Технологическая характеристика участка прокатного производства

В металлургии как типичной отрасли материального производства, важнейшей составной частью является прокатное производство, конечная продукция которого прокат ( листы, трубы, рельсы, балки, проволока и иная металлопродукция) является чаще всего конечной продукцией всего металлургического предприятия в целом и поставляется, продается другим отраслям - потребителям металлопродукции.

Выплавленная сталь, из которой в дальнейшем изготавливается прокат, разливается в слитки заготовки для производства прокатной продукции, причемразного веса и формы ( слябыдля производства листового проката: листа, жести и т.п., и блюмыдля производства сортового проката: балок, рельсов и др.). Заготовки затем транспортируются в нагревательные печи для доведения их до требуемой по технологии проката температуры ( возможно, с промежуточным охлаждением и предварительным хранением на складах), откуда рольгангами подаются в прокатные станы (один или несколько последовательных) уже для производства собственно проката.

В качестве примера для детального рассмотрения выделим участок: “нагревательные печи рольгангипрокатные станы”, схематически представленный на рис.8.1.

X,t Y,t

НагревРольганг Прокат. стан

Рис.8.1. Схема участка прокатного производства.

Например, можно рассматривать весь участок прокатного производства при необходимости, в том числе, при недостатке нужной информации о состоянии или функционировании его составных частей: печи, рольганга и т.п., как единый элемент, тогда нагрев, транспортировка, прокатка - будут отдельными фазами обслуживания. И, наоборот, учитывая многостадийность процесса прокатки на отдельных клетях, часто целесообразно прокатный стан рассматривать как сложную систему, а работу его клетей - как однофазные компоненты этой системы.

4. Среди состояний и компонентов исследуемого сложного человеко-машинной объекта, если он рассматривается далее как СМО, особо следует выделить ожидание, отказ и очередь.

Ожидание характеризуется, как уже упоминалось выше, временем w ожидания. Другими словами, из поступления требования на вход системы вовсе не следует, что оно немедленно поступает на обслуживание в какую-нибудь операцию. Понятно также, что такое состояние некоторых или всех компонентов объекта исследования целесообразно выделять особо в силу дискретно -непрерывного характера его функционирования. В рассмотренном примере работы участка прокатного производства простой оборудования является как раз состоянием ожидания следующего периода работы.

Отказ является также особо выделяемой особенностью функционирования человеко -машинной системы, заключающейся в том, что требование, поступившее на вход системы или какой-нибудь его подсистемы, не обязательно обслуживается, а может быть отторгнуто системой без изменения и покинет ее.

Проиллюстрируем отказ на приведенном примере участка прокатного производства. Допустим, произошла поломка на прокатном стане, и для ремонта пришлось остановить рольганг, подающий нагретые слитки в прокатный стан. Пока производился ремонт стана, слитки остыли ниже температуры проката и потому не могут обрабатываться далее на стане. В таких случаях слитки обычно охлаждаются и отправляются на склад холодняка. Это и есть отказ в обслуживании заготовок как требований, прокатный стан как бы отказал им в выполнении операции прокатки.

Очередь тесно связана с оговоренным выше ожиданием, но выступает не просто как особенность функционирования, факт, а как компонент системы. Понятно, что такому компоненту реально соответствует некоторый элемент ( например, склад хранения) или совокупность элементов системы, которые могут рассматриваться как самостоятельная подсистема. Однако, для нас в рассматриваемом классе человеко - машинных систем важнее не сам факт наличия очереди как подсистемы, а режим функционирования компонентов системы именно как очереди.

Очередь характеризуется:

времени ожидания w,

числом мест ожидания, например, числу мест хранения на складе,

длиной очереди (т.е. числом занятых мест; таким образом, часть имеющихся мест может оставаться свободной, и это может быть небезразличным для поставленной задачи исследования данного объекта и потому требовать учета), а также дисциплиной обслуживания.

