摘要：從工藝分析著手介紹工廠設(shè)計思路和過程，工廠為工業(yè)生產(chǎn)提供了必要生產(chǎn)、管理條件，合理的工廠布置為企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營管理搭建高效有序的平臺，因此工廠設(shè)計應(yīng)圍繞產(chǎn)品生產(chǎn)全過程進(jìn)行生產(chǎn)、管理、設(shè)施進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計。對機(jī)械制造工廠的總圖布局、經(jīng)濟(jì)規(guī)模、設(shè)備的應(yīng)用、建筑設(shè)計、動力供應(yīng)等多方面進(jìn)行研究，采取有效的措施，降低能源消耗。

　　關(guān)鍵詞：機(jī)械制造,工廠設(shè)計,節(jié)能措施

　　1 前言

　　節(jié)約能源是我國的基本國策，建立節(jié)約型社會是我國的戰(zhàn)略目標(biāo)，以較低的能源消耗實現(xiàn)較快的經(jīng)濟(jì)增長。“十一五”規(guī)劃綱要提出，到2011年我國單位能耗要比2005年降低20%，2006年能耗降低4%左右。經(jīng)過十幾年的發(fā)展，我國工程機(jī)械產(chǎn)品無論生產(chǎn)規(guī)模或是產(chǎn)品質(zhì)量都取得快速的發(fā)展和提高，有力地支援了國家基本建設(shè)，制造技術(shù)和水平與國際先進(jìn)水平差距在逐漸縮小，部分產(chǎn)品技術(shù)水平達(dá)到或超過發(fā)達(dá)國家同類產(chǎn)品技術(shù)水平，產(chǎn)品出口量逐年增加，而進(jìn)口量呈逐年下降的趨勢。

　　2 國內(nèi)機(jī)械制造能耗高的主要原因

　　設(shè)備落后，科研投入少我國機(jī)械裝備制造行業(yè)的現(xiàn)狀是：設(shè)備陳舊落后，缺乏核心技術(shù)，落后于世界先進(jìn)水平10年至15年與發(fā)達(dá)國家的主要差距集中表現(xiàn)在科技自主創(chuàng)新能力、高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和核心競爭力滯后，目前我國機(jī)械工業(yè)新產(chǎn)品貢獻(xiàn)率僅為5.9%，僅為工業(yè)發(fā)達(dá)國家的十分之一。從全世界看，世界制造業(yè)的主要國家還是美國、日本、德國等，中國從數(shù)量上看可以排到世界第四位。但應(yīng)該清醒地看到中國制造業(yè)和國際先進(jìn)水平的差距主要表現(xiàn)在：一是勞動生產(chǎn)率較低、能源消耗大、污染比較嚴(yán)重。

　　3 機(jī)械加工車間設(shè)計的節(jié)能降耗措施

　　1)采用適當(dāng)?shù)墓に嚪椒ǎ瑢τ诰�度不高的外形，宜采用冷搓、冷墩、冷軋、滾壓等少無切削加工技術(shù)，對于精度不高的孔，盡量采用切割的加工方法。采用以上措施與采用切削加工比較，一般可節(jié)能50%，節(jié)約材料 20%～50%。

　　2)采用成組工藝技術(shù)及計算機(jī)技術(shù)，以提高設(shè)備利用率，減少設(shè)備的數(shù)量及相應(yīng)的輔助設(shè)施，減少投資;采用適應(yīng)生產(chǎn)的設(shè)備，可避免大設(shè)備加工小零件;較少搬運(yùn)能耗。

　　3)采用先進(jìn)的專機(jī)、組合機(jī)床、自動線等機(jī)械加工設(shè)備。可減少設(shè)備的數(shù)量、輔助設(shè)備和場地面積。提高設(shè)備的利用率，減少能耗，降低工裝系數(shù)，從而減少工裝制造能耗。

　　4)刀具的選用中應(yīng)采用多復(fù)合刀具、強(qiáng)力切削和高速切削，可提高功效，縮短加工時間，從而減少機(jī)床的固定損耗，機(jī)械加工時間可減少1/3，則節(jié)能損失可降低 23%。

　　5)采用不重磨刀具、硬質(zhì)合金等先進(jìn)的切削刀具，與普通刀具相比較，可以減少換刀、機(jī)床停車或啟動次數(shù)，從而減少機(jī)床停車和啟動的能耗。

　　6)切削加工所需的刀具集中生產(chǎn)，集中管理，有利于提高專業(yè)化生產(chǎn)程度，提高生產(chǎn)設(shè)備利用率，減少單位產(chǎn)品的能耗。

　　7)大型零件的機(jī)械加工，由于零件尺寸大、重量重的特點，設(shè)計中應(yīng)將其機(jī)械加工設(shè)備采用集中布局，可以縮短零件的運(yùn)輸路線，減少運(yùn)輸?shù)哪芎摹?/p>

