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【 abstract 】 at present, our country high iron construction rapid development, as a kind of high speed, and convenient transportation way, high iron shorten the distance between the city space and time, drive the region along the industry, economic development, and changed the urban spatial structure. High TieZhan surrounding areas of the city development has become a very vigorous area, high iron age of strategic cooperation between the cities seem to be increasingly urgent and important, but the center city how to use high iron construction with the opportunities? This paper will be through the new city planning and city wuyi mountain site design as an example, correlation analysis, the paper the center city district planning design of high TieZhan ideas and methods.
【 keywords 】 center city; High TieZhan areas; Planning and design; WuYiShanShi;
中图分类号:S611文献标识码:A 文章编号:
1 引言
“高铁对不同规模的城市影响不一样,对特大城市带来的正面影响可能比较显著,但没有证据表明对小城市的影响同样正面。”中国科学院院士、香港大学教授叶嘉安认为,高铁对中心城市的提升作用明显,但到中心城市周边的小城市反而未必能有预期的发展。
非中心城市应该如何利用高铁建设带来的机遇,承接产业转移、吸引和留住资源,扬长避短,向前发展呢?下面将通过武夷山北城新区策划及城市设计为例,阐述非中心城市高铁站地区规划设计的方法。
2武夷山北城新区策划及城市设计方案鉴析
2.1项目概况
武夷山市位于福建省西北部,南平市的北端,东连浦城县,南接建阳市,西临光泽县,北与江西省铅山县毗邻。
京福高铁在武夷山市北城新区设置了武夷山北站。京福高铁开通后,北京至武夷山距离缩短为约7小时,福州至武夷山约为1个多小时,将极大提高武夷山的对外交通可达性。
项目基地位于武夷山城区东北侧,武夷北站的建设使这里将成为进入武夷山主城区的北部门户。
规划范围共分为两个层次,规划区范围总面积约4平方公里;中心区范围,总用地面积约为1.8平方公里。规划范围现状尚未进行大规模的开发建设,建设条件好。
2.2 规划思路
高铁开通是一把双刃剑,既能发挥“吸管效应”,集聚人才和资源,又会产生“极化作用”,将经济要素向大城市抽离。
在高铁通车初期,因为空间成本降低,将使得核心城市形成一个超级都市区,如人口超过千万的伦敦、东京等,进一步产生区块效应,吸引周边的人口资源要素等,受到“极化作用”的影响,相对缺乏地方特色的站区、非中心城市地区由于公共服务设施与基础设施基础较薄弱,高铁的经过甚至有可能加速人口与产业的外流,资源可能会被其它地方吸走,出现 “吸管效应”。
但是法国高速铁路沿途的许多小城镇却因TGV的建成而欣欣向荣。旺多姆在高速铁路建成之前只是法国众多小城镇中的一员,小城风景幽雅、环境怡人,既古朴又现代。河流串城而过,绿树成荫,教堂高耸,城墙残垣,民风典雅,被誉为法国的花园城市。高速铁路建好后,各地区的游客蜂拥而至,一些人更选择在当地置业,一些大公司也逐渐把目光转向这一地区:服务业投资增加,配套设施也逐渐完善。高速铁路通车3年之后,镇内的房屋价格提高了35%,房地产交易率增加了22%。众多的中小企业分布于旺多姆区,昔日的小城镇已经借助高速铁路的力量蜕变成一个完全崭新的社会,成为了巴黎的后花园。
因此,非中心城市高铁站地区发展的关键在于发挥区位和特色资源优势,建议以“求特不求全”的地区开发建设思路作为指导,深度挖掘地方特色产业,结合城市自身优势,真正利用高铁建设带来的机遇,扬长避短,才能使城市在高铁沿线城市的竞争中占有一席之地。
2.3 发展分析
上层次规划提出武夷山将重点提升旅游服务职能,完善旅游配套服务设施,构建闽西自然、人文旅游格局,带动区域旅游产业发展,建设成为以“世界自然与文化遗产”为特征的生态型现代化的国际旅游城市,省级历史文化名城。
(1)武夷山市的发展评价——构建国际旅游城市存在不足
武夷山的旅游产业虽然态势良好,但是城区整体面貌老化,城市建设特色不足,与世界双遗产和国际旅游城市的定位不相匹配。
坐拥武夷山风景区的景观资源,但城区的旅游服务基础设施薄弱,现有的城市功能与重量级的风景旅游区功能严重脱节,城市缺乏高水准的旅游服务接待中心和金融、高档次的商务酒店、大型购物、会议展示、特色餐饮、文娱设施、旅游地产等,本土文化和地方特色不明显,缺乏国际化视野。
(2)北城新区——武夷山构建国际旅游城市的突破口
构建国际旅游城市,武夷山任重而道远,迫切需要寻找突破口来实现质的跨越。武夷山市现在的主要建设用地集中在老城区、火车站、机场,沿崇阳溪带状分布的格局。目前老城区发展基本饱和,火车站和机场周边建设动力不足,规划的杜坝组团和黄金垄组团尚未进入实质性进展。京福高铁的武夷山北站的建设掀起了北城新区这片尚未被染指的热土,使武夷山市找到了新一轮的发展动力来源,促使武夷山市摆脱现有的发展困境。凭借这一良好的发展机遇以及北城新区自身良好的景观资源环境和尚未开发的优势条件,武夷山市将以此为起点,进行高起点、高标准规划建设,将其作为实现城市质的飞跃的突破口,产生多米诺骨牌效应,进而往南发展,开创建设国际旅游城市新篇章。
2.4 规划策略
关键词:高速铁路;高铁站;高铁站周边地区;规划;定位;用地功能;
Abstract: The high-speed rail construction is in the initial stage in China at present, and the planning research and design in the high-speed rail station area has also aroused people's universal interest. This article from the change of the high-speed rail station area planning positioning and function layout, it discusses the high-speed rail influence on the urban and rural planning and the actual construction, summarizes the common law, to be used in the high-speed rail station area planning practice.
