机械加工车间布局方法研究及案例分析

总结，接着结合应用于成组技术的顺序分支法（SBM，Successive Branching Method），针对某企业实施加工单元的机械加工车间设计案例，对加工单元进行了科学划分，最后，根据车间的总体规划原则和工艺流程对各加工单元进行合理布局。

1典型的机械加工车间设计方法

车间布局主要包括两方面问题：一是加工单元的划分；二是加工单元之间的布局。而设施布局问题属于加工单元内设施的具体布置形式，设施包括人员、设备、材料等。基本的设施布局方式主要有固定原则布置方式、产品原则布置方式、工艺原则布置方式和成组原则布置方式。随着信息化和工业化的深度融合，制造车间对于按市场变化实现其产品快速变化能力的需求日益迫切，越来越多新的设计理念，如敏捷制造、智能制造等理论正逐渐被植入到上述四种基本的布置形式之中，使得车间布置形式更加多样化。这些新的布置模式都是建立在基本的布置形式之上的，是对其进行的重组，交叉和衍生。本文主要介绍三种比较典型的车间布局设计方法。

1.1基于工艺设计与车间作业计划的优化运行的布局设计

国内学者乔建明等提出了基于分布式工艺设计的任务划分思想。其本质是产品布置形式和工艺布置形式的深度融合，通过分析并行工程的要求和特点，以及工艺设计与车间作业计划之间的联系和区别，提出了一种工艺设计与车间作业计划的优化运行模式，保证产品制造工艺流程畅通性的前提下，使得车间布局形式能柔性地适应车间作业计划。

1.2基于敏捷制造理念的车间布局设计

国内学者马玉敏等提出了面向敏捷制造的车间分布式布局的设计方法。敏捷制造是指企业制造单元能快速适应市场的变化。该设计理念具体实施方式表现为，根据产品需求情况分布、产品的工艺路线以及产品在制造单位间的流转负荷，确定每一种需求模式下的物流量，然后生成每一种需求模式下的产品物流矩阵，选择一个布局能为各种模式提供有效的物流。

该方法主要强调分析作业单位之间的物流关系，其本质是建立在产品原则布置基础之上的，适用于机床种类和数量以及确定后的车间布局。

1.3基于智能制造的智慧工厂

经过多年的信息化与工业化的融合建设，我国制造业数控加工技术已取得长足的进步，但与发达国家相比，在高端数控机床、智能化工艺技术、先进物流体系及数字化管控平台建设等方面还存在较大差距。未来制造技术的发展趋势是以数字化为核心、以自动化为基础、以集成化为措施、以网络化、智能化为道路。

国内技术专家汤立民等在紧密结合行业发展现状的基础上，提出了基于智能制造的飞机结构件数控加工智慧工厂发展思路，并指出智慧工厂需突破的关键技术，包括智慧机床、智能工艺设计、智能物流和智能管控中心。目前，国内对智慧工厂的布局设计研究较少，尚处于探索阶段，但智慧工厂的提出、发展和实现，为传统的制造厂提出了新的发展方向。智慧工厂的设计可围绕掌握资源运转流程，提高生产过程的可控性，减少人工对生产线运行的干预、即时准确地采集工厂运行数据，以及合理的生产编排等方面展开。

综上所述，新的设计理念被引入到基本的布置形式之中，进而衍生出差异化的布置模式和多样化的具体分析研究方法。目前，对于机械加工车间布局优化问题，国内外学者提出的具体的典型的分析研究方法包括：（1）基于SLP/SSLP得到设施间的相互关系、作业单位之间的物流关系或非物流关系；（2）基于数字化工厂的车间布局，采用可视化仿真建模技术，为布局方案的评估和优化提供便利；（3）基于RMC的可重构制造系统设备布局优化，通过智能算法求解可重构制造系统设备优化数学模型。

在此基础之上，本文根据某类零件具体特点，对某机械加工车间的布局进行了研究，采用顺序分枝法（SBM）对加工单元进行科学划分，并结合工厂总体规划原则，对加工单元进行合理布置。

2案例分析

2.1对象选取

某机械加工车间的加工对象为动部件、系统件、接头类等零件，在同一车间内如何合理划分和布局各加工单元是本次研究的重点。

零件规模方面，动部件、系统件、接头类等零件单机共1297件/1183项，属于中小批量规模。

零件组成方面，动部件主要包括主桨毂、尾桨毂和自动倾斜仪三大部件，关键零件有主桨毂中央件、主桨毂连接件、折叠接头，尾桨毂中央件、尾桨毂连接件，自动倾斜仪动环、不动环等，最大零件尺寸在Φ1000mm左右。

