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摘要：对于机械加工车间而言，工艺平面规划设计的合理性可以有效的提高企业的加工生产效率，降低企业的成本支出。简述机械加工车间工艺平面设计的原则，并结合实例分析其具体应用。
关键词：机械加工车间；工艺平面；设计分析
作为工业厂房设计工作中重要的组成部分，机械加工车间工艺平面设计是否合理，关系着企业车间内的生产效率。根据有关数据表明，在企业的生产加工过程中，物流成本通常占到总成本的20%到30%左右。而车间工艺平面设计的科学性、合理性，关系着车间内物流的流畅性以及车间面积的使用率。因此，研究分析机械加工车间工艺平面设计具有重要的意义。
1机械加工车间工艺平面布局概述
1.1机械加工车间布局原则
针对新建的机械加工车间，在进行平面布局过程中，通常是根据车间的产品工艺特点、相关加工设备的实际情况以及车间任务等资料，并结合车间的环境和物流等因素，进行科学合理的平面设计。因此，在对机械加工车间进行布局过程中应遵循以下原则。（1）工艺性原则；要求生产工艺过程合理并连续，生产各环节加工能力相匹配。工艺合理不仅可以避免某些配置的不平衡，减少生产过程中的中断、等待，还可以简化加工过程，减少不必要的作业，消除生产能力的冗余，缩短生产周期，从而充分有效地利用人员、设备、空间和能源。（2）经济性原则；必须使系统的配置和布局确保产品综合成本的最低化和企业最终效益的最大化。加工系统的购入成本和使用成本将最终反映到产品成本上，要力求设备投资最低；设备的布置和使用高效、合理；物流经济、畅通。（3）缩短物流距离：应按照产品的生产工艺流程对机械加工车间内的设备进行布置，确保机械加工所需的原材料，加工过程中产生的半成品以及加工完成的成品都可以在车间内或者某个生产单元内，按照加工工艺进行物流。尽量减少工序间物流路线的倒流，达到缩短产品加工距离、减少能源消耗的目的，通过缩短产品加工的物流路线，可以有效的提高车间的机械加工生产效率。（4）确保安全：在机械加工生产过程中，可能会产生一定的废弃物、工业废水、废气以及噪音等污染物，都会给生产工人以及周围的环境造成破坏。因此必须采取有效的措施对上述污染物进行治理，在进行机械加工车间工艺平面设计过程中，应提前预留必要的设备位置。同时还需要对安全消防通道、设备的维护检修通道等进行合理设置，确保机械加工车间的安全性。（5）适当预留发展空间：为了满足企业的未来发展，在机械加工车间工艺平面设计过程中，应尽量采取灵活的工艺布置手段，便于将来生产工艺调整或者企业发展时，可以随时进行必要的设备调整和布置，满足企业的长远发展规划。
1.2常见机械加工车间工艺平面布局形式
（1）按加工工艺布局：如果机械加工车间所需加工的产品品种单一或较少，大批量生产，可以对产品的详细加工工艺进行分解，按加工工序进行布置相应各工序所需的加工设备。根据加工产品的产量或品种多少，在同一个机械车间内，可以设置多套相同的加工设备或设置多套不同的加工设备。原材料、半成品及成品采用吊车、电动平车、叉车或AGV小车运输，实现原材料、半成品及成品在车间内或车间之间的物料周转。（2）机群式布局：如果机械加工车间所需加工的产品属于多品种小批量加工时，可以将具有相同生产工艺的机床进行集中布置，形成机床群。例如车、镗、铣、刨、磨、钻床加工区等。采用该布局方式，可以满足多种不同产品的加工需求，有效的提高了加工设备的负荷率。但是缺点是生产效率不高，物流路线存在倒流现象，不利于车间内物料和成品的物料周转。（3）单元式布局：如果机械加工车间所需加工的产品，存在种类较多，且工艺相对类似的特点时，可以将不同型号的产品形成产品族，并根据加工工艺的特点进行相关设备的布置，形成相对独立的机械加工单元。加工的零部件在每个机械加工单元内完成，物流路线较短，可以实现多品种小批量的零部件的加工和生产，有效的提高了生产效率，但缺点是设备利用率相对较低，投资大。
2机械加工车间工艺平面设计实例分析
某大型发电设备厂搬迁项目，其机械加工车间规模较大，拥有近200台金属切削机床。在进行机械加工车间平面设计过程中，必须进行全面综合的进行分析对比，确保工艺平面设计的合理性和科学性。该厂机械加工车间主要负责水轮机、水轮发电机、电动机、轻轨支座等产品的零部件机械加工任务。
2.1确定生产组织形式
