机械毕业设计0《设施规划与设计》课程设计

矿区工业广场总平面布置设计 能源与安全工程学院 工业工程专业 03-1 班 张 磊 19 号 1 设施规划与设计 课 程 设 计 学 校： 中国矿业大学 学 院： 能源与安全工程学院 专 业： 工业工程 03-1 姓 名 ： 张 磊 学 号： 01030271 日 期： 2006-6-30 矿区工业广场总平面布置设计 能源与安全工程学院 工业工程专业 03-1 班 张 磊 19 号 2 第一部分 课程设计任务书 一、 设计题目 矿区 工业广场 总平面布置设计 二、 设计目的 设施规划与设计是工业工程专业的主干专业课程，是工业工程学科的重要研究领域和分支之一。设施规划与设计着重研究设施总平面布置、车间布置及物料搬运等内容，目标是通过对设施的各组成部分相 互关系分析，合理布置，得到高效运行的生产系统，或得最佳的经济效益和社会效益。 设施规划与设计课程设计是本课程的重要实践教学环节，要求学生综合运用 所学专业知识，完成规定的工业设施 布置 设计进行的一次基本训练。其目的是： 1、 能正确运用工业工程基本原理及有关知识，学会对工业设施进行系统分析的方法； 2、 通过对工厂设施布置的实际设计，掌握系统布置设计方法的规范程序； 3、 通过课程设计，培养学生学会如何编写有关技术文件； 4、 通过课程设计，初步树立正确的设计思想，培养学生运用所学专业知识分析和解决实际问题的能力。 三、 课程 设计内容 某矿井设计生产能力 120 万 t/a，采用一对立井布置方式，落地式布置绞车房，工业广场内不设洗煤厂，原煤不经加工直接外运，矿井工业广场用地面积150000m2 (300 500m)。矿井所在地春、夏 季 盛行东南风，秋 冬 季盛行西北风。工业广场按功能区域划分布置，可分为：生产区、辅助生产区、储运区和场前区。由 24 个主要单位组成，各区及单位的 布置 要求有： （ 1）、 生产区是矿井生产的中枢，是工业场地的核心部位，它对整个场地的分区和分布起决定作用。面积大约 30000 m2 ,主要包括： 主井井口（ 1）、副井井口（ 2）、皮带走廊（ 3）、选矸楼（ 4）、主井提升机房（ 5）、副井提升机房（ 6）等。生产区一般布置在场区的中央稍偏一侧，要求尽可能减少物流转载环节。有利与全局布置，应与储运区协调一致，有利于煤炭外运。工艺流程有密切联系的生产环节或设施，应尽可能靠近，缩短运输距离。选矸楼排放的矸石占煤炭总量的 0.05%，由选矸楼运往矸石堆放场（ 11）。副井提升机房排放的矸石量占煤炭总量的 12%，由矿车排往矸石堆放场（ 11），矸石运输与运煤折算当量系数为 10。 （ 2）、 辅助生产区是为矿井在正常生产服务的场区，面积大约 65000m2 ,主要包括： 机修厂（ 7） 、坑木厂（ 8）、变电所（ 9）、空压机房（ 10）、矸石堆放场（ 11）、锅炉房（ 12） 等。辅助生产区应临近主要生产区，一般 布置 在场区的一侧或生产区两侧，对内外交通方便的地段； 与副井紧密联系的设施，宜尽可能靠近副井，使运输路线短捷方便；动力设施应靠近负荷中心；易燃及危险品仓库 矿区工业广场总平面布置设计 能源与安全工程学院 工业工程专业 03-1 班 张 磊 19 号 3 应布置在场地边缘地带；应避免冷却水系统所扩散的水雾对周围建筑、构筑物和其他设施的影响； 噪声 大的设施应远 离场前区。机修厂往返运送材料设备 3 万 t，坑木场年往返运送材料 4 万 t，均采用架线式电机车运输运往副井井口，可认为运输难度相同。设备和材料的运输与运煤折算当量系数为 20。经变电所变压的电源从副井用电缆运往井下用电地点；空压机房（ 10）形成的压缩空气通过管路从副井至井下用气地点。 机电修理车间 布置 要求：机电修理车间前面应设置专用场地，作为露天作业和临时堆场。宽度一般为 1220m。