УДК 004.9:681.3
Автоматизация расчета затрат химикатов в производстве тканей ОАО «Моготекс»
Борчик Е.М.
Аннотация
имитационный автоматизация химикат ткань
В статье представлена имитационная модель производства готовой продукции (тканей) ОАО «Моготекс», построенной в системе имитации Powersim, для автоматизации расчета затрат химикатов при оптимальном сочетании технологических режимов. Задача определения оптимального сочетания технологических режимов в производстве определенного вида ткани по критерию минимизации стоимости ресурсов и временных затрат решена с использованием потокового программирования, как задача определения кратчайшего пути или минимального расхода ресурсов. Получены сочетания технологических режимов с минимальными и максимальными стоимостями затрат на химикаты, как наилучший и наихудший результат использования имеющегося оборудования. Разработан алгоритм интеграции имитационной модели в комплексную информационную систему предприятия посредством применения комплекса программных и информационных средств, включающих MSExcel и PowerSim.
Ключевые слова: потоковая модель, имитационная модель, информационная система, химикаты.
Abstract
A simulation model for the production of finished fabric of "Mogotex", built in imitation Powersim system, to automate the calculation of the cost of chemicals at the optimum combination of technological modes is present. The problem of determining the optimal combination of technological regimes in the production of a certain type of tissue under the criterion of minimizing the cost of resources and the time spent solved using streaming programming as a problem determining the shortest path or minimum resource consumption. A combination of technological modes with a minimum and maximum value of the cost of chemicals as the best and the worst result of the use of existing equipment was obtained. The integration algorithm of simulation model into a comprehensive enterprise information system through the use of complex software and information tools including MSExcel and PowerSim is present.
Keywords: threading model, simulation model, information system, chemicals.
Процессы производства готовой ткани, или технологические жизненные циклы ткани состоят из последовательности технологических операций, или стадий технологического процесса. Каждая операция предполагает обработку ткани на определённом технологическом оборудовании и регламентируется соответствующим технологическим режимом (ТР). На стадиях производственного процесса в соответствии с технологической документацией допускается выбор одного из возможных видов оборудования. Каждый технологический режим описывает процесс обработки определённого вида ткани на соответствующем технологическом оборудовании (настройки оборудования, применяемые химматериалы, периодичность замены химрастворов и т.д.).
Одной из задач рационального выбора ресурсов в технологическом процессе производства готовой ткани является задача расчета (уточнения) стоимости затрат химикатов, ТВВ и красителей, в общем случае имеющих стохастический характер, на производство готовой ткани в разрезе себестоимости отдельных технологических режимов и технологических проводок. Порежимный расчёт затрат позволяет решить задачу моделирования оптимального технологического процесса производства ткани; задачу определения оптимального сочетания технологических режимов для процесса производству определенного вида готовой ткани. Для устранения неоднозначности выбора ТР на каждом из этапов ПП поставлена задача многокритериальной оптимизации ПП (в разрезе стоимости ресурсов и/или временных затрат для выпуска заданного количества продукции (тканей)).
1. Математическая модель производственного процесса
Себестоимости отдельных технологических режимов складываются из стоимостей используемых ресурсов (химикаты, красители, ТВВ, энергоресурсы и т.д.).
Общая стоимость расхода химикатов, необходимых на обработку 1000 м.п. по заданному технологическому режиму на определённом оборудовании рассчитывается техническим отделом ОАО “Моготекс” по следующим формулам:
(руб.),(1)
(кг/1т. м.п.), (2)
где - норма расхода -го химиката, используемого в -й ванне оборудования (кг/1т. м.п.);
- цена 1-го кг -го химиката;
- концентрация -го химиката в -й ванне (гр./л);
- вес 1 м.п. суровой ткани (кг);
- процент отжима ткани после прохождения -й ванны (%);
- объём -й ванны оборудования (л);
- количество сливов химраствора из -й ванны в течение периода (ч);
- нормированное задание (м.п./ч).
Если принять переменную А за количество химиката №1, уносимое тканью из раствора, тогда:
(кг),
В - расход на 1000 м.п. химиката №1 с концентрацией , получим:
(кг/1т. м.п.),
Д - количество ткани, производимое за неделю, тогда:
(м),
где, N_z - нормированное задание (м\ч), Д1 - восьмичасовая рабочая смена, Д2 - 3 смены в день, Д3 - 5 дней в неделю.
Ж - норма расхода на слив:
,
где, V_vann - сливаемый объём, num_S1 - количество сливов в неделю, получим:
(кг/1т. м.п.),
Собрав все заданные формулы, получим результирующую формулу (2) для расчета нормы расхода химикатов на 1000 м.п.
