На бирже курсовых и дипломных проектов можно найти готовые бесплатные и платные работы или заказать написание уникальных курсовых работ, дипломов, лабораторных работ, контрольных работ, диссертаций, рефератов по самым низким ценам. Добавив заявку на написание требуемой для вас работы, вы узнаете реальную стоимость ее выполнения.

Здравствуйте гость!

Задание № 1945

Наменование:

Курсовик ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЦЕХА ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ ТОНКОГО ЛИСТА (С#)

Предмет:

Информатика

Бюджет:

0 руб.

Дата:

26.10.2010

Описание:

Национальный исследовательский технологический университет "МИСиС"

КАФЕДРА ИНЖЕНЕРНОЙ КИБЕРНЕТИКИ

“УТВЕРЖДАЮ”
Председатель НМСС
специальности
"Прикладная математика"


КУРСОВАЯ РАБОТА
специальность “Прикладная математика”

ТЕМА
“ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЦЕХА ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ ТОНКОГО ЛИСТА”
УЧЕБНАЯ ДИСЦИПЛИНА
“МОДЕЛИРОВАНИЕ СЛОЖНЫХ ДИСКРЕТНЫХ СИСТЕМ”
РАЗДЕЛ
“ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ СИСТЕМ МАССОВОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ”



МОСКВА 2010
СОДЕРЖАНИЕ

Введение 3
1. Производство тонколистового проката как объект имитационного моделирования 5
2. Обобщенное описание объектов обработки (заявок) 6
3. Описание технологических маршрутов процесса производства 8
4. Технологический этап - химическая обработка металла 10
5. Технологический этап - прокатка металла 15
6. Технологический передел - термическая обработка металла 18
7. Общая постановка задачи исследования курсовой работы 27
7.1. Общие требования 27
7.2. Основные положения задания 27
8. Отчет по курсовой работе 33
9. Литература 35



Введение

Моделирование активно применяется в научных исследованиях и при решении прикладных проблем в различных областях техники и отраслях производства. Эта методология основана на изучении свойств и характеристик объектов различной природы посредством исследования естественных или искусственных аналогов (моделей). Модель строится лишь для отражения части свойств исследуемого объ-екта и поэтому, как правило проще оригинала, но модель более удобна, более дос-тупна для исследования, чем моделируемый объект.
Под математическим моделированием понимается процесс установления соот-ветствия данному реальному объекту некоторого математического объекта, назы-ваемого математической моделью, и исследование этой модели, позволяющее по-лучать характеристики рассматриваемого реального объекта. Вид математической модели зависит как от природы реального объекта, так и от задачи исследования объекта и требуемой достоверности и точности решения этой задачи. Любая мате-матическая модель, как и всякая другая, описывает реальный объект лишь с неко-торой степенью приближения. Математическое моделирование для исследования характеристик процесса функционирования систем можно разделить на: аналитиче-ские, имитационные, комбинированные.
Большинство существующих коммерческих программных средств, которые применяются для решения задач производства и использующие в своем составе различного рода математическое моделирование, опираются именно на имитацион-ное моделирование. Поскольку, оно позволяет достаточно просто учитывать такие факторы как наличие дискретных и непрерывных элементов, нелинейные характе-ристики элементов системы, многочисленные случайные воздействия и др.
Реальные сложные системы можно исследовать с помощью двух типов мате-матических моделей: аналитических и имитационных. Когда явления в сложных системах настолько сложны и многообразны, что аналитическая модель становить-ся слишком грубым приближением к действительности, то исследователь должен прибегнуть к помощи имитационных моделей. В имитационной модели поведение компонент сложной системы описывается набором алгоритмов, которые затем реа-лизуют ситуации, возникающие в реальной системе. Моделирующие алгоритмы по-зволяют по исходным данным, содержащим сведения о начальном состоянии слож-ной системы, и фактическим значением параметров системы отобразить реальные явления в системе и получить сведения о возможном поведении сложной системы в конкретной ситуации.
Имитационную модель рекомендуется использовать в следующих случаях.
1) Если не существует законченной постановки задачи исследования и идет процесс познания объекта моделирования. Имитационная модель служит средст-вом изучения явления.
2) Если аналитические методы имеются, но математические процедуры столь сложны, что имитационное моделирование дает более простой способ решения за-дачи.
3) Когда кроме оценки влияния параметров сложной системы желательно осу-ществить наблюдение за поведением компонент сложной системы в течении опре-деленного периода времени.
4) Когда имитационное моделирование оказывается единственным способом исследования сложной системы из-за невозможности наблюдения явлений в реаль-ных условиях.
5) Когда необходимо контролировать протекание процессов в сложных систе-мах путем замедления или ускорения явлений в ходе имитации.
6)При подготовке специалистов и освоении новой техники.
7)Когда изучаются ситуации в сложных системах, о которых мало что извест-но или неизвестно ничего. В этом случае имитация служит для предварительной проверки новых стратегий и правил принятия решений перед проведением экспе-римента на реальной системе.
8)Когда особое значение имеет последовательность событий в проектируемой сложной системе и модель используется для предсказания узких мест в функциони-ровании системы и других трудностей, появляющихся в поведении сложной систе-мы при введении в нее новых компонент.
Однако имитационная модель наряду с характерными для них достоинствами имеет ряд существенных недостатков. Разработка хорошей имитационной модели обходится много дороже создания аналитической модели и требует больших вре-менных затрат.
Имитационная модель в принципе не точна и нельзя измерить ее неточности. Тем не менее имитационное моделирование является одним из широко используе-мых методов при решении задач синтеза и анализа сложных систем. К достоинст-вам этого метода можно отнести: возможность описания поведения компонент сложной системы на высоком уровне детализации, отсутствие ограничений на вид зависимостей между параметрами имитационной модели и состоянием внешней среды сложной системы, возможность исследования динамики воздействия компо-нент во времени и пространстве параметров системы.
1. Производство тонколистового проката как объект имитацион-ного моделирования