机电修理车间一般应靠近副井井口，以便与副井联系并便于铺设窄轨铁路和道路。性质 相同有密切联系、互不干扰的工段应尽量联合建筑。 矸石 堆放场（ 11）一般位于场区边缘，在工业广场最大风频的下风侧，以减少对工业广场的污染，矸石山地占地约 30000m2 。 (3)、 储运区是矿井产品储运和外运的环节，面积大约 15000m2 ,包括 储煤场（ 13）、装车站（ 14）、装车仓（ 15） 等设施。应与生产区协调一致，衔接顺畅，并有利于对外运输，靠近铁路线；储运区一般位于场地一侧，并应在场区最大风频的下风侧，以最大限度地减少煤炭储运和装车时对工业场地的污染；应有一定的场地，满足产 品储运和站场布置的需要；储煤场宜尽量布置在铁路装车站线的外侧，以减少对场区一侧的污染。 储煤场面积计算公式如下： F=(1.31.5)F0F0=Q/K h r(m2 ) 式中： F 储煤场用地总面积， m2 ； F0 储煤场堆存面积， m2 ； Q 储煤场存煤量， t，按矿井 5 天设计产量计算（设计年工作日 300天）； H 实际可能最大堆煤高度，取 h=8m； R 煤的容量 ， t/m3 ， 取 r=1.1t/ m3 K 煤对形状系数，梯形断面煤堆 K=0.780.8，三角形断面煤堆K=0.45，扇形煤堆 K=0.65，圆形煤场煤堆 K=0.60.7。 （ 4）场前区是矿井生产指挥、行政管理，对内外联系活动的中心，也是主要的人员的出入口。面积大约 40000 m2 ，主要有： 行政办公楼（ 16）、区队办公室（ 17）、职工食堂（ 18）、单身宿舍（ 19）、职工浴室（ 20）、矿灯室（ 21）、招待所（ 23）、自行车棚（ 24）等。 场前区应位于场区年最大风频上风侧，尽可能避免布置在靠污染源处，如储煤场、排矸场、噪声存在的区域，要保持一定的距离；要面向居住区或主干道，对内外联系方便；要与人流路线相结合，主要人流是上下井 ；要考虑人流顺畅，避免人、货混流，污染环境和给行人带来不便， 矿区工业广场总平面布置设计 能源与安全工程学院 工业工程专业 03-1 班 张 磊 19 号 4 特别应避免与铁路交叉。 设计的主要内容： 1、 根据工业设施总平面布置原则， 布置 矿井工 业广场总平面图； 2、 进行作业单位物流分析，得出工业广场各单位间物流相关表； 3、 进行作业单位相互关系分析，得出作业单位相互关系表； 4、 绘制作业单位位置相关图 ； 5、 列出影响布置的修正因素与实际限制条件； 6、 提出三个布置方案，画出三布置方案图及文字说明； 7、 布置方案的评价。从安全生产、物流效率、工艺流程要求、生产变化的适应性、环境条件等方面列出若干因素，进行各方案进行综合评价比较，得出最佳方案。 第二部分 设计过程 在任务书中，已给出了作业单位及功能区域，各作业单位的物流量可以定量给出，并可进行物流分析。一般来说，厂区布置 的优劣不仅直接影响着整个生产系统的运转，而且通过对相应物流搬运成本的影响，成为决定产品生产成本高低的关键因素，而为此，在实现工厂布置之前必须就生产系统各作业单位之间的物流状态做出深入的分析。 2、 1 物流分析 2、 1、 1 相关物料物流分析 由给定条件知该煤矿工业广场所设计物料流主要包括以下四个部分：（ 1）煤炭（ 2）矸石（ 3）材料设备（ 4） 材料。依次分析如下： （ 1） 煤炭： 从给定条件得通过主井提升至地面的煤炭量为： 120（ 1-12%） =105.6 万 t 这些煤炭经皮带走廊运送到选矸楼，选出一定（约 0.05%）量的矸石后继续外运，此时所剩煤炭量为： 105.6-120 0.05%=105.54 万 t 接着煤炭一部分按装车需要运往装车仓 ， 另一部分运往储煤场储备， (假定运往两地的煤炭量之比为 1:5)， 则 运至储煤场的煤炭量为 ： 105.5461=17.59 万 t 运至装车仓的煤炭量为： 105.5465=87.95 万 t 两地的煤最终全部经装车站上的机车装车外运，从而完成煤的整个流动过程。 （ 2） 矸石： 从给定条件得通过副井提升的矸石 量为： 120 12% 10=144 万 t 另外，从选矸楼选出的矸石量为： 120 0.05%=0.06 万 t 矿区工业广场总平面布置设计 能源与安全工程学院 工业工程专业 03-1 班 张 磊 19 号 5 两处的矸石均由矿车排往矸石堆放场。 （ 3）材料设备： 由给定条件，机修厂年往返运送材料设备 3 万 t，流动为由机修厂到副井，再由副井返至机修厂。 （ 4）材料： 根据给定条件，坑木场年返回运送材料 4 万 t，流动为由坑木场到副井，再由副井返至坑木场。 所涉及 到的矿区物流相关单位有： 3、皮带走廊 ； 4、选矸楼 ； 5、主井提升机房 ； 6、副井提升机房 ； 7、机修厂 ； 8、坑木场 ； 11、矸石堆放场 ； 13、储煤场 ； 14、装车站 ； 15、装车仓 2、 1、 2 工艺流程 根据上述相关物料物流的分析，可以用流程图来进行描述，从而看出相应的物流相关单位的关系。如下： 符号 行动类别 主要结果 操作 生产完成 运输 移动 检验 鉴定 停滞 干扰 储存 保存 表 2 1 物料形态表示符号 17.59 17.59 矸石 煤 105.6 105.6 105.6 矸石 0.06 144 144 87.95 87.95 105.54 5 3 4 14 6 13 15 11 144.06 矿区工业广场总平面布置设计 能源与安全工程学院 工业工程专业 03-1 班 张 磊 19 号 6 2、 1、 3 从至表 由前述分析可得到相应的物流从至表，如表 2-2 所示 。 2、 1、 4 物流分析与物流相关表 1、物流 强度等级 由于直接分析大两物流数据比较困难，而且也无必要，可以将物流强度转化成五个等级，分别用符号 A、 E、 I、 O、 U 表示，其物流强度逐渐减小，对应着超高物流强度，特高物流强度，较大物流强度，一般物流强度和可忽略搬运五种物流状况。作业单位对或成为物流路线的物流强度等级，应按照物流路线比例或承担的物流两比例来确定。参考表 2-3 来划分。 物流强度等级 符号 物流路线比例 （ ） 承担物流量比例 （ ） 超强物流强度 A 10 40 较高物流强度 E 20 30 较大物流强度 I 30 20 一般物流强度 O 40 10 可忽略搬运 U 表 2 3 物流强度等级划分表 根据从至表中的数据，可以统计存在物料搬运的各作业单位对之间的物流量，得出物流强度汇总表，如表 2-4 所示。 序号 作业单位对（路线） 物流强度 1 3-4 105.6 2 4-11 0.06 3 4-13 17.59 4 4-15 87.95 5 5-3 105.6 6 6-7 30 7 6-8 40 8 6-11 144 9 13-14 17.59 10 15-14 87.95 表 2 4 物流强度汇总表 8 6 材料 4 2 2 7 6 材料设备 3 1.5 1.5 矿区工业广场总平面布置设计 能源与安全工程学院 工业工程专业 03-1 班 张 磊 19 号 7 然后 将表 2-4 中个作业单位对按物流强度大小排序，绘制成表 2-5 所示的物流强度分析表，进行物流分析，划分出物流强度等级。 序号 作业单位对（路线） 物流强度 物流强度等级 1 6 11 144 A 2 3 4 105.6 A 3 5 3 105.6 A 5 15 14 87.95 E 4 4 15 87.95 E 8 6 8 40 I 9 6 7 30 I 6 4 13 17.59 O 7 13 14 17.59 O 10 4 11 0.06 U 表 2 5 物流强度分析 表 在表 2-4 和 2-5 中未出现的作业单位不存在固定的物流，可将其物流强度等级定位 U 级。 