Key words: high speed railway; high-speed rail station; high-speed rail station area; planning; location; land use function
中图分类号:TU7 文献标识码: A文章编号:2095-2104(2012)
引言
高速铁路的发展在国际上已有几十年的历史,比较成功的例子有法国的TGV、日本的新干线、德国的ICE、英国的APT以及意大利的TAV等系统。而随着高铁建设,高铁站周边区域土地的开发和城市更新探索成为城市规划建设历程上新的焦点。
中国在高速铁路领域的发展虽较世界上部分发达国家晚起步,但自21世纪以来发展迅速。高铁站周边片区的规划是在近十年才在国内引起重视,目前,仍处于探索阶段。本文尝试以规划工作中的思考为出发点,从高铁站周边区域的规划定位到功能布局转变,探讨规划和实际建设中的普遍经验跟规律。以期加深我们对高铁客运枢纽站的了解,并应用于高铁站周边地区的规划建设工作实践中。
高铁站周边地区的定位转变
高速铁路具有输送能力大、速度快、安全性好、受气候变化影响小、准点率高、低能耗、对环境影响小等特点。极大的推动了人流、物流、信息流和资金流在高铁的沿线的高速流动,缩短了旅客旅行时间,产生了巨大的社会效益,对沿线地区经济发展起到了推进和均衡作用,促进了沿线枢纽城市经济发展。而高速铁路枢纽站地区的规划定位也由此发展着巨大的转变。
1.1高铁火车站——火车站的华丽转身
根据国际经验,随着现代交通系统的转型与发展,在现代公交体系(地铁、轻轨与BRT等)的支撑下,高速铁路语境下的综合性火车站与普通火车站是有着质的区别的。
传统的火车站地区作为对外交通的“门户”,通常是布置于城市边缘区域,并通过普通的汽车客运系统实现城际客流与城市公共交通的换乘。而在城市新型公交体系逐渐发展成熟的今天,在经济条件较好的城市,高铁站周边同时也是各条地铁、轻轨、BRT线路的枢纽站点的选址区域,并依靠城市级的现代公共交通体系的支撑,快速的把高铁人流输送出去。从而使高铁站周边区域转型升级为综合型的交通枢纽区域。
综合型的交通设施大大缩短了乘客的交通时间,给予人们舒适、快捷的交通体验,同时在站点周围的商业设施又满足了乘客多方位的商业服务需求。因此,综合型交通枢纽区域的土地的商业价值普遍大幅提升,成为城市新的活力中心及经济增长点。
1.2高铁沿线城市的功能定位规律
高铁对不同资源禀赋和经济条件的城市的影响是有区别的,对于超大和特大城市,例如上海、南京、广州、深圳,应突出在金融、物流、商务服务、信息服务、教育培训等行业要素的集聚和向外辐射的核心功能;对于大城市,作为区域性、综合性现代服务业中心,要承担传递超大及特大城市辐射效应的区域性“增压”功能;而中小城市(镇)则要要利用产业垂直分工和产业链的延伸性,承接大都市产业扩散效应带来的发展机遇,形成城市间融合配套、错位分工、优势互补的发展格局。
以上三种类型城市的高铁站周边片区,除了中小城市(镇)上的站点由于城市的经济发展水平及公共交通设施需求等方面的局限外,大部分都在高铁站周围布置现代公共交通站点与其联通,使之成为综合型交通枢纽。
根据对国际及国内案例的分析,综合型交通枢纽所在片区的发展一般是定位为商业中心(如厦门新站、广州新客站、石家庄新客站)或城市副中心(如无锡高铁站、南京南站、济南西客站),甚至是发展为新的城市中心区(如日本东京新宿站地区、日本大阪新站地区、法国)。
高铁站周边地区用地功能的转变
2.1客流结构变化对周边用地功能的影响
普通铁路的客流是以外出务工人员、学生为主,因此,客流量的波动对传统节日的敏感度较高。并且,大多数乘客从始发地到抵达地都不是当天往返。
高铁的出现使跨城市当天来回的商务活动和跨城市通勤成为可能[1]。乘坐高速铁路出行主要以商务和旅行活动为主,同时包括一些短途的通勤出行和少量长途旅行。根据国内高铁实际运营的统计数据,商务客流占到八成左右。
