柔性煙草制絲生產(chǎn)線物流系統(tǒng)仿真研究

柔性煙草制絲生產(chǎn)線物流系統(tǒng)仿真研究

柔性噴霧干燥絲制裝配廠采用靈活多變的自動(dòng)送送路，可從不同的加工送送路轉(zhuǎn)化為不同的加工方法和材料銷售方式。但由于柔性煙草制絲生產(chǎn)線路徑的多樣性、輸送物料流量的變化及各類輸送設(shè)備的不同特性,在進(jìn)行總體規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)存在一定的困難。為此,采用系統(tǒng)仿真的方法對(duì)物流系統(tǒng)或系統(tǒng)部分區(qū)域的關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行了分析研究,以期對(duì)物流系統(tǒng)進(jìn)行合理優(yōu)化,盡可能滿足總體規(guī)劃設(shè)計(jì)的要求。1柔性制絲生產(chǎn)系統(tǒng)柔性煙草制絲系統(tǒng)是由統(tǒng)一的信息控制系統(tǒng)、物料儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)及一組數(shù)字控制的加工設(shè)備組成,能適應(yīng)加工對(duì)象變換的自動(dòng)化制造系統(tǒng)。柔性煙草制絲生產(chǎn)線的核心是將制絲加工設(shè)備單元化、模塊化,使單臺(tái)或一組連續(xù)加工生產(chǎn)設(shè)備成為子系統(tǒng)的加工單元,再根據(jù)卷煙產(chǎn)品分組加工的需要,在相同的同一子系統(tǒng)中并聯(lián)設(shè)置多個(gè)加工單元,并通過(guò)構(gòu)件化的控制系統(tǒng)平臺(tái),對(duì)各個(gè)加工單元進(jìn)行不同加工參數(shù)的設(shè)置,在相同的同一子系統(tǒng)中同時(shí)完成不同模塊煙葉(葉絲)加工處理。同時(shí)在各加工子系統(tǒng)之間,采用柔性的物流傳送技術(shù),將前后子系統(tǒng)中各個(gè)加工單元銜接起來(lái),形成加工單元之間多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的可變化的物料輸送及加工模式。柔性制絲生產(chǎn)系統(tǒng)一般由松散回潮、加料、切絲烘絲、混絲加香、殘煙檢查及處理、AGV(AutomaticGuidedVehicle)自動(dòng)車、穿梭車以及調(diào)度控制與管理等子系統(tǒng)組成,從而構(gòu)成一個(gè)制造系統(tǒng)的加工流(通過(guò)制造工藝改變物料的物理性狀和化學(xué)特性)、物料流(主要指原料流、輔料流、托盤和容器流)和信息流(制造過(guò)程的信息和數(shù)據(jù)處理)。物流系統(tǒng)作為柔性制絲生產(chǎn)線的重要組成部分,從各個(gè)加工單元的出口到下一道工序加工單元的進(jìn)口,實(shí)現(xiàn)對(duì)這些物料的自動(dòng)識(shí)別、存儲(chǔ)、分配、輸送、交換和管理功能。柔性制絲系統(tǒng)中流動(dòng)的物料主要有:煙葉、煙梗、葉絲、梗絲、容器、其他物料(包括水、氣、汽)等。與傳統(tǒng)制絲線相比,柔性制絲生產(chǎn)線中的物流系統(tǒng)具有多點(diǎn)到多點(diǎn)可變換輸送的優(yōu)勢(shì),可任意選擇相應(yīng)的加工單元,以滿足生產(chǎn)中有選擇、可調(diào)節(jié)、個(gè)性化的加工工藝要求。由于系統(tǒng)中存在多路徑、多點(diǎn)到多點(diǎn)的路徑連接,因此,合理安排各設(shè)備之間的連接、充分利用系統(tǒng)的能力、避免輸送堵塞、減少等待時(shí)間、選擇和優(yōu)化路徑,是柔性制絲系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的難點(diǎn)和重點(diǎn)。