機械加工車間工藝平面設(shè)計分析

聶蘇銘

（中機國際工程設(shè)計研究院有限責(zé)任公司，湖南 長沙 410000）

作為工業(yè)廠房設(shè)計工作中重要的組成部分，機械加工車間工藝平面設(shè)計是否合理，關(guān)系著企業(yè)車間內(nèi)的生產(chǎn)效率。根據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)表明，在企業(yè)的生產(chǎn)加工過程中，物流成本通常占到總成本的20%到30%左右。而車間工藝平面設(shè)計的科學(xué)性、合理性，關(guān)系著車間內(nèi)物流的流暢性以及車間面積的使用率。因此，研究分析機械加工車間工藝平面設(shè)計具有重要的意義。

1 機械加工車間工藝平面布局概述

1.1 機械加工車間布局原則

針對新建的機械加工車間，在進(jìn)行平面布局過程中，通常是根據(jù)車間的產(chǎn)品工藝特點、相關(guān)加工設(shè)備的實際情況以及車間任務(wù)等資料，并結(jié)合車間的環(huán)境和物流等因素，進(jìn)行科學(xué)合理的平面設(shè)計。因此，在對機械加工車間進(jìn)行布局過程中應(yīng)遵循以下原則。

（1）工藝性原則；要求生產(chǎn)工藝過程合理并連續(xù)，生產(chǎn)各環(huán)節(jié)加工能力相匹配。工藝合理不僅可以避免某些配置的不平衡，減少生產(chǎn)過程中的中斷、等待，還可以簡化加工過程，減少不必要的作業(yè)，消除生產(chǎn)能力的冗余，縮短生產(chǎn)周期，從而充分有效地利用人員、設(shè)備、空間和能源。

（2）經(jīng)濟性原則；必須使系統(tǒng)的配置和布局確保產(chǎn)品綜合成本的最低化和企業(yè)最終效益的最大化。加工系統(tǒng)的購入成本和使用成本將最終反映到產(chǎn)品成本上，要力求設(shè)備投資最低；設(shè)備的布置和使用高效、合理；物流經(jīng)濟、暢通。

（3）縮短物流距離：應(yīng)按照產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝流程對機械加工車間內(nèi)的設(shè)備進(jìn)行布置，確保機械加工所需的原材料，加工過程中產(chǎn)生的半成品以及加工完成的成品都可以在車間內(nèi)或者某個生產(chǎn)單元內(nèi)，按照加工工藝進(jìn)行物流。盡量減少工序間物流路線的倒流，達(dá)到縮短產(chǎn)品加工距離、減少能源消耗的目的，通過縮短產(chǎn)品加工的物流路線，可以有效的提高車間的機械加工生產(chǎn)效率。

（4）確保安全：在機械加工生產(chǎn)過程中，可能會產(chǎn)生一定的廢棄物、工業(yè)廢水、廢氣以及噪音等污染物，都會給生產(chǎn)工人以及周圍的環(huán)境造成破壞。因此必須采取有效的措施對上述污染物進(jìn)行治理，在進(jìn)行機械加工車間工藝平面設(shè)計過程中，應(yīng)提前預(yù)留必要的設(shè)備位置。同時還需要對安全消防通道、設(shè)備的維護檢修通道等進(jìn)行合理設(shè)置，確保機械加工車間的安全性。

（5）適當(dāng)預(yù)留發(fā)展空間：為了滿足企業(yè)的未來發(fā)展，在機械加工車間工藝平面設(shè)計過程中，應(yīng)盡量采取靈活的工藝布置手段，便于將來生產(chǎn)工藝調(diào)整或者企業(yè)發(fā)展時，可以隨時進(jìn)行必要的設(shè)備調(diào)整和布置，滿足企業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃。

