摘要：從工藝分析著手介紹工廠設計思路和過程，工廠為工業生產提供了必要生產、管理條件，合理的工廠布置為企業生產經營管理搭建高效有序的平臺，因此工廠設計應圍繞產品生產全過程進行生產、管理、設施進行規劃設計。對機械制造工廠的總圖布局、經濟規模、設備的應用、建筑設計、動力供應等多方面進行研究，采取有效的措施，降低能源消耗。

　　關鍵詞：機械制造,工廠設計,節能措施

　　1 前言

　　節約能源是我國的基本國策，建立節約型社會是我國的戰略目標，以較低的能源消耗實現較快的經濟增長。“十一五”規劃綱要提出，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。經過十幾年的發展，我國工程機械產品無論生產規模或是產品質量都取得快速的發展和提高，有力地支援了國家基本建設，制造技術和水平與國際先進水平差距在逐漸縮小，部分產品技術水平達到或超過發達國家同類產品技術水平，產品出口量逐年增加，而進口量呈逐年下降的趨勢。

　　2 國內機械制造能耗高的主要原因

　　設備落后，科研投入少我國機械裝備制造行業的現狀是：設備陳舊落后，缺乏核心技術，落后于世界先進水平10年至15年與發達國家的主要差距集中表現在科技自主創新能力、高新技術產業發展和核心競爭力滯后，目前我國機械工業新產品貢獻率僅為5.9%，僅為工業發達國家的十分之一。從全世界看，世界制造業的主要國家還是美國、日本、德國等，中國從數量上看可以排到世界第四位。但應該清醒地看到中國制造業和國際先進水平的差距主要表現在：一是勞動生產率較低、能源消耗大、污染比較嚴重。

　　3 機械加工車間設計的節能降耗措施

　　1)采用適當的工藝方法，對于精度不高的外形，宜采用冷搓、冷墩、冷軋、滾壓等少無切削加工技術，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，一般可節能50%，節約材料 20%～50%。

　　2)采用成組工藝技術及計算機技術，以提高設備利用率，減少設備的數量及相應的輔助設施，減少投資;采用適應生產的設備，可避免大設備加工小零件;較少搬運能耗。

　　3)采用先進的專機、組合機床、自動線等機械加工設備。可減少設備的數量、輔助設備和場地面積。提高設備的利用率，減少能耗，降低工裝系數，從而減少工裝制造能耗。

　　4)刀具的選用中應采用多復合刀具、強力切削和高速切削，可提高功效，縮短加工時間，從而減少機床的固定損耗，機械加工時間可減少1/3，則節能損失可降低 23%。

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

　　6)切削加工所需的刀具集中生產，集中管理，有利于提高專業化生產程度，提高生產設備利用率，減少單位產品的能耗。

　　7)大型零件的機械加工，由于零件尺寸大、重量重的特點，設計中應將其機械加工設備采用集中布局，可以縮短零件的運輸路線，減少運輸的能耗。

　　8)采用計算機集成技術，提高企業的管理水平，縮短新產品開發時間。

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

　　10)盡量采用復合加工機床，節省機床數量，降低占地面積，減少零件裝夾次數，可降低能耗。

　　4 工廠設計的基本思路

　　4.1 確定生產組織形式

　　工廠設計前期規劃階段，就應根據產品及其生產特點，從工廠總體的角度出發，對整個生產運作設施進行最合理的安排，即確定企業的生產組織形式。為了使生產系統能夠有效的運轉，在系統內需要有分工，分成若干個生產單位即車間或部門，每個生產單位配置一定的生產力要素，完成特定的某些功能，并占據一定的空間位置。生產單位包括：基本生產單位，主要生產單位，完成產品的生產任務，如沖壓車間、涂裝車間、機加工車間、焊接車間、裝配車間等;輔助生產單位，如輔助車間、動力部門;生產服務部門，如運輸、倉庫、計量部門;生產技術準備部門，如技術中心、研究所等。