根据机械加工车间的生产纲领分析，水轮机、水轮发电机属于单一品种小批量生产性质，电动机属于批量生产性质。水轮机、水轮发电机零部件外形尺寸大且重量较重；电动机零部件外形尺寸小，重量轻，因此，将机械加工车间分为重型机械加工车间和轻型机械加工车间。重型机械加工车间主要负责水轮机及水轮机转轮、主轴、叶片、顶盖、底环、座环、大型箱体类零件、发电机主轴、上、下机架、机座等大型零部件加工；轻型机械加工车间主要负责电动机机座、端盖、转轴、轻轨支座等小型零部件加工。重型机械加工车间大型关键设备按机群式布置，轻型机械加工车间按工艺流程布置。
2.2确定设备类型
重型机械加工车间加工的零部件属于单一品种小批量生产性质，而且零部件重量重，要求的加工精度高，因此，为保证产品零件加工精度，在设备选型时主要考虑采用数控加工设备为主，如重型数控立式车床、重型数控卧式车床、数控龙门镗铣床等大型数控设备。重型数控立式车床主要用于加工回转类零件；数控龙门镗铣床主要用于加工箱形零件及异形零件，并且一次装夹可以完成镗孔、铣端面、钻孔等多道工序，保证了零件的加工精度；重型数控卧式车床主要用于水轮机及水轮发电机主轴的加工。轻型机械加工车间主要加工电动机机座、端盖、转轴、轻轨支座等小型零部件，属于相同产品大批量生产性质，设备按照工艺流程布置，并且充分利用企业原有设备，以节省投资。
3机械加工车间工艺平面设计
新建的机械加工车间由30m、30m、36m、24m、24m、18m六跨联合厂房组成，车间总宽度为162m，长度225m，柱距12m，端头有9m宽的三层辅助间。全车间按产品类型分为重型机械加工车间、轻型机械加工车间。在对该车间进行平面布置时主要遵循物流顺畅、运输路线最短的原则，并按下列步骤布置。
3.1车间区划布置
结合机械加工车间的产品特点，水轮机、水轮发电机零部件尺寸大，其加工设备均为重型数控加工设备，故将加工水轮机、水轮发电机零部件的重型机械加工车间布置在30m、30m、36m三跨厂房内，而加工电动机及轻轨支座的轻型机械加工车间则布置于24m、24m、18m三跨厂房内。
3.2物流流向
机械加工车间加工的成品将进入厂区道路对面的装配厂房，因此联合厂房内各跨加工工艺路线均向装配车间的物流方向流动，由于水轮机、水轮发电机零部件重量重，不便于车间内过跨运输，因此，在重型机械加工车间36m端头采用电动平车将大型零部件运输到装配车间厂房内，而机械加工车间其他各跨加工完的成品，通过机械加工车间内的过跨电动平车运至36m跨再转运至装配车间厂房内进行产品的总装。生产布局按工艺流程布置，尽量减少物料周转，为提高生产效率，合理考虑物料周转、半成品堆放、工位器具存放区域。
3.3其他设计
（1）机械加工车间新增工艺设备以先进、高效、节能、性能可靠的数控机床及加工中心为主，以保证产品质量，提高设备利用率，降低产品单位能耗。（2）设备按工艺流程进行布置，并设物流运输通道及堆放场地，理顺物流，缩短搬运距离，减少倒流及曲折，以提高工作人员及生产场地的效率，节约能源。（3）工艺设备选型采用自动化程度较高的设备，设备安装安全装置，设备布置满足安全距离的要求，车间设置安全通道，物料输送采用电动平车、起重机、汽车、叉车，减少零部件搬运距离，减轻工人劳动强度等措施，能够有效防止机械事故的发生。（4）机床加工工件时会产生噪声，对车间内所有运转设备均采用减振基础进行减振，降低噪声。（5）起重机上外露的、有可能伤人的活动部件，装设防护罩；起重机、叉车等使用必须制订并严格执行详细的安全技术规程；对起重机械、重要的辅具建立设备档案。（6）为提高生产效率，减轻工人的劳动强度，车间内零部件采用起重机、叉车、电动平车运输。
4结语
综上所述，机械加工车间的工艺平面设计是企业自身发展，提高企业市场竞争力的重要工作之一。相关工作者必须在设计过程中统筹考虑，系统性的深入研究和解决问题，充分利用机械加工车间的空间，达到提高企业生产效率目的。
参考文献：
[1]桑清宇.机加工车间工艺平面布局设计探讨[J].工业,2016，(9):00036.
[2]李建,李山,闫立杰.零件机械加工工艺的设计原则分析[J].商品与质量,2017，(27).
[3]黄晓恩.机械生产企业工艺平面设计的几点看法[J].中国高新技术企业,2008，(18):84
作者:聂苏铭 单位:中机国际工程设计研究院有限责任公司