由于商务、旅行、通勤等活动的需求,使得高速铁路与城市高端服务业密切相关,这也影响着高铁站周边片区的用地功能。如果说快速流通的特性是促使商务客流成为高铁主体客流的主要原因,那么这样的客流组成也进一步促使具有区域联系需求的高端服务业尤其是生产业聚集于高铁站周边区域的布局特征。
2.2 火车站周边用地功能安排的思考
传统火车站地区向来就像是城市的“门厅”或“过厅”,由于火车车程过长,乘客疲惫,出于“安全”和“舒适度”等方面的考虑,大部分人员不会在站点周边停留或消费,高人气并没带来高消费,对周边地区的辐射带动能力不强。其周边的用地通常布置汽车客运站、货运站、广场、绿地等交通设施和少量的商业设施,档次普遍不高。
拥有快捷的对外及对内交通的综合交通枢纽(高铁站)将成为高效流动的首要节点,也必将成为聚集现代服务业特别是生产业的首选之地。
高铁里程占世界总里程一半以上
我国200公里及以上高铁里程将超1.8万公里,占世界总里程一半以上。
“四纵”客运专线:
北京―上海(京沪高速铁路);北京―武汉―广州―深圳―香港(京港高速铁路);北京―沈阳―哈尔滨(大连)(京哈客运专线);杭州―宁波―福州―深圳(沿海高速铁路)。
“四横”客运专线:
徐州―郑州―兰州、上海―杭州―南昌―长沙―贵阳―昆明(沪昆高速铁路);青岛―济南―石家庄―太原;上海―南京―武汉―重庆―成都(沪汉蓉高速铁路)。
七大城际客运系统:
环渤海地区:北京-天津,天津-秦皇岛,北京-秦皇岛,天津-保定。
东北地区:大连-哈尔滨(哈大高速铁路)。
环鄱阳湖经济圈地区:南昌-九江,九江-景德镇,南昌―鹰潭。
长株潭地区:长沙-株洲,长沙-湘潭,长沙-岳阳,长沙-常德。
长江三角洲地区:南京-上海,杭州-上海,南京-杭州,杭州-宁波。
珠江三角洲地区:广州-深圳,广州-珠海,广州-佛山,深圳-茂名。
闽南三角洲地区:福州-厦门,龙岩-厦门。
中投顾问认为:中国高速铁路建设进程正在不断加快,目前,武汉及周边城际圈,郑州及周边城际圈,成都及周边城际圈,沈阳及周边城际圈,长沙-株州-湘潭地区,长春-吉林地区,赣江经济区,皖江经济区等经济集中带或经济据点,均将规划修建城际铁路。
除此之外,广州至南宁,成都至兰州,成都至西安,成都至贵阳,太原至西安等等重要省会之间或重大城市之间,将随着经济规模的扩大和客运需求的增加,都将陆续修建时速200公里及以上的高速铁路或高速客运铁路专线。预计到2020年,中国200公里及以上时速的高速铁路建设里程将超过1.8万公里,将占世界高速铁路总里程的一半以上。
北京与省会城市火车8小时内抵达
2008年中国拥有了第一条时速超过300公里的高速铁路―京津城际铁路,2009年中国又拥有了世界上一次建成里程最长、运营速度最高的高速铁路―武广客运专线。
而2010年~2012年,中国将建成以北京为中心的8小时高速铁路交通圈。按照新调整的中长期铁路网规划,到2012年,中国铁路营业里程将由目前的8万公里增加到11万公里,其中高速铁路客运专线建成1.8万公里。
乘高速列车从北京出发,1小时内到达天津、石家庄、唐山、秦皇岛、张家口、承德等城市;2小时到达沈阳、济南、郑州,太原等城市;3小时能到达长春、大连、南京、合肥,呼和浩特等城市;4小时能到达哈尔滨、西安、上海、杭州、武汉等城市。除乌鲁木齐、拉萨等个别城市外,广州、南昌、福州、重庆、成都,由于处在中国东南或西南地区,时间上稍有间隔。其他北京到全国各省会城市都将在8小时以内,将形成跨时代意义的“八小时经济圈”。
中国高速铁路网规划分两期
近中期:五纵七横七连线。
从2010年起至2040年,用30年的时间,将全国主要省市区连接起来,形成国家网络大框架。考虑现实,线路东密西疏;照顾西部,站点东疏西密。所有高铁线路的规划和建设,全部由中央政府集中组织实施,建成后的营运,交中国高铁公司集中管理。本方案除京广和京沪线外,所有线路建设应采用磁浮悬技术方案。
五纵:
①哈沪线:哈尔滨-扶余-长春-四平南-沈阳-营口-大连-烟台-青岛-日照-连云港(海州)-盐城-南通-上海。全线按以上节点只设14个停车站,站点之间直连。