В технологических режимах производства готовой ткани ОАО “Моготекс” для каждого технологического режима указывается допустимый диапазон изменения расчётной скорости , м/мин:
.(3)
Отдел по труду и заработной плате на основании (3) определяет для дальнейших расчётов некоторое усреднённое значение :
. (4)
Согласно технологической документации, концентрации химматериалов допускают изменение в диапазоне (5)
, (5)
где - некоторое среднее значение концентрации, - величина отклонения концентрации от среднего значения.
Задача определения оптимального сочетания технологических режимов для процесса производства определенного вида готовой ткани в разрезе стоимости ресурсов и временных затрат, необходимых для выпуска 1000 м.п., может быть решена с использованием динамического программирования, как задача определения кратчайшего пути, или минимального расхода ресурсов [1]. Решение задачи достигается согласно методу динамического программирования по принципу оптимальности Беллмана с введением лексикографического упорядочения критериев оптимизации (в разрезе стоимости ресурсов и/или временных затрат для выпуска заданного количества продукции).
Производственные процессы производства готовой продукции (тканей) представляются в виде взвешенный, ориентированных, ациклических графов (рисунок 1), вершинами которых являются технологические режимы; нагрузки на дуги графов интерпретируются как временные затраты, либо стоимости затрат ресурсов на выпуск 1000 м.п. ткани на соответствующем оборудовании.
Рисунок 1 _ Процесс производства выбранного артикула готовой ткани
Сложность заключается в том, что в производственном процессе крашения тканей набивным способом (ППКТНС) (этапы отделки готовой ткани) - в настоящее время не существует, либо они требуют уточнения, методик расчёта теоретических норм расхода химикатов, ТВВ и красителей.
2. Имитационная модель производственного процесса
Для выбора оптимальных ТР в системе имитации PowerSim [2] построена имитационная модель (ИМ) расчета норм расхода времени и ресурсов на выпуск 1000 м.п. тканей в разрезе отдельных технологических режимов. Каждая стадия процесса производства готовых тканей представлена на отдельном листе построенной ИМ. Определение оптимального сочетания ТР для исследуемой проводки производится на специально созданном листе итогов модели.
На рисунке 2 представлена модель расчета затрат на один из режимов отварки.
Описание констант, переменных, откликов:
Константы:
- вес ткани:
Рисунок 2 _ Технологический режим отварки ткани
type VesTk = Real; const VesTk = 0,127.
Persent_1 - процент отжима ткани:
type Persent_1 = Real; const Persent_1 = 65.
Time_sl_1 - время от заливки до слива химраствора, ч:
type Time_sl_1 = Real; const Time_sl_1 = 8*3*5=120.
num_Sl_1 - количество сливов химраствора в течение периода Time_sl_1:
type num_Sl_1 = Real; const num_Sl_1 = 1.
V1, V2 - объёмы 1-й, 2-й ванн с химраствором, соответственно
type V1 = Real; const V1 = 700;
type V2 = Real; const V2 = 20000.
C_1 - вектор концентраций химикатов:
type C_1 = Real; dim C_1 = 1..2; const C_1 = {2; 1}.
fixC_1 - управляющий параметр фиксации среднего значения концентрации химикатов данного ТР.
dC_1 - максимальное отклонение от среднего значения концентрации химикатов.
isXim - управляющий параметр учёта химикатов ТР
type isXim = Integer; const isXim = 1.
fl_osn_1 - признак выбора основного химиката для 1-го ТР отварки при истинном зачении, иначе - выбор химиката-аналога, при ложном:
type fl_osn_1 = Logical; const fl_osn_1 = TRUE.
norm_TO - нормы расхода химикатов, рассчитанные технологическим отделом (для верификации имитационно модели).
SrSt_X1_11, SrSt_X1_12 - средние (уточнённые) стоимости химикатов 1-го ТР отварки, 2011 г, 2012 г, соответственно.
is_Sr_St - управляющий параметр учёта средних (уточнённые) стоимостей химикатов ТР.
Переменные кадра: Cen_SmachivatelOt, Cen_KislUks99_5, Cen_Viksan - цены химикатов «Смачиватель ОТ», «Кислота уксусная 99,5%», «Виксан».
type Cen_SmachivatelOt = Real;
aux Cen_SmachivatelOt = IF(GGGGMM=201107;
CenSmachivatelOt_[1]*CoursSmachivatelOt[1];
CenSmachivatelOt_[2]*CoursSmachivatelOt[2]).
