铝箔生产流程的优化设计

从铝箔生产流程的发展和基本问题出发,结合国内外铝箔企业的生产实践,提出了铝箔生产流程优化设计的研究方向和关键问题.优化的铝箔生产流程要运用计算机信息技术、光、电、液等技术的综合成果,从工序柔性化,生产连续化、均衡化和大规模定制四个方面实现铝箔生产的高质量、短周期和低成本;同时,铝箔企业需要从引进技术的消化和吸收,标准化的过程控制,工艺创新和完善流程配套等四个方面做好工作,才能把优化的流程设计转化成更具竞争力的铝箔生产。

1 铝箔生产流程的发展

    1．1铝箔生产流程的演化

    铝箔生产流程的演化过程也是铝箔生产技术不断发展，生产效率不断提高的过程。从总体上来看，铝箔生产流程的演化经历了三个时期，早期的铝箔生产流程如图l所示，它是基于二辊轧制的工艺流程。随着四辊铝箔轧机的产生和控制水平的不断发展，从上世纪50年代到70年代，铝箔生产流程得到了一定优化(如图2所示)，但这种生产流程仍然局限于前期坯料生产质量和当时的设备控制水平，生产过程较为复杂。上世纪90年代以后，铝箔生产技术有了很大发展，生产流程大大简化，生产效率显著提高，如图3所示，这也是目前多数铝箔生产车间所采用的典型生产流程。铝箔工业经过75年的发展已经步入成熟期，从简化工序的角度，铝箔生产流程已发展到很高的水平。随着现代计算机技术和控制技术的发展，*的铝箔企业把流程优化的重点转向了工序运行效率和工序之间的协同性，通过工序的标准化运行和工序之间的通畅物流来实现“短周期、高质量、低成本”的铝箔生产o

    1．2我国铝箔生产流程存在的问题

    2004年我国成为铝箔净出口国，同时有50万吨的产能在未来3年陆续投放市场，使我国将在2008年成为zui大的铝箔生产国。显然，我国铝箔行业已经跨越了资金和装备的*道门槛，进入了成本和质量竞争的新阶段，基于规模竞争的思维模式面临新的挑战。铝箔企业应该zui大限度地从生产过程挖掘潜力，正视问题，扬长避短，以实现更地生产。

    我国铝箔生产总体上有以下五方面的问题：

    (1)工艺流程僵化，工序之间相互制约，某一工序的生产质量问题或设备故障将影响到整个生产进程，制约了产能的发挥；

    (2)工序配套能力差，特别是引进二手设备组成的生产线问题更突出。瓶颈工序往往制约了总体产能和质量水平；

    (3)适于传统大规模生产，要满足品种规格越来越多的客户需求，只有牺牲生产效率；

    (4)自动化控制水平不高，使生产连续性降低，产品稳定性差；

    (5)过程控制不能严格执行标准，包括：铝箔坯料的质量控制、轧制油的品质检测、轧辊的磨削等等o

2 优化流程的设计方向

    生产流程的优化是运用制造业的科学理论和新技术的发展成果来改进生产过程中的不合理环节，达到生产质量更高、生产周期更短，生产成本更低的效果。铝箔生产流程的优化设计是一个持续不断的过程，从旧生产线的小改小革到新建铝箔工厂的*流程方案，都应该运用优化设计的思想，具体从以下四方面进行研究。

    2．1提高工序柔性的设计

    提高工序柔性是为了避免工序之间或设备之间的相互制约，尽可能减少单一工序出现问题或短期能力不足对整个生产进程的影响，从而提高整个系统的效率。铝箔生产中提高柔性的设计主要有两个方面：*是强化中轧对于粗轧和精轧的衔接替代功能；第二是采用(UC)轧机生产单零箔和厚箔。现代控制技术的发展为铝箔轧制的柔性生产提供了很好的保障。