②京沪线:北京-天津-沧州-德州-济南西-济宁-徐州-蚌埠-南京-无锡-上海-浦东机场。按以上节点只设12个停车站,站点之间直连。
③京港线:北京-保定-石家庄-邯郸北-安阳南-郑州-漯河-信阳北-武汉-岳阳-长沙南-衡阳-郴州-韶关-广州-深圳-九龙。全线按以上节点只设17个停车站,站点之间直连。
④集昆线:集宁-大同-朔州-忻州北-太原南-界休-临汾-韩城-西安-佛平-汉中-宁强-广元-绵阳-成都-乐山-冕宁-西昌-攀枝花-昆明。全线按以上节点只设20个停车站,站点之间直连。
⑤西湛线:西安-安康-万源-达州-华莹-重庆-遵义-贵阳-都匀-独山-南丹-河池西-马山北-南宁-钦州-北海-湛江。全线按以上节点只设17个停车站,站点之间直连。
七横:
①沈兰线:沈阳-盘锦-锦州-秦皇岛-唐山-北京-张家口-集宁-呼市-包头-杭锦-乌海-石嘴山-银川-青铜峡-中卫-白银-兰州。全线按以上节点只设20个停车站,站点之间直连。
②青银线:青岛-潍坊-淄博-济南西-武城-衡水-石家庄-阳泉-太原南-吕梁(离石)-绥德-靖边-鄂托克-银川。全线按以上节点只设14个停车站,站点之间直连。
③盐西线:盐城-淮安-宿迁-徐州西-商丘-开封东-郑州-洛阳-三门峡-华阴-西安-宝鸡-天水-定西-兰州-红古-西宁。全线按以上节点只设17个停车站,站点之间直连。
④沪蓉线:上海-南京-合肥-六安-麻城-武汉-潜江-荆州-宜昌-水布垭(或五峰)-恩施-黔江-涪陵西-重庆-遂宁-成都。全线按以上节点只设15个停车站,站点之间直连。该线向东南,可经粟阳-湖州-杭州-绍兴-宁波;向东可沿江北,经扬州、泰州至南通。
⑤沪昆线:上海-嘉兴-杭州-金华-衢州-上饶-鹰潭-南昌南-新余-萍乡-长沙南-娄底-邵阳-洞口北-怀化-玉屏-凯里-都匀-贵阳-安顺-关岭-盘县-曲靖-昆明。全线按以上节点只设24个停车站,站点之间直连。
⑥沪南线:上海-宁波-台州-温州-福鼎-宁德-福州-莆田-泉州-厦门(同安)-漳州南-云宵-汕头-汕尾-惠州-广州-肇庆-云浮-郁南-梧州-桂平东-贵港-南宁。全线按以上节点只设23个停车站,站点之间直连。
⑦杭广线:杭州-金华-遂昌-龙泉-松溪-建瓯-南平-沙县-三明-永安-漳平-龙岩-永定-梅州-广州
八连线:
①津唐线:天津-唐山。
②开河线:开封东-菏泽-东平-济南西-滨州-东营北-河口。
③宁南线:南京-扬州-泰州-南通。
④宁宁线:南京-粟阳-湖州-杭州-绍兴-宁波。
⑤金温线:金华-丽水-温州。
⑥汉福线:武汉-黄石西-武穴(江南)-九江(县)-德安-南昌南-抚州-邵武-南平-福州。
⑦南厦线:南平-三明-大田-厦门(同安)。
⑧衡南线:衡阳-祁东-永州-全州-桂林-柳州-来宾-宾阳-南宁。
远期:八纵
从2040年起至2070年,再用30年的时间、最迟到2100年前全部建成。实现东部加密、西部连通成网(即连通西部主要交通枢纽),连接全国主要交通节点城市和旅游景点,使西部地区主要城市可通达任何沿海省区。国内客运主要依靠高速铁路和高速公路。
①新哈沪线:哈尔滨-长春-沈阳-大连-烟台-青岛-连云港(海州)-上海。该线向东北延伸至抚远中俄边界,仍称哈沪线。
②京沪线:北京-天津-沧州-德州-济南西-济宁-徐州-蚌埠-南京-无锡-上海-浦东机场。
③大京港线:由京港线向北延伸而成。延长线大体走向是:北京-首都机场-承德-赤峰-通辽-白城-齐齐哈尔-嫩江-黑河。
④济茂线:该线大体走向是:济南-菏泽-开封-郑州-平顶山-南阳-襄樊-荆州-武夷山-吉首-怀化-桂林-柳州-贵港-玉林-茂名。
⑤新集昆线:集宁-大同-太原南-韩城-西安-汉中-成都-西昌-昆明,该线向北延伸至二连浩特,向南经个旧到河口。仍称集昆线。
⑥徐三线:大体走向:(徐州)-合肥-安庆-景德镇-鹰潭-赣州-河源-九龙-珠海-阳江-湛江-海口-三亚。
⑦太温线:大体走向:太原-长治-焦作-郑州-周口东-阜阳-合肥-巢湖-铜陵-黄山-千岛湖-金华-温州。