2輸送工具的布置在物流系統(tǒng)中,生產(chǎn)過(guò)程中的物料通過(guò)多種不同的物流路徑完成輸送,物流路徑的各種形式見(jiàn)圖1。而在確定路徑時(shí)主要考慮生產(chǎn)加工設(shè)備的種類、數(shù)量、生產(chǎn)加工工藝流向、相關(guān)通道要求以及廠房的結(jié)構(gòu)和大小等。線性路線主要用于順序傳送,輸送工具是各種輸送設(shè)備或自動(dòng)輸送車,多用于單線單向輸送,這種系統(tǒng)的存儲(chǔ)容量很小,需要另設(shè)儲(chǔ)料庫(kù),一般適用于小型的柔性制造系統(tǒng);在環(huán)狀路線中,生產(chǎn)加工設(shè)備通常布置在環(huán)形輸送線的外側(cè)或內(nèi)側(cè),輸送工具除各種軌道傳送帶外,還可以采用諸如自動(dòng)輸送車或架空軌道懸空式輸送裝置,在輸送線路中同時(shí)設(shè)置若干支線用于緩沖儲(chǔ)存工藝加工物料和改變輸送路線,提高系統(tǒng)的靈活性以實(shí)現(xiàn)隨機(jī)輸送和滿足生產(chǎn)要求;輸送系統(tǒng)中柔性最大的是網(wǎng)絡(luò)路線和隨機(jī)路線,它是線性路線和環(huán)狀路線的綜合,能夠在控制系統(tǒng)的指揮下進(jìn)行多點(diǎn)多向的可變換輸送,滿足多種工藝加工路線所需的物料輸送。網(wǎng)絡(luò)路線和隨機(jī)路線的控制系統(tǒng)比較復(fù)雜,其在線輸送物料的存儲(chǔ)能力很小,通常需設(shè)置中央倉(cāng)庫(kù)或具有存儲(chǔ)功能的緩沖站及裝卸站。3車、各類輸送設(shè)備柔性制絲生產(chǎn)線物流系統(tǒng)的主要設(shè)備有:AGV、有軌穿梭車、各類輸送設(shè)備(帶式輸送機(jī)、振動(dòng)輸送機(jī)、鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)、輥道輸送機(jī)、懸掛輸送機(jī)、氣力輸送機(jī))等。本文主要以有軌穿梭車(簡(jiǎn)稱穿梭車)和AGV為例介紹物流系統(tǒng)的仿真。3.1em-計(jì)劃tEM-Plant是由Tecnomatix公司開(kāi)發(fā)的仿真軟件,具有面向?qū)ο?、圖形化、集成化的特點(diǎn),主要用于生產(chǎn)、物流與工程的建模與仿真。EM-Plant分為建模、仿真、瓶頸分析、優(yōu)化、統(tǒng)計(jì)等模塊。用戶可在EM-Plant環(huán)境下分析和優(yōu)化生產(chǎn)系統(tǒng)的各種性能指標(biāo),如生產(chǎn)線的工作效率、在制品水平、設(shè)備利用率、工人負(fù)荷平衡情況、物流順暢程度等。3.2產(chǎn)驗(yàn)證線物流模型應(yīng)用仿真軟件EM-Plant,根據(jù)昆明船舶集團(tuán)設(shè)備有限公司創(chuàng)建的制絲柔性加工生產(chǎn)驗(yàn)證線,建立物流系統(tǒng)中穿梭車的仿真模型,其物流模型見(jiàn)圖2。圖2中包括3個(gè)生產(chǎn)段及2個(gè)功能區(qū),生產(chǎn)段包括:葉片松散回潮段、葉片加料段、切絲烘絲配比加香段;在3個(gè)生產(chǎn)段中穿插著煙箱清潔區(qū)和庫(kù)區(qū)2個(gè)功能區(qū)。穿梭車是連接各生產(chǎn)段與功能區(qū)的工具。3.3擊穿車的運(yùn)動(dòng)方向梭車的主要作用是:為各生產(chǎn)段輸送原料;為各生產(chǎn)段輸送需要的空煙箱;將各生產(chǎn)段使用過(guò)的煙箱送往煙箱清潔區(qū)進(jìn)行清洗;將各生產(chǎn)段的產(chǎn)品送至下一生產(chǎn)段或庫(kù)區(qū)。穿梭車的運(yùn)動(dòng)方向見(jiàn)圖3,圖中穿梭車均處于等待位置。穿梭車共有14個(gè)?？空九_(tái),在生產(chǎn)過(guò)程中穿梭車要完成在14個(gè)站臺(tái)上的隨機(jī)調(diào)度,同時(shí)要避免兩輛穿梭車碰撞,盡量提高兩輛穿梭車的利用率。