機械加工車間工藝平面設計分析

聶蘇銘

（中機國際工程設計研究院有限責任公司，湖南 長沙 410000）

作為工業廠房設計工作中重要的組成部分，機械加工車間工藝平面設計是否合理，關系著企業車間內的生產效率。根據有關數據表明，在企業的生產加工過程中，物流成本通常占到總成本的20%到30%左右。而車間工藝平面設計的科學性、合理性，關系著車間內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，在進行平面布局過程中，通常是根據車間的產品工藝特點、相關加工設備的實際情況以及車間任務等資料，并結合車間的環境和物流等因素，進行科學合理的平面設計。因此，在對機械加工車間進行布局過程中應遵循以下原則。

（1）工藝性原則；要求生產工藝過程合理并連續，生產各環節加工能力相匹配。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，消除生產能力的冗余，縮短生產周期，從而充分有效地利用人員、設備、空間和能源。

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

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

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

（5）適當預留發展空間：為了滿足企業的未來發展，在機械加工車間工藝平面設計過程中，應盡量采取靈活的工藝布置手段，便于將來生產工藝調整或者企業發展時，可以隨時進行必要的設備調整和布置，滿足企業的長遠發展規劃。

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品品種單一或較少，大批量生產，可以對產品的詳細加工工藝進行分解，按加工工序進行布置相應各工序所需的加工設備。根據加工產品的產量或品種多少，在同一個機械車間內，可以設置多套相同的加工設備或設置多套不同的加工設備。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，實現原材料、半成品及成品在車間內或車間之間的物料周轉。

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

（3）單元式布局：如果機械加工車間所需加工的產品，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品形成產品族，并根據加工工藝的特點進行相關設備的布置，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完成，物流路線較短，可以實現多品種小批量的零部件的加工和生產，有效的提高了生產效率，但缺點是設備利用率相對較低，投資大。

2 機械加工車間工藝平面設計實例分析

某大型發電設備廠搬遷項目，其機械加工車間規模較大，擁有近200臺金屬切削機床。在進行機械加工車間平面設計過程中，必須進行全面綜合的進行分析對比，確保工藝平面設計的合理性和科學性。該廠機械加工車間主要負責水輪機、水輪發電機、電動機、輕軌支座等產品的零部件機械加工任務。

2.1 確定生產組織形式

根據機械加工車間的生產綱領分析，水輪機、水輪發電機屬于單一品種小批量生產性質，電動機屬于批量生產性質。水輪機、水輪發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責水輪機及水輪機轉輪、主軸、葉片、頂蓋、底環、座環、大型箱體類零件、發電機主軸、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責電動機機座、端蓋、轉軸、輕軌支座等小型零部件加工。重型機械加工車間大型關鍵設備按機群式布置，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性質，而且零部件重量重，要求的加工精度高，因此，為保證產品零件加工精度，在設備選型時主要考慮采用數控加工設備為主，如重型數控立式車床、重型數控臥式車床、數控龍門鏜銑床等大型數控設備。重型數控立式車床主要用于加工回轉類零件；數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；重型數控臥式車床主要用于水輪機及水輪發電機主軸的加工。輕型機械加工車間主要加工電動機機座、端蓋、轉軸、輕軌支座等小型零部件，屬于相同產品大批量生產性質，設備按照工藝流程布置，并且充分利用企業原有設備，以節省投資。

3 機械加工車間工藝平面設計

新建的機械加工車間由30m、30m、36m、24m、24m、18m六跨聯合廠房組成，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 車間區劃布置

結合機械加工車間的產品特點，水輪機、水輪發電機零部件尺寸大，其加工設備均為重型數控加工設備，故將加工水輪機、水輪發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，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。

3.2 物流流向

機械加工車間加工的成品將進入廠區道路對面的裝配廠房，因此聯合廠房內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、水輪發電機零部件重量重，不便于車間內過跨運輸，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到裝配車間廠房內，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的過跨電動平車運至36m跨再轉運至裝配車間廠房內進行產品的總裝。生產布局按工藝流程布置，盡量減少物料周轉，為提高生產效率，合理考慮物料周轉、半成品堆放、工位器具存放區域。

3.3 其他設計

（1）機械加工車間新增工藝設備以先進、高效、節能、性能可靠的數控機床及加工中心為主，以保證產品質量，提高設備利用率，降低產品單位能耗。

（2）設備按工藝流程進行布置，并設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場地的效率，節約能源。

（3）工藝設備選型采用自動化程度較高的設備，設備安裝安全裝置，設備布置滿足安全距離的要求，車間設置安全通道，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生。

（4）機床加工工件時會產生噪聲，對車間內所有運轉設備均采用減振基礎進行減振，降低噪聲。

（5）起重機上外露的、有可能傷人的活動部件，裝設防護罩；起重機、叉車等使用必須制訂并嚴格執行詳細的安全技術規程；對起重機械、重要的輔具建立設備檔案。

（6）為提高生產效率，減輕工人的勞動強度，車間內零部件采用起重機、叉車、電動平車運輸。

4 結語

綜上所述，機械加工車間的工藝平面設計是企業自身發展，提高企業市場競爭力的重要工作之一。相關工作者必須在設計過程中統籌考慮，系統性的深入研究和解決問題，充分利用機械加工車間的空間，達到提高企業生產效率目的。