    一般铝箔生产厂家的铝箔轧制都采用粗轧、中轧和精轧依次衔接的流程，这种生产线的缺憾是其中一台轧机出现问题，整个生产线就无法正常运行。随着轧制技术的发展，合卷与精轧工序之前的轧制道次都可以通过粗轧机完成，所以出现了粗轧机和精轧机两台轧机组成的生产线，这种生产线具有同样的局限性，即其中一台设备出现问题就会导致另一台设备停产。所以，优化的铝箔生产线通过中轧机的工序衔接功能提高了生产的柔性，即中轧机既可以代替粗轧机完成开坯轧制，又可以直接轧制0．006mm厚度的铝箔成品。厦顺铝箔有限公司一期工程的两台铝箔轧机，由于相互之间存在很大制约，生产能力受到很大限制，二期工程增加1台铝箔轧机，这台轧机既可以用于粗轧生产，又可以直接生产出双零箔成品，厦顺的2000mm新线也采取这种设计，在不同条件下可以选择如图4所示的轧制方式，这样任何一台轧机出现故障或能力不足都不至于影响整个生产过程，这种柔性化的生产工艺使轧机产能得到充分发挥。

    采用4辊或6辊(UC)轧机生产厚箔与单零箔是实现柔性生产的另一个设计方向，我国有很多小型铝箔厂采用了这种模式，原因是一台轧机就可组成轧制生产线，大大减少了投资，但是这样做存在操作复杂、轧制精度不高和质量不稳定等问题。在发达国家兴起的新型铝箔轧机则采用了各种*技术，除了板形自动控制、板厚自动控制外，还有质量流控制、铝箔通过量*化(m)、带材面积*化、设定与记录(P+R)、轧辊偏心补偿(ECO)等等。这种轧机的运转精度大大提高，轧制厚度的范围扩大，而且可加大道次压下率，提高轧制速度，避免了多台轧机之间的相互制约。实践证明，这种轧制方式具有很高的效率。

    2．2提高生产连续性的设计

    提高生产连续性的主旨在于减少待料时间，充分发挥主机生产能力，提高生产效率。这方面已进行了一系列卓有成效的研究，如快速上卷、缩短换辊时间、各工序的物流顺畅等等。还有一项的研究就是双机架连轧生产，虽然铝板带连续轧制已经有60多年的历史，但是铝箔连续轧制还是一项全新的技术，它运用了传感技术和数字技术的*成果，使粗轧、中轧和精轧合并成一个工序。目前有两条双机架铝箔连轧生产线：一条为新建，另一条是两台铝箔轧机通过改造建成。

    新建的铝箔连轧生产线位于法国卢格尔轧制厂，它于2000年初投产，双零六箔设计生产能力17．5kt／a，产品zui大宽度2150mm，zui大轧制速度2000m／rain，生产厚箔只需一个道次，二道次可生产0．006mm厚铝箔。改造建成的连轧生产线位于德国格雷文布洛伊轧制厂，该厂将两台1450mm轧机连接，并运用了铝箔生产的各种*技术，如：轧机采用的是西门子公司的三相、变频、交流电机传动；采用了超现代化的数字技术，以*的传感器技术对入口侧张力进行高精度测量与控制；采用了奥钢联的VANTAGE轧机自动化系统。这条生产线于2003年底投产并实现了稳定生产。

    这两条生产线体现了发达国家在新建与改建铝箔项目时，已经从粗、中、精三台轧机的典型铝箔生产线，转向双机架连轧生产的设计。据统计，与两台同规格的独立轧机相比，双机架连轧生产的铝箔质量有一定提高，产量可提高20％左右，投资可减少约15％，生产成本可降低约8％。有实力的中国铝箔企业在新建或改造铝箔生产线时应对这种新的轧制方式进行研究。

