Strategische planning van staalcentrale-indeling voor optimale productiviteit

Het ontwerpen van de algemene indeling van een staalcentrale omvat de kennis van ruimte-eisen voor faciliteiten en hun juiste rangschikking, zodat de productiecyclus continu en stabiel verloopt. De algemene indeling heeft een grote bijdrage aan productiviteit en efficiëntie.

Het ontwerpen van de algemene indeling is een cruciale activiteit die de hoogste aandacht vereist. Eenmaal de centrale gebouwd, kan de basisindeling niet meer gewijzigd worden gedurende de levensduur. Wijzigingen later zijn niet alleen moeilijk, maar ook kapitaalintensief. De prestaties hangen voor een groot deel af van de indeling. Omdat indelingsfouten permanent en duur zijn, moet er voldoende tijd en moeite in de engineering-fase worden gestoken om de optimale indeling te ontwikkelen. Afbeelding 1 toont een typische indeling (Bethlehem Steel Plant).

Wat is de algemene indeling?

De term 'algemene indeling' verwijst naar de fysieke rangschikking van de diverse faciliteiten nodig voor productie van eindproducten uit grondstoffen:

1. Ontvangstfaciliteiten voor alle benodigde materialen
2. Productiefaciliteiten per technologische eisen
3. Ondersteunende productiefaciliteiten
4. Faciliteiten voor verplaatsing en communicatie van mensen en materialen
5. Verzendfaciliteiten voor producten
6. Opslagfaciliteiten voor diverse materialen en producten
7. Administratieve faciliteiten
8. Welzijnsfaciliteiten voor personeel
9. Milieubeheersfaciliteiten
10. Veiligheids- en beveiligingsfaciliteiten

De algemene indeling omvat productiehallen, apparatuur, machines, gebouwen, en weg-, spoor- en pijpleidingnetwerken. De indeling bepaalt hoe materialen en informatie door de operatie stromen. Het doel: soepel technologisch processtromen met minimaal hanteren, van grondstofontvangst tot afgifte van eindproducten. Slecht ontwerp leidt tot inefficiëntie, inflexibiliteit, hoge voorraden, werk in uitvoering en hoge operationele kosten.

Doelstelling van de ontwerper

Het overarching doel: een fysieke rangschikking met benodigde ruimte en faciliteiten toewijzing, die voldoet aan kwaliteits- en kwantiteitseisen van het eindproduct, tegelijkertijd economische productie waarborgend.

Vereisten voor een goede indeling

De ontwerper heeft nodig:

• Beperkingen van de locatie
• Locatiekaart met externe wegen, omgeving, grens
• Bodemkarakteristieken en hoogtelijnenkaart
• Locatie water, stroom, utiliteiten
• Uitlijning externe weg/spoor, richting in-/uitgaand verkeer, tracé voor stroomleiding en waterleiding
• Basiskennis geselecteerde technologieën, processen, apparatuur
• Capaciteiten en toekomstige uitbreidingsplannen
• Wettelijke vereisten

De indeling moet: (1) optimaal gebruik maken van lokale natuurlijke condities en rationeel grondgebruik, (2) systematische rangschikking voor synergie, (3) minimale inspanning voor activiteiten, (4) effectieve milieubescherming.

Methoden voor indelingsontwerp

Methoden: (1) Systematische Indelingsplanning (SLP), (2) Algoritmen, (3) Arena-simulatie. SLP is het meest geschikt voor staalcentrales.

Definities van plantindeling

• Moore: 'Het plan van of het plannen van een optimale rangschikking van faciliteiten, inclusief personeel, exploitatieapparatuur, opslagruimte, materiaalhanteringsapparatuur en alle ondersteunende diensten, samen met het ontwerp van de beste structuur om deze faciliteiten te huisvesten.'
• Riggs: 'Het overkoepelende doel is een fysieke rangschikking die op de meest economische manier voldoet aan de vereiste output-kwaliteit en -kwantiteit.'
• J.L. Zundi: 'Plantindeling omvat toewijzing van ruimte en rangschikking van apparatuur zodanig dat de totale operationele kosten geminimaliseerd worden.'
• Dr. M.N. Dastur: 'De algemene indeling van een geïntegreerde staalcombinatie is in essentie een oefening in het maken van een rationele rangschikking van de hoofproductie-eenheden, energienetten en hulpwerkschappen, binnen de beperkingen van de geselecteerde locatie.'