1.2 常見機械加工車間工藝平面布局形式

（1）按加工工藝布局：如果機械加工車間所需加工的產(chǎn)品品種單一或較少，大批量生產(chǎn)，可以對產(chǎn)品的詳細(xì)加工工藝進(jìn)行分解，按加工工序進(jìn)行布置相應(yīng)各工序所需的加工設(shè)備。根據(jù)加工產(chǎn)品的產(chǎn)量或品種多少，在同一個機械車間內(nèi)，可以設(shè)置多套相同的加工設(shè)備或設(shè)置多套不同的加工設(shè)備。原材料、半成品及成品采用吊車、電動平車、叉車或AGV小車運輸，實現(xiàn)原材料、半成品及成品在車間內(nèi)或車間之間的物料周轉(zhuǎn)。

（2）機群式布局：如果機械加工車間所需加工的產(chǎn)品屬于多品種小批量加工時，可以將具有相同生產(chǎn)工藝的機床進(jìn)行集中布置，形成機床群。例如車、鏜、銑、刨、磨、鉆床加工區(qū)等。采用該布局方式，可以滿足多種不同產(chǎn)品的加工需求，有效的提高了加工設(shè)備的負(fù)荷率。但是缺點是生產(chǎn)效率不高，物流路線存在倒流現(xiàn)象，不利于車間內(nèi)物料和成品的物料周轉(zhuǎn)。

（3）單元式布局：如果機械加工車間所需加工的產(chǎn)品，存在種類較多，且工藝相對類似的特點時，可以將不同型號的產(chǎn)品形成產(chǎn)品族，并根據(jù)加工工藝的特點進(jìn)行相關(guān)設(shè)備的布置，形成相對獨立的機械加工單元。加工的零部件在每個機械加工單元內(nèi)完成，物流路線較短，可以實現(xiàn)多品種小批量的零部件的加工和生產(chǎn)，有效的提高了生產(chǎn)效率，但缺點是設(shè)備利用率相對較低，投資大。

2 機械加工車間工藝平面設(shè)計實例分析

某大型發(fā)電設(shè)備廠搬遷項目，其機械加工車間規(guī)模較大，擁有近200臺金屬切削機床。在進(jìn)行機械加工車間平面設(shè)計過程中，必須進(jìn)行全面綜合的進(jìn)行分析對比，確保工藝平面設(shè)計的合理性和科學(xué)性。該廠機械加工車間主要負(fù)責(zé)水輪機、水輪發(fā)電機、電動機、輕軌支座等產(chǎn)品的零部件機械加工任務(wù)。

2.1 確定生產(chǎn)組織形式

根據(jù)機械加工車間的生產(chǎn)綱領(lǐng)分析，水輪機、水輪發(fā)電機屬于單一品種小批量生產(chǎn)性質(zhì)，電動機屬于批量生產(chǎn)性質(zhì)。水輪機、水輪發(fā)電機零部件外形尺寸大且重量較重；電動機零部件外形尺寸小，重量輕，因此，將機械加工車間分為重型機械加工車間和輕型機械加工車間。重型機械加工車間主要負(fù)責(zé)水輪機及水輪機轉(zhuǎn)輪、主軸、葉片、頂蓋、底環(huán)、座環(huán)、大型箱體類零件、發(fā)電機主軸、上、下機架、機座等大型零部件加工；輕型機械加工車間主要負(fù)責(zé)電動機機座、端蓋、轉(zhuǎn)軸、輕軌支座等小型零部件加工。重型機械加工車間大型關(guān)鍵設(shè)備按機群式布置，輕型機械加工車間按工藝流程布置。

2.2 確定設(shè)備類型

重型機械加工車間加工的零部件屬于單一品種小批量生產(chǎn)性質(zhì)，而且零部件重量重，要求的加工精度高，因此，為保證產(chǎn)品零件加工精度，在設(shè)備選型時主要考慮采用數(shù)控加工設(shè)備為主，如重型數(shù)控立式車床、重型數(shù)控臥式車床、數(shù)控龍門鏜銑床等大型數(shù)控設(shè)備。重型數(shù)控立式車床主要用于加工回轉(zhuǎn)類零件；數(shù)控龍門鏜銑床主要用于加工箱形零件及異形零件，并且一次裝夾可以完成鏜孔、銑端面、鉆孔等多道工序，保證了零件的加工精度；重型數(shù)控臥式車床主要用于水輪機及水輪發(fā)電機主軸的加工。輕型機械加工車間主要加工電動機機座、端蓋、轉(zhuǎn)軸、輕軌支座等小型零部件，屬于相同產(chǎn)品大批量生產(chǎn)性質(zhì)，設(shè)備按照工藝流程布置，并且充分利用企業(yè)原有設(shè)備，以節(jié)省投資。