    2．3基于大规模定制生产的设计

    在铝箔市场快速扩大的过程中，品种的多样化和规格的不断增加是一个重要趋势，铝箔企业只有适应这种市场需求，才能立足于竞争激烈的市场。对于传统的生产流程，品种规格增加引发的问题是：生产组织难度增加，生产效率降低，生产成本增加，所以铝箔企业应该研究如何通过优化的生产流程，用大规模生产的效率，满足用户个性化的需求。大规模定制生产的设计就是将用户需求的多样化和大规模生产的化相结合，这是整个制造工业目前都在研究的重大课题。铝箔行业在这方面也已经做出了很多卓有成效的工作。目前有两个重要的设计方向。

    *是建设不同幅宽的生产线，对不同幅宽规格的铝箔生产进行优化组合，如华北铝业原来两条生产线都采取10X)n衄宽幅，对于680．830mm宽度的铝箔生产，只能窄幅轧制再切边，既降低了成品率，又浪费了产能。增加1850mm生产线以后，这部分产品在轧制工序可以生产成1360—1660ram的铝箔，不但使老线的产能得到释放，而且新线效率大大提高，产品宽度范围也扩大了许多。当然，铝箔生产线的幅宽设计要根据企业各自的产品设计进行科学测算，国内有铝箔企业设计了20(Xhalm级和1400ram两条生产线，这对于宽度为1250—1550mm的产品(占很大比例)，将面临如何提高生产效率的问题。

    第二，轧制生产工序采用标准化，辅助工序实现产品的个性化。基于铝箔同一品种的厚度基本一致的特点，将不同用户的宽度规格进行组合，在轧制工序生产出标准宽度的产品，在分切工序进行套切。另外，退火作为铝箔生产的一道重要工序，在提供个性化产品方面也具有重要意义。一般铝箔企业都采用容量l0t以上的大、中型退火炉，这种退火炉处理小批量铝箔产品的成本较高。因此，有些铝箔厂开始增建一些小型的或个别的单卷退火炉，以处理小批量的产品，不但使质量有所提高，生产成本也可以降低。

    2．4保证均衡化生产的设计

    铝箔企业面临的一个挑战。目前国内企业经常出现的问题是，一部分人员和设备停机待均衡化生产是将生产计划分解成各工序紧密衔接的生产目标，按照既定周期生产所需产品，它是通过各工序之间畅通的物流提高生产效率。总体上铝箔生产工序不断简化和工序柔性大大提高，使均衡化的生产组织更加容易，但是一条生产线往往要安排多个品种的生产，如何确保不同规格和状态的在制品在各工序之间顺畅流通，这依然是现代料，另一部分人员和设备日夜加班加点，超负荷生产，不但浪费了设备能力，而且造成大量的在制品积压或短缺，产品库存不断增加。要解决这些问题，除了科学的生产组织，在生产流程的设计上应该充分考虑均衡化生产。主要有两个方面：

    *是对整个系统的生产能力进行综合能力分析，提出瓶颈工序制约整个生产系统的基本问题，并根据产品设计提高瓶颈工序的设备配套能力。一般原则是辅助工序，如分切、退火和磨辊等要能够适应轧机满负荷的生产，而不能成为制约整个生产的瓶颈工序，避免浪费轧制生产能力。国内很多企业都出现过或现在仍然面临这样的问题；

    第二是理顺生产工艺流程，根据瓶颈工序的产量和物流状况，弹性安排其它工序的生产，即以瓶颈工序为中心组织生产，只有这样才能zui大限度地实现物流通畅。现代铝箔企业只有保证轧制工序成为生产的中心，才能保证企业资源的利用，也就是说退火工序、分切工序或磨辊工序要要实现产品及时生产，在制品顺畅地转到下一个工序。

从铝箔生产流程的发展和基本问题出发,结合国内外铝箔企业的生产实践,提出了铝箔生产流程优化设计的研究方向和关键问题.优化的铝箔生产流程要运用计算机信息技术、光、电、液等技术的综合成果,从工序柔性化,生产连续化、均衡化和大规模定制四个方面实现铝箔生产的高质量、短周期和低成本;同时,铝箔企业需要从引进技术的消化和吸收,标准化的过程控制,工艺创新和完善流程配套等四个方面做好工作,才能把优化的流程设计转化成更具竞争力的铝箔生产。

