Стратегическое планирование генерального плана сталелитейного завода для оптимальной производительности

Систематическое планирование генерального плана сталелитейного завода

Проектирование генерального плана сталелитейного завода представляет собой механизм, включающий знание потребностей в площади для объектов и их правильную расстановку для обеспечения непрерывного и стабильного движения производственного цикла. Генеральный план завода оказывает большое влияние на производительность и эффективность предприятия.

Проектирование генерального плана — критически важная деятельность, требующая наивысшего внимания. После завершения строительства базовая природа генерального плана не может быть изменена на протяжении всего срока службы завода. Любые изменения планировки позднее не только сложны, но и требуют крупных капитальных затрат. К тому же, производительность сталелитейного завода во многом зависит от его генерального плана. Поскольку ошибки планировки обычно постоянны и дороги, на стадии проектирования необходимо затратить много времени и усилий для разработки оптимальной планировки. Типичный генеральный план сталелитейного завода (завод Bethlehem Steel) показан на рис. 1.

Рис. 1 Типичный генеральный план сталелитийного завода

Состав генерального плана

Термин «генеральный план» в основном используется для обозначения физической расстановки различных объектов завода. Эти объекты необходимы для производства готовой продукции из сырья и включают:

• объекты приема всех материалов, необходимых для производства;
• производственные объекты согласно технологическим требованиям;
• вспомогательные производственные объекты;
• объекты для перемещения и связи людей и материалов;
• объекты для отгрузки продукции;
• объекты для хранения различных материалов и продуктов;
• объекты, необходимые для управления;
• объекты, необходимые для благополучия персонала;
• объекты, необходимые для защиты окружающей среды;
• объекты, необходимые для безопасности и защиты.

Генеральный план сталелитейного завода — это физическая расстановка его производственных и вспомогательных объектов: производственных цехов, оборудования, машин, зданий, дорожных, железнодорожных и трубопроводных сетей и т.д. Планировка определяет способ, которым материалы и другие входы (например, информация) движутся через операцию. Планировка должна обеспечивать плавный технологический поток материалов и коммуникаций с минимальной манипуляцией от приема сырья до отгрузки готовой продукции. Это подразумевает разумное размещение всех объектов, необходимых для бесперебойного производства. Дефектное планирование на стадии проектирования приводит к неэффективности, негибкости, большим объемам запасов и незавершенного производства и высоким операционным затратам.

Цели и исходные данные для проектирования

Вкратце, общая цель проектировщика сталелитейного завода — спроектировать физическую расстановку, включающую выделение необходимого пространства и размещение завода и объектов таким образом, чтобы удовлетворить требования к конечному продукту по качеству и количеству, обеспечивая при этом экономичное производство желаемых продуктов.

Для разработки правильного генерального плана проектировщик должен иметь:

• ограничения, связанные с участком строительной площадки;
• план участка с внешними дорогами, соседством и границей земли;
• характеристики грунта и контурный план участка с отметками;
• расположение источников воды, энергии и других коммуникаций;
• трассировку внешних дорог и железных дорог, направление входящего и исходящего трафика, трассировку внешней линии электропередачи и входящего водопровода.

Также проектировщику необходимы: (1) базовые знания выбранных технологий, процессов, оборудования; (2) мощности завода и планы будущего расширения; (3) нормативные требования.

Генеральный план сталелитейного завода должен: (1) наилучшим образом использовать местные природные условия в сочетании с рациональным использованием земли; (2) иметь системную расстановку цехов для создания синергии; (3) обеспечить минимально возможные усилия для различных видов деятельности; (4) обеспечить эффективную защиту окружающей среды.

Методы проектирования генерального плана

Существует несколько методов проектирования генерального плана: (1) системное планирование планировки (SLP), (2) алгоритмы, (3) имитационное моделирование Arena. Метод SLP лучше всего подходит для сталелитейного завода.

Определения генерального плана завода

Существует несколько определений генерального плана завода. Некоторые из них:

• Мур: «план или действие по планированию оптимальной расстановки объектов, включая персонал, рабочее оборудование, складское пространство, оборудование для манипулирования материалами и все остальные вспомогательные услуги вместе с проектированием лучшей конструкции для размещения этих объектов».
• Риггс: «общая цель планировки завода — спроектировать физическую расстановку, которая наиболее экономично удовлетворяет требуемым выходным количеству и качеству».
• Дж. Л. Зунди: «планировка завода подразумевает выделение пространства и расстановку оборудования таким образом, чтобы общие эксплуатационные расходы были минимальны».
• Д-р М.Н. Дастур: «генеральный план интегрированного сталелитейного комбината — это, по сути, упражнение в рациональной расстановке основных производственных единиц, энергетических сетей и вспомогательных цехов в пределах выбранного участка».