3 機械加工車間工藝平面設(shè)計

新建的機械加工車間由30m、30m、36m、24m、24m、18m六跨聯(lián)合廠房組成，車間總寬度為162m，長度225m，柱距12m，端頭有9m寬的三層輔助間。全車間按產(chǎn)品類型分為重型機械加工車間、輕型機械加工車間。在對該車間進(jìn)行平面布置時主要遵循物流順暢、運輸路線最短的原則，并按下列步驟布置。

3.1 車間區(qū)劃布置

結(jié)合機械加工車間的產(chǎn)品特點，水輪機、水輪發(fā)電機零部件尺寸大，其加工設(shè)備均為重型數(shù)控加工設(shè)備，故將加工水輪機、水輪發(fā)電機零部件的重型機械加工車間布置在30m、30m、36m三跨廠房內(nèi)，而加工電動機及輕軌支座的輕型機械加工車間則布置于24m、24m、18m三跨廠房內(nèi)。

3.2 物流流向

機械加工車間加工的成品將進(jìn)入廠區(qū)道路對面的裝配廠房，因此聯(lián)合廠房內(nèi)各跨加工工藝路線均向裝配車間的物流方向流動，由于水輪機、水輪發(fā)電機零部件重量重，不便于車間內(nèi)過跨運輸，因此，在重型機械加工車間36m端頭采用電動平車將大型零部件運輸?shù)窖b配車間廠房內(nèi)，而機械加工車間其他各跨加工完的成品，通過機械加工車間內(nèi)的過跨電動平車運至36m跨再轉(zhuǎn)運至裝配車間廠房內(nèi)進(jìn)行產(chǎn)品的總裝。生產(chǎn)布局按工藝流程布置，盡量減少物料周轉(zhuǎn)，為提高生產(chǎn)效率，合理考慮物料周轉(zhuǎn)、半成品堆放、工位器具存放區(qū)域。

3.3 其他設(shè)計

（1）機械加工車間新增工藝設(shè)備以先進(jìn)、高效、節(jié)能、性能可靠的數(shù)控機床及加工中心為主，以保證產(chǎn)品質(zhì)量，提高設(shè)備利用率，降低產(chǎn)品單位能耗。

（2）設(shè)備按工藝流程進(jìn)行布置，并設(shè)物流運輸通道及堆放場地，理順物流，縮短搬運距離，減少倒流及曲折，以提高工作人員及生產(chǎn)場地的效率，節(jié)約能源。

（3）工藝設(shè)備選型采用自動化程度較高的設(shè)備，設(shè)備安裝安全裝置，設(shè)備布置滿足安全距離的要求，車間設(shè)置安全通道，物料輸送采用電動平車、起重機、汽車、叉車，減少零部件搬運距離，減輕工人勞動強度等措施，能夠有效防止機械事故的發(fā)生。

（4）機床加工工件時會產(chǎn)生噪聲，對車間內(nèi)所有運轉(zhuǎn)設(shè)備均采用減振基礎(chǔ)進(jìn)行減振，降低噪聲。

（5）起重機上外露的、有可能傷人的活動部件，裝設(shè)防護罩；起重機、叉車等使用必須制訂并嚴(yán)格執(zhí)行詳細(xì)的安全技術(shù)規(guī)程；對起重機械、重要的輔具建立設(shè)備檔案。

（6）為提高生產(chǎn)效率，減輕工人的勞動強度，車間內(nèi)零部件采用起重機、叉車、電動平車運輸。

4 結(jié)語

綜上所述，機械加工車間的工藝平面設(shè)計是企業(yè)自身發(fā)展，提高企業(yè)市場競爭力的重要工作之一。相關(guān)工作者必須在設(shè)計過程中統(tǒng)籌考慮，系統(tǒng)性的深入研究和解決問題，充分利用機械加工車間的空間，達(dá)到提高企業(yè)生產(chǎn)效率目的。