仿真技术在烟草行业的应用
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作者: 郑晓海 陈 超
摘要：烟草行业需要专业化的系统仿真技术，但技术的开发和完善则需要在烟草工艺领域、系统仿真领域和计算机领域均具备实力很强并且经验丰富的团队，更需要全行业的共同参与。
关键间：系统仿真、烟草、应用
系统仿真技术的应用由来已久，目前该技术已广泛应用于多个领域。随着技术应用成本的降低，许多大型制造企业也开始应用，如造船、高速铁路、汽车制造等。在近年来的物流系统建设项目中，系统仿真技术同样得到广泛应用。
笔者通过多年烟草行业技术咨询工作的总结，介绍仿真技术在烟草行业的应用，希望与业内人士分享。
烟草行业系统仿真的应用
系统仿真技术在烟草行业“十五”技改期间逐步开始应用，到“十一五”技改期间，仿真技术的作用已得到行业的肯定，尤其在物流系统规划、设计与方案验证中得到广泛应用。其问，仿真技术的应用处在三维模型动画演示的基本功能层面，主要表现在新设备的功能展示和新工艺流程的动画演示。严格地说，这只是应用其中三维建模和动画的某个功能模块而已，仿真技术并没有得到充分应用。尤为甚者，许多号称通过仿真验证的方案，就是通过3D渲染的动画片，绝非现在讨论的仿真技术平台。但毋庸置疑，仿真技术的应用为烟草工业物流系统的建设提供了有力的技术支持。
在烟草工业物流系统建设的过程中，仿真技术着重体现了系统描述和系统分析两个层面的作用。
1、系统描述层面的作用
系统描述层面的作用是利用仿真中三维模型动态演示的功能，作为准确、清晰描述和展示自动化物流系统的工具。烟草行业物流技改项目初期，决策者对自动化物流系统的了解有限，尤其是在方案投标阶段，供应商无法通过单纯的讲述和文字描写，以及平面布置图纸，对物流系统的作业流程和设备的工作原理进行全面的展示。面对这种情况，在供应商的推波助澜下，以三维图形可视化为主的物流系统仿真变得有声有色，通过仿真动画的形式将自动化物流系统清晰地呈现给决策者，使得整个物流系统的流程和功能易于理解，设备工作状态清晰可见。
2、系统分析层面的作用
系统分析层面的作用是通过成熟的计算机仿真平台对烟草工业自动化物流系统的运行进行仿真计算和验证分析。根据系统的设计搭建应用环境，将相关设备的参数和工艺流程等作为设计输入，观察物流系统在不同流量下的作业效果，确定系统设计的合理性和柔性，并通过对不同流程及策略的仿真，发现问题，找出最优的解决方案。根据仿真运行和数据统计分析，提供物流系统的核心指标，以及相关设备配置的利用率、空闲率、阻塞率等数据，为决策者提供决策支持。
“十一五”技改后期，烟草商业物流也得到了空前的发展，对于仿真技术的应用相应达到了高峰，并且收到了非常好的效果。但是对于烟草工业来说，早已对那些针对系统描述的动画“大片”和系统分析的设计验证仿真失去兴趣，需要更深层次的决策支持。
烟草工业的仿真需求分析
随着市场环境的变化，烟草工业企业的技术改造从更大、更强，向更精、更柔的深化领域发展。烟草行业不断探索适合于中国卷烟加工的生产模式，以分组加工、功能性加工、精细加工和柔性加工技术为代表的，具有“中式卷烟”工艺特色的生产技术模式理念已逐步形成。各烟草工业集团技术中心，包括行业相关的从业人员都积极围绕这一理念展开多层次的努力和探索，旨在采用不同的工艺参数、工艺路线、加工方式、加料技术，提升卷烟加工工艺水平，形成具有中式卷烟特色的生产策略和生产模式。
在新的发展趋势中，烟草工业企业的技术改造将会大大增加其复杂性和不确定性，包括总体规划设计、整体与局部技改方案协调比较；工艺创新、新工艺可行性分析；软、硬件设备选型依据等诸多方面。所有这些设计都需要决策，而决策又必须建立在严谨的科学基础之上。烟草行业在以往的技改中，基本是通过行业专家的经验为决策者提供理论依据，但值得注意的是，“新技改”与传统技改之间存在的最大不同是系统的复杂程度及系统之间的关联性，为系统的分析带来前所未有的难度，继续依靠经验是必要的，但更需要科学的、可量化的数据依据。
