為在系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)階段準(zhǔn)確評(píng)估卷煙輔料自動(dòng)化物流系統(tǒng)設(shè)備配置是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，本文通過(guò)仿真手段，靈活運(yùn)用AutoMod軟件控制物料、隊(duì)列和命令列表相結(jié)合的方法，真實(shí)再現(xiàn)了對(duì)正常入出庫(kù)、換牌和提前出庫(kù)三個(gè)典型時(shí)段的調(diào)度策略。通過(guò)實(shí)例建模仿真得出比較結(jié)果，指出采用該方法實(shí)現(xiàn)輔料自動(dòng)化物流系統(tǒng)是真實(shí)、準(zhǔn)確、可靠的。

　　輔料、物流系統(tǒng)、仿真、AutoMod、效率評(píng)估

　　卷煙廠(chǎng)輔料自動(dòng)化物流系統(tǒng)從上世紀(jì)90年代初運(yùn)用至今，經(jīng)歷了20多年的發(fā)展，技術(shù)手段已經(jīng)非常成熟，主要有卷接包機(jī)組、裝封箱機(jī)組、成型機(jī)組等不同組合；其標(biāo)準(zhǔn)配置基本上都是采用立體倉(cāng)庫(kù)+單深巷道堆垛機(jī)+輸送機(jī)系統(tǒng)+往復(fù)式穿梭車(chē)+AGV系統(tǒng)的模式；他的評(píng)價(jià)指標(biāo)也日趨完善，一般都是按正常入出庫(kù)、換牌和提前出庫(kù)三個(gè)典型時(shí)段來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)效率評(píng)估。因此，相應(yīng)也產(chǎn)生了一系列的研究課題，例如輔料搭配、不同時(shí)段輔料流量計(jì)算、AGV系統(tǒng)調(diào)度策略、設(shè)備能力計(jì)算、系統(tǒng)仿真等。本文闡述的靈活運(yùn)用AutoMod軟件控制物料、隊(duì)列和命令列表相結(jié)合的方法，就是針對(duì)輔料自動(dòng)化物流系統(tǒng)提出的一種切合實(shí)際需要的仿真解決方案，可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)三個(gè)典型時(shí)段物流系統(tǒng)和各種關(guān)鍵設(shè)備的效率評(píng)估，并確定AGV數(shù)量等仿真目標(biāo)。

　　仿真工具與方法

　　1.工具

　　采用AutoMod Version 12.3仿真軟件（美國(guó)Applied Materials公司出品），涉及到AutoMod Basic、Convey、Path Mover、AutoMod Runtime、AutoStat五個(gè)組件。

　　2.方法

　　（1）采用AutoMod Basic、Convey、Path Mover組件實(shí)現(xiàn)仿真模型的搭建，本模型中采用黑盒法技術(shù)實(shí)現(xiàn)。在不同時(shí)段、不同流量仿真時(shí)，只需改變輸入流量參數(shù)，即可得到相應(yīng)仿真結(jié)果數(shù)據(jù)。

　　（2）輸入出庫(kù)流量參數(shù)時(shí)，按機(jī)組類(lèi)型、輔料托盤(pán)類(lèi)型分組。首先按機(jī)組類(lèi)型分為卷接包機(jī)組（軟包、硬包分開(kāi)）、裝封箱機(jī)組和成型機(jī)組4大類(lèi)。然后卷接包機(jī)組對(duì)應(yīng)的3類(lèi)托盤(pán)（卷接輔料托盤(pán)、包裝輔料托盤(pán)1、包裝輔料托盤(pán)2）再次細(xì)分；同樣地，成型機(jī)組對(duì)應(yīng)的2類(lèi)托盤(pán)（成型盤(pán)紙托盤(pán)、絲束托盤(pán)）也細(xì)分。所以按該原則最多可分為9組。

　　（3）對(duì)于同類(lèi)機(jī)組的同類(lèi)輔料，正常供料時(shí)應(yīng)當(dāng)遵循以下原則：

　　①與機(jī)組產(chǎn)能相關(guān)，產(chǎn)能越高，相應(yīng)輔料托盤(pán)更換頻率越快。

　　②采用隨機(jī)亂序排列，AGV路線(xiàn)隨機(jī)選取，仿真結(jié)果更切合實(shí)際生產(chǎn)。

　　③輔料托盤(pán)在機(jī)組站臺(tái)的使用時(shí)長(zhǎng)固定。假如簡(jiǎn)單地采用按產(chǎn)能比例隨機(jī)自動(dòng)生成操作站臺(tái)號(hào)的方法，①②項(xiàng)能夠?qū)崿F(xiàn)，③項(xiàng)不能實(shí)現(xiàn)。

