重型数控机床生产系统研究

史康云 丁红卫 迟晨阳

摘 要：针对目前国内重型数控机床生产制造企业生产系统效率较低，且物流周转量较大等问题，文章通过分析重型数控机床各生产单元间的物流联系，同时结合实践工作经验，给出一种适合重型数控机床生产系统组织架构的解决方案。

关键词：重型数控机床；生产系统；物流分析；平面布置

中图分类号：TB491 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2015）24-0102-02

重型数控机床生产系统是一种典型的加工——装配式生产系统，其多品种、单件小批量的生产性质决定了其生产系统必须具有足够的柔性，才能够快速响应用户需求的变化。同时，考虑到重型数控机床是一种集机械、电气、液压、气动、微电子和信息等多项技术为一体的机电一体化产品，其生产制造系统涉及到焊接、机械加工、热处理、涂装、装配等多种复杂工艺流程，其生产系统组织设计的合理、高效与否直接关系到企业的前期投入成本和后期运营成本，对企业的生产和发展起到关键作用。

1 重型数控机床

根据原国家机械工业部机床工具局规定：自身重量在10～30 t范围内的机床属于大型机床，30～100 t范围内的机床属于重型机床，大于100 t范围内的机床属于超重型机床。

而重型和超重型机床根据其产品种类又可分为龙门加工中心、落地铣镗床、数控龙门移动式和台式车铣加工中心、重型数控车床（立、卧车）、重型滚齿机等。

2 重型数控机床生产系统

重大型数控机床生产系统是由许多工段、车间和部门等子系统组成的整体，其生产系统中的产品均具备生产过程周期较长，在制品占用较多，物料周转量大、效率较低、成本较高等特点。同时由于其单件小批的生产性质，相对于多品种大、中等批量生产性质来说，更容易出现质量问题即产品的一致性问题。因此，要想构建合理、科学的重型数控机床生产系统布局方案，首先在设计之初就要充分对生产物流进行必要的分析，其次就是生产系统的空间布置问题，如总平面布置和各厂房内部的单元布置等。

2.1 物流分析

重型数控机床产品主要由大型结构件、铸锻件、中小件及相应配套件组成，其生产制造中涉及到下料、焊接、加工、热处理、涂装和装配等多种工序。

由于重型数控机床的结构件和铸件体积较大，且较重，如床身、立柱、横梁等，按照产品制造流程及生产过程中的物料流程分析，铸件和结构件的流程为产品主流程，中小件及配套件为次要流程。因此可组成以铸件和结构件为分析对象的物流主线和以主轴、盘套类零件、配套件等为分析对象的物流辅线。

2.2 生产系统设置与总平面布置

2.2.1 生产系统设置

完整的重型机床生产系统包括：铸造、焊接、锻造、机械加工、装配、热处理、涂装，以及配套的生产库房（原材料库、毛坯库、半成品库、成品库、外购件库等）。

近年来，随着国家对环境保护的日益重视，重型机床新厂建设时，污染相对较大的铸造、锻造，一般采取异地建厂的模式。许多新兴的重型机床厂，都还采取了将铸造、锻造进行社会化协作的生产模式。目前国内的重型机床生产厂家，除多年未进行过搬迁改造的老企业外，近几年新建的和进行过搬迁改造的企业，除极个别大型机床厂在一个厂区内保留了上述完整的生产系统外，其余的企业均将铸造、锻造异地建厂，或采取社会化协作。基于此，本文研究重型机床生产系统，亦只考虑设置焊接、热处理、机械加工、涂装、装配、生产库房等生产系统，对于铸造和锻造工序，则采取厂外协作的生产方式。

结合前述重型数控机床的物流分析，同时借鉴工作中多个项目的设计经验，可以发现，其生产系统布置通常由工艺专业化和产品专业化两种模式混合组成。其中焊接、热处理工序一般均采取工艺专业化原则，即工艺、设备集中布置的原则；装配工序则采取产品专业化方式，按产品类别分别进行装配；而对于加工和涂装工序，则根据企业产品特点、管理组织架构等的不同而灵活设置。此外，考虑到重型机床单件、小批、工件较大、运输不便等生产特点，最终衍生出以下三种生产系统组织模式。

模式一特点为焊接、热处理工序工艺专业化；装配工序采取产品专业化方式；涂装工序分散到产品的装配车间中去，而将加工全部集中起来，以提高设备利用率，充分发挥重大型设备的效益，如图1所示。

模式二特点为焊接、热处理工序工艺专业化；装配工序采取产品专业化方式；将大件加工分散，与各自的装配车间紧邻，形成产品事业部的模式，而涂装和中小件加工则采用集中的模式，如图2所示。