Принципы проектирования генерального плана

Генеральный план на сталелитейном заводе определяет размещение различных производственных объектов и коммуникационных объектов между ними. Планировка производственного цеха включает детальное размещение оборудования и машин внутри производственного объекта.

Для проектирования генерального плана используются восемь принципов:

1. Принцип минимальных перемещений
2. Принцип последовательности или потока
3. Принцип использования
4. Принцип компактности
5. Принцип безопасности и удовлетворенности
6. Принцип гибкости
7. Принцип взаимозависимости
8. Принцип минимальных инвестиций

Принцип минимальных перемещений обеспечивает минимальное движение людей и материалов на заводе, экономя время и снижая потери материалов при перемещении. Принцип последовательности или потока обеспечивает расстановку производственных единиц согласно технологическому потоку, требуемому производственной технологией, избегая ненужных движений материалов туда-сюда. Принцип использования обеспечивает, что потребность в площади основана на ее оптимальном использовании. Принцип компактности требует, чтобы все значимые факторы были полностью интегрированы и взаимосвязаны для создания хорошо интегрированного генерального плана. Принцип безопасности и удовлетворенности требует, чтобы планировка предусматривала меры безопасности для завода и оборудования, а также для работающих людей. Она должна планироваться с учетом комфорта и удобства работников для обеспечения их удовлетворенности. Планировка должна соответствовать всем нормативным требованиям. Безопасность включает также пожарную безопасность и охрану. Принцип гибкости обеспечивает, что планировка позволяет улучшения с минимальными трудностями и затратами. В этом смысле генеральный план должен предусматривать возможность будущего расширения. Принцип взаимозависимости требует, чтобы взаимозависимые единицы размещались в непосредственной близости друг к другу. Принцип минимальных инвестиций обеспечивает, что планировка обеспечивает низкие основные капитальные инвестиции без игнорирования установки всех необходимых объектов и путем эффективного и оптимального использования доступных объектов.

Метод SLP планирования планировки

Метод SLP для планирования планировки очень популярен и используется не только для проектирования генерального плана завода, но также для проектирования детальной планировки производственных цехов и планировки различных объектов.

Прежде чем приступить к проектированию генерального плана, необходимо изучить розу ветров района. Эта диаграмма сообщает проектировщику о направлениях и частоте ветра, дующего на территории завода в течение года. Кроме розы ветров, важно изучить: (1) различные уровни земли в границах участка; (2) доступы для дорог и железных дорог для подключения завода к внешней дорожной и железнодорожной сети; (3) доступ для входящего водопровода; (4) доступ для линии электропередачи для получения энергии от внешней электросети; (5) зоны для утилизации твердых и жидких отходов завода. Выравнивание земли — не только большая задача, но и требующая значительных затрат. Использование имеющегося рельефа участка при финализации генерального плана всегда желательно для снижения затрат на выравнивание.

Сначала необходимо рассмотреть взаимосвязь между различными производственными процессами, необходимыми согласно технологии завода, и потоком материалов (твердых, жидких и газов) для производства. Нормальная практика — составить материальный баланс и диаграмму потоков для завода. Для составления материального баланса и диаграммы потоков расчеты проводятся для материалов (сырья и вспомогательных материалов, топлива, промежуточных материалов и т.д.) на основе выходов и переработки материалов. Для этого требуется разработать различные балансовые диаграммы: водный баланс, энергетический баланс и т.д. В конечном итоге разрабатывается комплексная взаимосвязь с учетом весовых коэффициентов различных видов деятельности на заводе. Типичная диаграмма материального баланса и потоков показана на рис. 2, типичная водная балансовая диаграмма — на рис. 3.

Рис. 2 Типичная диаграмма материального баланса и потоков

Рис. 3 Типичная водная балансовая диаграмма

Этапы разработки планировки

Следующий шаг — разделение территории завода на отдельные блоки и единицы согласно технологическому потоку перед размещением объектов единицы на территории. Этот шаг дает планировочный план участка. При подготовке планировочного плана первоочередное внимание уделяется размещению основных производственных цехов согласно производственному потоку, а затем — вспомогательных производственных объектов. Планировка, полученная на этом этапе, называется блоковой планировкой завода.