В качестве объекта исследования настоящей курсовой работы было выбрано реальное производственное предприятие - Волгоградский металлургический завод "Красный Октябрь". В комплексе предприятия функционируют следующие подраз-деления:
а) основные цеха: электросталеплавильные (ЭСПЦ-1,2,3,4), мартеновский (14 печей), крупносортопрокатный (блюминг), листопрокатный, тонколистовой;
б) вспомогательные цеха: литейный, калибровочный, эмальпосуды, ремонтный.
Предприятие выпускает большую номенклатуру продукции из разных марок стали и сплавов: листы различных толщин и профилей размеров, тонколистовой прокат, товары народного потребления (посуда).
В качестве непосредственного исследуемого участка предлагается цех прокат-ки тонкого листа (ЦПТЛ). ЦПТЛ выпускает значительный объем готовой про-дукции от объема всего предприятия и его функционирование является определяю-щим для загрузки остальных подразделений комбината в целом.
Основной продукцией цеха является тонколистовой прокат из различных ма-рок стали. По своему виду продукция ЦПТЛ подразделяется на: холоднокатаный и горячекатаный (вид поставки) тонкий лист толщиной 14мм.
Основное оборудование цеха состоит из:
• 10 травильных и 4 промывочных ванны;
• 2 прокатных стана ( 1400 и 1600 );
• 8 муфельных печей;
• 2 проходные ( роликовые ) печи.
Работа цеха идет в трехсменном режиме, где одна смена составляет 7 часов при непрерывном графике производства, включая также и стадии передачи производст-ва между сменами (так называемые "пересменки").
2. Обобщенное описание объектов обработки (заявок)
1) Классы марок стали.
Металл, поступающий на обработку в ЦПТЛ в виде так называемой сутуноч-ной полосы (сутунки), может принадлежать самым разным маркам стали. Однако все марки стали могут быть объединены в три класса на основе различия в химиче-ском составе и физической структуре металла.
В ЦПТЛ выделяют три класса марок стали: "Аустенитные" стали, "Хроми-стые" стали и "Углеродистые" стали, которые далее в тексте будут именоваться ко-ротко "АУСТЕНИТ", "ХРОМ", "УГЛЕРОД" соответственно. Принадлежность оп-ределенному классу марок стали в процессе производства, естественно не меняется.
Принадлежность к определенному классу марок стали влияет на режимы про-водимых технологических процессов. Такое влияние особенно заметно на этапе хи-мической обработки металла.
2) Группы термической обработки.
Кроме принадлежности соответствующей марки стали одному из трех классов, каждая марка стали может быть отнесена к одной из десяти существующих групп термической обработки. Принадлежность к соответствующей группе термической обработки (далее просто термогруппа) определяет соответствующий температур-ный и временной режим термической обработки, т.е. разные группы марок стали требуют различной длительности при проведении термической обработки.
В реальности металл поступает в цех разными партиями, которые составляются исходя из существующих заказов на тот или иной вид продукции, и где в одной партии одновременно может быть сосредоточен металл из разных классов и при-надлежащий разным термогруппам.
Кроме того, соотношение внутри каждого класса по массе между горячеката-ными и холоднокатаными группами стали, приблизительно составляет 3:2 и рас-пределяется случайным образом или задается непосредственно перед моделирова-нием. Каждая группа может быть либо горячекатаной, либо холоднокатаной.
Таким образом, основные указанные характеристики поступающего металла, а именно: класс, термогруппа и вид поставки устанавливаются один раз и в про-цессе производства не изменяются (см. рис.1).

Рис.1 Постоянные характеристики заявки
Общее количество металла, интенсивность поступления и закон распределения времени поступления групп металла в цех, а так же соотношение разных групп ме-талла в одном классе и некоторые другие необходимые показатели, будут приведе-ны в индивидуальных вариантах заданий.
3. Описание технологических маршрутов процесса производства
Количество технологических этапов (или переделов) у каждой группы металла зависит от заказанного вида продукции, производство которой определяется соот-ветствующими ГОСТами и техническими условиями. Однако обобщенные техноло-гические цепочки можно в общем виде представить так, как это показано для горя-чекатаного листа на рис.2, а для холоднокатаного листа на рис.3.
В данной курсовой работе предлагается при разработке имитационной модели учитывать только определяющие (главные) технологические процессы, а именно прокатка, химическая обработка и термическая обработка, которые непосред-ственно влияют на производство и основные свойства готовой продукции. Поэтому на обоих рисунках не показаны вспомогательные технологические операции типа зачистки, шлифовки, адъюстажа и проч. При разработке имитационной модели кур-совой работе их наличие не учитывается и в модель эти операции не включаются.
Обобщенная технологическая цепочка производства горячекатаного листа со-стоит из следующих этапов:
где:
– этап "ХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА №1" - предназначен для травления су-туночной полосы;
 этап "СТАН 1400" - есть горячая прокатка сутунки на стане 1400;
 этап "ТЕРМООБРАБОТКА" - есть термическая обработка горячекатаного листа в муфельных печах;
 этап " ХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА №2" - предназначен для травления го-тового проката.
Обобщенная последовательность переделов для производства холоднокатано-го листа состоит из следующих этапов:

где:
 этап " ХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА №1" - предназначен для травления су-туночной полосы;
 этап "СТАН 1400" - есть горячая прокатка сутунки на стане 1400;
 этап "ТЕРМООБРАБОТКА 1" - есть термическая обработка горячекатаного листа (подката) в муфельных печах;
 этап " ХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА №2" - предназначен для травления под-ката;
 этап "СТАН 1600" - есть холодная прокатка на стане 1600;
 этап "ТЕРМООБРАБОТКА 2" термическая обработка готового холодноката-ного листа;
 этап " ХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА №3" - предназначен для травления го-тового проката.
Таким образом, общий производственный цикл включает в себя прокатку на Стане 1400 и Стане 1600, на которых из сутуночной полосы начальной (исходной) толщины получают готовый лист, заданной в заказе толщины, дополнительно ис-пользуя химическую и термическую обработки.
Каждый из трех основных переделов представляет собой сложный комплекс технологических процедур, имеющих свои индивидуальные особенности. Поэтому далее будут даны описания всех трех переделов, по возможности, в максимально обобщенном варианте.
4. Технологический этап - химическая обработка металла
Химическая обработка является одним из обязательных вспомогательных тех-нологических процессов и в данном случае производится с целью удаления нагара и окислов и иных загрязнений:
– либо образовавшихся в результате производства сутуночной полосы,
– либо образовавшихся на поверхности металла после термической обработки.
В этом можно убедиться по схемам, приведенным на рис.1 и рис.2, где показа-но, что этапы химической обработки следуют после термической обработки и непо-средственно предшествует прокатке, а так же являются заключительным этапом обоих производственных циклов.
Химическая обработка металла в данном виде производства имеет основной своей целью подготовить металл к прокатке, удалив с поверхности сутоночной по-лосы загрязнения, которые при прокатке могут быть "впрессованы" в поверхность готового листа, тем самым ухудшив его качество.
Химическая обработка в данном виде производства представляет собой трав-ление металла растворами кислот и щелочи и производится по различным схемам в зависимости от марки стали и состоянии поверхности металла. В качестве химиче-ских веществ при проведение травления используют соляную и серную кислоты, а в качестве щелочи NaOH.
Травильное отделение ЦПТЛ разделяется на два участка: кислотно-солевое и щелочное. Основным рабочим "устройством" является травильная ванна.
Всего ванн 14. Участок кислотно–солевой обработки состоит из 11-ти ванн. Участок щелочения состоит из 3-х (трех) ванн.
Все ванны абсолютно одинаковы по емкости, но каждая из них используется для проведения только одной процедуры, входящей в цикл химической обработки. Максимальная величина массы загрузки (садки) металла составляет - 4.5 тонны, ми-нимальная масса загрузки – 2 тонны. Назначение каждой ванны приведено в табл.1.
Таблица 1
№ ванны Назначение
Кислотно - солевой участок
1, 2, 3, 4 Травление кислотой № 1
5, 6, 7, 8 Травление кислотой № 2
9, 10 Промывка горячей водой
11 Промывка холодной водой
Участок щелочения
12, 13 Щелочение
14 Промывка холодной водой
Существуют различные режимы травления. Разница между режимами опреде-ляется различием в химическом составе и физической структуре марок обрабаты-ваемой стали, поэтому естественно, что каждый класс марок стали имеет свою по-следовательность этапов химической обработки. Данные по режимам химической обработки для каждого класса марок стали приведены в табл.2.
Таблица 2
№ Процедура Длительность, мин
Схема этапов химической обработки марок стали класса "АУСТЕНИТ"
1 Травление кислотой № 1 15  20
2 Промывка горячей водой 3  5
3 Промывка холодной водой 3  5
4 Щелочение 10  15
5 Промывка холодной водой 3  5
Схема этапов химической обработки марок стали класса "ХРОМ"
1 Травление кислотой №2 25  30
2 Промывка горячей водой 3  5
3 Промывка холодной водой 3  5
4 Щелочение 10  15
5 Промывка холодной водой 3  5
Схема этапов химической обработки марок стали класса "УГЛЕРОД"
1 Травление кислотой №2 20  25
2 Промывка горячей водой 3  5
3 Промывка холодной водой 3  5
Вследствие существования разного рода стохастических воздействий при про-ведении процедур химической обработки, естественно, что длительность любой процедуры будет колебаться. Поэтому, в реальности, время проведения соответст-вующей процедуры представляет собой случайную величину с равномерным зако-ном распределения в известном интервале (см. табл. 2).
Общая картина химической обработки металла заключается в следующем.
На вход в отделение поступает группа металла известного класса, принадлеж-ность к которому однозначно определяет последовательность процедур химической обработки. Если в соответствующей линии травления имеются пустые ванны, то данная группа поступает на обработку. При этом происходит разделение всей при-шедшей группы на отдельные части, равные максимальной массе садки в одну ван-ну. Каждая такая часть группы является отдельным "элементарным" объектом толь-ко на всем этапе химической обработки.
Каждая часть проходит всю последовательность процедур, предписанных её классу. Все части одной группы собираются на "выходе" из отделения химической обработки. Только после того как все части одной группы полностью пройдут все запланированные процедуры химической обработки данная группа может быть пе-редана на следующий технологический этап производственного процесса.
На рис.4 представлена структура отделения химической обработки, на которой стрелками показано направления "движения" групп металла разных классов марок стали.




