联合车间模式在结构件厂房设计中的应用和探讨池力

联合车间模式在结构件厂房设计中的应用和探讨池力

池力唐文婷杨杰

中国航空规划设计研究总院有限公司北京100120

摘要：结合某航空企业新区建设中结构件厂房设计实例，针对结构件数控加工和部件装配需求，对基于联合车间模式的厂房布局与中央管控进行分析，总结联合车间模式在结构件生产厂房布局设计过程中的优越性。

关键词：联合车间；结构件；厂房设计；

1引言

对于制造企业而言，车间是企业的关键生产单元，也是企业的物化中心，它不仅是制造计划的具体执行者，也是制造信息的反馈者，更是大量制造实时信息的集散地，因此车间系统在整个制造系统中起到的作用越来越重要1。国内航空企业对于技术的革新和产能的扩大需求已日益迫切，高效性、高柔性、易于重构已成为现今厂房布局设计的主要趋势2，传统的按专业划分的厂房建设已不能满足产品扩批的制造需求，一种新的生产组织模式—联合车间模式在现代化厂房设计中正逐渐被采用。因此，在厂房设计前期，车间级和各车间之间的工艺流程、物流控制、生产过程管理等车间系统中的几个重要环节，必然成为厂房设计中需要综合衡量评估的关键。

本文首先阐述了联合车间模式的特点，接着结合国内某航空企业新区建设中结构件厂房设计实例，对基于联合车间模式的厂房布局与中央管控进行系统性分析。

2联合车间模式特点分析

产品生产制造通常由零件加工、热处理、喷丸、组件装配等多工序组成。传统的布局方式主要根据产品的生产流程或专业分别设置独立的生产厂房，每座厂房功能明确且相对单一。对于工厂多品种、批量生产情况，难免存在物流运输长、物流成本高、生产管控弱等劣势。针对单专业厂房存在的问题，在实际工程设计过程中，常结合产品生产主要工艺流程，以统筹建设为原则，采取联合车间形式，将主要生产工序集中在一起，建设综合加工厂房。

联合车间模式主要有如下几方面特点：（1）生产工序相对齐全，保证产品交付完整性；（2）物流周转在厂房内完成，管理方便；（3）综合厂房布局集中紧凑，用地高效合理；（4）动力系统整体供应，节省投资，运行稳定。

3项目简介

该项目为工信部智能制造试点示范项目，主要新建结构件厂房24900m2。结构件厂房由主厂房、北侧辅楼及东侧辅楼组成。北侧辅楼包括加工后热处理、探伤、钳工、喷丸等工艺辅助间。东侧辅楼主要为人员办公性用房。主厂房内分为结构件加工和装配两大部分。结构件加工主要包含多条生产线、毛坯库、刀具库、零件/成品库、地上/地下物流（毛坯、刀具、工装、零件等）配送系统、精密加工间、三坐标测量间等。装配部分主要包含结构件装配和修理，装配所需成品件均来源于零件立体库。零件立体库主要存储机加件和外购成品件，机加件经生产线加工完成后下线，按照工艺流程经物流系统自动存放于零件立体库；外购成品件经人工检录后存放于零件立体库。

4基于联合车间模式的结构件厂房布局与综合管控

4.1结构件厂房工艺流程

该车间的主要加工对象包括难加工盘环、连接件、飞行安全件、折叠接头等零件，零组件加工完成后进行装配和适应性调整。车间主要工艺流程为：毛坯准备→粗加工→精加工→磨削→热处理→探伤→钳工→喷丸→零件库暂存→装配→交付。

结构件加工典型工艺流程：毛坯→立车→立铣→立车→立铣→四轴→立车→三轴精铣→五轴精铣→立磨→插齿。

组件装配典型工艺流程：站位六（管路装配）→站位五（小组件装配）→站位四（部件装配）→站位三（总装）→站位二（试验）→站位一（检验）。

4.2工艺布局

鉴于该厂房主要实现结构件加工和组件装配两大功能，在厂房总体布局方面预先考虑分设两大块相对独立区域，两者之间通过厂房中部零件立体库作为纽带建立强物流关系。

结构件加工部分，在工艺规划总体设计阶段，主要基于ECRS四大原则（取消eliminate、合并combine、重排rearrange、简化simplify），集中对各条生产线工艺进行优化。步骤上首先通过加工工艺仿真测定原工序的加工时间，找出瓶颈工序，采用工序合并、重排等手段进行优化，通过反复优化和仿真，在设备年加工时间范围内，尽量平衡各作业工序的加工时间。最终得出流程合理、节拍平衡的生产线总体布局。联合车间的布局形式如图1所示。各条生产线的加工对象相对固定，结构和工艺特征相似，加工设备类型和数量的配置主要依据加工工序类别与生产节拍来确定。经生产线加工完成后的零组件通过地下物流系统统一运送至厂房中部的零件库，进行暂存和配套。

结构件加工过程中的中间工序均在工艺辅助区完成，如热处理、探伤、钳工、打磨、喷丸等，属于各生产线配套共用功能，在工艺总体规划阶段将其剥离，不占用主厂房区域，保证生产区域高效且最大程度利用。

图1联合车间布局形式

装配部分，考虑提高生产效率，按产品类别分别设置独立的装配与修理线，各装配线按配套附件类型设置若干站位。装配所需组件、成品件等主要通过地下物流通道从零件库统一配送至各装配及修理线。

联合车间制造模式能够保证产品生产的连续性及产品交付的完整性和一致性，在批量生产过程中存在明显优势。

4.3中央管控

厂房中央管控系统是保证联合车间高效有序运行的中枢。中央管控系统作为加工与装配的核心环节，主要负责加工过程的智能调度、制造指令的智能生成、装配过程按需分配等任务3。在加工过程的智能调度方面，根据车间生产任务，综合分析车间内设备、毛坯、刀具等制造资源，按照工艺类型及生产计划等将生产任务实时分派到不同的生产线或加工单元，使车间生产设备利用率达到最高。在制造指令的智能生成方面，面向车间各生产线及生产设备，根据具体生产任务手动或自动生成并优化相应的加工指令、检测指令、物料传送指令等，同时根据具体需求将其推送到加工设备、检测设备、物流系统等。装配过程按需分配方面，在综合分析零件库库存信息的基础上，根据具体装配与修理任务，自动或手动生成相应的配送指令、补货指令等，并将具体指令推送至零件库、物流系统等。

各生产线、装配与修理线、零件库、毛坯库、工具库、刀具库及物流系统等生产相关元素，在中央管控系统的统一资源调配下协调有序运转，保证联合车间稳定输出高质量产品。

图2联合车间中央管控系统框图

5结语

在实际生产过程中，面对产能提升、高质量交付等需求，联合车间模式在结构件厂房设计中的应用存在诸多比较优势。鉴于功能相对集中，厂房设计的复杂度也成倍增加，对设计者在产品完整工艺链条方面的把控提出了更高要求。设计者在工艺规划总体设计阶段需在保证生产工艺完备性的基础上，反复优化生产工艺、平衡生产节拍，同时还需在设备配备与选型、搭建高效物流通道、统筹动力供应方案等方面做大量工作。

参考文献：

[1].王伟，刘德忠，黄静等。基于设备可重组布局的车间系统。组合机床与自动化加工技术，2006（9）：100~102，105；

[2].周茂涛，王志文，刘长清。机加工车间布局设计方法概述与案例分析。柳钢科技，2009年第2期；

[3].杜宝瑞，王勃，赵璐，周元莉。航空智能工厂的基本特征与框架体系。航空制造技术，2015年第8期。