پاتیل و یک نوع بوت مواد سرد و قراضه مس وجود دارد. تمامی انتقال‌ها توسط جرثقیل‌های 100 تنی انجام می‌گیرد، به غیر از خروجی کوره‌های آند به سمت ریخته‌گری که با استفاده از قاشقک‌های مختلفی انجام می‌گیرد. مبدأ و مقصد حرکت نهادهای سیستمی در مدل به شرح شکل (4-2) است. مدل مفهومی برای هر یک از اجزای سیستم تولید مس متفاوت است که برای هر یک از این موارد به صورت زیر بیان می‌گردد.
مدل مفهومی فعالیت کوره‌های ریورب
فرایند انجام فعالیت کوره‌های ریورب در تولید آند مس طی دو مرحله انجام می‌گیرد و به شرح شکل (4-3) می‌باشد. این کوره‌ها با درخواست کوره‌های کنورتر مت مذاب را در پاتیل‌های مخصوص حمل مت ریخته و پاتیل‌ها برای حمل به سمت کوره‌های کنورتر از طریق ریل‌های تعبیه شده در زیر کوره‌های ریورب به ابتدای دالان کارخانه ذوب انتقال داده می‌شوند. برای هر کوره ریورب دو ریل برای حمل پاتیل‌ها وجود دارد که بسته به اینکه دهانه خروجی کدام کوره آماده تحویل مذاب است و اینکه کدام کوره می‌تواند در زمان درخواست مذاب تحویل دهد این ریل‌ها انتخاب می‌شود. مرحله اول با انتقال پاتیل مت به دهانه دالان به پایان می‌رسد. مرحله دوم زمانی آغاز می‌شود که کنورترها در مرحله سرباره‌گیری بوده و پس از سرباره‌گیری و انتقال آن توسط جرثقیل‌ها باید از دهانه لاندرها به کوره‌های
شکل (4-2) فلوچارت گردش پاتیل مذاب و بوت مواد سرد در فرایند ذوب در کارخانه ذوب مس سرچشمه
ریورب ریخته شوند. در این مرحله با ریختن سرباره کنورتر به ریورب پاتیل‌ها توسط جرثقیل‌ها به مقصد بعدی که احتمالاً کوره‌های کنورتر می‌باشد بازگردانده می‌شوند.
شکل (4-3) مدل مفهومی فعالیت‌های کوره‌های ریورب
مدل مفهومی فعالیت کوره‌های کنورتر
کوره‌های کنورتر در انجام فعالیت‌های خود در طول یک سیکل کاری، دارای پیچیدگی‌های بسیاری هستند. این پیچیدگی در فعالیت کنورترها باعث شده که این کوره‌ها یکی از مهم‌ترین اجزای دالان ذوب مس قلمداد بشوند. محوریت انجام تمام فعالیت‌های دالان ذوب مس بر اساس فعالیت کوره‌های کنورتر بنا شده است. این کوره‌ها در ابتدای سیکل کاری خود با اطلاع دادن به کوره‌های ریورب برای آماده کردن پاتیل مت، دو پاتیل مت را برای شارژ اولیه خود درخواست می‌کنند. بعد از تخلیه دو پاتیل مت توسط جرثقیل به درون کوره، به مدت 10 دقیقه دمش آغاز می‌شود. بعد از این مرحله 4 دقیقه سیلیس شارژ کوره شده و دوباره دمش هوا به مدت 30 دقیقه ادامه می‌یابد. دو بُت مواد سرد در مرحله بعدی اتفاق می‌افتد که باعث کاهش دمای کوره می‌شود و بلافاصله مت سوم از کوره‌های ریورب درخواست و انتقال داده می‌شود. پس از مت سوم و دمش هوا به مدت 1 ساعت، اولین سرباره‌گیری انجام و سرباره کنورتر به سمت کوره‌های ریورب بازگردانده می‌شود. قبل از انجام فعالیت سرباره‌گیری کنورتر به جرثقیل‌ها درخواست می‌دهد تا پاتیلی را برای تخلیه و حمل سرباره در اختیار آن قرار دهد. از این مرحله به بعد فرایند