Principes van indelingsontwerp

Er zijn acht principes:

1. Minimale reistijd: Minimale verplaatsing van mensen en materialen, besparing tijd en materiaalverlies.
2. Volgorde/stroom: Productie-eenheden gerangschikt volgens processtroom, voorkomt onnodige heen-en-weer beweging.
3. Gebruik: Ruimte-eis gebaseerd op optimale benutting.
4. Compactheid: Alle significante factoren geïntegreerd voor een coherente indeling.
5. Veiligheid en tevredenheid: Voorsieningen voor veiligheid (brand, beveiliging), comfort en gemak voor werknemers, naleving regelgeving.
6. Flexibiliteit: Verbeteringen mogelijk met minimale moeite en kosten, voorziening toekomstige uitbreiding.
7. Onderlinge afhankelijkheid: Afhankelijke eenheden in nabijheid van elkaar.
8. Minimale investering: Lagere vaste investeringen zonder benodigde faciliteiten te verwaarlozen, efficiënt gebruik bestaande faciliteiten.

SLP-methode voor indelingsontwerp

SLP is populair voor zowel algemene indeling als gedetailleerde halindelingen en faciliteitsindelingen.

Voorafgaand aan ontwerp: bestudeer de windroos (windrichtingen en -frequenties het hele jaar). Ook belangrijk: (1) grondniveaus binnen grenzen, (2) aanrijpwegen voor weg/spoor, (3) aanvoer waterleiding, (4) aanvoer stroomleiding, (5) afvalverwerkingsgebieden. Grondniveleerwerk is kostbaar; benutting bestaande reliëf verlaagt kosten.

Eerst: relatie tussen productieprocessen en materialenstromen (vast, vloeibaar, gas) per technologie. Standpraktijk: materiaalbalans- en stroomdiagram opstellen. Berekeningen op basis van opbrengsten en recycling. Balansdiagrammen: waterbalans, energiebalans. Uiteindelijk: uitgebreide relatie met gewichten voor activiteiten. Afbeelding 2 en 3 tonen typische diagrammen.

Vervolgens: terrein verdelen in blokken/eenheden per processtroom voor faciliteitenplaatsing. Dit levert het terreinplan (plot plan). Eerst hoofproductiehallen plaatsen volgens productiestroom, dan ondersteunende faciliteiten. Resultaat: blokindeling.

Na tevredenstellende blokindeling: faciliteiten per eenheid plaatsen op basis van ruimte-eis, rekening houdend met wettelijke minimale afstanden en materiaalverplaatsing (bijv. hoek bandtransport).

Dan: opslagfaciliteiten en materialenstroom (ontvangst extern, afgifte producten). Pijpleidingen, stroomnet, weg/spoornet worden bepaald. Langer netwerk = hogere investering en meer transportverliezen. Wettelijke minimafstanden moeten gerespecteerd worden.

Plannen van een goede indeling in een project

Indelingsbeslissing is een langetermijncommitment. Als de relatie tussen output, oppervlakte en technologisch proces niet optimaal is, beïnvloedt dit de operatie gedurende de levensduur.

Technische normen voor een goede indeling

• Integratie: Nauwe integratie van mensen, materialen, apparatuur, ondersteunende diensten voor optimale output.
• Grondbenutting (ruimte): Goed gebruik van horizontale en verticale ruimte. Hoogte en lengte geoptimaliseerd. Economisch grondgebruik.
• Afstand: Minimale reafstanden voor mensen en materialen. Rechtlijnige bewegingen bevorzugd.
• Productie-eenheden indeling: Rangschikking zodat verplaatsing van mensen, materialen, tussenen eindproducten voorwaarts gaat naar eindfase per technologische stroom.
• Coördinatie: In- en uitgang per afdeling gemakkelijk voor zowel afzender als ontvanger. Indeling als geheel benaderen.
• Flexibiliteit: Ruimte voor wijzigingen bij toekomstige uitbreiding.
• Toegankelijkheid: Alle terreindelen bereikbaar voor productie en onderhoud.
• Veiligheid: Industriële veiligheidsmethoden. Vereisten voor mensen, installaties, wegveiligheid, gas, elektriciteit, brand/explosie.
• Materiaalhantering: Minimaliseren. Overmatige hantering beïnvloedt bedrijfstijd en productiekosten.

Overige basisoverwegingen

• Vergemakkelijkt productieproces, voldoet aan operationele behoeften
• Soepel ontvangst grondstoffen, opslag, afgifte eindproducten
• Soepel stroom en opslag tussenenproducten
• Soepel materialenstroom in de centrale
• Operationele flexibiliteit
• Soepel technologische stroom
• Gemak en comfort voor werknemers, welzijn en arbeidsgezondheid
• Bijdrage aan efficiëntie, supervisie, controle
• Naleving wettelijke vereisten
• Voldoende ruimte voor toekomstige uitbreiding
• Minimaliseren kapitaal- en operationele kosten

Een algemene indeling ondergaat reeks herzieningen van eerste ontwerp tot het gieten van de laatste fundering. De 'eindindeling' is een compromise tussen criteria en beperkingen. Maar met conceptueel visioen verder dan directe behoeften, levert de indeling logica, flexibiliteit en operationele prestaties ook onder veranderde omstandigheden.