烧结墙材生产流程协同管理数据分析与探讨

本文是一篇生产管理论文，本文结合协同管理模式，对烧结墙材生产流程协同管理系统进行了总体规划及各工序管理，分析指出了各工序需要协同管理的主要因素及管理方式，实时显示生产流程画面、事件记录信息等，并结合企业生产流程管理进行了初步应用，以更好地指导烧结墙材生产。
第1章 绪论
1.1 课题背景和意义
烧结墙材具有悠久的使用历史，由于其原材料容易获得而被广泛使用，在人类文明的各个阶段都可寻到烧结墙材的踪迹，以现今北京长城、故宫所使用的城墙及地面烧结砖最为典型，可见烧结墙材可经得起风雨岁月的考验[1-3]。在提倡节约的当代，材料的长寿命即是最大的节约，时至今日，烧结墙材依然是国家建设的重要基础材料，且不断在建筑上展现魅力[4]。近年来，我国城市化进程稳中求进，对建筑物数量需求也随之增加，在建筑材料中约占比70%的墙材关系着其发展进程，随着国家墙改政策的深入进行，烧结类墙材企业正逐步改善原料及技术装备等[5, 6]，烧结墙材行业在向着机械化、自动化、信息化方向长足发展。
烧结墙材行业经过多年的技术创新发展，从以单一的黏土为原料发展为以粉煤灰、煤矸石、建筑渣土、淤泥等多种废渣和页岩为原料；烧结墙材产品种类也趋于多样化，从实心砖向多孔砖、空心砖和多孔砌块、空心砌块等更节能的品类不断发展[7]；窑烧形式从土窑、轮窑发展到隧道窑；生产能源也注重节能，余热发电技术得到成功的推广应用等。烧结墙材行业技术及产品结构优化均取得一定成果[8]，在提升建筑物质量及寿命、资源再利用、节能减排等方面为社会做出了重大贡献[9, 10]。
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1.2 烧结墙材生产管理特点
进行管理的前提是要明晰管理对象的特点，通过图1.1分析可知烧结墙材可分为砖与砌块两大类，每一类又因其不同的原料配比与结构差异衍生出多种产品，但其生产过程相同。生产是将原始物料进行物理、化学处理以转变成预定成品的一系列加工和处理的过程，不同行业有不同的生产工艺路线和生产方式，可将生产过程根据制造企业生产过程中加工对象运动的连续程度分为流程式生产和离散式生产两大类[20, 21]，其中流程式生产又分为综合流程式与分解流程式，生产流程示意图分别如图1.2和图1.3所示。

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第2章 烧结墙材生产流程管理分析
2.1 烧结墙材生产流程及主要工艺要求
为了实现生产线各工序之间的联接，在各单机之间装设有必要的运输装置，使被加工对象在控制系统的指挥下以一定的速度或生产节拍按工艺流程依次地送到各单机上进行加工，完成预定的工艺过程。发达国家和我国少数发达地区部分墙材企业生产线中的全部操作均可自动进行，工艺操作和辅机操作均由控制系统指挥，无需工人参与，而这种自动生产线目前国内墙材行业应用相对较少。大部分企业生产线的部分辅助操作（如给料、卸料等）仍需工人直接参与，属于半自动生产线形式[36]。本文研究的烧结墙材生产系统为半自动生产线，关注的生产流程（工艺流程或加工流程）是从原料投入到成品烧结砖产出的全过程，即通过破碎机、陈化库、真空挤出机等设备或库所按顺序连续进行生产加工的过程。
目前墙材生产工艺流程在1.2烧结墙材生产管理特点中介绍的简要工艺流程基础上可以再细分为十个主要工序，分别为：（1）原料破碎、（2）混合细碎、（3）加水搅拌、（4）陈化、（5）搅拌挤出、（6）挤出成型、（7）码坯、（8）干燥、（9）焙烧和（10）卸砖打包，可见图2.1，下面将结合调研生产现场收集的产品生产工艺及设备资料进行展开介绍，为后续生产系统建模及数据关系梳理奠定基础。
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2.2 基于Petri网的生产流程建模方法
2.2.1 Petri网概述
为便于企业高效高质量的生产管理，可采用多种生产建模技术。不同的生产建模方法，将直接影响到建模过程及模型分析运用。Petri网简称网，由Carl Adam Petri博士最早提出，其作为有理论的系统模型，既有严格的数学理论基础使其可以建立数学模型来描述系统的行为，也有直观、易懂的图形表达方式，使得运用Petri网建立的模型简单明了，易于理解，便于信息的交流。Petri网有丰富的系统描述手段和系统行为分析技术，善于表达系统静态结构和动态行为，同时可以用关联矩阵、可达标识图等来计算、描述推理[45-47]。
研究领域趋向认为Petri网是所有流程定义语言之母，Petri网的应用非常广泛，例如用于生产系统建模与分析、工作流管理、数据分析、协议验证、软件设计等[48]，被很多现代生产企业采用，但国内墙材生产领域应用Petri网建模及分析的不多，本文将选取Petri网建模方法为烧结墙材生产系统建立模型并进行分析。
2.2.2 Petri网及其图形化表示方法
Petri网系统建模时拥有四个基本元素，分别为库所（place）、变迁(transition)、弧（arc）、托肯（token）。在烧结墙材生产系统中，库所表示系统中物料状态、物料场所、设备容器等，例如烧结墙材生产过程中的破碎机、陈化库、隧道窑等；变迁表示设备运行、生产加工过程等，如破碎、挤出成型、切坯、码坯等操作；联接库所与变迁的有向弧线表示Petri网的弧，表示库所和变迁的流关系；托肯又称令牌，用于描述当前系统中该库所的资源量，因此当库所中的托肯数量是变迁激发的条件之一时，可用托肯的变化描述系统的动态变化，变迁动态行为可以用黑点“•”表示[52]。
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第3章 烧结墙材生产系统建模及产能分析 ................................... 21
3.1 生产情况分析 ............................. 21
3.2 烧结墙材生产流程PN模型建立及化简 ......................... 24
第4章 烧结墙材生产流程中的数据研究 ............................ 31
4.1 生产流程中的数据及数据特征 ........................ 31
4.1.1 数据因素及类型 ........................................ 31
4.1.2 数据来源及形态 ........................... 32
第5章 基于数据的生产流程协同管理系统实现 ............................. 40
5.1 系统需求及协同管理规划 .................... 40
5.1.1 烧结墙材生产管理需求分析 ............................. 40
5.1.2 基于数据基础的协同管理规划 .................................... 41 
第5章 基于数据的生产流程协同管理系统实现
5.1 系统需求及协同管理规划
5.1.1 烧结墙材生产管理需求分析
在烧结墙材生产中大量数据分布于各个工序环节，在生产流程管理中，每个工序都有自身的管理重点，进行协同管理是基于生产流程全过程管理的视角分析解决问题，进而保证良好的生产流动性。在前文生产流程及物料流、信息流分析的基础上，各工序关键管理数据可细化为如图5.1所示，此处提到的关键数据不仅影响对应工序的完成质量，也影响着后续工序的工艺参数，在生产管理中应重点关注。

