شبیه‌سازی، مدل‌سازی، تحلیل پوششی

دانلود پایان نامه ارشد

جرثقیل‌ها به خصوص در موارد که در محور حرکتی آنها تداخل ایجاد می‌گردد، مورد بررسی قرار خواهد گرفت. علاوه بر این فعالیت‌های انجام شده در حوزه تحلیل پوششی داده‌ها و تحلیل پوششی شبکه‌ای داده‌ها نیز مورد تحلیل و بررسی قرار خواهد گرفت.
شبیه سازی
شبیه‌سازی فرایند ذوب
شبیه‌سازی فرآیند طراحی یک مدل از سیستم واقعی و انجام آزمایشات با این مدل به منظور درک رفتار سیستم و یا ارزیابی استراتژی‌های مختلف برای بهره برداری از سیستم است[7]. در مورد بررسی فرایند ذوب مس و فولاد مطالعاتی در حوزه شبیه‌سازی انجام گرفته است که در زیر به آنها شرح می‌دهیم:
نورالسناء و همکاران[8] از شبیه‌سازی گسسته پیشامد بر روی کارخانه ذوب مس سرچشمه کرمان جهت بهبود فرایند تولید آند مس از طریق کاهش مواد سرد استفاده کردند. در مدل پیشنهادی، محدودیت‌های پیچیده‌ای شامل اولویت جابجایی، برخورد جرثقیل‌ها، مراحل سیکل، عیار مس و خرابی‌های جرثقیل در نظر گرفته شده است. جهت پیاده‌سازی و توسعه مدل از نرم‌افزار ارنا12 استفاده شده است. خروجی‌های پیش‌بینی شده در این مدل، کاهش زمان انتظار پاتیل‌ها (ظروف حمل مذاب مس)، تعیین تعداد بهینه پاتیل‌ها، شناسایی میزان نرخ بهبود در فواصل بین خرابی‌های جرثقیل‌ها و نهایتاً کاهش مواد سرد می‌باشد. در نهایت با استفاده از این مطالعه سیستمی نتایج زیر حاصل آمد:
تعیین تعداد مناسب پاتیل در گردش.
نحوه تخصیص جرثقیل به پاتیل‌ها.
درصد بهبود در زمان بین خرابی‌های جرثقیل‌ها
تأثیر عیار مس روی عملکرد سیستم
کورسول13 و همکاران[9] جهت شبیه‌سازی فرایند کارخانه ذوب مس در آمریکای شمالی مدلی گسسته را ارائه دادند که بر لجستیک کارخانه و توالی عملیات ذوب تمرکز داشت. هدف آنها دستیابی به برنامه زمان‌بندی بود که ظرفیت و کارایی کارخانه را افزایش دهد. این شبیه‌سازی با کمک کارشناسان خبره در زمینه مدل‌سازی سیستم و متالورژی مس انجام پذیرفت و نکات زیر در انجام شبیه‌سازی در نظر گرفته شد:
توصیف کلی فرایند (نظیر گام‌های کلیدی، روش‌های حمل و نقل مواد اصلی مانند جرثقیل، نوار نقاله).
اهداف اصلی مدل (مانند توانایی ارزیابی روش‌های افزایش ظرفیت با حداقل سرمایه‌گذاری و یا مقایسه روش‌های حمل و نقل تک جرثقیل با چند جرثقیل).
شناسایی و تفسیر پارامترهای اصلی مدل، شناسایی و تفسیر پارامترهای خروجی مدل (مانند تناژ و تعداد آند تولیدی در هر روز، کسر مات کنار گذاشته شده برای خنک سازی جداگانه و استفاده‌های بعدی، تعداد حرکات جرثقیل در هر ساعت در هر روز).
خلاصه سناریوهایی که توسط مدل ارزیابی می‌شوند.
بر همین اساس و بر مبنای اجراهای متفاوت شبیه‌سازی، در این مقاله 3 مطالعه موردی بررسی گردید. هدف از این بررسی، مطالعه تغییرات ممکن جهت دستیابی به افزایش ظرفیت کارخانه از 180000 تن آند تولید شده در هر سال به 200000 تن بوده است. این مطالعات به شرح زیر انجام شده است:
تأثیر زمان فعالیت تعمیرات نگهداری هفتگی بر ظرفیت کارخانه: یکی از مهم‌ترین عوامل تأثیرگذار بر ظرفیت کارخانه زمان فعالیت‌های تعمیرات نگهداری هفتگی بر چرخ ریخته‌گری است. این فعالیت به طور کلی شامل تأیید عملکردهای مکانیکی نظیر عملکردهای هیدرولیکی، الکتریکی و مکانیکی است. قطعات خراب نیز در این زمان تعویض می‌شوند. برای بررسی تأثیر طول مدت انجام این فعالیت بر ظرفیت تولید، آنالیز حساسیت صورت گرفت. بر طبق این آنالیز، اگر زمان تعمیرات نگهداری بین 0 تا 15 ساعت باشد، ظرفیت تولید مس کاهش چندانی نمی‌یابد. با افزایش زمان تعمیرات نگهداری به بیش از 15 ساعت، ظرفیت تولید به نحو چشم‌گیری کاهش می‌یابد. مقایسه و نتایج حاصل از در نظر گرفتن زمان نگهداری و تعمیرات در شکل (2-1) نشان داده شده است. آنچه مشهود است، کاهش میزان تولید آند در سال به ازای افزایش زمان دوره نگهداری و تعمیرات چرخ ریخته‌گری است.
تأثیر نرخ تزریق گاز طبیعی بر ظرفیت تولید مس
زمان دی‌اکسید شدن مس در کوره آند بسیار کوتاه است. این امر در شبیه‌سازی این کارخانه یکی از بلندترین گام‌های فرایند در راهروی مبدل‌ها است. پس از شبیه‌سازی مشخص شد که اگر ظرفیت کمتر از 190000 تن در سال باشد، تغییرات در زمان دی‌اکسید شدن، تأثیر کمی بر ظرفیت کارخانه دارد اما اگر ظرفیت به بیش از 200000 تن افزایش یابد، زمان دی‌اکسید شدن بسیار اهمیت می‌یابد. به عنوان مثال کاهش 50% در زمان دی‌اکسید شدن موجب افزایش 4% در تولید می‌گردد.

