基于3D MAX的水泥厂生产设施布局仿真设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

1.1研究目的及意义

水泥工业是我国国民经济建设的重要基础材料产业，随着国民经济高速发展，近年来，水泥工业取得了突飞猛进的发展，整体素质明显提高，较好的满足了国民经济、社会发展及城乡建设的快速发展需要。2005年以来，我国水泥产能、产量持续增长，落后产能逐渐退出，大企业快速成长，节能减排成效显著，行业整体效益有所改善，新型干法水泥从数量到质量的增长前所未有。截至目前为止，我国水泥产量占到全球水泥产量60%以上，且新型干法水泥产量的比重达到了90%，特别是 “十一五”以 来，我国水泥工业通过积极探索新型工业化道路，技术水平不断提升，装备和工程能力已具备国际竞争能力^[1]

设施布局是在企业经营策略的指导下，针对企业生产系统中的生产活动，将人员、物.料及所需的相关设备等，进行合理、有效的组合与利用，并且与其他相关的基本设施相互协调合作，从而得到更安全、更有效与更经济的操作流程，以此满足企业生产需求，同时从长远的角度上看，也能对企业的组织架构功能产生更加积极的影响"。

2. 研究的基本内容与方案

2.1研究内容、目标及技术流程

研究的基本内容与目标是理解并掌握SLP方法并通过把SLP 方法与水泥厂生产设施布局仿真结合，利用3Dmax软件建立其仿真模型，针对其中存在的问题进行优化，并验证其研究成果的可行性。

针对研究的主要目标，拟采用的方案及主要实施流程如下：

1. 介绍水泥厂生产设施仿真设计的研究背景和意义。阐述水泥厂设施布局的发展现状及存在的问题。

2. 介绍SLP方法，阐述该方法的理论基础与使用方法 ，介绍其优点及适用性。

3. 介绍新型干法水泥生产流程图，水泥的生产中制造，可以用一句话概括—两磨一烧：生料制备、原料煅烧、水泥粉磨。其流程图如图2所示，生产过程如图3

图2：干法水泥生产流程图

1. 原料破碎、选粉：水泥生产过程中，大部分原料要进行破碎，如石灰石、黏土、铁矿石等，因此石灰石的破碎在水泥厂的物料破碎中占有比较重要位。

2. 原料预均化 ：预均化技术就是在原料的存、取过程中，运用科学的堆取料技术，实现原料的初步均化，使原料堆场同时具备贮存与均化的功能。

3. 生料均化：新型干法水泥生产过程中，稳定入窖生料成分是稳定熟料烧成热工制度的前提，生料均化系统起着稳定入窖生料成分的最后一道把关作用。

4. 预热分解：把生料的预热和部分分解由预热器来完成，代替回转窑部分功能，达到缩短回窑长度，同时使窑内以堆积状态进行气料换热过程，移到预热器内在悬浮状态下进行，使生料能够同窑内排出的炽热气体充分混合，增大了气料接触面积，传热速度快，热交换效率高，达到提高窑系统生产效率、降低熟料烧成热耗的目的。

5. 回转窑煅烧：在回转窑中碳酸盐进一步的迅速分解并发生一系列的固相反应，生成水泥熟料中的等矿物。随着物料温度升高近时，等矿物会变成液相，溶解于液相中的 和 进行反应生成大量 （熟料）。

6. 篦冷机冷却：冷却烧结好的熟料，并输送熟料，提高窑热效。

7. 水泥粉磨：水泥粉磨是水泥制造的最后工序，也是耗电最多的工序。其主要功能在于将水泥熟料（及胶凝剂、性能调节材料等）粉磨至适宜的粒度（以细度、比表面积等表示），形成一定的颗粒级配增大其水化面积，加速水化速度，满足水泥浆体凝结、硬化要求