如果借助过去物流系统仿真的模式对卷烟制造系统进行仿真，并不能解决核心问题，通用的仿真模型无法适应专业烟草行业的需求，在仿真过程中将会受到诸多制约。
首先是通用系统仿真(烟草行业应用在物流项目)的目的存在很大差异。物流系统是服务于生产制造系统的辅助系统，主要目的是为生产系统提供后勤保障，满足原、辅料供应的需求，因此，流量和单机利用率是物流系统仿真的主要参数。而制造系统的重点是产品质量和投入产出比，影响质量和成本的因素与影响流量和单机效率的因素相比要复杂的多，其中包含了大量需要考虑和分析的参数，受制于物流系统仿真模型和算法并非专为烟草制造系统而设计、缺乏专业化等因素，很难建立起与真实卷烟生产制造系统间具有良好拟合程度的仿真模型，也就无法确保仿真系统验证的准确性和仿真结果的可信度。究其本质的区别，物流仿真是先有答案，然后用仿真技术验证其设计方案，而烟草行业需要的专业仿真是要通过仿真技术寻找最佳的解决方案。
其次，在仿真系统的表现形式上，由于烟草行业的工艺生产和生产辅助设备应用非常成熟，加上从业人员具有多年的实际工作经验，对设备功能、操作、外形等相当熟悉，不需要借助三维可视化模型来理解工艺布置和流程。并且，设备的选型是根据生产需要按生产能力定制，功能上、外形特点上也会随技术创新和新材料的应用而改变，相同加工工艺的设备可能有几种或十几种，而不同生产厂商的设备之间也存在显著区别。如果为烟草工艺设备建立三维模型，即需要对模型不断更新，更需要大量的供货商提供详细的图纸和数据，最终形成三维可视化模型的使用价值也仅限于系统的描述，同时还占用了大量硬件系统资源，在一定程度上降低了系统仿真平台运行计算过程的效率，而烟草工艺仿真系统所面向的是专业从业人员，这些专业人员更需要仿真系统提供更高效的分析过程和更准确的数据输出。
由此可见，烟草行业需要量身定做的“烟草系统仿真”平台，为决策者提供更有力的理论分析和验证的工具，从而减少投资风险，避免资源的浪费，“烟草系统仿真”必将成为决策过程中的辅助决策的最佳助手。
烟草系统仿真平台应具有的功能
我国烟草行业作为一个具有特殊经营模式的行业，虽然其产销形式与其他行业相比存在很多不同，但同样具备完整结构与功能的供应链，最终目标同样是在满足客户需求的同时，实现利润最大化。
总体来看，客户的需求主要体现在对卷烟质量本身及其相关服务两大部分，这种需求以订单的形式反映在烟草行业供应链的信息流之中，最终成为供应链的驱动因素。根据烟草行业的工业企业和商业企业职能上的划分，工业企业作为卷烟制造系统的主体，承担着确保卷烟质量的重要职责，其生产的卷烟质量的优劣直接影响着客户满意度。
探讨烟草系统仿真的功能需求，从卷烟质量本身入手，围绕影响产品质量的因素来分析和确定整个系统仿真的功能。在卷烟制造系统中，质量集中体现在各个生产工序中，任何差错都会导致产品质量不稳定。围绕产品质量进行卷烟生产系统仿真的工作势必涉及到许多因素，如加工策略、制丝工艺、分组加工、柔性加工等，也只有充分考虑了这些因素才能确保仿真系统与真实系统之间具有良好的拟合度。而拟合程度直接决定了仿真系统反映系统参数改变后对生产的影响的准确性，具有学习功能可以与实际生产无限逼近的仿真系统才能体现其真实性，所以烟草系统仿真在系统建模过程中和算法的选择上都需要充分考虑上述因素。
综上所述，对烟草制造系统进行定向的、专业的系统仿真分析，开发专用的系统仿真平台，围绕“中式卷烟”核心理念，全面综合地分析烟草制造系统，为烟草行业技改决策提供科学的依据。是系统仿真技术在烟草行业应用和发展的趋势。但技术的开发和完善则需要在烟草工艺领域、系统仿真领域和计算机领域均具备实力很强并且经验丰富的团队，更需要全行业的共同参与。
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