　　8)采用計算機(jī)集成技術(shù)，提高企業(yè)的管理水平，縮短新產(chǎn)品開發(fā)時間。

　　9)采用精車或精銑代替磨削加工，以剃齒代替磨齒的方法，可節(jié)約 20%～30%的能源，節(jié)能顯著。

　　10)盡量采用復(fù)合加工機(jī)床，節(jié)省機(jī)床數(shù)量，降低占地面積，減少零件裝夾次數(shù)，可降低能耗。

　　4 工廠設(shè)計的基本思路

　　4.1 確定生產(chǎn)組織形式

　　工廠設(shè)計前期規(guī)劃階段，就應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品及其生產(chǎn)特點，從工廠總體的角度出發(fā)，對整個生產(chǎn)運(yùn)作設(shè)施進(jìn)行最合理的安排，即確定企業(yè)的生產(chǎn)組織形式。為了使生產(chǎn)系統(tǒng)能夠有效的運(yùn)轉(zhuǎn)，在系統(tǒng)內(nèi)需要有分工，分成若干個生產(chǎn)單位即車間或部門，每個生產(chǎn)單位配置一定的生產(chǎn)力要素，完成特定的某些功能，并占據(jù)一定的空間位置。生產(chǎn)單位包括：基本生產(chǎn)單位，主要生產(chǎn)單位，完成產(chǎn)品的生產(chǎn)任務(wù)，如沖壓車間、涂裝車間、機(jī)加工車間、焊接車間、裝配車間等;輔助生產(chǎn)單位，如輔助車間、動力部門;生產(chǎn)服務(wù)部門，如運(yùn)輸、倉庫、計量部門;生產(chǎn)技術(shù)準(zhǔn)備部門，如技術(shù)中心、研究所等。

　　生產(chǎn)單位的組織形式有多種。在制造業(yè)中通常用兩種生產(chǎn)組織形式，即按工藝專業(yè)化劃分生產(chǎn)單位，和按產(chǎn)品專業(yè)化劃分生產(chǎn)單位。

　　工程機(jī)械產(chǎn)品特點是產(chǎn)品體量大、型號規(guī)格多，但每種規(guī)格型號產(chǎn)品批量相對較少，工廠生產(chǎn)組織一般按工藝專業(yè)化原則劃分生產(chǎn)單位，按生產(chǎn)工藝特征把加工工藝相同或相似的作業(yè)放在一起，組成一個生產(chǎn)單位，如圖 1，生產(chǎn)單位按工藝專業(yè)化布置方式，機(jī)加工車間把車床、磨床和銑床等按照金屬切削工藝改變原材料或半成品的形狀、尺寸、表面精度的機(jī)加工工藝設(shè)備放在一個車間內(nèi)，裝配車間把成品零部件通過分裝、部件組裝及到形成最終產(chǎn)品裝配過程的工序及工藝設(shè)備安排在一個車間內(nèi)。

　　4.2 確定生產(chǎn)設(shè)備及廠房面積

　　產(chǎn)品生產(chǎn)工藝是工廠設(shè)計的重要條件，工廠設(shè)計應(yīng)從工藝分析著手，生產(chǎn)工藝主要包括產(chǎn)品自制件機(jī)加工、部件裝配、總裝裝配、結(jié)構(gòu)件下料、焊接及涂裝等。工藝分析是確定工藝設(shè)備種類、規(guī)格、數(shù)量、布置及廠房面積的基礎(chǔ)。下面以機(jī)加工廠房為例，介紹設(shè)備選擇及廠房面積計算過程。

　　確定設(shè)備種類、規(guī)格、數(shù)量。機(jī)加工設(shè)備主要包括車、銑、刨、磨等幾種機(jī)床，不同種類設(shè)備又有不同的型號及規(guī)格，通過對加工件外形尺寸特征、工序內(nèi)容及機(jī)加工精度等的工藝分析，選用適合的加工設(shè)備。一個零件可能在一臺設(shè)備上加工完成，或在多臺設(shè)備上加工完成，采用的設(shè)備種類、規(guī)格也可能不相同，如變速箱箱體機(jī)加工要經(jīng)銑端面、鏜孔、鉆孔等幾道工序，至少應(yīng)在三種設(shè)備上加工完成。

　　根據(jù)企業(yè)生產(chǎn)組織方式采用合理的設(shè)備布置方式。車間是企業(yè)生產(chǎn)活動的直接承擔(dān)者，擔(dān)負(fù)著產(chǎn)品的加工任務(wù)。車間布置是指車間內(nèi)各組成部分和設(shè)備的布置。生產(chǎn)設(shè)備的布置應(yīng)遵循工藝性、經(jīng)濟(jì)性和安全性原則，通常有兩種形式：工藝專業(yè)化和產(chǎn)品專業(yè)化。

　　(1)生產(chǎn)設(shè)備布置工藝性、經(jīng)濟(jì)性和安全性原則：

　　①盡可能保持生產(chǎn)過程的連續(xù)性，避免生產(chǎn)工藝的交叉或不合理的等待;

　　②工件加工中的運(yùn)送路線要短、要合理;

　　③車間內(nèi)要留出足夠的通道面積，通道要直,保證物流通暢;

　　④充分利用生產(chǎn)用面積，提高單位面積廠房生產(chǎn)率;

　　⑤設(shè)備布置要保證安全間距;