8. 水泥包装：将生产好的水泥包装入库。

图3：新型干法水泥生产过程

3 将SLP方法与3Dmax软件相结合，，建立出水泥厂设施布局仿真模型，具体步骤如下：

1）： 数据收集 。系统布置设计与仿真建模均需要收集大量数据 ， 主要包括 ： P(物料种类 )、Q(物料数量 )、R(物料流动路线)、 S(辅助功能区)、 T(时间参数 )以及区域功能与面积。

2）： 初始方案设计 。基于1）所收集的数据，此时需要综合考虑物流因素与非物流因素。通过等级划分的方式得出作业区域物流相关表与非物流相关表 ，并进一步得出作业区域综合相关表，根据综合相关表形成初始布置方案。

3）： 根据车间详细布置方案 以及收集的仿真数据可以搭建不同布置方案下车间的仿真模型，用3Dmax软件建立出水泥厂设施布局三维仿真模型。仿真模型需要包括车间的制造、搬运、储存规则，以有效的检验布置方案与车间实际情况的契合度。

4）：根据SLP方法，提出评价指标，评估优化方案，评估该方案的现实意义

4 对全文的研究工作进行总结，并对基于3DMAX的水泥厂设施布局仿真设计方法的前景进行展望。

2.2拟采用的技术路线

1准备原始资料

将生产工艺过程R、产品P、辅助服务部门S、产量Q以及时间安排T等这些基本要素作为原始资料。

2物流分析

车间内的物流分析主要是通过分析物流路径中的物流量来判断其物流强度。物流量的表示方法：①工艺流程图。当产品种类很少时，只需在工艺过程图上就能清楚地表现物料的搬运情况；②多种产品工艺过程表。当品种多且批量比较大时，则需要将各个产品的生产工艺流程汇总到一张表上，来反映出各个产品的物流情况。将各条物流路线的物流量汇算形成物流强度表。

3综合关系分析

由于在现场车间中，各个作业单位之间不仅有物流关系还存在着非物流关系，而SLP 的目标就是将这些物流的相互作用关系与非物流的相互作用关系合并成综合相互关系，然后根据这综合关系，完成合理的设施布置。

4建立仿真模型

以生料制备车间为例，用3Dmax建立其模型的步骤一般为：

制作车间外部墙体及框架—导入设备3D文件—制作连接管路—创建外壳—创建液压系统—创建动力机构。下面就其中几个步骤简要概述

1）制作车间外部墙体及框架：在3Dmax中，建立几个立柱，作为厂房的立柱赋予水，泥墙材质，利用线条工具在视图中做出封闭曲线，最为厂房的墙体

2）导入设备3D文件：依次建立好水泥车间内的机械设备，将其导入，调整至合适位置

3）制作连接管路：采用渲染曲线表示其物料管路。

4）创建外壳：调整好中心，对线进行车削操作，创建并复制一个BOX，将其与另外一个做布尔相减运算，最终得到外壳结构

5运行其仿真模型，根据SLP方法与图4所示流程图，对该布局方案进行评估与优化

图4：仿真系统运行与优化流程图

在优化设计时，应该满足的规则有：

1. 生产规则：产品应以相同的概率进入生产车间，区域加工所需时间应服从正态分布。

2. 存储规则：每个公共缓存区负责数个工序的物料暂存，出整形、测试、包装工序外，工序间的物流流动必须在公共缓存区中转。

3. 搬运规则：加工完成后立即调用搬运车送至下一工序公共缓存区，所有搬运设备依照先到先服务的规则运行。

   且假设员工无缺勤，车间所有生产设备可用性为99%,原料供应充分。

3. 研究计划与安排

第1-3周：收集资料、查阅近年有关方面的文献，综合指导教师意见完成开题报告和相关英文文献的翻译工作；

4. 参考文献（12篇以上）

[1] 李建梅，李国栋，蔡 超. 中国水泥工业发展现状及未来趋势[j].广州化工，2013.09：18-19

[2] 吴越强. y公司车间设施布局规划与仿真研究[d].扬州：扬州大学，2015:1-2

[3] 郑晓军，水泥生产车间设施布局优化方法研究[m].大连：大连理工大学出版社，2010.10.