Дисциплина обслуживания обычно указывается текстовым предложением, т.е. представляется семантически, описательно, поскольку дисциплина обслуживания реализуется далее в математической модели системы алгоритмически. Приведем наиболее распространенные и часто используемые следующие виды дисциплин обслуживания:

• Первым пришел - первым обслужен. (FIFO)

Эта дисциплина соответствует обычной, “живой” очереди и в отдельных комментариях, вероятно, не нуждается. В приведенном примере участка прокатного производства очередью с такой дисциплиной обслудивания можно рассматривать рольганг как транспортное средство, а также нагревательную печь толкательного типа, поскольку в ней заготовки в силу самого способа перемещения материала движутся к месту выгрузки в том порядке, в каком они загружались в печь.

• Последним пришел - первым обслужен.(LIFO)

Такая дисциплина обслуживания характерна для складских помещений погружного типа, а также для складов, в которых погрузочно - разгрузочные работы выполняются автокарами. Если на складе есть свободное место, то автокар с целью оптимального использования помещения склада вначале выгружает материалы в глубине склада, а уж потом - на оставшееся, хотя и более близкое к въезду в помещение, свободное место. Когда же нужно взять материал для дальнейшей переработки, автокар не может взять тот материал, который поступил на склад раньше, поскольку подъезд к нему завален позднее загруженным материалом, поэтому автокар может взять только его.

• Обслуживается любой, независимо от времени поступления.

Эта дисциплина обслуживания свойственна хранилищам, обслуживаемым кранами, например, мостовыми. Кран движется над материалом и потому может взять материал из любого нужного места ( понятно, если материал загружен в один слой, иначе получается комбинированный с предыдущим случаем вариант).

• Обслуживание по приоритетам.

Некоторые требования в очереди, снабженные специальными признаками, приоритетами, обслуживаются немедленно, остальные, не имеющие подобных признаков, - в соответствии с общей дисциплиной обслуживания, предусмотренной в предыдущих пунктах. Понятно, что дисциплина “обслуживается любой” эквивалентна случаю, когда все требования имеют равные приоритеты.

5. Каналы обслуживания.

Укажем также, что в принципе в структуре системы может существовать несколько параллельно функционирующих последовательностей операций с одинаковыми дисциплинами обслуживания и сходными технологическими режимами. Каждую такую параллельную последовательность называют каналами обслуживания.

Так, на схеме объекта, представленной на рис.8.2, каналами обслуживания являются аппараты , ...,, если у них обслуживание требований идентично.

Отметим, что часто распараллелирование каналов обслуживания в системах производится с целью увеличения производительности объекта в целом за счет использования технологически однотипных агрегатов с одинаковыми режимами функционирования, тогда требования могут обслуживаться в любом из таких параллельных каналов. В таких случаях однотипные элементы в системах массового обслуживания называют “приборами” ( и вовсе не потому, что имеются ввиду приборостроительная или машиностроительная отрасли и функционирующие в них производственные системы) и аппаратами. Мы будем далее преимущественно использовать последний термин.

6. Выходы объекта, рассматриваемого как система массового обслуживания, аналогично входам представим выходными потоками. Они характеризуются случайными последовательностями временных интервалов ухода , равными временам пребыванияi-го требования в системе обслуживания (другие переменные выхода Y при этом учитываются, аналогично входам и состояниям, соответстующими правым концам этих интервалов).

Как выходы системы обычно учитываются также изменения потоков ожидания и длин очередей, хотя бы такие изменения относились к внутренним компонентам и внутренним связям и потому формально относились бы к состояниям объекта или его компонентов, а не обязательно только к конечным. Напомним, что подобное объединение возможно потому, что изменения потоков ожидания и длин очередей объединены общим признаком - являются так же, как и выходы, результатом функционирования самой системы. Такое объединение переменных состояния и выходов системы как зависящих от ее функционирования широко используется, например, в автоматизированном планировании экспериментальных исследований объектов, являющихся техническими системами (по системной классификации).

7. В общем случае исследуемый человеко-машинный объект может содержать в своем составе среди элементов и компонентов (подсистем) и такие, которые на самом деле являются техническими системами.

Будем считать, что при рассмотрении объекта как системы массового обслуживания такие элементы и компоненты достаточно описывать временем обслуживания t, входом и выходом, т.е. их структуру в подавляющем большинстве случаев можно учитывать как “черные ящики”. Вполне допустимое отступление от этого будем расценивать скорее как исключение, не влияющее, как мы увидим далее, на методологию моделирования сложных человеко - машинных систем, в том числе с привлечением теории массового обслуживания