　　⑥對大型機(jī)床設(shè)備需考慮吊車吊鉤能否服務(wù)到位。

　　5 工廠設(shè)計必須具有靈活性，以適應(yīng)產(chǎn)品或工藝調(diào)整更新的需要

　　由于科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，新加工設(shè)備和生產(chǎn)組織管理技術(shù)的不斷出現(xiàn)，不僅使產(chǎn)品的合格率、壽命和可靠性都有了極大的提高，而且使產(chǎn)品的更新?lián)Q代的速度大大加快。以設(shè)備更新為例，國外一般五年左右就要進(jìn)行一次。而在我國，盡管一般設(shè)備的役齡較長，但是隨著政府和企業(yè)的努力，其更新速度也在加快，這就要求工廠建設(shè)具有相同的速度來適應(yīng)各方面的變化。因此，我們必須使工廠設(shè)計具有一定的靈活性，以滿足這些變化的需要

　　1)要提高工廠設(shè)計的靈活性，使工廠以最少的技術(shù)改造工作量來達(dá)到使生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)品更新?lián)Q代的要求，最重要的是要做好對產(chǎn)品發(fā)展的中、長期進(jìn)行科學(xué)預(yù)測。根據(jù)這種預(yù)測所做的工廠設(shè)計就能兼顧近期和長遠(yuǎn)的工作需要，使工廠的廠房及設(shè)施的設(shè)計易于適應(yīng)產(chǎn)品發(fā)展的需要。

　　2)廠房內(nèi)部，除對防塵或恒溫要求高的部分采用要求的隔斷或隔墻，廠房圍護(hù)系統(tǒng)應(yīng)采用輕質(zhì)材料進(jìn)行靈活隔斷，如雙層輕質(zhì)壓型鋼板中間填充保溫巖棉，外型美觀，保溫性能不弱于同厚磚墻，對于車間內(nèi)的辦公室或調(diào)度室也應(yīng)采用輕質(zhì)隔聲墻板進(jìn)行按需組合，安排在生產(chǎn)過程的最佳位置既方便管理，對生產(chǎn)又不構(gòu)成影響，同時也可以隨著生產(chǎn)組織的調(diào)整進(jìn)行調(diào)整。甚至，車間接跨時能便于打通，以提高車間重新調(diào)整布置的靈活性。

　　3)公用管線要易于改造。工廠生產(chǎn)離不開水、電、壓縮空氣、蒸汽等生產(chǎn)能源，工廠改造由于工藝的調(diào)整，就需要能源的重新布置。因此工廠設(shè)計時各種能源輸送管線的分布除能滿足現(xiàn)有的生產(chǎn)需要外，還應(yīng)考慮管線管徑或截面一定的余量，車間內(nèi)管線末端預(yù)留或便于新增分支接頭或接口安裝，一旦需要，在不變更干線的情況下快速接通分支管線，以提高廠房工藝布置的靈活性。

　　4) 工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展迅速，工廠建筑材料發(fā)展日新月異，輕鋼結(jié)構(gòu)及壓型鋼板或夾心板等輕質(zhì)圍護(hù)系統(tǒng)大規(guī)模應(yīng)用于工廠建設(shè)。建筑材料的發(fā)展為廠房向大跨度，大柱距，大空間等大型化發(fā)展提供條件。采用大柱網(wǎng)廠房，能最大程度的適應(yīng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)變化、工藝物流方式改進(jìn)頻繁變化的要求。同時，它還兼有節(jié)省占地面積、建筑材料等優(yōu)點，大柱網(wǎng)廠房一般使物流方向趨于合理，能減少物流行程，使生產(chǎn)趨于流水化生產(chǎn)，一般物流費用占生產(chǎn)成本 30%左右，跨內(nèi)物料運(yùn)輸通過車間內(nèi)起重機(jī)完成，僅需一次工作過程，跨間的物料運(yùn)輸需二跨內(nèi)起重機(jī)各一次工作過程，另外還需越跨運(yùn)輸工具，大跨度廠房解決不必要越跨運(yùn)輸問題使物流更合理，合理的物流設(shè)計可節(jié)約生產(chǎn)成本。

　　只有進(jìn)行了可靠的預(yù)測，工廠設(shè)計才能在可靠的基礎(chǔ)上作出各個階段的發(fā)展規(guī)劃，使工廠的近期建設(shè)與長期發(fā)展相協(xié)調(diào)一致。

　　6 結(jié)束語

　　現(xiàn)代工廠的設(shè)計，應(yīng)以生產(chǎn)產(chǎn)品為對象、工藝為龍頭、物流為支柱進(jìn)行綜合的考慮，滿足工廠設(shè)計服務(wù)于生產(chǎn)的目標(biāo)要求，是工廠設(shè)計的基本原則。但是，為了使工廠能夠適應(yīng)當(dāng)今技術(shù)和裝備的迅速發(fā)展，必須加強(qiáng)工廠設(shè)計的“動態(tài)”研究，使工廠具有必要的可變性與靈活性，亦就是要具有相對的應(yīng)變能力，以便于最新的技術(shù)和裝備能夠盡快地投入具體的應(yīng)用。