شکل (2-1) میزان تولید آند مس در ازای زمان نگهداری تعمیرات

شکل (2-2) میزان تولید آند مس در ازای چرخ ریخته‌گری

عملیات یک جرثقیل در راهروی مبدل: تحلیل‌ها نشان دادند که با وجود خرابی یکی از دو جرثقیل موجود، ظرفیت تولید تغییر چندانی نمی‌کند.
نتیجه حاصل شده از این پژوهش، بهینه سازی عملیات تولیدی با هدف افزایش ظرفیت تولید بود که در دنیای رقابتی کنونی بسیار حائز اهمیت است.
کوئلو14 و همکاران[10] جهت بررسی عملکرد حمل و نقل مواد خام (اولیه) در یک مجتمع بزرگ تولید فولاد از شبیه‌سازی گسسته استفاده کردند. ورود مواد اولیه یا خام در این مجتمع مشروط به نوع مواد از قسمت‌های مختلف کارخانه می‌باشد. این مطالعه بر روی عملیات دریافت مواد خام، بارگیری آن‌ها، انبار کردن مواد، حمل مواد خام و تأمین مواد مختلف جهت شارژ در خط تولید تمرکز دارد. شکل (2-3) یک طرح نمایشی از انتقال مواد مختلف را در این مجتمع نشان می‌دهد. هدف بزرگ و مهم این مقاله و دلیل تمرکز بر روی موارد ذکر شده، کمک به تیم کنترل کننده انبارهای مواد (سنگ آهن) یا مجریان کنترل موجودی سنگ جهت تصمیم‌گیری است.
بیشتر پارامترهای این شبیه‌سازی معین هستند و از توزیعهای احتمالی استفاده نشده است. به طور مثال نرخ ورود مواد را که به صورت پیوسته وارد سیستم می‌شود، مقداری ثابت در دقیقه در نظر گرفته‌اند. همان طور که در شکل (2-4) مشاهده می‌شود، حالت A، حالت عادی ورود مواد است که مربوط به نوع ورود پیوسته است که در مقابل نوع گسسته ورود مواد یعنی حالت B می‌باشد. این نوع تفکیک در نوع ورودی مواد تأثیری بر روی نتایج حاصل در شبیه‌سازی ندارد. با استفاده از این مدل شبیه‌سازی و نتایج آن و حجم تولید روزانه فولاد در این مجتمع، شرایط کنترلی را برای موجودی و انبار سنگ مورد نیاز برای این مجتمع لحاظ کردند.