Знаками  и D на схеме обозначены условные "места" объединения и разделе-ния потоков металла.
Вследствие случайности времени выполнения процедур на разных стадиях хи-мической обработки в некоторых местах возможно возникновение очередей из от-дельных частей разных групп металла. При разработке имитационной модели счи-тать, что все очереди не имеют ограничений по длине и времени пребывания метал-ла в них. Все возможные очереди имеют дисциплину обслуживания FCFS .
При разработке имитационной модели необходимо учесть следующее.
а) Каждая ванна обязательно очищается от окалины и грязи. Это мероприятие включает в себя слив в цистерну кислот и щелочного расплава, очистку ванн от гря-зи и окалины, заливку и корректировку нового раствора (см. далее).
На очистку одной ванны в среднем тратится 2.5 часа, однако, это время явля-ется нормально распределённой случайной величиной в интервале от 1.5 до 3.5 ча-сов с среднеквадратичным отклонением 0.33 часа.
В целях технической безопасности все ванны чистят одновременно каждую пятницу после 21.00. После проведения чистки раствор во всех ваннах корректиру-ется.
б) При нормальном режиме работы через каждые 4 часа проводится корректи-ровка раствора. Если раствор не соответствует химическим показателям, то ванна выключена из работы до тех пор, пока раствор не будет доведен до нужной конди-ции. Вероятность того, что потребуется корректировка раствора составляет: для ванн с кислотой №1 и №2 - 84%, а для ванн с щелочью - 93%. На проведение кор-ректировки раствора требуется от 30 минут до 1 часа.
5. Технологический этап - прокатка металла
Прокатка - металлургический процесс обработки металла давлением (ОМД) путем обжатия металлического объекта обработки между вращающимися валками прокатного стана с целью уменьшения поперечного сечения прокатываемого объек-та и/или придания ему заданной формы. В зависимости от температуры прокаты-ваемого металла различают два основных вида прокатки.
Горячая прокатка - температура нагрева металла выше порога рекристалли-зации, что обеспечивает повышение пластичности прокатываемого металла. Для го-рячей прокатки в ЦПТЛ используется "Прокатный Стан 1400".
Холодная прокатка - температура нагрева ниже порога рекристаллизации . Холодная прокатка обеспечивает получение металлических изделий с чистыми по-верхностями, точными размерами, с более высокими механическими свойствами, чем у исходных заготовок, с незначительными отходами металла. Для холодной прокатки в ЦПТЛ используется "Прокатный Стан 1600".
Общие технологические особенности проведения прокатки для обоих станов следующие. Металл поступает на прокатку в составе всей группы целиком. Прокатка производится после химической обработки (см. рис.1 и рис.2). Прокатка осуществ-ляется над всей группой сразу. Пришедшая на обработку группа, в случае если стан свободен, занимает его для прохождения обработки. Если стан занят, то новая группа ожидает своей очереди вслед за другими группами.
Индивидуальные особенности прокатки на Стане 1400. Металл поступает на Стан 1400 в виде сутуночной полосы после химической обработки. Собственно Стан 1400 предназначен для горячей прокатки сутунки толщиной 8-20 мм из угле-родистых, низколегированных, легированных сталей и сплавов либо на тонкий лист толщиной 1  4 мм, либо на подкат толщиной 34 мм. Стан состоит из одной ре-версной клети кварто (I) с валками 600/1400*1400. Максимальное допустимое дав-ление металла на валки составляет 2000 т. Для нагрева сутунки служит трехзонная методическая печь с торцовой посадкой и выдачей. Прокатку на Стане 1400 обяза-тельно проходят все марки стали всех классов и термогрупп как горячекатаные, так и холоднокатаные. После прокатки на Стане 1400 группа целиком отправляется на термическую обработку.
Индивидуальные особенности прокатки на Стане 1600. Стан 1600 предназна-чен для холодной прокатки из листа, полученного на стане 1400 в готовый прокат. На Стане 1600 проходят обработку только те группы металла, для которых свойство вид поставки определено как холоднокатаные. На Стан 1600 металл поступает по-сле этапа "ХИМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА №2". После прокатки на Стане 1600 ме-талл поступает на термическую обработку.
Группы марок стали, которые отмечены как горячекатаные, обработку на стане 1600 не проходят.
Производительность обоих прокатных станов, приведенная в их технологиче-ской документации дана в виде общей средней производительности, по всем мар-кам стали всех классов. Но для каждого стана она своя индивидуальная. Необходи-мые сведения по производительности Стана 1400 приведены в табл.3, а для Стана 1600 в табл.4.
Таблица 3.
Данные по производительности Стана 1400 для разных классов марок стали
Класс
марок Средняя
производительность, Колебания производительности,
тонн / час
стали тонн / час от до
АУСТЕНИТ 4 3 5
ХРОМ 3.6 2.7 4.5
УГЛЕРОД 3 1.8 4.2