شارژ مت، شارژ سیلیس، دمش هوا و سرباره‌گیری تا شارژ مت 6ام به کوره تکرار می‌شود. پس از این مرحله سرباره‌گیری دوباره انجام می‌گیرد که سرباره‌گیری دمش مس نام دارد. سرباره این مرحله از سیکل کنورترها معمولاً به دیگر کوره‌های کنورتر فعال انتقال می‌یابد. مرحله بعدی در طی سه مرحله ادامه پیدا می‌کند. شارژ دو بُت مس قراضه و دمش هوا به مدت 30 دقیقه تا زمانی که بُت 6ام قراضه‌ها شارژ کوره بشود، ادامه پیدا می‌کند. پس از این مرحله مس بلیستر آماده انتقال به کوره‌های آند می‌شود. تمامی مراحل مشروحه باید در زمان معینی رخ بدهد. رخ دادن این پیشامدها تنها در صورتی اتفاق می‌افتد که کوره به شرایط مورد نظر رسیده باشد تا شرایط نهادها دچار تغییر شود. منظور از شرایط مورد نظر، انجام ترتیبی مراحل بالا در زمان خود و پاسخ دادن بقیه اجزای سیستم به درخواست کوره‌های کنورتر است. به طور مثال تا زمانی که کوره‌های آند نتوانند مس بلیستر دیگری را دریافت کنند، سیکل کوره کنورتر هم چنان ادامه پیدا خواهد کرد تا شرایط انتقال مس بلیستر مهیا گردد.
قابل توجه می‌باشد که در برخی موارد این کوره‌ها توسط کوره‌های کنورتر دیگر که در تعداد سیکل بالای 130 هستند، شارژ می‌شوند. کوره‌هایی که تعداد سیکل آنها از آخرین تعمیرات کلی به 130 رسیده باشد، تا قبل از مرحله سرباره‌گیری دمش مس فعالیت انجام می‌دهند و پیش از سرباره‌گیری دمش مس، محتویات آنها به کوره کنورتر دیگری انتقال پیدا می‌کند.
شکل (4-4) مدل مفهومی فعالیت کوره‌های کنورتر
مدل مفهومی فعالیت کوره‌های آند
فعالیت کوره‌های آند ساده‌تر از کوره‌های کنورتر می‌باشد (شکل (4-5)). شارژ این کوره‌ها توسط پاتیل‌های مس بلیستر که در کوره‌های کنورتر تولید می‌شوند، صورت می‌گیرد. مرحله شارژ کوره‌های آند بسته به مدت زمان آماده شدن پاتیل‌های مس بلیستر طول می‌کشد. هر کوره کنورتر به طور تقریبی در هر سیکل 2 تا 5/2 پاتیل مس بلیستر تولید می‌کند و هر کوره آند با 6 پاتیل بلیستر تکمیل می‌گردد. اگر مدت زمان بین شارژ هر پاتیل بلیستر طولانی شود، زمان کامل شدن شارژ کوره‌های آند نیز طولانی خواهد شد.
پس از شارژ کامل کوره‌های آند، این کوره‌ها عملیات حرارت دهی به مواد مذاب را آغاز می‌کنند. این مرحله در حدود 30 تا 90 دقیقه طول خواهد کشید. پس از مرحله حرارت‌دهی، کوره‌های برای سرباره‌گیری در خواست پاتیل می‌کنند و با انتقال پاتیل خالی به این کوره‌ها سرباره‌گیری انجام می‌شود. سرباره کوره‌های آند به کوره‌های کنورتر انتقال پیدا می‌کند. پس از مرحله سرباره‌گیری، مرحله احیا به مدت 60 دقیقه آغاز می‌شود. در مرحله بعد دوباره مواد مذاب درون کوره به مدت 60 دقیقه در معرض حرارت قرار می‌گیرند تا برای ریخته‌گری آماده شوند. در هنگام عملیات ریخته‌گری کوره‌های آند بسته به طول زمان ریخته‌گری مشغول می‌باشند. پس از انجام این مرحله کوره‌ها با استراحت یک ساعته دوباره به سیکل معمول خود باز خواهند گشت.