2物流相关表 为了能够简单明了地表示所有作业单位之间物流地相互作用，可依照从至表构造原始物流相关表，如表 2-6 所示。将表 2-6 经过变形后，可得到 SLP 的物流相关表，如表 2-7 所示。 2、 2 作业单位相互关系分析 当物流状况对工厂有重大影响时，物流分析时工厂布置的重要依据，但是也不能忽视非物流因素的影响，应当考虑其它因素对各单位间相互关系的影响。 2、 2、 1 作业单位相互关系的决定因素及相互关系等级的划分 在此设计中， 可参照一些典型因素，从而给出如表 2-8 所示的作业间相互关系等级。 符号 含义 比例 （ ） A 绝对重要 2 5 E 特别重要 3 11 I 重 要 515 O 一般密切程度 10 25 U 不重要 45 80 X 负的密切程度 酌情而定 表 2 8 作业单位相互关系等级 2、 2、 2 作业单位相互关系表 根据此矿区工业广场，选择如表 2 9 所示作业单位相互关系影响的因素，在此基础上建立如表 2-10 所示非物流的各作业单位相互关系表。 矿区工业广场总平面布置设计 能源与安全工程学院 工业工程专业 03-1 班 张 磊 19 号 8 编码 理由 1 工艺流程的连续性 2 物料搬 运 3 生产服务 4 安全及污染 5 辅助动力源 6 管理方便 7 人流顺畅方便 8 共用场地设施 表 2 9 作业单位相互关系密切理由 2、 2、 3 作业单位综合相互关系表 在此设计中，各作业单位之间既有物流联系也有非物流的联系，两作业单位之间的相互关系应包括物流关系与非物流关系， 就 如前 2、 1 中和 2、 2、 2 中的相关分析，而最终在 SLP 中，要将作业单位之间物流的相互关系与非物流的相互关系进行合并，求此合成的相互关系 综合相互关系，如下： 1、 由 2、 1 物流分析求的作业单位物流相关表； 2、 由 2、 2、 2 相关分 析求得作业单位相互关系表； 3、 确定 物流与非物流的相互关系的相对重要性； 由于在矿业生产中，煤的物流量相对的比较大，再根据权衡物流与非物流相互关系的相对重要性，取 m： n = 2： 1 。 m ： n 为加权值。 4、 量化物流强度等级和非物流的密切程度等级 ,可取 A=4.E 3.I 2.O 1.U 0.X . 1； 5、 计算量化的作业单位综合相互关系，如表 2-11 所示； 6、 综合相互关系等级划分，如下表 2-12 所示 关系密级 符号 作业单位比例（） 绝对必要靠近 A 1 3 特别重要靠近 E 2 5 重要 I 3 8 一般 O 5 15 不重要 U 20 85 不希望靠近 X 0 10 表 2 12 综合相互关系等级与划分比例 7、 按照表 2 13 统计出各段分数段作业单位对的比例参考表 2 12 划分综合关系密级。 总分 关系密级 作业单位对数 百分比 (%) 8 12 A 4 1.9 4 7 E 11 5.2 3 I 13 6.2 1 2 O 30 14.3 0 U 12.9 61.4 1 X 23 11.0 总 计 210 100 表 2 13 综合相互关系密级等级划分 8、 调整后建立作业单位综合相互关系表，如表 2 14 所示。 矿区工业广场总平面布置设计 能源与安全工程学院 工业工程专业 03-1 班 张 磊 19 号 9 2、 3 工业广场总平面布置 工业广场总平面就是对生产区、辅助生产区、储运区与场前区的建筑 物 、道路和场地等，按照相互关系的密切程度做出合理的布局。 2、 3、 1 作业单位位置相关图 在此系统图的 SLP 中，总平面布置并不直接考虑各作业单位的占地面积和几何形状，而是从各单位见的相互关系密切程度出发，安排各作业单位之间的相对位置，关系密切级高的作业单位之间的距离近，关系密切度低的作业单位之间的距离远，由此形成作业单位位置相关图。 说明： 在作业单位相关图中，采用符 号表示单位，用如表 2 15 所示的符号来表示作业单位的工作性质与功能。