Таблица 4.
Данные по производительности Стана 1600 для разных классов марок стали
Класс
марок Средняя
производительность, Колебания производительности,
тонн / час
стали тонн / час от до
АУСТЕНИТ 1.5 1.2 1.8
ХРОМ 1.3 1.1 1.5
УГЛЕРОД 0.8 0.5 1.1
В силу наличия стохастики при проведении таких сложных технологических процессов как прокатка, а так же в силу того, что каждый класс марок стали со-ставляют разные марки стали, имеющие индивидуальные физико-химические и механические особенности, в реальности, существуют равномерные колебания про-изводительности обоих станов для каждого класса марок стали.
Зная общую массу группы металла, пришедшею на прокатку и интервал коле-бания производительности соответствующего стана для определенного класса мож-но определить границы временного интервала, в котором время прокатки данной группы равномерно распределено. Таким образом, можно моделировать обработку каждой конкретной группы металла на каждом прокатном стане.
6. Технологический передел - термическая обработка металла
Термическая обработка металла является следующим за прокаткой технологи-ческим этапом. Основным видом термической обработки является отжиг. Отжиг проводят для улучшения обрабатываемости, повышения пластичности, снятия оста-точных напряжений или наклепа и других целей.
Процедура отжига, используемая главным образом для сталей и чугунов, за-ключается в нагреве металла или сплава, в структуре которого имеются отклонения от равновесного состояния (появившиеся в результате предшествующих обработок или способов получения отжигаемого объекта), выдержке при температуре нагрева и последующем, как правило, медленном охлаждении для получения структур, близких к равновесному состоянию.
В ЦПТЛ установлены промышленные печи периодического действия для тер-мообработки рулонов ленты, листов и бунтов проволоки. Отличительная особен-ность наличие двух колпаков: внутреннего, предохраняющего металл от окисления (муфеля), и наружного, футерованного огнеупорным кирпичом, на котором монти-руются горелки или электрические нагреватели. Герметизация в печи достигается применением песочных затворов. Для ускорения нагрева вентилятором создают ин-тенсивную циркуляцию защитного газа под муфелем. Печи обладают двумя вы-движными подинами, что обеспечивает одновременную разгрузку и загрузку печи без потерь времени, загрузка двусторонняя. Печка оборудована двенадцатью горел-ками диффузного типа, отапливается природным газом. Муфель представляет собой короб из жаропрочной стали. Число муфелей в наличии ограниченно, именно по-этому важно, чтобы партии металла поступали как можно более равномерно на об-работку, и, чтобы металл не скапливался в очередях, т.к. время обработки одной садки в печь занимает длительное время. Для разных марок стали, возможны раз-личные способы отжига.
Металл, проходящий обработку, может отжигаться тремя различными спосо-бами, согласно заявленной технической характеристикой:
а) с загрузкой в заварные муфеля;
б) в муфель с песочным затвором (колпак);
в) открытый отжиг.
Способы (а) и (б) далее в работе рассматриваются как один способ отжига. Та-ким образом, для построения ИМ ЦПТЛ требуется учитывать наличие двух спосо-бов термической обработки, далее называемых коротко - "закрытый" и "открытый", которые отличаются тем, что для проведения закрытого способа требуются муфели (короба). Загрузка производится в камерные (муфельные) печи. Камерные печи предназначены для отжига листовой и полосовой стали.
Количество печей в термическом отделении ЦПТЛ - 8 штук.
Количество доступных муфелей - 12 штук.
Согласно паспортным данным среднечасовая производительность каждой печи - 1,01 т/ч. Однако печь имеет ограничения на минимально допустимую и макси-мально допустимую массу одной садки.
Минимальная масса металла, загружаемого в печь - 14 тонн, максимально воз-можная масса металла - 60 тонн.
Кроме этого, существуют нормативы на массу загружаемого металла в печь для каждой термогруппы. Эти нормативы приведены в табл.5. Так максимальная масса металла, которая может быть загружена в печь, например, принадлежащего термо-группе №4, составляет 25 тонн, а термогруппы №10 - 40 тонн. У каждой термогруп-пы масса максимальной загрузки в печь отличается от максимально допустимой (60 тонн) из-за физико-химических свойств сталей и технологических режимов их от-жига. Кроме того, поскольку каждая термогруппа отличается разными временными и температурными режимами, а так же, поскольку поступление групп металла в термическое отделение есть случайный процесс, то реальная производительность каждой печи сильно колеблется.
Напомним, что согласно ГОСТам и техническим условиям все марки стали, обрабатываемые в ЦПТЛ разбиваются на десять термических групп (см. п. 2.1). И в общем случае, каждый класс может содержать как все десять термогрупп, так и лю-бое произвольное их число в зависимости от конкретного заказа.
Некоторые термогруппы могут подвергаться обработке двумя способами - "от-крытым" и "закрытым". "Закрытый" отжиг является предпочтительным, поэтому, к "открытому" способу прибегают только тогда, когда нет муфелей для проведения "закрытого" отжига. Все необходимые данные по режимам термической обработки приведены в табл.5.
Важной особенностью работы термического участка ЦПТЛ является то, что муфельные печи кроме отжига собственно проката постоянно используются други-ми подразделениями завода для термической обработки своей продукции. Такое использование носит название внешней загрузки. Эти внешние загрузки термиче-ского отделения сильно влияют на производительность всего цеха в целом и других его участков в частности.
Основные сложности при имитационном моделировании термического отделе-ния ЦПТЛ, возникают при обработке процедуры занятия печи очередной партией металла.



