重型數控機床生產系統研究

史康云 丁紅衛 遲晨陽

摘 要：針對目前國內重型數控機床生產制造企業生產系統效率較低，且物流周轉量較大等問題，文章通過分析重型數控機床各生產單元間的物流聯系，同時結合實踐工作經驗，給出一種適合重型數控機床生產系統組織架構的解決方案。

關鍵詞：重型數控機床；生產系統；物流分析；平面布置

中圖分類號：TB491 文獻標識碼：A 文章編號：1006-8937（2015）24-0102-02

重型數控機床生產系統是一種典型的加工——裝配式生產系統，其多品種、單件小批量的生產性質決定了其生產系統必須具有足夠的柔性，才能夠快速響應用戶需求的變化。同時，考慮到重型數控機床是一種集機械、電氣、液壓、氣動、微電子和信息等多項技術為一體的機電一體化產品，其生產制造系統涉及到焊接、機械加工、熱處理、涂裝、裝配等多種復雜工藝流程，其生產系統組織設計的合理、高效與否直接關系到企業的前期投入成本和后期運營成本，對企業的生產和發展起到關鍵作用。

1 重型數控機床

根據原國家機械工業部機床工具局規定：自身重量在10～30 t范圍內的機床屬于大型機床，30～100 t范圍內的機床屬于重型機床，大于100 t范圍內的機床屬于超重型機床。

而重型和超重型機床根據其產品種類又可分為龍門加工中心、落地銑鏜床、數控龍門移動式和臺式車銑加工中心、重型數控車床（立、臥車）、重型滾齒機等。

2 重型數控機床生產系統

重大型數控機床生產系統是由許多工段、車間和部門等子系統組成的整體，其生產系統中的產品均具備生產過程周期較長，在制品占用較多，物料周轉量大、效率較低、成本較高等特點。同時由于其單件小批的生產性質，相對于多品種大、中等批量生產性質來說，更容易出現質量問題即產品的一致性問題。因此，要想構建合理、科學的重型數控機床生產系統布局方案，首先在設計之初就要充分對生產物流進行必要的分析，其次就是生產系統的空間布置問題，如總平面布置和各廠房內部的單元布置等。

2.1 物流分析

重型數控機床產品主要由大型結構件、鑄鍛件、中小件及相應配套件組成，其生產制造中涉及到下料、焊接、加工、熱處理、涂裝和裝配等多種工序。

由于重型數控機床的結構件和鑄件體積較大，且較重，如床身、立柱、橫梁等，按照產品制造流程及生產過程中的物料流程分析，鑄件和結構件的流程為產品主流程，中小件及配套件為次要流程。因此可組成以鑄件和結構件為分析對象的物流主線和以主軸、盤套類零件、配套件等為分析對象的物流輔線。

2.2 生產系統設置與總平面布置

2.2.1 生產系統設置

完整的重型機床生產系統包括：鑄造、焊接、鍛造、機械加工、裝配、熱處理、涂裝，以及配套的生產庫房（原材料庫、毛坯庫、半成品庫、成品庫、外購件庫等）。

近年來，隨著國家對環境保護的日益重視，重型機床新廠建設時，污染相對較大的鑄造、鍛造，一般采取異地建廠的模式。許多新興的重型機床廠，都還采取了將鑄造、鍛造進行社會化協作的生產模式。目前國內的重型機床生產廠家，除多年未進行過搬遷改造的老企業外，近幾年新建的和進行過搬遷改造的企業，除極個別大型機床廠在一個廠區內保留了上述完整的生產系統外，其余的企業均將鑄造、鍛造異地建廠，或采取社會化協作。基于此，本文研究重型機床生產系統，亦只考慮設置焊接、熱處理、機械加工、涂裝、裝配、生產庫房等生產系統，對于鑄造和鍛造工序，則采取廠外協作的生產方式。

結合前述重型數控機床的物流分析，同時借鑒工作中多個項目的設計經驗，可以發現，其生產系統布置通常由工藝專業化和產品專業化兩種模式混合組成。其中焊接、熱處理工序一般均采取工藝專業化原則，即工藝、設備集中布置的原則；裝配工序則采取產品專業化方式，按產品類別分別進行裝配；而對于加工和涂裝工序，則根據企業產品特點、管理組織架構等的不同而靈活設置。此外，考慮到重型機床單件、小批、工件較大、運輸不便等生產特點，最終衍生出以下三種生產系統組織模式。

模式一特點為焊接、熱處理工序工藝專業化；裝配工序采取產品專業化方式；涂裝工序分散到產品的裝配車間中去，而將加工全部集中起來，以提高設備利用率，充分發揮重大型設備的效益，如圖1所示。

模式二特點為焊接、熱處理工序工藝專業化；裝配工序采取產品專業化方式；將大件加工分散，與各自的裝配車間緊鄰，形成產品事業部的模式，而涂裝和中小件加工則采用集中的模式，如圖2所示。