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在生产各个工序需要管理的重点因素不同，例如原料配比供料需要管理原料粒度及成分配比等，但如图5.1所示含水率在多个工序中均被列为管理指标，是重要的工艺参数，各工序含水率管理参考数据为：破碎时原料含水率不大于10%；陈化时混合料含水率趋近成型水分约为17%（不同配方一般均在14%-18%）；加水搅拌时第一道搅拌加入成型水分的80%-90%，挤出成型前加水搅拌至成型含水率；干燥结束后的干坯含水率约为6%等。主要通过加水搅拌的方式增加含水率，加水搅拌时也有相应操作规程：加水搅拌的过程希望每一颗物料都能接触到水，并令它们充分混匀，因此在向搅拌机进料的输送皮带下落物料的位置喷洒水，或者在搅拌刀将物料翻起而上的四周喷洒水最为合理，加水均匀且防尘。加水位置、加水是否均匀、搅拌刀是否完好、加料是否埋没搅拌叶片顶端等均会影响同批物料含水率的一致性，在进行含水率数据检测时应同时监管。
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第6章 总结与展望
6.1 总结
烧结墙材行业近年来正逐步向着符合国家与时俱进的产业政策、拥有现代化生产方式的方向以适度规模发展，已摆脱几十年前高能耗、落后乡镇群体性产业的概念，具有节能减排、可持续发展的前景。烧结墙材生产流程数据分析与研究，是促进烧结墙材企业信息化的必要手段，有利于保障所有必要的资源(人员、设备、物料)在生产线上可用，本文针对烧结墙材生产流程协同管理进行了数据分析与研究，现总结如下：
（1）分析验证了烧结墙材生产线各工序之间均为串联连接，每一工序都是前一工序的继承和发展，详细分析了烧结墙材生产系统的工艺流程及要求，计算了项目合作企业烧结多孔砖生产线主要工序设备的实际生产能力，及以日产量为单位产量时的生产节拍。
（2）建立了烧结墙材生产流程Petri网模型，用图形及数学表达式分析了烧结墙材生产系统的系统特性，构建了生产流程中较为透明化的物料流和信息流，进行了项目合作企业烧结多孔砖生产线的产能分析并应用赋时库所Petri网分析得到了最大生产率代数式。
（3）研究了烧结墙材生产流程中数据的来源、类型及形态，基于数据实体及其属性建立了数据实体-联系模型，分析了影响生产流程效率、处理问题质量的数据因素，梳理了数据关联关系并进行了数据管理规划。
（4）结合协同管理模式，对烧结墙材生产流程协同管理系统进行了总体规划及各工序管理，分析指出了各工序需要协同管理的主要因素及管理方式，实时显示生产流程画面、事件记录信息等，并结合企业生产流程管理进行了初步应用，以更好地指导烧结墙材生产。
参考文献（略）