Таблица 5
Технологические параметры термической обработки
№ группы
термической Данные по "закрытому" отжигу Данные по "открытому" отжигу
обработки Время отжига,
час Масса садки,
тонн Число муфелей,
штук Время отжига,
час Масса садки ,
тонн
1 21 30 2 - -
2 24 25 2 27 20
3 29 35 3 - -
4 22 25 2 28 20
5 20 20 1 - -
6 60 30 2 64 25
7 32 35 3 36 30
8 28 25 2 33 20
9 26 45 3 - -
10 26 40 3 30 35

Требуется учитывать следующие правила загрузки печей металлом.
А) Металл поступает в термическое отделение отдельной целой группой (пар-тией). В случае существования очереди из других групп, новая группа занимает её согласно дисциплине FCFS.
Б) Вся группа металла отжигается только одним, единожды выбранным спосо-бом: либо "открытым", либо "закрытым".
В) Группы металла, для проведения ТО "закрытым" способом могут резерви-ровать ("захватывать") для себя имеющиеся в наличии свободные муфели (см. ни-же).
Г) Для каждой новой группы метала пришедшей на термическую обработку выбор способа отжига: "открытый" или "закрытый", происходит по основному ал-горитму, представленному на рис.4.
Однако, если некоторая группа металла "пропускается" на обработку впереди стоящей заявкой вне очереди, то процесс, представленный на рис.4, не выполняется и такая заявка проходит термическую обработку "открытым способом".
Комментарий к алгоритму. При определении достаточности свободных муфелей для обработки не менее 50% металла "закрытым способом", тре-буется одновременно учитывать и условие того, что число свободных муфелей (сюда относятся зарезервированные данной группой (см. ниже) и вновь освободившиеся муфели) должно быть достаточным для обеспече-ния целого количества нормативных (полных) загрузок металла в печь. То есть, число свободных муфелей должно быть кратно количеству норма-тивных загрузок металла в печь.
В случае не соблюдения этих условий, группа направляется на ТО "откры-тым" способом, при условии, что для неё он возможен.
 В случае если, ТО "открытым" способом невозможно, то данная группа металла "попытается" начать обработку "закрытым" способом. Для этого необходимо, чтобы имеющееся число свободных муфелей, обеспе-чивало хотя бы одну полную загрузку печи (садку). Если же и это условие не выполняется, то такая заявка "резервирует" все имеющиеся муфели "под себя" и пропускает вперёд первую из имеющихся в очереди групп металла, для которой возможна ТО "открытым способом". Подобный "пропуск вперёд" осуществляется до тех пор, пока не появится достаточ-ное число муфелей для загрузки первой садки.
Из указанного следует, что пропускающая группа может обрабатываться только "закрытым" способом, и она должна дождаться, когда освободится достаточное число муфелей, которые позволят начать технологический процесс.
Комментарий №2 к алгоритму. В очереди вперёд пропускаются только те группы металла, которые могут обрабатываться "открытым" способом. И пропускаются они "вне очереди" именно для того, чтобы пройти обработ-ку "открытым" способом.
Д) Группа металла, которая находится первая в очереди на обработку, занимает печи по следующим правилам.
 В случае альтернативности выбора печей под загрузку, выбор печи осуще-ствляется по значениям коэффициентов загрузки. Всегда выбирается та печь из имеющихся свободных, коэффициент загрузки которой минимален.
 Если масса партии металла превышает максимальную массу садки для дан-ной термогруппы (норматив), то она делится на отдельные части (под-группы), которые обрабатываются независимо друг от друга. Каждая такая подгруппа проходит свою индивидуальную обработку, которая называется цикл отжига. Это правило напоминает правило занятия ванн травления при проведении химической обработки, однако здесь масса каждой такой от-дельной части равняется максимальной массе садки, установленной для данной термогруппы.
 Отдельные части загружаются в свободные печи до тех пор, пока вся группа металла не будет поставлена на обработку.




Рис. 4


Е) Часто оказывается, что после произведенного "деления" текущей партии ме-талла, от нее остаётся остаток, масса которого меньше массы садки для данной тер-могруппы. В этом случае загрузка остатка осуществляется по следующему правилу.
Пусть - масса садки в печь для данной термогруппы, а - масса остатка.
Тогда если , то остаток считается самостоятельной частью партии (подгруппой) и загружается в печь, так же как и другие части. Потребности в муфе-лях исчисляются из расчета один муфель на 15 тонн, однако если , то ме-талл можно отжечь, используя один муфель.
Если , то остаток не отделяется от последней полной части текущей партии металла, а проходит обработку вместе с ней:
при этом если суммарная масса оставшегося металла (полная группа плюс ) больше 20т, то требуется еще один дополнительный муфель в случае "закрытого" отжига, а если меньше или равна 20 т, то "закрытый" отжиг можно провести с одним муфелем.
Ж) Если поступают внешние заявки, то они встают в очередь сразу после пер-вой текущей партии металла в очереди, т.е. занимают все места в очереди, начиная со второго, поскольку, в общем случае, внешние заявки имеют приоритет выше приоритета обычного заказа и должны обрабатываться сразу по мере поступления и при наличии свободных печей. Кроме этого, при обработке внешних заказов требу-ется учитывать следующее:
– время обработки одной внешней заявки 30 часов;
– масса одной внешней заявки 50 условных тонн (одна садка), она занимает одну печь целиком и ее нельзя разбивать на отдельные группы;
– внешние заявки используют только открытый отжиг (без муфелей);
– очередная партия внешних заявок может поступить только после того как будет полностью обработана предыдущая партия.