После того как блоковая планировка подготовлена до удовлетворительного уровня, начинается размещение объектов, необходимых согласно производственной технологии единицы в блоке, на основе потребности в площади. При размещении объектов необходимо учитывать минимальное расстояние между объектами для соблюдения нормативных требований и для перемещения материалов (например, угол ленточного конвейера и т.д.).

Затем принимается решение о размещении объектов для складов и материальных потоков. Решение о материальных потоках должно включать прием материалов из внешних источников и отгрузку продукции с завода. На этом этапе также определяются трубопроводная сеть, сеть электропередач, дорожная и железнодорожная сети завода. При планировании различных сетей необходимо помнить: чем длиннее сеть, тем выше необходимые инвестиции и тем выше потери при транспортировке материалов. Сети также должны соблюдать нормативные требования минимальных расстояний для их размещения.

Технические нормы хорошего планирования

Решение о планировке имеет первостепенное значение, так как представляет долгосрочные обязательства. Если взаимосвязь между выходом, площадью и технологическим процессом не оптимальна, это влияет на эксплуатацию завода на протяжении всего его срока службы. Технические нормы проектирования хорошей планировки:

• Интеграция — планировка должна обеспечивать тесную интеграцию людей, материалов, оборудования и вспомогательных служб для получения оптимального выхода ресурсов.
• Использование земли (пространства) — планировка должна обеспечивать правильное использование горизонтальных и вертикальных пространств. И высота, и длина объектов должны быть оптимизированы. Площадь завода должна использоваться максимально экономично.
• Расстояние — хорошая планировка должна обеспечивать минимальные расстояния перемещения для людей и материалов. Общее расстояние перемещения для людей и материалов должно быть минимизировано максимально возможно. Прямолинейные перемещения предпочтительны.
• Планировка производственных единиц — в хорошей планировке производственные единицы должны быть расставлены так, чтобы движение людей, материалов, полуфабрикатов и готовой продукции происходило в прямом направлении к финальной стадии согласно технологическому потоку.
• Координация — хорошая планировка обеспечивает планирование входа в и выхода из любого цеха таким образом, чтобы это было наиболее удобно для обоих цехов — отгружающего и принимающего. Планировка должна рассматриваться как единое целое.
• Гибкость — в планировке должно быть достаточное резервирование для модификации планировки при необходимости расширения завода.
• Доступность — в хорошей планировке все участки завода должны быть легко доступны для облегчения производства и обслуживания завода и оборудования.
• Безопасность — в хорошей планировке необходимо должное рассмотрение методов промышленной безопасности. Планировка должна соответствовать всем требованиям безопасности не только людей и завода, но также дорожной безопасности, газовой безопасности, электробезопасности, пожарной и взрывобезопасности и т.д.
• Манипулирование материалами — хорошая планировка должна сокращать манипулирование материалами до минимума. Чрезмерный уровень манипулирования влияет на время операции и стоимость производства.

Другие базовые вопросы хорошего генерального плана

• Облегчать производственный процесс и удовлетворять все операционные потребности.
• Обеспечивать плавный прием сырья, хранение материалов и плавную отгрузку готовой продукции.
• Обеспечивать плавный поток и хранение полуфабрикатов.
• Обеспечивать плавный поток всех материалов на заводе.
• Обеспечивать гибкость в эксплуатации.
• Помогать в плавном технологическом потоке производственного процесса.
• Обеспечивать удобство и комфорт людям, работающим на заводе, заботиться о их благополучии и потребностях в охране труда.
• Вносить вклад в эффективность сотрудников, надзор и контроль.
• Соответствовать всем нормативным требованиям.
• Иметь достаточное пространство для будущего расширения.
• Помогать в минимизации как капитальных, так и операционных затрат.

Генеральный план обычно проходит серию пересмотров с момента первого создания до момента заливки последнего фундамента. Даже так «финальная планировка» неизбежно является компромиссом между стремлением выполнить различные критерии выше и ограничениями, накладываемыми несколькими другими факторами. Но когда проектировщик имеет концептуальное видение заглянуть за пределами текущих потребностей и непосредственных трудностей, то получившаяся планировка обладает логикой и гибкостью, а также способностью дать необходимую операционную производительность завода даже при измененных условиях.

Примеры генеральных планов

Генеральные планы сталелитейных заводов Фукуяма и Курашики в Японии показаны на рис. 4, а генеральный план Визагсталя (Вишакхапатнам) на уровне мощности 3 млн тонн в год — на рис. 5.

Рис. 4 Генеральные планы сталелитейных заводов Фукуяма и Курашики

Рис. 5 Генеральный план сталелитейного завода Визагсталь