3.3.1軌道模型的模擬仿真過(guò)程中穿梭車的控制方法是整個(gè)柔性制絲生產(chǎn)線建模的重點(diǎn)和難點(diǎn)。在仿真模型里,①對(duì)穿梭車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行參數(shù)化模擬,穿梭車在軌道模型上的位置以及穿梭車的運(yùn)載狀態(tài)則由參數(shù)的變化表示;②在穿梭車軌道模型的不同位置設(shè)置傳感器,在相應(yīng)的控制點(diǎn)中加入防碰撞方法,以防止穿梭車在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生碰撞。穿梭車的仿真控制方法見(jiàn)圖4。3.3.2穿透車運(yùn)用多站調(diào)度對(duì)建立的柔性制絲生產(chǎn)線模型進(jìn)行仿真,設(shè)定生產(chǎn)量為1000kg/h,3個(gè)生產(chǎn)段同時(shí)投料,以生產(chǎn)線的最大生產(chǎn)力計(jì)算穿梭車的工作能力。穿梭車在各站點(diǎn)的占用率見(jiàn)表1,兩輛穿梭車的工作能力見(jiàn)表2。由表1、表2可見(jiàn),穿梭車可以滿足試驗(yàn)線上生產(chǎn)區(qū)域和存儲(chǔ)區(qū)域的連接,以及各生產(chǎn)段連續(xù)生產(chǎn)的需要,合理調(diào)度穿梭車可以使各個(gè)出貨站臺(tái)等待時(shí)間最小。兩輛穿梭車同時(shí)在軌道上運(yùn)行的相對(duì)位置見(jiàn)圖5。3.4agv運(yùn)動(dòng)路徑AGV的主要作用是:煙箱的出入庫(kù);輸送煙絲生產(chǎn)段所需原料;將煙絲生產(chǎn)段使用過(guò)的煙箱送往煙箱清潔區(qū)進(jìn)行清洗;將未通過(guò)信息檢測(cè)的煙箱送往復(fù)驗(yàn)點(diǎn)。AGV的運(yùn)動(dòng)路徑見(jiàn)圖6,圖中AGV處于等待位置。AGV共需停靠6個(gè)站臺(tái)及7個(gè)庫(kù)位,在生產(chǎn)過(guò)程中AGV要完成在6個(gè)站臺(tái)和7個(gè)庫(kù)位之間的連接,同時(shí)還應(yīng)縮短煙箱輸送時(shí)間,盡量提高AGV的工作效率。3.4.1agv的回收率對(duì)建立的柔性制絲生產(chǎn)線模型進(jìn)行仿真,設(shè)定生產(chǎn)量為1000kg/h,3個(gè)生產(chǎn)段同時(shí)投料,以生產(chǎn)線的最大生產(chǎn)力計(jì)算AGV的工作效率。仿真結(jié)果顯示,AGV該批次出庫(kù)共需時(shí)46分24秒,葉片加料段生產(chǎn)向后推遲,切后煙絲不能及時(shí)入庫(kù),對(duì)后續(xù)加工影響較大。3.4.2agv內(nèi)的轉(zhuǎn)向點(diǎn)由穿梭車的仿真結(jié)果可以看出,穿梭車還有較大剩余能力,所以調(diào)整AGV的輸送路徑,取消送清潔煙箱段和復(fù)驗(yàn)點(diǎn)段,在庫(kù)區(qū)內(nèi)增加轉(zhuǎn)向點(diǎn)以提高AGV的輸送效率。調(diào)整后的AGV輸送路徑見(jiàn)圖7。3.4.3agv高效運(yùn)行調(diào)整后,對(duì)建立的柔性制絲生產(chǎn)線模型進(jìn)行仿真,設(shè)定生產(chǎn)量為1000kg/h,3個(gè)生產(chǎn)段同時(shí)投料,得到AGV的工作效率。調(diào)整后AGV的出庫(kù)時(shí)間縮短為27分51秒,保證了后續(xù)的連續(xù)加工和煙箱及時(shí)入庫(kù)。通過(guò)調(diào)整AGV的輸送路徑,AGV可以滿足試驗(yàn)線上生產(chǎn)區(qū)域和存儲(chǔ)區(qū)域之間的連接,以及生產(chǎn)段連續(xù)生產(chǎn)的需要,因此合理設(shè)計(jì)路徑可以提高AGV的輸送效率。4優(yōu)化調(diào)度方案運(yùn)用EM-Plant仿