某钢厂总体布局系统规划

某钢厂总体布局系统规划

钢铁厂的总体布局设计包括一个机制，该机制涉及对设施空间要求的了解，还涉及它们的适当布置，以便生产周期的连续和稳定运动发生。工厂的总体布局对工厂的生产力、效率有很大的贡献。

设计钢厂的总体布局是一项非常重要的活动，需要高度重视。这是因为一旦钢厂建设结束；工厂总体布局的基本性质在工厂生命周期内不能改变。日后对布局进行任何修改不仅困难重重，而且涉及大量资本支出。此外，钢铁厂的业绩在很大程度上取决于其总体布局。由于通常布局错误除了代价高昂之外是永久性的，因此在工厂工程期间必须花费大量时间和精力来改进工厂的最佳布局。某钢铁厂（伯利恒钢铁厂）的典型总体布局如图1所示。

图 1 典型的钢铁厂总体布局

总体布局一词主要用于表示工厂各种设施的物理布置。这些设施是从原材料生产成品所需要的，包括 (i) 接收生产所需的所有材料的设施，(ii) 符合技术要求的生产设施，(iii) 辅助生产设施，(iv ) 人员和材料的移动和交流设施，(v) 产品运输设施，(vi) 各种材料和产品的储存设施，(vii) 管理所需的设施，(viii) 人力资源福利所需的设施, (ix) 维护环境所需的设施，以及 (x) 安全和安保所需的设施。

钢铁厂的总体布局是其生产和配套设施的物理布局，如生产车间、设备、机械、建筑物以及公路、铁路和管网等。布局决定了材料和其他投入（如作为信息等）流过操作。规划布局，使材料和公用事业的工艺流程顺畅，从原材料接收到成品发货的处理量最少。它涉及对顺利生产所需的所有设施的明智安排。工程阶段布局规划不完善，导致效率低下、缺乏灵活性、库存和在制品量大、运营成本高等。

简而言之，钢铁厂设计者的总体目标是设计一种物理布置，包括必要的空间分配以及厂房和设施的分配，以便在保证质量和数量的同时满足最终产品的要求。同时经济地生产所需产品。

为制定适当的总体布局，布局设计者必须具备 (i) 与土地场地相关的限制，(ii) 显示外部道路、社区和土地边界的场地地图，(iii) 土壤特征和等高线图显示水平的站点的位置，（iv）水，电力和其他公用设施的可用位置，（v）外部道路和铁路系统的路线以及进出交通的方向，以及外部电力的路线输电线路和进水管道。此外，设计人员需要具备 (i) 所选技术、工艺以及厂房和设备的基本知识，(ii) 厂房产能和计划的未来扩建，以及 (iii) 法定要求。

钢厂的总体布局是（i）充分利用当地自然条件，合理利用土地，（ii）系统地安排工厂单元以产生协同效应，（iii）确保尽可能少各种活动所需的努力，以及 (iv) 确保有效保护环境。

有几种方法可用于工厂总体布局的设计。其中包括 (i) 系统布局规划 (SLP)、(ii) 算法和 (iii) 竞技场模拟。 SLP设计布局的方法最适合钢厂。

工厂总体布局的定义

工厂总体布局有多种定义。下面给出了其中的一些。

摩尔将工厂布局解释为“计划或计划行为，设施的最佳布置，包括人员、操作设备、存储空间、物料搬运设备和所有其他支持服务，以及容纳这些的最佳结构的设计。设施”。

根据 Riggs 的说法，“工厂布局的总体目标是设计一种最经济地满足所需产量和质量的物理布置”。

按照 J L Zundi 的说法，“工厂布局涉及空间分配和设备布置，以最大限度地降低总体运营成本”。

根据 MN Dastur 博士的说法，“综合钢厂的总体布局基本上是在选定场地的限制内对主要生产单元、能源网络和辅助车间进行合理布置的练习”。

设计总体布局的原则

钢厂的总体布局决定了不同生产设施的位置以及生产设施之间的通信设施。生产车间布局涉及生产设施内设备和机械的详细位置。

有八项原则可用于设计总体布局。它们是（i）最小行程原则，（ii）顺序或流动原则，以及（iii）使用原则，（iv）紧凑原则，（v）安全和满意原则，（vi）灵活性原则， (vii) 相互依存原则，以及 (viii) 最低投资原则。

最小行程原则确保工厂中人员和材料的最小移动，并有助于节省材料移动过程中的时间和材料浪费。顺序或流程原则确保生产单元按照生产技术所需的工艺流程进行安排。这避免了材料不必要的来回移动。使用原则确保空间需求基于其最佳利用。紧凑性原则要求所有重要因素都需要充分整合和关联，才能形成一个综合性好的总体布局。安全和满意的原则要求布局对厂房和设备以及在厂房内工作的人员的安全作出规定。将根据在工厂工作的人们的舒适和便利进行计划，以使他们感到满意。在这方面，布局是要满足所有的监管要求。这里的安全还包括消防安全以及安保。灵活性原则确保布局允许以最小的困难和最小的成本进行改进。在这方面，工厂的总体布局是为未来的扩展提供保留。相互依赖的原则要求相互依赖的单元彼此靠近。最小投资原则是确保布局提供较低的固定资本投资，同时不忽略所有必需设施的安装，并通过有效和最佳地利用可用设施。