　　因此，最終采用的解決方案為：①按機(jī)組類(lèi)型、機(jī)組產(chǎn)量、輔料托盤(pán)類(lèi)型嚴(yán)格分組，各組分別由對(duì)應(yīng)流量驅(qū)動(dòng)，互不干涉；②在仿真開(kāi)始前，分組隨機(jī)自動(dòng)生成不重復(fù)的、包括組內(nèi)所有機(jī)組號(hào)的隨機(jī)數(shù)序列，仿真開(kāi)始后順序輪回使用該隨機(jī)數(shù)序列。這樣就可以有效解決隨機(jī)選取和保證固定使用時(shí)長(zhǎng)兼容的問(wèn)題了。假如硬包卷接包機(jī)組有2種不同產(chǎn)能，其它類(lèi)型機(jī)組同類(lèi)產(chǎn)能相同，則出庫(kù)流量最多可分為12組。

　　（4）采用AutoStat進(jìn)行AGV數(shù)量實(shí)驗(yàn)，對(duì)三個(gè)時(shí)段的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，最終確定AGV數(shù)量。在此基礎(chǔ)上，采用AutoMod Runtime對(duì)三個(gè)時(shí)段分別運(yùn)行仿真模型，輸出仿真結(jié)果數(shù)據(jù)。

　　作業(yè)時(shí)段分析與仿真實(shí)現(xiàn)

　　1.作業(yè)時(shí)段特征分析

　　物流系統(tǒng)仿真建模前需要完成以下工作：確定總體工藝平面布局、工藝流程流量及各種設(shè)備運(yùn)動(dòng)參數(shù)。結(jié)合卷煙廠(chǎng)實(shí)際工況，為有效評(píng)估輔料自動(dòng)化物流系統(tǒng)，需要驗(yàn)證以下三個(gè)時(shí)段：

　　（1）正常入出庫(kù)時(shí)段：正常生產(chǎn)情況下，當(dāng)系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行入出庫(kù)作業(yè)時(shí)，系統(tǒng)處理流量最大，定義為正常入出庫(kù)時(shí)段。通過(guò)卷煙廠(chǎng)提供的各種輔料規(guī)格參數(shù)，按搭配原則進(jìn)行輔料搭配。然后，根據(jù)機(jī)組配置確定正常出庫(kù)時(shí)段各分組出庫(kù)流量，再按日入出庫(kù)平衡原則或年產(chǎn)量原則計(jì)算相應(yīng)入庫(kù)流量。該時(shí)段是卷煙廠(chǎng)常態(tài)工況，各種關(guān)鍵設(shè)備一般應(yīng)保持在80%以下的利用率，才是比較好的水平。

　　（2）換牌時(shí)段：當(dāng)卷煙廠(chǎng)需要更換某品牌卷煙生產(chǎn)時(shí)，就需要對(duì)相應(yīng)機(jī)組補(bǔ)充換牌后品牌的輔料托盤(pán)，同時(shí)將換牌前品牌對(duì)應(yīng)輔料余料托盤(pán)做退庫(kù)操作，定義為換牌時(shí)段。為了有效評(píng)估換牌的影響程度，通常按限定工作時(shí)間內(nèi)同時(shí)換牌最大機(jī)組數(shù)來(lái)考核。該時(shí)段是卷煙廠(chǎng)的一個(gè)峰值工況，某些關(guān)鍵設(shè)備利用率會(huì)短時(shí)增加到很高水平，一般只要能夠完成，保持在90%左右也是可以接受的。

　　（3）提前出庫(kù)時(shí)段：卷煙廠(chǎng)周末暫停生產(chǎn)時(shí)，通常機(jī)組輔料托盤(pán)不退庫(kù)，在放長(zhǎng)假時(shí)才退庫(kù)。相應(yīng)地，收假時(shí)為不影響正常生產(chǎn)，就需要輔料自動(dòng)化物流系統(tǒng)在開(kāi)班前的限定工作時(shí)間內(nèi)將輔料托盤(pán)全部送到機(jī)組站臺(tái)上。該時(shí)段是卷煙廠(chǎng)另一個(gè)峰值工況，同樣地，某些關(guān)鍵設(shè)備利用率會(huì)瞬時(shí)增加到很高水平，只需保持在90%左右就可以了。