模式三特点为焊接、热处理工序工艺专业化；装配工序采取产品专业化方式；加工和涂装均采用集中的模式，如图3所示。

以上三种组织模式中，模式二将大件加工与产品装配集中在一起，便于按产品组建事业部，有利于子公司的运作和总厂[图1 生产组织模式一]根据以上分析，各种组织模式均有其各自优缺点，具体实施时，企业需根据自身的产品纲领、管理模式、资金实力等方面综合考虑，以选取适合企业自身发展的生产系统组织模式。

2.2.2 总平面布置

在重型机床生产系统中，关键的生产环节为加工和装配，其中尤以床身、立柱、横梁等大件加工为核心环节。因此在总平面布置中，应以大件加工车间作为厂区平面布置和物流的中心，装配、焊接都可以分散布置在其周围，以方便工件的运进（运出）。为了减少大型工件的周转，可在各装配车间分散设置涂装工段，涂装后直接进入装配车间。而热处理作为一个专业性极强的工种，与中小件加工车间有着紧密的联系，可作为中小件加工车间的一部分，不再单独分设。

2.3 生产单元内部布置

考虑到重型数控机床生产系统中一些大型件形状各异，且为提高设备的利用率和生产系统的柔性，各生产单元内的设备布置一般采用机群式布置方式。同时局部针对具体的某一零部件，则采用生产单元的布局形式，如主轴箱的精密加工和装配等。

3 仓储分析

重型数控机床生产系统中的仓储系统一般由原材料库、半成品库、配套件库、成品库等组成。

3.1 原材料库

包括用于结构件生产的钢材库，以及铸锻件的毛坯库等。

钢材库的设置一般有两种形式：一是采用露天库，利用龙门式起重机来起吊运输；二是在结构件车间外设置带棚的露天跨，采用天车来运输。钢材库的起重吨位一般在32～50 t之间。根据钢材类别分类堆放，每平方米按照8～10 t存放能力设计考虑。

铸锻件毛坯库：对于重型机床生产企业，一般不单独设专门的铸锻件毛坯库，毛坯进来后，直接进入加工车间。

对于铸锻件毛坯，可分为以下两类。

①大重型铸锻件：对于此类毛坯，由于提供毛坯的铸造厂和锻造厂，通常无相应匹配的粗加工能力，因此一般由机床制造企业来完成零件的粗加工。且此类工件多为重大件，一般毛坯直接进入加工车间，而不在原材料库存放。

②中小型铸锻件：对于此类毛坯，通常要求来料时已经经过粗加工和涂过底漆，在本厂只进行半精加工和精加工，因此一般亦直接进入加工车间进行存放。

3.2 半成品库

半成品库主要为加工后的中小件存放，一般设在中小件加工车间和装配车间之间，采用平库存放。

对于重大型零件，由于工件太大、太重，工件加工完成后，不进半成品库，直接进入装配车间。

3.3 配套件库

配套件库主要用于存放外购的配套件、标准（下转106页）（上接103页）件等，如：数控系统、数控刀架、电机、轴承、液压装置、线缆等。配套件库组织形式通常有集中式和分散式两种。

集中式：配套件进来后，先进入全厂集中的配套件库，然后再配送至各个装配车间。|

分散式：在各个装配车间设配套件库，配套件运入后，直接进入各个装配车间内。

集中式和分散式各有优缺点，集中式配送方便全厂统一管理，而分散式则便于实际生产。目前国内重型机床生产企业两种模式均有，为方便产品装配，建议采用在各装配车间分设配套件库的方案。

配套件库一般采用高架库，货架一般5～7层。对于部分中大型的配套件，则采用平库的方式。

3.4 成品库

对于重型机床产品，一般是采取订单式生产，直接从车间发货，不再进成品库。

对于中小型机床产品，一般是采取批量生产，需进入成品库。

成品库的设置有以下两种方式：

对于需包装的产品，成品库采用露天存放，设置龙门起重机，起重吨位63 ～80 t。

对于不需包装的产品，需单独设成品车间，厂房起重吨位63～80 t。

4 配套公辅设施分析

公用配套设施主要包括变配电站、污水处理站、消防泵站、空压站、焊割气体站、换热站（采暖地区）等。变配电站、污水处理站要结合市政管线进出口位置，方便管线进出，宜靠近用电量较大的厂房布置。空压站考虑到管路损失，可分散布置用气单元。焊割气体站主要有丙烷气、天然气、氧气、二氧化碳及氩气，为板材切割及焊接使用，尽量靠近结构件车间。以上站房宜布置在用能负荷中心，以减少路损及线损，管线短捷为原则，同时，焊割气体站为甲类站房，布置时要满足消防要求。

5 结 语

通过研究重型数控机床生产系统，对其组织进行重构和再造，并在此基础上进行优化，以期找出最适合重大型数控机床的生产组织模式。不仅从理论还是实践上来说，均具有重要的意义。同时对以其他机械、电子、汽车等产品为生产对象的生产系统研究也有一定的指导和参考价值。

参考文献：

[1] 张毕西. 加工-装配式生产系统组织与优化[D].广州：华南理工大学，2000.