模式三特點為焊接、熱處理工序工藝專業化；裝配工序采取產品專業化方式；加工和涂裝均采用集中的模式，如圖3所示。

以上三種組織模式中，模式二將大件加工與產品裝配集中在一起，便于按產品組建事業部，有利于子公司的運作和總廠[圖1 生產組織模式一]根據以上分析，各種組織模式均有其各自優缺點，具體實施時，企業需根據自身的產品綱領、管理模式、資金實力等方面綜合考慮，以選取適合企業自身發展的生產系統組織模式。

2.2.2 總平面布置

在重型機床生產系統中，關鍵的生產環節為加工和裝配，其中尤以床身、立柱、橫梁等大件加工為核心環節。因此在總平面布置中，應以大件加工車間作為廠區平面布置和物流的中心，裝配、焊接都可以分散布置在其周圍，以方便工件的運進（運出）。為了減少大型工件的周轉，可在各裝配車間分散設置涂裝工段，涂裝后直接進入裝配車間。而熱處理作為一個專業性極強的工種，與中小件加工車間有著緊密的聯系，可作為中小件加工車間的一部分，不再單獨分設。

2.3 生產單元內部布置

考慮到重型數控機床生產系統中一些大型件形狀各異，且為提高設備的利用率和生產系統的柔性，各生產單元內的設備布置一般采用機群式布置方式。同時局部針對具體的某一零部件，則采用生產單元的布局形式，如主軸箱的精密加工和裝配等。

3 倉儲分析

重型數控機床生產系統中的倉儲系統一般由原材料庫、半成品庫、配套件庫、成品庫等組成。

3.1 原材料庫

包括用于結構件生產的鋼材庫，以及鑄鍛件的毛坯庫等。

鋼材庫的設置一般有兩種形式：一是采用露天庫，利用龍門式起重機來起吊運輸；二是在結構件車間外設置帶棚的露天跨，采用天車來運輸。鋼材庫的起重噸位一般在32～50 t之間。根據鋼材類別分類堆放，每平方米按照8～10 t存放能力設計考慮。

鑄鍛件毛坯庫：對于重型機床生產企業，一般不單獨設專門的鑄鍛件毛坯庫，毛坯進來后，直接進入加工車間。

對于鑄鍛件毛坯，可分為以下兩類。

①大重型鑄鍛件：對于此類毛坯，由于提供毛坯的鑄造廠和鍛造廠，通常無相應匹配的粗加工能力，因此一般由機床制造企業來完成零件的粗加工。且此類工件多為重大件，一般毛坯直接進入加工車間，而不在原材料庫存放。

②中小型鑄鍛件：對于此類毛坯，通常要求來料時已經經過粗加工和涂過底漆，在本廠只進行半精加工和精加工，因此一般亦直接進入加工車間進行存放。

3.2 半成品庫

半成品庫主要為加工后的中小件存放，一般設在中小件加工車間和裝配車間之間，采用平庫存放。

對于重大型零件，由于工件太大、太重，工件加工完成后，不進半成品庫，直接進入裝配車間。

3.3 配套件庫

配套件庫主要用于存放外購的配套件、標準（下轉106頁）（上接103頁）件等，如：數控系統、數控刀架、電機、軸承、液壓裝置、線纜等。配套件庫組織形式通常有集中式和分散式兩種。

集中式：配套件進來后，先進入全廠集中的配套件庫，然后再配送至各個裝配車間。|

分散式：在各個裝配車間設配套件庫，配套件運入后，直接進入各個裝配車間內。

集中式和分散式各有優缺點，集中式配送方便全廠統一管理，而分散式則便于實際生產。目前國內重型機床生產企業兩種模式均有，為方便產品裝配，建議采用在各裝配車間分設配套件庫的方案。

配套件庫一般采用高架庫，貨架一般5～7層。對于部分中大型的配套件，則采用平庫的方式。

3.4 成品庫

對于重型機床產品，一般是采取訂單式生產，直接從車間發貨，不再進成品庫。

對于中小型機床產品，一般是采取批量生產，需進入成品庫。

成品庫的設置有以下兩種方式：

對于需包裝的產品，成品庫采用露天存放，設置龍門起重機，起重噸位63 ～80 t。

對于不需包裝的產品，需單獨設成品車間，廠房起重噸位63～80 t。

4 配套公輔設施分析

公用配套設施主要包括變配電站、污水處理站、消防泵站、空壓站、焊割氣體站、換熱站（采暖地區）等。變配電站、污水處理站要結合市政管線進出口位置，方便管線進出，宜靠近用電量較大的廠房布置。空壓站考慮到管路損失，可分散布置用氣單元。焊割氣體站主要有丙烷氣、天然氣、氧氣、二氧化碳及氬氣，為板材切割及焊接使用，盡量靠近結構件車間。以上站房宜布置在用能負荷中心，以減少路損及線損，管線短捷為原則，同時，焊割氣體站為甲類站房，布置時要滿足消防要求。

5 結 語

通過研究重型數控機床生產系統，對其組織進行重構和再造，并在此基礎上進行優化，以期找出最適合重大型數控機床的生產組織模式。不僅從理論還是實踐上來說，均具有重要的意義。同時對以其他機械、電子、汽車等產品為生產對象的生產系統研究也有一定的指導和參考價值。

參考文獻：

[1] 張畢西. 加工-裝配式生產系統組織與優化[D].廣州：華南理工大學，2000.