　　2.機(jī)組托盤(pán)仿真控制方法

　　分析三個(gè)時(shí)段內(nèi)不同工況輔料托盤(pán)的作業(yè)方式：

　　（1）機(jī)組正常生產(chǎn)工況：對(duì)某正常生產(chǎn)機(jī)組，某類(lèi)型輔料托盤(pán)能夠使用的時(shí)間是相對(duì)固定的。AutoMod建模時(shí)需要在機(jī)組站臺(tái)上設(shè)置相應(yīng)的隊(duì)列（Queue）容器，當(dāng)輔料托盤(pán)到達(dá)機(jī)組時(shí)首先進(jìn)入隊(duì)列容器，再虛擬進(jìn)入命令列表（Order List）后掛起等待，模擬生產(chǎn)機(jī)組使用延時(shí)，由控制物料（Load）來(lái)控制當(dāng)前輔料托盤(pán)在機(jī)組上的使用時(shí)間；一旦時(shí)間到達(dá)后，即釋放命令列表中的當(dāng)前輔料托盤(pán)，變換類(lèi)型為空托盤(pán)。在申請(qǐng)AGV叉取后，及時(shí)申請(qǐng)從庫(kù)中調(diào)出新的同品種輔料托盤(pán)補(bǔ)充到當(dāng)前機(jī)組站臺(tái)。

　　（2）機(jī)組換牌工況：對(duì)某需要換牌機(jī)組，一般要求在限定時(shí)間內(nèi)只需將換牌后的輔料托盤(pán)送到機(jī)組站臺(tái)上即可，機(jī)組站臺(tái)上不再使用的余料托盤(pán)可在物流系統(tǒng)避開(kāi)峰值工況時(shí)再回庫(kù)。AutoMod仿真驗(yàn)證前一個(gè)階段，即在有限時(shí)間內(nèi)完成相應(yīng)的換牌出庫(kù)流量，所以建模時(shí)只需申請(qǐng)從庫(kù)中調(diào)出換牌后的輔料托盤(pán)補(bǔ)充到當(dāng)前機(jī)組站臺(tái)即可。

　　（3）機(jī)組提前出庫(kù)工況：對(duì)于提前出庫(kù)工況的機(jī)組，同換牌工況，AutoMod仿真在有限的時(shí)間內(nèi)完成相應(yīng)的提前出庫(kù)流量，所以建模時(shí)只需申請(qǐng)從庫(kù)中調(diào)出提前出庫(kù)輔料托盤(pán)補(bǔ)充到當(dāng)前機(jī)組站臺(tái)即可。

　　（4）機(jī)組廢料托盤(pán)回收工況：對(duì)于卷接包機(jī)組，需要定時(shí)回收廢料托盤(pán)，AutoMod仿真在有限的時(shí)間內(nèi)完成相應(yīng)的廢料托盤(pán)回收流量，所以建模時(shí)只需機(jī)組站臺(tái)申請(qǐng)，AGV取貨后送到廢料回收點(diǎn)即可。

　　以上機(jī)組托盤(pán)仿真控制方法基本上涵蓋了輔料自動(dòng)化物流系統(tǒng)的所有機(jī)組站臺(tái)輔料托盤(pán)。基于以上建模思想，就可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)輔料自動(dòng)化物流系統(tǒng)的仿真建模了。

　　實(shí)例分析

　　1.總體工藝要求

　　以某卷煙廠(chǎng)輔料自動(dòng)化物流系統(tǒng)為例進(jìn)行建模分析。總體工藝平面布局見(jiàn)圖1，工作制度為入庫(kù)7小時(shí)/天，出庫(kù)20小時(shí)/天，空托盤(pán)組規(guī)格為8個(gè)/組。供料機(jī)組有：41臺(tái)卷接包機(jī)組，其中有18臺(tái)7000支/分鐘的軟包機(jī)組，16臺(tái)7000支/分鐘+7臺(tái)12000支/分鐘的硬包機(jī)組；14臺(tái)6件/分鐘的裝封箱機(jī)組；15臺(tái)600米/分鐘的成型機(jī)組。其中需要輔料自動(dòng)化物流系統(tǒng)供應(yīng)的輔料托盤(pán)有3個(gè)卷接包輔料托盤(pán)、1個(gè)箱皮托盤(pán)和1個(gè)成型盤(pán)紙托盤(pán)，絲束托盤(pán)由人工叉車(chē)送達(dá)，不需要考慮。