　　生產單位的組織形式有多種。在制造業中通常用兩種生產組織形式，即按工藝專業化劃分生產單位，和按產品專業化劃分生產單位。

　　工程機械產品特點是產品體量大、型號規格多，但每種規格型號產品批量相對較少，工廠生產組織一般按工藝專業化原則劃分生產單位，按生產工藝特征把加工工藝相同或相似的作業放在一起，組成一個生產單位，如圖 1，生產單位按工藝專業化布置方式，機加工車間把車床、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、表面精度的機加工工藝設備放在一個車間內，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品裝配過程的工序及工藝設備安排在一個車間內。

　　4.2 確定生產設備及廠房面積

　　產品生產工藝是工廠設計的重要條件，工廠設計應從工藝分析著手，生產工藝主要包括產品自制件機加工、部件裝配、總裝裝配、結構件下料、焊接及涂裝等。工藝分析是確定工藝設備種類、規格、數量、布置及廠房面積的基礎。下面以機加工廠房為例，介紹設備選擇及廠房面積計算過程。

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

　　根據企業生產組織方式采用合理的設備布置方式。車間是企業生產活動的直接承擔者，擔負著產品的加工任務。車間布置是指車間內各組成部分和設備的布置。生產設備的布置應遵循工藝性、經濟性和安全性原則，通常有兩種形式：工藝專業化和產品專業化。

　　(1)生產設備布置工藝性、經濟性和安全性原則：

　　①盡可能保持生產過程的連續性，避免生產工藝的交叉或不合理的等待;

　　②工件加工中的運送路線要短、要合理;

　　③車間內要留出足夠的通道面積，通道要直,保證物流通暢;

　　④充分利用生產用面積，提高單位面積廠房生產率;

　　⑤設備布置要保證安全間距;

　　⑥對大型機床設備需考慮吊車吊鉤能否服務到位。

　　5 工廠設計必須具有靈活性，以適應產品或工藝調整更新的需要

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

　　1)要提高工廠設計的靈活性，使工廠以最少的技術改造工作量來達到使生產技術發展和產品更新換代的要求，最重要的是要做好對產品發展的中、長期進行科學預測。根據這種預測所做的工廠設計就能兼顧近期和長遠的工作需要，使工廠的廠房及設施的設計易于適應產品發展的需要。

　　2)廠房內部，除對防塵或恒溫要求高的部分采用要求的隔斷或隔墻，廠房圍護系統應采用輕質材料進行靈活隔斷，如雙層輕質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，對于車間內的辦公室或調度室也應采用輕質隔聲墻板進行按需組合，安排在生產過程的最佳位置既方便管理，對生產又不構成影響，同時也可以隨著生產組織的調整進行調整。甚至，車間接跨時能便于打通，以提高車間重新調整布置的靈活性。

　　3)公用管線要易于改造。工廠生產離不開水、電、壓縮空氣、蒸汽等生產能源，工廠改造由于工藝的調整，就需要能源的重新布置。因此工廠設計時各種能源輸送管線的分布除能滿足現有的生產需要外，還應考慮管線管徑或截面一定的余量，車間內管線末端預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) 工業生產技術發展迅速，工廠建筑材料發展日新月異，輕鋼結構及壓型鋼板或夾心板等輕質圍護系統大規模應用于工廠建設。建筑材料的發展為廠房向大跨度，大柱距，大空間等大型化發展提供條件。采用大柱網廠房，能最大程度的適應產品結構變化、工藝物流方式改進頻繁變化的要求。同時，它還兼有節省占地面積、建筑材料等優點，大柱網廠房一般使物流方向趨于合理，能減少物流行程，使生產趨于流水化生產，一般物流費用占生產成本 30%左右，跨內物料運輸通過車間內起重機完成，僅需一次工作過程，跨間的物料運輸需二跨內起重機各一次工作過程，另外還需越跨運輸工具，大跨度廠房解決不必要越跨運輸問題使物流更合理，合理的物流設計可節約生產成本。

　　只有進行了可靠的預測，工廠設計才能在可靠的基礎上作出各個階段的發展規劃，使工廠的近期建設與長期發展相協調一致。

　　6 結束語

　　現代工廠的設計，應以生產產品為對象、工藝為龍頭、物流為支柱進行綜合的考慮，滿足工廠設計服務于生產的目標要求，是工廠設計的基本原則。但是，為了使工廠能夠適應當今技術和裝備的迅速發展，必須加強工廠設計的“動態”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變能力，以便于最新的技術和裝備能夠盡快地投入具體的應用。