版图设计的SLP方法

布局规划的SLP方法非常流行，不仅用于工厂总体布局设计，还用于生产车间的详细布局设计以及各种设施的布局设计。

在进行总体布局设计活动之前，有必要研究该地区的风玫瑰图。这张图告诉设计师全年在厂区吹的风的方向和频率。除了风玫瑰图外，其他重要的研究事项是（i）土地边界内可用的不同级别土地，（ii）用于将工厂连接到外部公路和铁路网络的公路和铁路的方法，（iii ) 用于进水管道的方法，(iv) 用于从外部电网接收电力的传输线的方法，以及 (v) 用于处置工厂固体和液体废物的区域。平整土地不仅是一项艰巨的任务，而且需要大量的支出。在最终确定总体布局的同时，利用可用的土地轮廓总是可取的，以降低平整成本。

首先要考虑工厂技术所需的各种生产过程与生产所需的材料（固体、液体和气体）的流动之间的关系。为此，通常的做法是为工厂制作物料平衡和流程图。制作物料平衡表和流程图时，根据物料的收率和循环利用情况，计算出物料（原辅材料、燃料、中间材料等）需求量。为此，需要开发各种平衡图，例如水平衡图、能量平衡图等。最后，在对工厂所需的各种活动给予应有的重视后，将建立一种全面的关系。典型的物料平衡流程图见图2，典型的水平衡图见图3。

图2典型物料平衡流程图

图3典型水平衡图

下一步是根据工艺流程将厂区划分为单独的块和单元，然后再将单元的设施定位在该区域内。此步骤生成工厂的平面图。在准备地块布局时，首先要根据生产流程确定主要生产车间的位置，然后再考虑辅助生产设施的位置。这一阶段产生的布局称为厂区布局。

待街区布局准备到满意程度后，再根据空间需求，根据街区内单元的生产技术进行所需设施的选址。在定位设施时，要注意满足法定要求的设施之间的最小距离以及物料移动所需的最小距离（例如皮带输送机的角度等）。

在此之后，需要决定存储和物流设施的位置。物料流的决策包括从外部来源接收材料和从工厂发货。在这一步，工厂的管网、输电网络、公路和铁路网络也确定下来。在规划不同的网络时，要记住，网络越长，除了在材料运输过程中造成的更大损失外，所需的投资也越高。此外，网络要保持定位它们所需的最小距离的法定要求。

在项目中规划好的布局

布局决定至关重要，因为它代表了长期承诺。如果产量、面积和工艺流程之间的关系不是最佳的，它会影响工厂在其生命周期内的运行。下面给出了良好布局设计的技术规范。

整合 – 布局需要将人、物、设备和支持服务紧密结合，以获得资源的最佳输出。

土地（空间）利用 – 布局应适当利用水平和垂直空间。设施的高度和长度都有待优化。以最经济的方式利用厂区。

距离 – 需要一个良好的布局，以使人员和材料的行驶距离最短。人员和物资所需的总行驶距离应尽可能缩短。此外，在良好的布局中，直线运动是首选。

生产单位布局 – 在良好的布局中，生产单元的布置应使人、材料、中间产品和成品按照工艺流程向最后阶段的前进方向进行。

协调 – 良好的布局确保任何部门的进出都以最方便发送或接收的两个部门的方式进行规划。布局要整体考虑。

灵活性 – 布局中应有足够的空间，以便在工厂扩建需要时随时修改布局。

辅助功能 – 在良好的布局中，所有的厂房区域都必须易于到达，以便于厂房和设备的生产和维护。

安全 – 在良好的布局中，需要适当考虑工业安全方法。布局不仅要满足人员和工厂的所有安全要求，还要满足道路安全、燃气安全、电气安全、火灾和爆炸安全等方面的要求。

材料处理 – 需要良好的布局以将材料处理减少到最低限度。过多的物料搬运会影响操作时间和生产成本。

在准备好总体布局时需要考虑的其他基本问题包括（i）促进生产过程并满足所有运营需求，（ii）促进顺利接收原材料，储存材料和最终产品的顺利发货，(iii) 促进中间产品的顺畅流动和储存，(iv) 允许工厂内所有材料的顺畅流动，(v) 允许灵活性在操作中，(vi) 为生产过程提供顺畅的技术流程，(vii) 为在工厂工作的人们提供便利和舒适，并照顾他们的福利和职业健康需求， (viii) 有助于提高员工的效率、监督和控制能力，(ix) 满足所有法定要求，(x) 有足够的空间来照顾未来的扩张，以及 (xi)是帮助最小化资本和运营成本。

从第一次制作到最后一次浇筑基础，总体布局通常会经历一系列修改。即便如此，“最终布局”必然是满足上述各种标准的愿望与其他几个因素所施加的限制之间的折衷。但是，当设计师有超越当前需求和眼前困难的概念愿景时，最终的布局就具有逻辑性和灵活性，并且能够在条件发生变化的情况下提供工厂急需的运行性能。

日本福山钢厂和仓敷钢厂总体布局如图4所示，维沙卡帕特南钢厂300万吨/年（Mtpa）产能水平如图5所示。

图4福山和仓敷钢铁厂总体布局

图5 维沙卡帕特南钢铁厂总体布局