　　換牌時(shí)段要求40分鐘內(nèi)將換牌后的輔料托盤(pán)送到10臺(tái)軟包卷接包機(jī)組+3臺(tái)裝封箱機(jī)組工位；提前出庫(kù)時(shí)段要求在1.5小時(shí)內(nèi)將三類(lèi)機(jī)組所需輔料托盤(pán)送到位。

　　2.出庫(kù)流量分組

　　遵循出庫(kù)流量分組原則，由總體工藝要求可知，出庫(kù)流量分組為（軟包）卷接輔料托盤(pán)（卷煙紙+水松紙）、包裝輔料托盤(pán)1（商標(biāo)+條盒）、包裝輔料托盤(pán)2（鋁箔紙+小透+條透+封簽紙+金拉線(xiàn)）、（硬包7000支/分鐘）卷接輔料托盤(pán)、包裝輔料托盤(pán)1、包裝輔料托盤(pán)2（鋁箔紙+小透+條透+內(nèi)卡紙+金拉線(xiàn)，其它2種同軟包）、（硬包12000支/分鐘）卷接輔料托盤(pán)、包裝輔料托盤(pán)1、包裝輔料托盤(pán)2、（裝封箱機(jī)組）箱皮托盤(pán)、（成型機(jī)組）成型盤(pán)紙托盤(pán)等共計(jì)11組。

　　3.系統(tǒng)流量

　　根據(jù)輔料托盤(pán)結(jié)果，結(jié)合卷接包機(jī)組配置，得到正常出庫(kù)時(shí)段11組輔料托盤(pán)出庫(kù)流量，遵循日入出庫(kù)平衡原則，計(jì)算得到入庫(kù)流量。依據(jù)總體工藝要求，計(jì)算得出換牌時(shí)段和提前出庫(kù)時(shí)段各系統(tǒng)流量（見(jiàn)表1）。

　　實(shí)例仿真

　　1.仿真建模

　　根據(jù)實(shí)例分析進(jìn)行仿真建模，建模效果。

　　按物料追蹤法進(jìn)行編程，特別需要注意的是應(yīng)當(dāng)把握好機(jī)組站臺(tái)按隨機(jī)數(shù)進(jìn)行排列操作，輔料托盤(pán)在機(jī)組站臺(tái)上應(yīng)當(dāng)按固定使用時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行控制。

　　2．仿真結(jié)果輸出

　　按三個(gè)時(shí)段不同流程流量進(jìn)行仿真，仿真時(shí)長(zhǎng)均延長(zhǎng)放大到35小時(shí)/次，輸出利用率及能力計(jì)算得到的利用率統(tǒng)計(jì)匯總見(jiàn)表2。

　　能力計(jì)算與系統(tǒng)仿真得到利用率的差值最大不超過(guò)±3%，相互驗(yàn)證了兩種評(píng)估方法準(zhǔn)確可靠，能夠真實(shí)反映系統(tǒng)運(yùn)行情況。

　　3.仿真結(jié)果分析

　　由表2可知，換牌時(shí)段AGV利用率接近90%，提前出庫(kù)時(shí)段出庫(kù)區(qū)往復(fù)式穿梭車(chē)和AGV利用率在90%左右，因?yàn)槭欠逯倒r，可以接受。正常入出庫(kù)時(shí)段所有關(guān)鍵設(shè)備利用率在80%以下，系統(tǒng)無(wú)瓶頸，運(yùn)行良好。

　　結(jié)論

　　靈活運(yùn)用AutoMod軟件控制物料、隊(duì)列和命令列表相結(jié)合的方法，具有以下特點(diǎn)：

　　①經(jīng)實(shí)例仿真驗(yàn)證可知，采用該方法能夠真實(shí)反應(yīng)三個(gè)典型時(shí)段實(shí)際工況，再通過(guò)延長(zhǎng)放大工作時(shí)間手段，可以大大減少隨機(jī)因素引起的仿真結(jié)果大幅振蕩，仿真結(jié)果數(shù)據(jù)更可靠。

　　②采用該方法得到的仿真結(jié)果與能力計(jì)算結(jié)果差值最大不超過(guò)±3%，相互驗(yàn)證了兩種評(píng)估方法準(zhǔn)確可靠。因此，在AutoMod仿真中，采用該技術(shù)可以準(zhǔn)確評(píng)估卷煙廠(chǎng)輔料自動(dòng)化物流系統(tǒng)，對(duì)于促進(jìn)仿真技術(shù)在卷煙廠(chǎng)物流系統(tǒng)中的研究與應(yīng)用具有重要意義。