3 设计优化流程的关键问题

    如何使优化的生产流程实现运行，也是设计过程中应周全考虑的关键问题。如果优化的生产流程不能达到设计能力和效率，往往出现更大风险。国内有的铝箔企业引进了*的设备，却难有*的产品质量和生产效益，从而导致不合理的成本结构和亏损不断加大。总体上优化的生产流程应解决以下四方面问题。

    3．1对*技术的消化和管理
 
    *的铝箔生产线运用了计算机控制与信息技术、光电技术和机、液技术的综合成果，如：板形高精度控制、厚度高精度控制、速度和张力*化控制、幅面*化控制、生产计划和控制、人工智能控制等技术。我国的*铝箔生产线目前都是全套或部分(控制系统)从发达国家引进的，这就面临技术消化和管理的问题，铝箔企业只有切实做好这方面工作，才能更好地进行设备维护、操作和管理，并在消化这些*技术的基础上进行工艺创新和生产流程的优化，从而真正发挥出*装备的*生产能力。

    学习和消化引进技术的关键是在设备安装、调试和验收的过程中，铝箔企业应该委派高素质的技术人士全程参与。对于出现的问题要找出根源，不能让外方专家解决了就了事。同时要对设备说明资料作翻译，便于他人更好所学习和掌握，对于设备操作和维护人员要进行相关的系统培训。在日常管理方面要制定严格规范，国内有的企业引进了高精度的自动化装置和相关的仪器设备，在使用过程中往往由于不规范操作或维护不当导致设备精度下降或损坏，如果后续维修能力较差，往往图一时方便将一些设备闲置或短接，zui终把*设备弄得面目全非，整个生产系统丧失了*性。

    3．2采用标准化的过程控制

    *的生产流程具有高精度化、高自动化、高速化和连续化的特征，往往某一细节的缺陷会导致整个生产过程的非正常化，所以*的铝箔生产线更需要标准化的过程控制。这一方面要通过提高自动化控制水平促进标准化运行，从而提高生产的稳定性和性；另一方面要执行标准的操作程序，避免人为因素对铝箔生产过程造成的影响。具体有以下几方面工作：

    (1)对铝箔毛料的质量采用标准化的检测手段，对铝箔毛料的内部组织、板形、厚差和表面质量必须进行严格检测，只有杜绝采用不符合标准的铝箔坯料，才能保证铝箔生产的zui终质量，特别是对于企业自身提供的铝箔毛料，检验往往不太严格，由于姑息前工序的损失而zui终造成更大浪费；

    (2)坚持采用自动化控制系统，避免手动操作，对于AGC和AFC系统，只有每一个道次坚持采用，才能保证铝箔的zui终厚度精度和板形精度，如果个别道次因没有采用自动化控制系统而导致了厚度波动或板形波动，在后续轧制生产中便难以进行纠正，zui终产品精度也会大打折扣；

    (3)装备了自动化控制系统的生产线，在自动控制部分出现问题的时候应该及时采取措施，停机排除故障，有的企业为了不影响生产，或维修能力不足，就采用手动装置，或短接部分设备，结果是图一时方便而对整个生产流程造成了损害；

    (4)对于工作辊的更换、支撑辊的更换频率应制定严格的规范，针对不同产品的生产工艺制定相应的轧辊磨削标准，磨床的环境和设备维护采用标准程序，对轧辊的检测要采用高精度仪器和规范的标准；

    (5)按照规定的频次进行轧制油化验，确保轧制油各项指标稳定在标准的水平，对轧制油的过滤工艺(如更换过滤纸、过滤土等)，应该制定严格的标准。

    3．3基于设备性能的工艺创新

    铝箔企业的工艺创新过程实际是操作技术人员与设备不断磨合的过程。铝箔生产的工艺技术既具有相通性，同时由于各铝箔企业的设备性能和技术参数不同，又存在差异性。针对不同生产线的*工艺往往是的，所以铝箔企业的技术研究人员在工艺研究过程中既需要学习经验，同时更应该结合具体的设备进行实践。