شکل (4-5) مدل مفهومی فعالیت کوره‌های آند
مدل مفهومی واحد ریخته‌گری
بعد از انجام کامل فرایند کوره‌های آند، مواد مذاب درون این کوره‌ها آماده مرحله ریخته‌گری می‌شوند. مذاب از طریق مسیر لاندر وارد قاشقک بزرگ و سپس قاشقک کوچک شده و از آنجا وارد قالب‌های روباز می‌گردد و به محض پر شدن (رسیدن به وزن پیش بینی شده) ریختن آن قطع می‌شود و دوباره قاشقک کوچک پر شده تا آماده ریختن در قالب بعدی شود. در زیر قاشقک کوچک، ترازو دقیقی قرار دارد که میزان مشخص ورود مذاب به قالب را تنظیم کرده و مانع از ورود مذاب بیشتر به قالب می‌گردد. سپس آند و قالب توسط اسپری‌های آب خنک شده و سپس به جک‌های تعبیه شده در زیر قالب‌ها می‌رسند. در این مرحله آند از سطح قالب کنده شده (جهت اطمینان از عدم چسبندگی) و مجدداً روی قالب قرار می‌گیرد و به سمت ماشینی هدایت می‌شوند که وظیفه برداشت آند مس را از روی قالب‌ها دارد. حال توسط این ماشین برداشته شده و داخل بوش تانک گذاشته می‌شود (شکل (4-6)).
شکل (4-6) مدل مفهومی فعالیت واحد ریخته‌گری
شبیه سازی فرایند ذوب مس
Arena نرم‌افزاری کاربردی برای شبیه‌سازی سیستم‌های گسسته پیشامد می‌باشد. Arena نرم‌افزاری کامل برای انجام مطالعات شبیه‌سازی است و تمام قدم‌های یک مطالعه شبیه‌سازی را پشتیبانی می‌کند. Arena با ارائه الگوهایی امکان ساخت انیمیشن مناسب برای مسایل شبیه‌سازی را به سادگی فراهم می‌کند. الگوها دسته‌ای از ماژول‌ها می‌باشند که موجودیت‌ها، پردازش‌ها و واژگان نوع خاصی از مسایل را در بر می‌گیرند. Arena دارای یک تحلیل‌گر ورودی و یک تحلیل‌گر خروجی می‌باشد. کاربر می‌تواند با استفاده از تحلیل‌گر ورودی داده‌های خام را مشاهده کند. تحلیل‌گر خروجی نیز برای مشاهده و تجزیه و تحلیل داده‌های شبیه سازی می‌باشد [66]. آخرین نسخه عرضه شده از این نرم افزار، نسخه 5/14 می‌باشد که در این پژوهش، نسخه 5/14 مورد استفاده قرار گرفته است.
معرفی اجزای مدل شبیه سازی
اجزای مدل شبیه سازی فرایند ذوب مس سرچشمه عبارتند از:
نهاد: در این مدل، نهادهای سیستم عبارتند از:
مات مس
سرباره کنورتر
سرباره مس (انتقال از یک کنورتر به کنورتر دیگر)
مس بلیستر
سرباره آند
آند ریخته‌گری
ظروف حمل مواد سرد و قراضه مس (بوت)
خصوصیت: از جمله خصوصیت‌های این مدل می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:
نوع مواد مذاب درون پاتیل‌ها
مبدأ و مقصد پاتیل‌ها و بوت مواد سرد و قراضه
فعالیت: مجموعه‌ای از فعالیت‌های این مدل عبارتند از:
سیکل کوره‌ها
انتقال توسط جرثقیل‌ها
انتقال توسط نقاله‌ها
متغیرهای حالت: مهم‌ترین متغیرهای حالت سیستم عبارتند از:
متوسط طول صف درخواست جرثقیل
تعداد جرثقیل‌های فعال
تعداد کوره‌های کنورتر فعال
پیشامد: از مهم‌ترین پیشامدهای سیستم می‌توان به موارد زیر اشاره نمود:
درخواست پاتیل و بوت توسط کنورترها
درخواست برای جرثقیل‌ها توسط پاتیل و بوت مواد سرد جهت انتقال
خرابی کوره‌ها و جرثقیل‌ها
فرضیات مدل
مهم‌ترین فرضیاتی که جهت شبیه‌سازی مدل سیستم حمل و نقل در نظر گرفته شده است، عبارتند از:
مرز مدل شبیه‌سازی از خروجی کوره‌های ریورب در نظر گرفته شده است.