⑧包湛线:即西湛线从西安向北延伸,经延安榆林到包头:西安-安康-万源-达州-华莹-重庆-遵义-贵阳-都匀-独山-南丹-河池西-马山北-南宁-钦州-北海-湛江。北延长线大体走向为:西安-铜川-黄陵-延安-靖边-榆林-鄂尔多斯-包头。
已开通的部分高铁线路概况
2003年10月12日,秦沈客运专线通车,设计时速200公里,预留250公里的提速条件,全长404公里,总投资约150亿。
2008年4月18日,合宁客运专线开通,运行时速200公里,预留250公里提速条件,全长166公里,总投资250亿;8月1日,京津城铁通车,最高时速350公里,全长120公里,投资215亿;12月24日,胶济客运专线全线开通,速度目标值为200公里至250公里,正线长363公里,工程批复概算总额为95.8亿。
2009年4月1日,石太客运专线通车,目标时速为250公里,正线线路全长190公里,总投资130亿;同日,合武铁路客运专线开通,设计时速250公里,全长356公里,总投资168亿;9月28日,甬台温铁路通车,设计时速为200公里,预留时速可提升到250-300千米,设计正线全线282公里,项目总投资概算155.3亿;同日,温福铁路通车,时速目标值200公里,预留250公里提速条件,全长298公里,投资概算174.8亿;12月26日,武广客运专线建成通车,最高时速可到394公里,全长约1069公里,投资总额1166亿。
2010年1月28日,郑西客运专线通车,速度目标值350公里,正线长457公里,概算投资501亿;4月26日,福厦铁路[1]通车,设计速度为250公里,预留300公里,全长273公里,总投资144.2亿;5月1日,成灌高铁通车,时速目标值200公里,线长66公里,估算总投资为69.87亿;7月1日,沪宁城际铁路通车,时速350公里,正线全长300公里,投资估算总额394.5亿;9月20日,昌九城际铁路通车,运行时速为250公里,全长131公里,投资总额约65亿;10月26日,沪杭城际高速铁路通车,设计时速350公里,正线全长160公里,投资440亿;12月30日,长吉城际铁路开通,设计时速250公里,全长108公里,总投资96亿;12月30日,海南东环铁路通车,最高运行时速250公里,全长308公里,投资约200亿。
铁路建设进度发生巨大调整
针对目前外界纷纷猜测的“十二五”期间,我国铁路建设进度将发生巨大调整,高速铁路的建设步伐可能放缓等热点问题,铁道部新闻发言人王勇平回应称,今年铁道部确定投资规模7455亿元,其中基本建设投资规模6000亿元,外界猜测的在建高铁项目都不会停工。
此前,曾有财经媒体援引知情人士的话报道称,铁道部研讨后对于今年的基本建设投资基本达成一致:缩水2000多亿元,即从年初计划基本建设投资7000亿元减少为4000多亿元。
对此,王勇平5月6日回应说,今年铁道部确定投资规模7455亿元,其中,基本建设投资规模6000亿元。今年1月4日,在全国铁路工作会议上,前铁道部部长表示,2011年,全国铁路安排基本建设投资7000亿元。基本建设投资为何减少1000亿元?王勇平解释说,6000亿元仍然是一个很大的数字,年初说是7000亿元,现在落实的是6000亿元,主要考虑一些在建项目重新调整了工期,一些原计划要在今年内完成的投资,随之向后顺延。
王勇平解释说:“钱不是不花了,而是在什么时候花。都是在‘十二五’这个整体范围内把它花了,都要完成这些工程的投资。”
王勇平表示,这是一个积极稳妥的计划安排,既体现了铁路建设的连续性,适应了在建项目合理的施工组织和资金需求,保证了铁路建设整体平稳有序,也与我国经济社会发展水平相适应。
此前有媒体称,在“保在建、上必需、重配套”的发展思路下,有些计划内的高铁项目将被停止。王勇平回应说:“‘十二五’期间铁路建设投资和规模都将大幅度超过‘十一五’。外界猜测的在建高铁项目都不会停工。”
王勇平表示,目前铁路建设计划安排积极稳妥,适应了在建项目合理的施工组织和资金需求,保证铁路建设整体平稳有序,在具体项目上将坚持保在建、上必须、重配套的原则。