    比如，厦顺铝箔公司拆资100万美元从法国PECⅢNY公司购进全套铝箔生产技术软件，并因此实现了0．07厚度铝箔的批量生产。在实际运行中厦顺铝箔公司除对该项生产技术不断进行改进外，还聘请了韩国的铝箔技术专家，将欧洲铝箔生产的控制技术、韩国铝箔生产的成功经验与该公司实际情况相结合，并在此基础上进行创新，使产量与效益逐年大幅度提高，如表1所示。厦顺铝箔公司通过技术创新和流程优化创造了巨大的效益，说明铝箔企业针对本企业生产线的研究和工艺创新具有非常巨大的潜力。厦顺铝箔公司的2000ram铝箔生产线还吸取了原铝箔生产线的成功经验，并在针对新线进行的专门研究和工艺创新方面也进行了大量工作。厦顺的成功经验说明，只有不断地进行工艺创新才能更好发挥优化流程的效率。

   3．4完善辅助工序的配套

    我国铝箔企业大多是通过陆续扩建和改造发展起来，往往落后的设备没有淘汰，*的技术设备不断增加，在这种依靠积累和拼凑而发展的模式中，整个生产线的配套缺乏统一规划，出现了部分工序的产能过剩，生产质量较好；而有的工序产能不足，制约了整个生产系统的能力发挥；甚至有的工序因生产质量较差而降低了zui终的质量档次。

    国内企业面临的问题主要有以下几种类型：(1)拥有*的轧制生产线，但分切工序却是落后的国产设备，分切工序产品出现的质量问题，使zui终产品成为二流产品，即分切能力的不足制约了轧制能力的发挥；(2)企业退火炉能力不足，产品常常滞留在退火工序；(3)轧制油质量不合格或轧油过滤系统存在问题，影响了产品质量和生产效率；(4)粗中轧机和精轧机上有的配备了AGC和AFC等自动化控制系统，有的没有安装，结果这些自动化控制系统不能发挥应有的作用；(5)磨床或轧辊检测仪器精度不够，轧辊磨削精度和轧辊表面控制达不到相应要求。

    总之，铝箔生产质量取决于生产系统中装备水平zui低的工序，铝箔企业在设计生产流程时应避免因某一工序的装备水平而影响整个生产线的*性，只有确保整个生产流程的一致性才能实现整体的效益。同样，生产线的产能发挥也受制于瓶颈工序的制约，优化的生产流程应该保证各生产工序的物流通畅，避免因在制品滞留于某一工序而影响整个生产进程。在厦顺铝箔公司，20(Omm生产线的所有设备只有退火炉与打包机是国产，其它设备全部从德国引进，从而具备了一致性生产的配套能力。

4 结束语

    铝箔工业不断发展的过程是生产流程不断优化和生产效率不断提高的过程，发达国家在这方面进行了卓有成效的研究和尝试，如日本的7家铝箔厂除了住友轻金属公司的2台轧机为上世纪90年代制造，其它40台轧机都是在1954年到1975年间陆续投产的，平均投产时间已近40年，而日本的铝箔生产仍居世界水平，并成功实现0．00atom厚度铝箔的工业化生产。日本取得成就的关键在于日本运用新技术的发展不断优化了生产流程，日本也因此成为铝箔生产线设计和制造的*国家。

    中国铝箔企业在改造、扩建或新建铝箔生产线时，不能局限于既往的经验和思维模式，而是要根据优化流程的设计理念来规划投资项目。生产流程的优化设计是一项系统科学，需要业内专家和精英人士研究新技术应用的发展趋势，不断总结生产中出现的问题，以提供更具体和更有建设性的系统方法。