Вычисляемые переменные:
Объём ванн с химраствором:
type V_vann_1 = Real; aux V_vann_1 = V1+V2.
Нормированное задание (нормы расхода времени на выполение операций технологических режимов):
type N_z = Real; dim N_z = 1..15; aux N_z = ROUND(kpv*v_ob*60).
Нормированное задание на 1-й ТР (рассматриваемый в данный момент ТР)
type N_z_ = Real; aux N_z_ = N_z[1].
Отклик концентрации химикатов:
type dC_1_rnd = Real; aux dC_1_rnd=RANDOM(-1*dC_1;dC_1);
type C_1= Real; aux C_1= IF (fixC_1=1; C_1_; C_1_+dC_1_rnd).
Определение нормы расхода химикатов ТР:
type Norm_x_1 = Real;
aux Norm_x_1 = ((VesTk*Persent_1)/100 +
V_vann_1*num_Sl_1/(N_z_*Time_sl_1))*C_1
Определение цен на химикаты ТР в зависимости от рассматриваемого периода:
type Cen_KislUks99_5 = Real;
aux Cen_KislUks99_5 = IF(GGGGMM=201107;
Cen_KislUks99_5_[1]*Cours_KislUks99_5[1];
Cen_KislUks99_5_[2]*Cours_KislUks99_5[2]);
type Cen_Viksan = Real;
aux Cen_Viksan = IF(GGGGMM=201107;
Cen_Viksan_[1]*Cours_Viksan[1]; Cen_Viksan_[2]*Cours_Viksan[2]);
type Cen_x = Real aux Cen_x = {Cen_KislUks99_5;
IF (fl_osn_1; Cen_Viksan; Cen_SmachivatelOt)}.
Определение стоимостей отдельных израсходованных химикатов ТР в результате обработки заданного количества ткани:
type St_x = Real; aux St_x = Cen_x*Norm_x_1.
St_X_1 - средняя (уточнённая) стоимость расхода химикатов 1-го ТР отварки. Определение уточнённой стоимости в зависимости от рассматриваемого временного периода:
type St_X_1= Real;
St_X_1=IF(GGGGMM=201107;SrSt_X1_11;SrSt_X1_12).
St_Xim_1 - общая стоимость израсходованных химикатов ТР операции отварки заданного количества ткани (отклик).
type St_Xim_1 = Real;
aux St_Xim_1 = IF(is_Sr_St=TRUE; St_X_1;ARRSUM(St_x))*isXim.
Стоимости химикатов ТР процесса производства готовой ткани, в общем случае имеют стохастический характер, уточняемый методом Монте-Карло. При этом стохастический характер отклику придаёт отклик концентрации химикатов (Real, Dim= 1..2) участвующий в расчёте отклика и зависящий от параметров , , (где - средние значения концентраций химикатов, - модуль допустимого отклонения от среднего значения концентрации химикатов, ) - управляющий параметр фиксации заданных средних значений концентраций химикатов (при фиксируется среднее значение концентрации):
, (6)
. (7)
Алгоритмы ТР печати имеют детерминированный характер расчёта общих стоимости химматериалов. Параметр (см. рисунок 3) - заказ печатной краски (кг) для каждого из шаблонов рисунка для оборудования ТР печати, являются параметрами модели, доопределяемыми на основании анализа статистических данных собираемых непосредственно на объекте исследования.
Рисунок 3 _ Технологический режим печати на ткани
На рисунке 4 представлен лист итогов исследования имитационной модели.
Переменные синего цвета отражают результаты в стоимости по режимам. Переменные, выделенные жёлтым цветом, показывают суммарный результат на каждой стадии по времени и стоимости в соответствии с выбором критерия оптимизации.
Рисунок 4 _ Лист итогов имитационной модели
Переменные красного цвета (рисунок 4) показывают итоговый результат по времени и стоимости. Определение оптимального сочетания ТР производственного процесса производится согласно принципу поэтапной оптимизации Беллмана.
В верхней, нижней областях листа и области справа находятся константы, которые используются в качестве управляющих параметров имитационной модели.
Описание уровней:
Level_1- стоимость ресурсов стадии отварки,
Level_2- суммарная стоимость ресурсов стадий отварки и стабилизации,
Level_3- суммарная стоимость ресурсов стадий отварки, стабилизации, печати
Level_4- суммарная стоимость ресурсов стадий отварки,…, зреления,
Level_5- суммарная стоимость ресурсов стадий отварки,…, промывки,