据介绍,“十二五”期间,我国铁路建设继续加快推进,新线投产总规模达3万公里,安排铁路投资2.8万亿元,全国铁路运营里程将达到12万公里左右,与“十一五”相比,铁路投产新线增长87.5%,完成投资增长41.4%。
[关键词] 企业资源计划; 高级规划与排程系统; 钢铁业
[中图分类号] F273.1 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194(2013)06- 0079- 02
0 引 言
随着经济全球化和信息网络化的进程,信息化已成为现代企业的一个重要标志。进行信息化建设,采用信息技术促进、改造企业的生产、经营、管理,有效采集和处理信息,改变整个管理模式及生产行为,增强企业决策的有效性是企业发展的必由之路。钢铁业是我国国民经济的重要基础产业,推进钢铁企业信息化,是钢铁行业提高竞争力、适应新经济、实现现代化的内在需要,也是钢铁企业适应国际环境、融入全球经济的战略选择。
钢铁行业的信息系统架构被分解成5个层次:设备控制系统,过程控制系统;车间或分厂级制造执行系统(即MES),企业资源计划系统(即ERP),企业间管理系统及决策系统。这五层系统之间相互集成、相互协调,构成了一个完整的企业信息化管理系统。近年来,我国钢铁行业信息化建设取得了很大进展,其中,大部分钢铁厂已完成一、二级系统建设,三、四级系统的建设亦取得了一定的成果。
然而,对于钢铁行业中的生产管理,仅仅实现信息化并不足够,因为生产中直轧部分所占比例有限,甚至会由此增加产品库存。因此,需要以信息化为基础,采用运筹学和人工智能技术等手段,对企业内部的资源配置、物流组织和生产计划进行整体规划,实现生产、库存、市场响应的整体优化。对钢铁企业而言,生产计划系统功能集成中遇到的最大难题便是如何面向多品种小批量的大量订货合同而组织生产。虽然国内大型钢铁公司陆续引入ERP系统试图提高企业的生产管理水平,但由于ERP在设计上的先天不足,仅采用ERP 系统已无法满足钢铁企业对生产规划与排程的种种需求。近年来,针对钢铁业高级规划与排程(Advanced Planning and Scheduling)系统的研究开始出现,如施灿涛[1-3]设计了基于.NET的三层客户端/服务器模式钢铁企业生产计划系统,设计了APS优化引擎软件,对订单计划进行建模。
本文对钢铁制造业的高级规划与排程系统进行研究,在总结了钢铁业ERP系统缺陷的基础上,论述钢铁企业导入APS系统的重要性以及它与现有ERP系统的集成,从而实现钢铁企业对生产资源的优化配置,提高客户服务水平及生产管理水平。
1 钢铁企业的ERP系统
ERP是指建立在信息技术基础上,将客户需求和企业内部的经营活动以及供应商的资源融合在一起,以系统化的管理思想,为企业决策层及员工提供决策运行手段的管理平台。ERP的功能模块一般包括生产控制(计划、制造)、物流管理(分销、库存、采购管理)和财务管理(会计核算、财务管理)4大部分。其中,生产控制管理模块是ERP系统的核心所在。
钢铁企业一般涉及多段生产,工序多、设备复杂、企业投资大、资金流动频繁。信息化建设过程中,生产经营活动涉及的内容从财务、人事等传统信息管理领域延伸到生产管理领域。也正是这个原因,国内大型钢铁公司陆续引入了ERP项目,仅在2002年,钢铁行业完工的大型信息化工程就有上海益昌薄板公司营销系统、江阴兴澄特钢信息系统、衡阳钢管公司ERP、湘潭钢铁公司ERP。从软件的角度分析,钢铁公司使用的ERP系统(以上海宝钢公司的ERP系统为例)包括了以下几点:PP(生产计划和管理)、MM(物流的管理)、SD(分销与销售)、FI(财务方面的管理)、QM(质量管理)等基础模块。
然而,钢铁生产是一个多阶段、离散和连续加工方式并存的复杂过程,大部分钢铁生产计划与调度问题都是NP难问题。这种问题具有描述容易、求解困难的特点。再加上ERP生产控制模块在设计上的先天不足,使得ERP系统在钢铁企业的应用效果大打折扣,主要体现在以下几个方面:
(1) ERP中的生产计划管理模块,假设资源(机器、人员、物料)是无限的,因此所制订的生产计划并不考虑资源短缺的情况。在匹配钢铁业多品种、小批量的大量订货合同时,只能通过CRP能力需求计划分析手工调整,计划的可执行性差,不能匹配生产车间现场的资源产能。
(2) 在计划执行过程中,如果生产订单的开工或完工日期没有按照计划完成,则无法根据实际开工或完工日期自动进行滚动计划排程。ERP的生产任务一旦下达,日期只能手工修改。
(3) ERP以计划管理为导向,生产过程中不可避免的插单、设备故障、缺料等意外情况发生时,不能提供类似what-if的情景分析与模拟等事前计划、模拟及比较分析等功能,无法及时对原有计划做出相应的调整。
(4) 在车间执行层面,ERP缺乏行之有效的派工规则安排订单的加工顺序。如,没有生产订单下达规则,哪个订单先下达,按交货期、优先级、生产订单合并与分割等。没有加工顺序规则,当资源不够时, 生产订单和负荷在排队,如何解决排队的顺序。没有优化选择规则,当资源需要动态选择加工时,如何对顺序规则重新选择。没有现场调度资源组成员分配规则,当须选择多个资源、替代资源时,如何最大化资源利用率等等。
(5) ERP生产计划的制订过程,主要是依据市场预测及订单状况,采用定期性的批量式规划并涵盖一定的时程范围(例如一星期、一个月、半年甚至更长),然后再对生产计划进行层层细化,因此不能支持优化算法的多目标计划,如在满货期的前提下,资源负荷利用最大化、库存最小化、成本最小化的优化计划排程。
2 高级规划与排程系统思想
高级规划与排程(Advanced Planning and Scheduling,APS)系统是利用许多先进的规划管理技术,包括限制理论(Theory Constraints, TOC)、运筹学(Operations Research, OR)、遗传算法(Genetic Algorithms, GA)、限制条件满足技术(Constraint Satisfaction Technique, CST)等,在有限资源下,寻求供给与需求之间的平衡规划;同时,利用信息的储存与分析能力,以最短的期限,达到最有效的规划。
APS是为解决ERP能够整合企业的资源,但欠缺排程功能的问题,而且更注重决策支持的能力。可以根据异常状况如缺料、停机、插单、数量调整、工期调整、加班设定等进行生产计划的调整。APS可以让规划制订者快速结合生产相关信息,如订单、派工单、生产工艺、半成品、存货、物料清单等进行生产规划。
目前APS常见的功能如下[4]:
(1) 有限资源约束条件下的效益最大化规划。传统规划方法因未能考虑资源限制及企业的目标而无法达到规划的最大化,APS应用了数学规划、网络规划、仿真方法等先进技术,能够在各种不同的限制条件下,找出一个可行及最大化的规划。
(2) 即时规划能力。APS能够搜集生产过程中的相关数据,并立即进行分析与规划,使得规划人员能够应对许多突发状况,如紧急插单、物料供给延迟等。
(3) 考虑供需平衡的规划。由于APS能同时兼顾需求与供应,使得供需规划能够达到均衡,符合企业运营上的需要。
(4) 提供决策支持功能。企业处于复杂多变的外部环境中,常常需要更多决策支持功能的工具,APS因具备仿真等预测分析工具,有利于规划人员在分析上的应用,从而得到正确的决策。
3 钢铁企业的APS系统
钢铁生产过程包括炼钢-连铸、热轧、冷轧及精整等工序,工序多、流程长。其生产计划的复杂性主要体现在: ① 生产对象众多:包括炉次、浇次、中间包、板坯、轧次等,有些半成品又可以作为产成品出售; ② 工艺路径多样:如相同规格的彩钢生产过程就可以有十几条生产路径可供选择; ③ 生产约束条件多:如热轧批量计划既要满足下游生产路径的需求量,又要满足自身轧制单元的约束条件; ④ 求解困难:求解对象属于大规模组合优化问题,在有限时间内难以获得优化解。
目前国内外领先的钢铁企业越来越将信息化的注意力集中到塑造企业的核心竞争力上来。它们纷纷投资APS系统,以弥补传统产销一体化系统和ERP的不足,对交付业绩、库存水平、交付周期和产出量进行优化和均衡,从而大大提高客户服务水平,降低整体成本,提高企业的盈利能力。