خرابی کوره‌های کنورتر و آند و جرثقیل‌ها در مدل لحاظ می‌گردد.
کلیه پارامترهای مهم و تأثیرگذار که در مدل لحاظ می‌گردد.
برخی از نظرهای اپراتورها و ناظران به عنوان متغیرهایی در مدل لحاظ می‌گردد.
خرابی کوره‌ها در انتهای سیکل آنها اعمال می‌گردد و خرابی‌های اتفاقی در بین سیکل کوره‌ها در نادیده گرفته شده است.
تعداد پاتیل‌های سرباره گرفته شده از کوره‌های کنورتر حداکثر 2 پاتیل در هر مرحله از سرباره‌گیری در نظر گرفته شده است.
رفتار مواد سرد و قراضه مس (مقصد و مبدأ) در مدل یکسان در نظر گرفته شده است.
سرعت جرثقیل‌ها، یکنواخت در نظر گرفته شده است.
پاتیل‌های سرباره کنورتر بعد از پر شدن، حمل و تخلیه در مقصد مورد نظر، بلافاصله به مبدأ خود باز می‌گردند. پاتیل سرباره کنورتر در اولین سرباره‌گیری از پارکینگ پاتیل‌ها درخواست می‌شود و تا گرفتن مس بلیستر در اختیار کنورتر قرار می‌گیرد و بعد از آن دوباره به پارکینگ پاتیل انتقال داده می‌شود.
برای پاتیل‌هایی که بیش از 25 دقیقه به انتظار جرثقیل‌ها برای حمل می‌مانند، تمایز وجود ندارد. بنابراین برای پاتیل‌های سرباره، بلیستر و دیگر مواد مذاب نیز مانند پاتیل‌های مات ریورب، عمل ضربه زدن جرثقیل و سپس انتقال انجام می‌گیرد.
کوره‌های ریورب همواره آماده برای ارسال مات مس به کوره‌های کنورتر می‌باشند.
تجزیه و تحلیل داده‌های ورودی شبیه سازی
جمع‌آوری داده‌های ورودی از اولین گام‌های انجام پروژه شبیه‌سازی است. برای انجام شبیه‌سازی با استفاده از ورودی‌های تصادفی باید توزیع‌های احتمالی را از داده‌های ورودی تعیین کنیم. به غیر از حالت خاصی که ورودی مدل قطعی است، برازش توزیع احتمالی دارای اهمیت فراوانی است که به طور معمول نادیده گرفته می‌شود[67]. در این قسمت گام‌هایی را که جهت ایجاد یک مدل کارآمد برای داده‌های ورودی انجام شده است را شرح می‌دهیم که عبارتند از:
جمع آوری داده‌ها
بر اساس منابع موجود و در دسترس، جمع‌آوری داده‌ها به سه شکل زیر گردآوری شد:
مشاهده سیستم و جمع‌آوری داده‌ها و اطلاعات
مشاوره با کارشناسان و پرسنل کارخانه ذوب
مطالعه منابع و گزارشات مربوط به کارخانه ذوب
برای هر یک از فرایندها و فعالیت‌های سیستم، نمونه داده‌های لازم جمع‌آوری شده است که مهم‌ترین داده‌های گردآوری شده در زیر لیست شده است:
مدت زمان انتقال پاتیل مات به دهانه تونل ریورب
مدت زمان برداشتن پاتیل
مدت زمان تخلیه پاتیل‌های مات، سرباره کنورتر و آند و مس بلیستر و …
مدت زمان قرار دادن پاتیل
زمان تخلیه پاتیل و مواد سرد و قراضه مس به کوره‌ها
مدت زمان انتقال جرثقیل در حالت‌های مختلف (با پاتیل یا بدون پاتیل) بین