7. Общая постановка задачи исследования курсовой работы
7.1. Общие требования
1) Разработать имитационную модель, реализующую функционирование каж-дого участка цеха в отдельности и всего цеха прокатки тонкого листа в целом.
2) Разработать алгоритмическое и соответствующее и программное обеспече-ние, которое дало бы возможность:
 провести исследование представленного объекта в необходимом объеме и реализовать с применением любой системы (языка) программирования, и
 протоколировать прохождение заказов по всем этапам технологической це-пи, с учетом всех основных характеристик.
3) Провести исследование объекта в объеме индивидуального задания.
4) Количество вычислительных экспериментов с отлаженной имитационной моделью ("прогонов модели") – 16.
5) Сделать выводы по результатам работы.
6) Оформить отчет.
7) Сдать программу имитационной модели и защитить выполненную курсовую работу в сроки, предусмотренные учебным планом.
7.2. Основные положения задания
1) В целях упрощения постановки задачи считается, что весь металл, который должен быть обработан в цехе за заданный контрольный период, составляет единый “портфель заказов”, который сформирован полностью и его изменений за время работы не происходит.
В “портфель заказов” входят заказы на все классы металла и на все группы термической обработки в каждом классе, представляя собой некоторый "обоб-щенный заказ", в котором отдельные характеристики не привязаны к конкретным маркам стали:
а) Марка класса "АУСТЕНИТ"
- группа 1
-- масса группы 1
-- вид ( горячекатаный / холоднокатаный )
------------- || ---------- || --------- || -------
- группа 10
-- масса группы 10
-- вид ( горячекатаный / холоднокатаный )
б) Марка класса "ХРОМ"
- группа 1
-- масса группы 1
-- вид ( горячекатаный / холоднокатаный )
------------- || ---------- || --------- || -------
- группа 10
-- масса группы 10
-- вид ( горячекатаный / холоднокатаный )
в) Марка класса "УГЛЕРОД"
- группа 1
-- масса группы 1
-- вид ( горячекатаный / холоднокатаный )
------------- || ---------- || --------- || -------
- группа 10
-- масса группы 10
-- вид ( горячекатаный / холоднокатаный )
Графически структура единичного "портфеля заказов" показана на рис.5.
Точный общий вес всего заказа не известен (его необходимо будет определить в рамках исследования – см. индивидуальный вариант), но известно, что он делится по классам в определенном процентном соотношении, которое приведено в каждом варианте задания.
"Внутри" класса металл по заявкам делится равномерно, если не оговорено особо. Масса любой одной заявки должна быть кратна 5.
В качестве контрольного значения ("отправной точки") общего веса единично-го "портфеля заказов" – предлагается взять 1800 т.

Рис.5 Структура "портфеля заказов"
2) Время поступления металла в цех есть случайная величина с известным (за-данным) законом распределения. Закон распределения и численные значения пара-метров приведены в каждом варианте.
3) Общий поток металла на обработку представляет собой последовательность отдельных "портфелей заказов", где каждый из них, в свою очередь, состоит из са-мостоятельных заявок, распределенных по трем классам в заданном процентном соотношении.
На протяжении периода моделирования системы «портфели заказов» поступа-ют в цех (систему) последовательно и не пересекаясь друг за другом по времени.
Все "портфели заказов" на протяжении всего периода моделирования являются идентичными по своим параметрам, за исключением «вида поставки».
4) Единичный "портфель заказов" поступает в цех на обработку в соответствие с условиями, заданными в каждом варианте. При этом необходимо учитывать сле-дующее:
– Контрольный период моделирования системы – 1 год.
– Контрольный период моделирования "портфеля заказов" – 1 месяц (30 дней).
– Единица модельного времени – 1 минута.
– Во входном потоке каждая заявка любого класса появляется вся целиком (по массе) и только один раз в рамках одного "портфеля заказов". Порядок по-явления заявок в рамках одного "портфеля заказов" является случайным.
– После того, как в цех "вошла" (сгенерирована и передана на обработку) по-следняя заявка из последнего "портфеля заказов", необходимо начать гене-рацию и обработку нового "портфеля заказов" по тем же правилам и с теми же характеристиками, что и все предыдущие.
– Начало контрольного периода для нового "портфеля заказов" определяется по следующему правилу:
 для первого "портфеля заказов" – с начала моделирования
 для второго и всех последующих – с первого дня, следующего за днём "входа" в цех последней заявки из последнего "портфеля заказов".
5) Для производства всех заявок (заказов), входящих в один «портфель заказов» отводится один условный месяц – 30 дн.
6) «Портфель заказов» считается обработанным полностью (заявки должны по-кинуть систему), если на момент окончания соответствующего 30-го дня (контроль-ного периода моделирования одного «портфеля заказов») общий суммарный вес всех его остатков металла в цеху не превышает 5% от общей входной массы всего «портфеля заказов».
7) По результатам выполнения каждого вычислительного эксперимента ("про-гона") имитационной модели необходимо определить заданные характеристики и показатели эффективности работы объекта, заполнив таблицы следующего вида:


Общие показатели
Масса портфеля заказов (т): ХХХ
Время моделирования (дни): ХХХ

№ про-гона Входной поток
(на момент окончания моделиро-вания) Выходной поток
(на момент окончания моделирования) Прочие показатели
(на момент окончания моделирования)
Масса всего металла, посту-пившего на обра-ботку (т) Общее число заявок, посту-пивших в цех Общее число "портфе-лей зака-зов" пол-ностью посту-пивших в цех Масса всего обрабо-танного металла, (т) Общее число обрабо-танных заявок Общее число полно-стью обрабо-танных "портфе-лей зака-зов % "порт-фелей заказов", полно-стью обрабо-танных за кон-троль-ный пе-риод % метал-ла, пол-ностью обрабо-танного за кон-троль-ный пе-риод Среднее время обработ-ки порт-феля за-казов
(дн-ч-мин) Интен-сивность выходно-го потока (т/сутки) Ср. время пребыва-ния заяв-ки в сис-теме (су-тки) Ср. число заявок в системе (зая-вок/сутки) Количе-ство внешних заявок (шт., если задано) Общая масса остатков металла, (т)
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Коэффициенты загрузки отделений

№ прогона Химическое отделение Прокатное отделение Термическое отделение


Коэффициенты загрузки оборудования химического отделения
Ванна
Прогон 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14