零件工艺特点方面，动部件中折叠接头零件与系统件中摇臂、支座类零件特点相似，都存在高精度定位孔，位置度要求0.02mm；各安装平面、理论型面、对接安装孔的加工复杂。该类零件工艺特殊，零件数量较多，加工设备类似，适合采用成组加工技术。

另外，在实际生产制造中，还需要并列加工某型机的其他几种扩展型，鉴于平台的一致性，动部件、接头类等关重件的零件特征及加工工艺流程具有一定的相似性，加工设备也类似。

因此，工厂拟将各型机动部件、接头类等产品的分类组成生产单元。根据被加工零件的工艺流程的相似程度及零件数量规模，生产单元的具体布置形式适合采用成组布置形式或兼顾产品原则和成组原则布置形式。顺序分枝法（SBM，Successive Branching Method）是一种应用于成组技术的产品分类方法，本文拟采用顺序分枝法来划分加工单元类别。

2.2基于SBM的加工单元划分

2.2.1顺序分枝法简介

顺序分枝法是许香穗等提出的应用于成组技术产品分类的方法。该方法首先将待分类的全部零件按其工艺流程逐个判别，得出每一组零件特点的工艺编号，根据工艺编号初步分为若干个分级分枝组，划入分级分枝组的零件在主要工序数目上完全一致，然后遵循工艺相似和包容的原则，将分级分枝组合并为零件种数适当的加工族。

2.2.2工艺流程分析

2.2.3 分枝—并枝分析

在进行分枝—并枝分析之前需要先对工艺流程进行编码。这里给定编码规则为：（1）按工艺流程中设备顺序编码；（2）在工艺中设备二次出现的不再编码。

该制造厂机加车间动部件、系统件、接头类等零件工艺编码，如表1所示。

（1）分枝过程

分枝过程就是将待分类的全部零件按其工艺流程逐个判别，得出每一组零件特点的工艺编号，根据工艺编号初步分为若干个分级分枝组，划入分级分枝组的零件在主要工序数目上完全一致。

（2）并枝过程

并枝过程是按照分枝组间的相似性和包容原则，将分枝组进行合并，合并后的分枝组级别取最高分枝组级别。

该机加车间动部件、系统件、接头类等零件工艺并枝结果如表3所示。共分为四个加工单元。

2.3车间总体规划原则和机加车间布局

2.3.1车间总体规划原则

该动部件厂房既包括零件的加工制造，也涵盖零部件的修理和装配。该车间总体规划遵循如下几点原则：

（1）精密加工间共用。零件的加工制造和零部件的修理装配，都存在部分零件的精密补加工工序，需要在精密加工间完成制造任务，本次将精密加工间设置于机械加工区和修理装配区之间，保证两个区域物流转运的合理性和便捷性。

（2）生产组织模式按加工单元布置。该项目属于批产项目，零件级别的加工制造任务量较大，且按加工单元布置有利于提高生产效率，降低制造成本，提高设备利用率。

（3）设置加工后处理工序。厂房建设于某新区规划用地之中，与原厂区距离较远，大部分零部件加工之后需要转热处理、探伤、喷完强化等各项后处理，为了保证零件的精度和制造质量，需要在厂房规划前期考虑在合适的位置设置各项后处理工段。

2.3.2机械加工车间布局

表3给出了分枝-并枝结果，得到四个加工单元。根据四个加工单元所对应的加工制造任务，以及所需要的设备类型，通过工时计算可以得出每个加工单元所对应的设备组成。各加工单元详细信息如表4所示。由于设备数量较多，加工单元内存在不同的工艺路线，为节省空间，缩短物流运输距离，便于实现多机床看管，因此，均采用“U”型布置。

3结语

本文综述了几种典型的机械加工车间设计方法。以某机械加工厂房为背景，采用SBM方法对加工单元进行划分，并结合车间总体规划原则对机械加工车间进行合理布局，有效解决了车间布局设计的加工单元的划分和布局两方面问题。

后续研究工作将侧重于定量分析加工单元间布局问题，以及对布局的结果进行综合评价，为今后的设计提供更有意义的指导。