شکل (2-3) طرح نمایشی از سیستم انتقال مواد در مجتمع تولید فولاد

شکل (2-4) مفهوم ورودی‌های پیوسته در مقابل ورودی‌های گسسته مجتمع فولاد
فیورونی15 و همکاران[11] نیز از شبیه‌سازی بر روی یک مجتمع تولید فولاد استفاده کردند. شرکت فولاد مربوطه برای افزایش سطح تولید خود تا 50 درصد قصد سرمایه‌گذاری دارد که این سرمایه‌گذاری‌ها را طبق پیش‌بینی بر روی فرایند تولید و تجهیزات جدید صرف خواهد کرد. بر این اساس با استفاده از نرم‌افزار شبیه‌سازی ارنا و پیش بردن اهداف این شرکت این مدل را پیاده‌سازی کردند. اهداف شرکت، تجزیه و تحلیل طرح فرایند جدید و سناریوهای عملیاتی و آزمودن محصولات متفاوت عملیات‌های بهتر است. در نهایت نیز بر اساس اجرای مدل شبیه‌سازی تصمیمات و تغییراتی را بر روی بخش‌های مختلف کارخانه اعم از ظرفیت نقاله‌ها بر سرعت آن‌ها، میزان زغال سنگ مصرفی در کوره‌ها، ایجاد ایمنی موجود جهت انجام تعمیرات بر روی کوره‌ها انجام دادند که باعث بهبود اهداف منظور شده شرکت گردید. طرح نمایشی شبیه‌سازی شده این مجتمع در شکل (2-5) نشان داده شده است.

شکل (2-5) طرح نمایشی مجتمع تولید فولاد شبیه‌سازی شده
ولگاما16و همکاران[12] از شبیه‌سازی گسسته برای افزایش تولید مس در کارخانه‌ای در استرالیا استفاده کردند. فرایند تولید کارخانه به صورت شکل زیر می‌باشد:

شکل (2-6) مراحل پیوسته فرایند تولید مس
همچنین برای تعیین تغییر اندازه پاتیل، نرخ ریخته‌گری و میزان انبار در این کارخانه نیز از شبیه‌سازی استفاده شد. جهت دستیابی به این اهداف، نیاز به مدل‌سازی جزئی تولید مات، سیکل مبدل، کوره آند و فعالیت‌های جرثقیل است. یکی دیگر از عوامل موثر بر ظرفیت تولید، زمان‌های خرابی است که باید به صورت بسیار دقیق صورت بگیرد. در این مدل، متغیرهای درجه خلوص مات مس، نرخ خرابی‌های جرثقیل‌ها، چرخ ریختگری، عملیات مبدل‌ها، کوره‌های ذوب کنسانتره، کوره‌های آند، طول عملیات جرثقیل تصادفی فرض می‌شوند. در ضمن این نکته مورد توجه است که در فرایند تولید مس در کارخانه ذوب مربوطه، زمان تعمیر داخلی مبدل‌ها که منجر به تعویض آجرهای آن می‌شود و عملیات تعمیرات دیگر مبدل‌ها و خاموشی‌های کوره‌ها منجر به تغییر در شرایط تولیدی می‌گردد. هم‌چنین کارایی توسط معیارهای میزان خروجی، درصد زمان انباشته کردن، زمان‌های چرخش (زمان انتقال مس بلیستر و تزریق مات)، زمان‌های نگهداری مس و زمان از دست رفته به علت مات نامناسب اندازه‌گیری می‌شود. در این مدل بیش از 40 مقدار پارامتر ورودی در نظر گرفته شده است. با کمک این مدل ظرفیت تولید مس بهبود یافت که این بهبود شامل افزایش در ظرفیت پاتیل مس (ظروف حمل مذاب مس)، نرخ ریخته‌گری (تعداد آندهای ریختگری)، ظرفیت‌ها و تعداد مبدل‌ها، ظرفیت کوره آند و تزریق مات مس بود.
شبیه‌سازی حرکت جرثقیل‌ها
یکی از ارکان اصلی فرایند های ذوب، جرثقیل‌هایی می‌باشند که وظیفه حمل مواد را در امتداد تجهیزات فرایند دارا می‌باشند. این جرثقیل‌ها به علت حرکت آنها بر روی یک محور مشترک با مشکلی همچون مسدود شدن مسیر، روبه‌رو می‌گردند. بر این اساس مطالعاتی بر روی حرکت جرثقیل‌ها و استفاده از شبیه‌سازی جهت رفع این مشکل صورت گرفته است که در زیر به آنها اشاره خواهیم کرد:
پاز و فرانزس17 [13] از شبیه‌سازی در جهت مطالعه بر روی عملکرد جرثقیل‌های سقفی با استفاده از مؤلفه‌های حمل و نقل و شبکه استفاده کردند. با توجه به اینکه جرثقیل‌ها به طور معمول با مؤلفه‌های موجود در پانل حمل و نقل نرم‌افزار مورد استفاده قرار می‌گیرند، استفاده از این امکانات دارای شرایطی است که قابل تأمل هستند. وجود تداخل میان جرثقیل‌ها بر روی یک شبکه حمل و نقل موجب وقفه18 و بازداری‌ها19 در مدل می‌گردند. بدیهی است که این مشکل زمانی که تعداد جرثقیل‌ها بر روی یک شبکه حمل و نقل بیش از دو جرثقیل باشد ایجاد خواهد شد. در این مطالعه یک قالب از نرم افزار مورد استفاده قرار گرفت که می‌توان به آسانی آن را در مدل‌های موجود در نرم‌افزار Arena ادغام نمود. در این مطالعه عوامل مورد بررسی مسئله به شرح زیر تعریف گردید:
حالات یا موقعیت‌های تداخل
حالات جرثقیل
اقدامات اصلاحی
بررسی رفتارهای مختلف جرثقیل، حالات جرثقیل‌ها و وقفه و تداخل‌های ممکن در یک قالب کلی مدل شده است، که این مدل برای مدل‌های دارای بیش از دو عدد جرثقیل در یک شبکه حمل و نقل نیز امکان‌پذیر است. با بررسی تداخل‌های ممکن و متفاوت میان جرثقیل‌ها با وجود دو جرثقیل (شکل (2-7)) قالبی کلی برای تحلیل این مسائل ارائه گردید.

شکل (2-7) بررسی نمایشی تداخل میان دو جرثقیل
در این مطالعه فرض بر این است که اپراتور واقعی دارای کارایی حقیقی کمتر از 100% در تصمیم‌گیری خود می‌باشد. تعاملات مشاهده در مدل به این صورت است که یک یا دو مرحله پیش روی جرثقیل‌ها مورد پیش‌بینی قرار می‌گیرد. در این مدل بدون در نظر داشتن موقعیت دقیق برای نهادها که در ایستگاه‌ها مستقر می‌باشند، حرکت جرثقیل‌ها مدل شده است.
تاکاشی تانیزاکی20 و دیگران[14] ابتدا یک مسئله زمان‌بندی را برای محاسبه تعداد تداخل‌های جرثقیل فرمول‌بندی کرده و با استفاده از الگوریتم هیوریستیک در یک زمان متناهی، مسئله معرفی شده را حل نمودند. این مدل در یک سیستم تولیدی فولاد با دارا بودن دو یا بیش از دو جرثقیل معرفی گردیده است که هدف تسهیل در حرکت جرثقیل‌ها در راستای یک محور است. یک شمای ساده از سیستم تولیدی ذکر شده، در شکل (2-8) نشان داده شده است.

شکل (2- 8) نمایی از فرایند تولید فولاد با چندین جرثقیل
در این سیستم مواد از

پایان نامه
Previous Entries شوک مارک آپ، اقتصاد کشور، عرضه و تقاضا Next Entries ارزیابی عملکرد، تعالی سازمان، عملکرد سازمان