钢铁企业轨梁生产线数字建模与仿真研究

摘要

钢铁企业的大型轨梁生产线具有工艺过程与设备控制复杂、生产产品种类繁多、各工序物流要求协调一致以及生产节拍匹配要求严格等特点。这些特点为企业的生产计划调度、新产品生产调试及生产过程的优化带来了相当大的难度。传统的生产管理方式很难全面管理整个生产过程，更难以实现生产过程在时间、成本上的综合优化运行。系统仿真可大大缩短系统的开发周期，发现运行中存在的问题，节省运行实验费用，为解决轨梁生产线的上述问题提供了一条有效的途径。 本文对某钢铁企业的轨梁万能生产线进行了仿真研究，以达到优化组织生产、找出制约瓶颈、确定工序能力、提高设备效率以及持续提高万能生产线生产能力的目标。 首先，本论文应用工业工程的工作研究方法对轨梁生产线的生产物流状况、设备参数、生产产品参数进行了详尽的采集、调研和分析，并以此真实的生产数据为基础，抽象出了仿真模型的输入参数，作为仿真建模和运行分析的基础数据。 其次，基于eM-Plant大型仿真平台，应用面向对象和Simple++技术建立了生产线上加热炉、BD1、BD2、U1E1、U2E2及UF、热锯及打印机、冷床和余热淬火、以及型钢生产线上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；然后，抽象出仿真产品对象的基本参数，建立了产品对象的生产工艺模型；最后将生产线设备模型与产品工艺模型进行集成，形成万能轧线、重轨精整线、型钢整线的生产物流模型。 第三，结合所建立的生产线物流模型以及万能线的主要生产任务，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，实现了仿真模型的动态运行，并对生产线的整线生产能力、关键设备生产负荷进行了统计分析。 最后，针对仿真结果分析的生产线运行瓶颈，提出了系列优化方案，重新建立了生产线物流的模型。将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方面进行了对比，并通过多次的反复优化得出了最终的生产过程优化方案。 企业的应用实践表明，万能生产线的数字化建模与仿真优化，能够对生产线产能与设备负荷分析从而诊断出生产中的瓶颈环节，能够优化企业生产运行和调度方案，从而为企业的生产管理和优化调度提供有效的决策支持。