Средние длины очередей для химического отделения

№ прогона Общая очередь Очередь на участок ки-слотной обработки №1 Очередь на участок ки-слотной обработки №2


Показатели отделения прокатки

Ванна
Прогон Стан 1400 Стан 1600
Коэф. загрузки Ср. длина очереди Коэф. загрузки Ср. длина очереди

Коэффициенты загрузки для термического отделения

Ванна
Прогон 1 2 3 4 5 6 7 8


Средние длины очереди для термического отделения

№ прогона Общая очередь Открытый отжиг Закрытый отжиг




8) Длительность и даты начала всех контрольных «прогонов» должны быть одинаковыми.
9) Для каждого нового «прогона» имитационной модели порядок следования заявок и распределение заявок по видам поставки в рамках каждого «портфеля зака-зов» должны отличаться от всех предыдущих прогонов.
8. Отчет по курсовой работе
Отчет по курсовой работе представляется в одном экземпляре в виде текста оформленного с использованием электронных систем подготовки документов (тек-стовых редакторов). Отчет является неотъемлемой частью курсовой работы. Сдача курсовой работы без отчёта не допускается.
Отчет должен содержать:
– титульный лист;
– оглавление;
– введение, в котором дается короткий обзор проблемы;
– постановку задачи и исходные данные (индивидуальный вариант);
– основная часть, содержащая описание проведенной работы, разработанных алгоритмов, использованных методик и научных результатов, математического ап-парата, разработанных программных средств, полную блок–схему имитационной модели, структуру классов объектов и других структур данных;
– численные значения полученных результатов;
– выводы или заключение;
– список использованной литературы;
– приложения.
В качестве приложения могут выступать следующие материалы:
– полный листинг программного кода, разработанного студентом в процессе выполнения курсовой работы инструментального средства (программа ЭВМ) – обя-зательно;
– распечатки всех экранных форм, диалоговых окон, выводимой на монитор графической и анимационной информации, а так же других элементов интерфейса, которые наиболее полно отражают суть разработанного студентом программного средства;
– листинги файлов с исходными данными и полученными результатами – обя-зательно;
– электронные копии представляемых в приложении материалов на магнитных носителях информации для компьютеров (дискетах);
– другие дополнительные материалы;
В случае большого размера листинга программного кода, студент должен пред-ставить его полную электронную копию на магнитном носителе информации (дис-кета, CD и т.п.).
Требования к оформлению отчета.
 Поля: левое: 25 мм, правое: 10 мм, верх и низ: 15 мм.
 Шрифт: обычного текста – Times New Roman Cyr, 12 пт.; заголовков – Times New Roman Cyr, 14 пт.; заголовки выделять полужирным способом.
 Абзацы: Первая строка – отступ: 1.25 см; через 1.5 интервала; выравнивание по ширине; интервал после абзаца – 6 пт.
 Нумерация страниц: внизу по центру.
 Нумерация рисунков и таблиц – сквозная целочисленная.
Текст отчета, таблицы, графики, математические формулы, другие специаль-ные обозначения должны быть отредактированы, а также отформатированы единым образом. Текст отчета не должен содержать грамматических и синтаксических ошибок. Сокращения слов, за исключением общепринятых, не допускаются.
Титульный лист оформляется в соответствие с Приложением.
Отчет должен быть представлен в скрепленном (сшитом, сброшюрованном или т.п.) виде.


9. Литература
1) Труб И.И. Объектно–ориентированное моделирование на С++: Учебный курс. – СПб.: Питер, 2006.
2) Аверилл М. Лоу, В. Дэвид Кельтон Имитационное моделирование. – Спб, «Питер», Издательская группа BHV, 2004.
3) Валентин Томашевский, Елена Жданова Имитационное моделирование в среде GPSS. –«Бестселлер», 2003.
4) Емельянов А.А., Власова Е.А., Дума Р.В. Имитационное моделирование экономических процессов. – М., «Финансы и статистика», 2002.
5) Максимей И.В. Имитационное моделирование на ЭВМ –М.: “Радио и связь”, 1988.
6) Максимей И.В. Математическое моделирование больших систем. –Минск: “Вышэйшая школа”, 1985.
7) Вентцель Е.С. Исследование операций. Задачи, принципы, методология. –М.: “Наука”, 1988.
8) Бочаров П.П., Печинкин А.В. Теория Массового Обслуживания. –М.: Изда-тельство Российского Университета Дружбы Народов, 1995.
9) Калашников В.В., Рачев С.Т. Математические методы построения стохас-тических моделей обслуживания. –М.: “Наука”, 1988.
10) Шеннон Р. Имитационное моделирование систем. Искусство и наука. –М.: “Мир”, 1978.
11) Советов Б.Я., Яковлев С.А. Моделирование систем. –М.: “Высшая школа”, 1985.
12) Шрайбер Т. Дж. Моделирование на GPSS. – М.: “Наука”, 1977.



Приложение
Национальный исследовательский технологический университет «МИСиС»

КАФЕДРА ИНЖЕНЕРНОЙ КИБЕРНЕТИКИ


КУРСОВАЯ РАБОТА

«ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЦЕХА ХОЛОДНОЙ ПРОКАТКИ ТОНКОГО ЛИСТА»
Учебная дисциплина
“МОДЕЛИРОВАНИЕ СЛОЖНЫХ ДИСКРЕТНЫХ СИСТЕМ”

Группа:
Вариант: …
Студент(ка):
Преподаватель:
Отметка:
Дата защиты:

МОСКВА 2010