钢铁企业的高级规划与排程系统应该是集成了大量的数学模型、优化算法及仿真技术,考虑企业内外部的资源、能力、工艺等约束,用数学规划与人工智能相结合的智能优化算法来指导企业的计划与排产,重点解决钢铁企业生产管理中的生产计划和生产调度问题。具体应包括以下几部分功能:
(1) 高级计划功能。主要用于企业计划人员了解整体订单的计划情况,尤其是中长期的趋势和预测,当企业接受新订单时,产能如何,准确的交货日期在什么时候,对其他订单的影响怎样,这些问题都可以通过这个模块的运行得到可靠准确的信息,以便帮助企业做出合理的决策。
对于批量比较大的订单,如果企业主要是按照计划(库存)生产的情况下,投入到生产线最经济的生产批量就由这个功能完成。如果是按照订单生产,则需要进行库存匹配、能力匹配和板坯设计。即对给定的客户订单集合如何与现有库存进行合理匹配;对没有库存与之匹配的订单,是否有足够的能力进行生产以及如何将需要生产的订单集合转换为板坯集合。
(2) 优化排程功能。优化排程主要是按照企业的订单情况,按照企业的优化目标来安排生产计划。该部分优化的核心是基于智能优化的算法,这也是APS的难点所在。在不同的情况下,企业的优化目标可能不同,如订单延迟最少、设备使用率最高、生产周期最短、库存最小等都可以成为企业优化调度的目标。这个模块按照基于企业目标的全局优化配置企业的资源,达到目标最优化。
(3) 输出报表功能。钢铁业APS系统的运行结果应能以报表的形式输出。报表包括:
生产指令:提供详细的每个班次、每台设备的生产调度指令;
设备负荷图:可发现瓶颈资源,均衡设备负荷、挖掘产能潜力;
生产异常预警:当发生生产异常时,能够自动输出生产异常报告。
(4) 决策支持功能。APS的决策支持功能是借助于仿真技术,通过what-if模拟分析帮助企业实施生产异常的快速应对、生产流程分析、梳理和优化。APS仿真模型的建立必须能够完整、真实地再现生产流程,包括所有的生产现场的实际情况。比如,各种复杂的特殊的工序连接;冶炼、浇注、拉坯、轧制各工序特点;场地资源的占用;所有物料(包括原料、在制品、辅料)的存储、运输;所有工装、工具;所有关键人力资源等等。必须能够快速简洁地实现重要参数的调整,从而得出不同方案下的运行结果。能够快速应对生产异常:对市场订单突发变化、生产设备异常、人员变化等能够快速响应并做出最佳决策。要能够梳理出关键流程,通过模拟仿真技术为流程优化提供评估工具。
4 结 语
钢铁企业的信息化管理系统应该不断地进化,以适应信息技术的不断进步以及生产环境及外部环境的变化,其驱动的因素便是对企业获利能力的不断追求。制造业管理水平的日趋成熟和商业化软件的不断完善,为信息化管理系统的发展创造了有利的条件。ERP系统需要融入按订单生产、准时制生产、柔性生产等各种先进管理理念,才能给制造业以持续和卓越的竞争力。 因此,从信息化角度来看,由APS取代ERP中的核心计划体系,从而获得快速、高效、灵活应变的生产计划,是钢铁企业管理信息化进一步发展的必然需求。从精益生产的角度来看,我们也需要有更先进的计划方法在客户订单输入时, 能及时计划,同时考虑人力、产能、生产设备与工具产能等进行排程,能够灵活地产生准确的交货计划回应顾客的交期询问、订单查询,从而满足客户需求。
主要参考文献
[1] 施灿涛,李铁克,王昌保,等. 基于APS 的钢铁企业生产计划系统设计及实现[J]. 中国管理信息化,2011,14(16):84-86.
[2] 施灿涛,杨国俊,李铁克. 钢铁企业APS 优化引擎的软件模型研究及应用[J]. 计算机应用研究,2011,28(2):606-608.
1 实验部分
1.1 仪器与试剂
恒温磁力搅拌机(HJ-3型),721分光光度计,智能型六联混凝搅拌机(MY3000-6D型),数字浊度计(WGZ-1型) 。
FeCl3·6H2O,Na2SiO3·9H2O,NaHCO3, CH3COONa,Ferron试剂,硫酸皆为AR级试剂 。
1.2 聚硅氯化铁(PFSi)的制备方法