(jī)器設(shè)備性能和操作人員素質(zhì)要求高， 其復(fù)雜性可由以下幾方 面體現(xiàn)：(1)工序步驟多，工藝復(fù)雜，需要的能源工質(zhì)種類多。硫化過程包括裝胎、 定型、生胎加熱到工藝溫度、冷卻、卸胎等多個(gè)步驟，其中生胎加熱步驟要求高， 對(duì)溫度和壓力條件比較茍刻；為了避免氧化，要用到氮?dú)獾榷栊宰鳛楸Ｗo(hù)氣體， 多種能源工質(zhì)間進(jìn)行切換使用，互相作用，互相制約，對(duì)機(jī)器參數(shù)設(shè)置要求高， 對(duì)供能系統(tǒng)的穩(wěn)定性要求高。(2)多對(duì)多的生產(chǎn)模式。一是輪胎生產(chǎn)設(shè)備多，據(jù)某大型輪胎生產(chǎn)企業(yè)調(diào)研 資料顯示，該硫化車間具有10

30、4臺(tái)硫化機(jī)，可分為4大類型，不同的硫化機(jī)硫化 輪胎的能力不一樣，體現(xiàn)了設(shè)備的非同等性。二是產(chǎn)品規(guī)格種類多，該企業(yè)生產(chǎn) 的輪胎有1000多個(gè)品種，輪胎接斷面寬度不一至，輪胎厚度也差異很大，并非 每種規(guī)格的輪胎均能在任意一臺(tái)硫化機(jī)上加工，體現(xiàn)了產(chǎn)品的非同等性，因此， 將不同類型的輪胎快速適當(dāng)分配到100多臺(tái)硫化機(jī)上加工，是一件比較復(fù)雜的事 情。(3)時(shí)間短，不確定因素多。硫化工序受到上一道工序的限制，只能提前幾 個(gè)小時(shí)才能獲得排產(chǎn)計(jì)劃，造成機(jī)器開-停頻繁，導(dǎo)致溫度和壓力達(dá)不到工藝要 求，引起短暫停產(chǎn)現(xiàn)象；止匕外，生產(chǎn)計(jì)劃臨時(shí)變更等情況，不同規(guī)格產(chǎn)品交貨期 差異大等問題，也增加了調(diào)度的難度。(4)硫

31、化機(jī)有開機(jī)一預(yù)熱、正常加工和空閑等待三種運(yùn)行狀態(tài)。不同狀態(tài)單 位時(shí)間內(nèi)所消耗的能源不一樣，其中機(jī)器開機(jī)預(yù)熱時(shí)間長達(dá)數(shù)小時(shí)， 其預(yù)熱期間 單位時(shí)間內(nèi)消耗能IS比正常加工時(shí)大， 硫化時(shí)更換膠囊、更換規(guī)格、機(jī)器故障等 情況需要停機(jī)-開機(jī)預(yù)熱外，機(jī)器處于長時(shí)間無加工任務(wù)狀態(tài)也需要停機(jī)。 因此, 在工件數(shù)量和到達(dá)時(shí)間不能確定情況下，如何選擇機(jī)器開機(jī)臺(tái)數(shù)、確定無加工任 務(wù)機(jī)器處于等待或是停機(jī)狀態(tài)也有一定難度。3.2 替代方案設(shè)有m臺(tái)加工能力不一樣的機(jī)器 M1 , M 2 ,，Mm構(gòu)成一個(gè)制造系統(tǒng)，每 臺(tái)機(jī)器有三種狀態(tài)（運(yùn)行、待機(jī)和停一開機(jī)），其中，機(jī)器的初始狀態(tài)為停機(jī)，因 此，機(jī)器Mj的能耗分別由三部分組

32、成運(yùn)行能耗，待機(jī)能耗和從停機(jī)到運(yùn)行狀態(tài) 的預(yù)熱能耗。這三部分能耗對(duì)應(yīng)的單位時(shí)間能耗成本分別為：&、Pj2和?，F(xiàn)有n個(gè)相互獨(dú)立的工件J- J2,，Jn,其中R,表示工件i到達(dá)系統(tǒng)的時(shí)間， 每個(gè)工件對(duì)應(yīng)著一個(gè)交貨期 Di ,如果工件在交貨期前未能完工，則會(huì)為系統(tǒng)帶 來一定的懲罰，依據(jù)拖期的程度用Pi表示工件i的單位懲罰成本；每個(gè)工件必須 經(jīng)過該系統(tǒng)中一臺(tái)機(jī)器加工，加工時(shí)間為 Tj;一臺(tái)機(jī)器同一時(shí)間只能加工一個(gè) 工件；工件在加工過程中遵循不可搶占特性， 即若工件在一臺(tái)機(jī)器上加工，必須 加工完畢后，該機(jī)器才能加工下一個(gè)工件；如何安排工件在該系統(tǒng)的加工順序， 從而確定每臺(tái)機(jī)器狀態(tài)，使得該系統(tǒng)的生

33、產(chǎn)成本最少化 Emin。用Graham的三元 組來描述該類問題近平”M，Mg）忸min。建立輪胎硫化車間能耗優(yōu)化調(diào)度問題數(shù)學(xué)模型。針對(duì)以能耗優(yōu)化為目標(biāo)的非同等并行機(jī)調(diào)度問題， 采用基于啟發(fā)式規(guī)則算法 進(jìn)行求解；針對(duì)優(yōu)化模型中的拖期成本目標(biāo)，采用三種基于優(yōu)先啟發(fā)式規(guī)則的算 法進(jìn)行求解；針對(duì)能耗優(yōu)化目標(biāo)，提出基于機(jī)器能耗規(guī)則的啟發(fā)式算法， 針對(duì)能 耗成本和拖期成本目標(biāo)，提出基于組合啟發(fā)式規(guī)則的算法對(duì)模型進(jìn)行求解。為驗(yàn)證算法有效性，設(shè)計(jì)了仿真算例對(duì)該模型進(jìn)行仿真，仿真的結(jié)果驗(yàn)證了本模型的 合理性和有效性。針對(duì)硫化車間能耗優(yōu)化調(diào)度問題，提出基于啟發(fā)式規(guī)則的遺傳算法進(jìn)行求 解。為檢驗(yàn)不同啟發(fā)式規(guī)則進(jìn)行初始化對(duì)遺