作业单位之间的相互关系用相互之间的连线类型来表示，如表 2 16 所示。 工艺过程 图表符号 作用 说明作业单位 区域的扩充符号 操作 成型或处理加工 运输 与运输有关的作业单位 /运输 储存 储存作业单位 /区域 停滞 停放或暂存区域 检验 检验、测试、 检查区域 服务及辅助作业 单位 /区域 办公室或规划面积、建筑特征 表 2 15 作业单位工作性质符号 符 号 系 数 值 线 条 数 密切程度等级 A 4 绝对重要 E 3 特别重要 I 2 重 要 O 1 一 般 U 0 不 重 要 X -1 不 希 望 表 2 16 关系密级表示方式 矿区工业广场总平面布置设计 能源与安全工程学院 工业工程专业 03-1 班 张 磊 19 号 10 具体绘制作业位置的相关图的步骤如下 ： （ 1） 从作业的综合相互关系出发 ， 求出各作业单位的综合接近程度 ， 并按其高低将作业单位按单位排序 ， 如表 2 17 所示。 所谓作业的单位综合接近程度，等于该作业单位与其它所有作业单位量化后的关系密切的总 和。综合接近程度分类分数越高，说明该作业单位越应该靠近布置图的中心，分数越低，说明该作业单位越应该处于布置图的边缘。 （ 2） 按图幅大小，选择单位距离的长度，并规定，关系密切级为 A 级的作业单位对之间的距离为一个单位距离的长度， E 级为两个单位距离长度，以此类推。 （ 3） 从作业单位综合相互关系表中（表 2 14），取出关系密切为 A 级的作业单位对，并将所涉及到的作业单位按综合接近程度分数高低排序（参照表2 17），得到作业单位序列 A1k、 A2k、 、 Akn、 。 （ 4） 将综合接近程度分数最高的作业单位 A1k布置在图的中心位置。 （ 5） 按 A2k、 A3k、顺序领奖把这些作业单位布置到图中 。 （ 6） 按 E、 I、 D、 U 四个关系密级顺序， 对 A 作同样处理 。 （ 7） 最后重点调整 X 级作业单位对的相互位置，得出最终的作业单位位置相关图，如图 2 1。 2、 3、 2 作业单位面积相关图 将各作业单位的占地面积与空间几何开 关结合到作业单位位置相关图上，就得到了作业单位面积相关图。 1、 作业单位占地面积 （ 1） 储煤场的面积计算 在公式 F0=Q/K h r 中， 式中： F0为储煤场堆存面积， m2 ； Q 按矿井 5 天设计产量计算 Q=3001200000 5=2 万 t 取 h=8m k=0.45 则 r=1.1t/m3 得 F0=Q/K h r=20000/0.45 8 1.1 5051 m2 F=(1.31.5) F0=1.3 F0=1.3 5051=6566 m2 (取系数为 1.3) （ 2）生产区面积约为 30000 m2 ，辅助生产区约 65000 m2 ，储运区面积约为15000 m2 ，场前区面积约为 40000 m2 2、 绘制面积相关图 矿区工业广场总平面布置设计 能源与安全工程学院 工业工程专业 03-1 班 张 磊 19 号 11 (1) 选择适当的绘图比例 (2) 将作业单位位置相关图放大到坐标纸上，各作业单位符号之间应留出尽可能大换空间，以便安排作业单位建筑物。一般只需绘出重要的关系，如 A、 E 及 X 级连线 (3) 按综合接近程度分数大小顺序，由大到小依次把各作业单位布置到图上。以作业单位符号为中心，外围矩形表示作业单位建筑物外形 (4) 反复调整和重绘，得到作业单位面积相关图。如图 2 2 所示： 2、 3、 3 作业单位面积相关图的调整 作业单位面积相关图是直接从位置相关图转化而来的，只能代表一个理论上的，理想的布置方案。必须通过高速修正后才能得到可靠的布置方案。除了要考虑基本要素，还要考虑其它因素对布置方案的影响，这些因素可以分为修正因素与实际条件限制因素。 1、 修正因素 （ 1） 物料搬运方法 物料搬运方法对布置方案的影响主要包括搬运设备种类特点，搬运系统基本模式遍及运输单元 煤矿工业广场主要物料有：煤炭、矸石、材料设备、材料，其中煤通过皮带走廊来运输，矸石由矿车来运输；材料及材料设备均采用架线式电动车 往返运输。 （ 2）建筑特征 作业单位的建筑物，应采用定型设计，即应保证建筑物的整齐规范与公用管线的条理性 （ 3） 气候和地理环境 气候对布置方案也有很大的影响，如年降水量，降水季节等，同时还有温度，湿度的影响 如年降水量大，则应考虑排水设施和降水对各部门的影响 地理环境方面，矿区周围的山峰，河流、湖泊等都对布置有一定的影响 （ 4）道路 厂区内的道路不但承担着物料运输的任务，还起着分隔作业单位，防火，防振等作用。厂区道路布置应在满足如下基本要求： 道路布置应适应工艺流程需要，满足物料搬运要求，力求短捷，安全 ，联系方便 道路系统应适应专用管线，绿化等要求 满足生产，安全，卫生，防火及其它特殊要求 避免货运线路与人流线路交叉，避免公路与铁路交叉 厂内道路系统一般应采用下次和环形布置，交叉路口和转弯处的视距不小于 30m 另外，厂内道路与建筑物之间要留有一定距离，代绿化，排水沟渠及公用管线使用。 （ 5）安全 在场址布置中要充分考虑到工作人员的安全，尤其是矿业类布置，同时应保证物力，财力的安全，实现安全生产。 （ 6）生产自救要减小振动与噪声对生产工作质量及人身健康的危害，一般采取减振降噪措施使人员密集区远离振 源的方法 另外，矿区布置中煤，矿石对工作环境的污染很大，应考虑全年成千风向，避免 矿区工业广场总平面布置设计 能源与安全工程学院 工业工程专业 03-1 班 张 磊 19 号 12 人员密集区受到空气污染 （ 7）信息联系的便利 为了便于与外界联系和组织内部之间信息传递，常把所有职能管理部门包括部分生产服务部门集中布置 此外，还应考虑到可持续发展和绿色开采的需要，为未来的生产做好充足的准备。 2、 实际条件的限制 上面的修正因素是实际设计中应考虑的因素，而在布置中还有一些条件限制，如技术限制，场址机种限制，经济条件限制，成本费用限制，以及有关政府法规等限制 （ 1） 矿井工业广场用地面积 120000 m2 ,生产区面积为 30000 m2 ，辅助生产区面积为 65000 m2 ，储运区面积为 15000 m2 ， 场 前区面积为 15000 m2 （ 2） 矿井所在地，春夏盛行东南亚风，秋冬盛行西北风 （ 3） 生产区一般布置在场区的中央稍偏一侧，要求尽可能减少物流转载环节。有利于全局布置，应与储运区协调一致，有种于煤炭外运。工 艺 流程有密切联系的 生产环节或设施就尽可能靠近，缩短运输距离 （ 4） 辅助生产区应邻近主要生产区，一般布置在声区的一侧或生产区两侧，对内外运输方便的地段；与副井紧密联系的设施，宜尽可能靠近副井， 使 运输路线短捷方便；动力设施应靠近负荷中心；易燃及危险品仓库应布置在场地边缘地带；应 避免 冷却循环系统所扩散的水雾对周围建筑，构筑物和其它设施的影响；噪声大等设施应远离场前区 （ 5） 储运区一般位于场地一侧，应与生产区协调一致，街接顺畅，靠近铁路线，并应在场区最小风频的上风侧，以最大限度地减少煤炭的储运和装车对工业场地的污染；应有一定的场地，满足产品储存 和站场布置的需要；储煤场宜尽量布置在铁路装车站线的外侧，以减少对场一侧的污染 （ 6） 场前区应位于场区年最大风频上风侧，并尽可能避免布置在靠污染源处，如储煤场，排矸石，噪声存在的区域，要保持一定的距离；要面向居住区主干道，对内外联系方便；要与人流路线相结合，主要人流是上下井；要考虑人流顺畅，避免人、货混杂，污染环境和给行人带来不便，特别应避免与铁路交叉 （ 7） 储煤场占占地面积为： 综上所述，我们应该根据上述因素和条件限制，对作业单位面积相关图进行修正和调整，得到更为理想的方案。 2、 3、 4 布置方案