摘要：从工艺分析着手介绍工厂设计思路和过程，工厂为工业生产提供了必要生产、管理条件，合理的工厂布置为企业生产经营管理搭建高效有序的平台，因此工厂设计应围绕产品生产全过程进行生产、管理、设施进行规划设计。对机械制造工厂的总图布局、经济规模、设备的应用、建筑设计、动力供应等多方面进行研究，采取有效的措施，降低能源消耗。
关键词：机械制造,工厂设计,节能措施
1 前言
节约能源是我国的基本国策，建立节约型社会是我国的战略目标，以较低的能源消耗实现较快的经济增长。“十一五”规划纲要提出，到2011年我国单位能耗要比2005年降低20%，2006年能耗降低4%左右。经过十几年的发展，我国工程机械产品无论生产规模或是产品质量都取得快速的发展和提高，有力地支援了国家基本建设，制造技术和水平与国际先进水平差距在逐渐缩小，部分产品技术水平达到或超过发达国家同类产品技术水平，产品出口量逐年增加，而进口量呈逐年下降的趋势。
2 国内机械制造能耗高的主要原因
设备落后，科研投入少我国机械装备制造行业的现状是：设备陈旧落后，缺乏核心技术，落后于世界先进水平10年至15年与发达国家的主要差距集中表现在科技自主创新能力、高新技术产业发展和核心竞争力滞后，目前我国机械工业新产品贡献率仅为5.9%，仅为工业发达国家的十分之一。从全世界看，世界制造业的主要国家还是美国、日本、德国等，中国从数量上看可以排到世界第四位。但应该清醒地看到中国制造业和国际先进水平的差距主要表现在：一是劳动生产率较低、能源消耗大、污染比较严重。
3 机械加工车间设计的节能降耗措施
1)采用适当的工艺方法，对于精度不高的外形，宜采用冷搓、冷墩、冷轧、滚压等少无切削加工技术，对于精度不高的孔，尽量采用切割的加工方法。采用以上措施与采用切削加工比较，一般可节能50%，节约材料 20%～50%。
2)采用成组工艺技术及计算机技术，以提高设备利用率，减少设备的数量及相应的辅助设施，减少投资;采用适应生产的设备，可避免大设备加工小零件;较少搬运能耗。
3)采用先进的专机、组合机床、自动线等机械加工设备。可减少设备的数量、辅助设备和场地面积。提高设备的利用率，减少能耗，降低工装系数，从而减少工装制造能耗。
4)刀具的选用中应采用多复合刀具、强力切削和高速切削，可提高功效，缩短加工时间，从而减少机床的固定损耗，机械加工时间可减少1/3，则节能损失可降低 23%。
5)采用不重磨刀具、硬质合金等先进的切削刀具，与普通刀具相比较，可以减少换刀、机床停车或启动次数，从而减少机床停车和启动的能耗。
6)切削加工所需的刀具集中生产，集中管理，有利于提高专业化生产程度，提高生产设备利用率，减少单位产品的能耗。
7)大型零件的机械加工，由于零件尺寸大、重量重的特点，设计中应将其机械加工设备采用集中布局，可以缩短零件的运输路线，减少运输的能耗。
8)采用计算机集成技术，提高企业的管理水平，缩短新产品开发时间。
9)采用精车或精铣代替磨削加工，以剃齿代替磨齿的方法，可节约 20%～30%的能源，节能显著。
10)尽量采用复合加工机床，节省机床数量，降低占地面积，减少零件装夹次数，可降低能耗。
4 工厂设计的基本思路
4.1 确定生产组织形式
工厂设计前期规划阶段，就应根据产品及其生产特点，从工厂总体的角度出发，对整个生产运作设施进行最合理的安排，即确定企业的生产组织形式。为了使生产系统能够有效的运转，在系统内需要有分工，分成若干个生产单位即车间或部门，每个生产单位配置一定的生产力要素，完成特定的某些功能，并占据一定的空间位置。生产单位包括：基本生产单位，主要生产单位，完成产品的生产任务，如冲压车间、涂装车间、机加工车间、焊接车间、装配车间等;辅助生产单位，如辅助车间、动力部门;生产服务部门，如运输、仓库、计量部门;生产技术准备部门，如技术中心、研究所等。
生产单位的组织形式有多种。在制造业中通常用两种生产组织形式，即按工艺专业化划分生产单位，和按产品专业化划分生产单位。
工程机械产品特点是产品体量大、型号规格多，但每种规格型号产品批量相对较少，工厂生产组织一般按工艺专业化原则划分生产单位，按生产工艺特征把加工工艺相同或相似的作业放在一起，组成一个生产单位，如图 1，生产单位按工艺专业化布置方式，机加工车间把车床、磨床和铣床等按照金属切削工艺改变原材料或半成品的形状、尺寸、表面精度的机加工工艺设备放在一个车间内，装配车间把成品零部件通过分装、部件组装及到形成最终产品装配过程的工序及工艺设备安排在一个车间内。
4.2 确定生产设备及厂房面积
产品生产工艺是工厂设计的重要条件，工厂设计应从工艺分析着手，生产工艺主要包括产品自制件机加工、部件装配、总装装配、结构件下料、焊接及涂装等。工艺分析是确定工艺设备种类、规格、数量、布置及厂房面积的基础。下面以机加工厂房为例，介绍设备选择及厂房面积计算过程。
确定设备种类、规格、数量。机加工设备主要包括车、铣、刨、磨等几种机床，不同种类设备又有不同的型号及规格，通过对加工件外形尺寸特征、工序内容及机加工精度等的工艺分析，选用适合的加工设备。一个零件可能在一台设备上加工完成，或在多台设备上加工完成，采用的设备种类、规格也可能不相同，如变速箱箱体机加工要经铣端面、镗孔、钻孔等几道工序，至少应在三种设备上加工完成。
根据企业生产组织方式采用合理的设备布置方式。车间是企业生产活动的直接承担者，担负着产品的加工任务。车间布置是指车间内各组成部分和设备的布置。生产设备的布置应遵循工艺性、经济性和安全性原则，通常有两种形式：工艺专业化和产品专业化。
(1)生产设备布置工艺性、经济性和安全性原则：
①尽可能保持生产过程的连续性，避免生产工艺的交叉或不合理的等待;
②工件加工中的运送路线要短、要合理;
③车间内要留出足够的通道面积，通道要直,保证物流通畅;
④充分利用生产用面积，提高单位面积厂房生产率;
⑤设备布置要保证安全间距;
⑥对大型机床设备需考虑吊车吊钩能否服务到位。
5 工厂设计必须具有灵活性，以适应产品或工艺调整更新的需要
由于科学技术的迅速发展，新加工设备和生产组织管理技术的不断出现，不仅使产品的合格率、寿命和可靠性都有了极大的提高，而且使产品的更新换代的速度大大加快。以设备更新为例，国外一般五年左右就要进行一次。而在我国，尽管一般设备的役龄较长，但是随着政府和企业的努力，其更新速度也在加快，这就要求工厂建设具有相同的速度来适应各方面的变化。因此，我们必须使工厂设计具有一定的灵活性，以满足这些变化的需要
1)要提高工厂设计的灵活性，使工厂以最少的技术改造工作量来达到使生产技术发展和产品更新换代的要求，最重要的是要做好对产品发展的中、长期进行科学预测。根据这种预测所做的工厂设计就能兼顾近期和长远的工作需要，使工厂的厂房及设施的设计易于适应产品发展的需要。
2)厂房内部，除对防尘或恒温要求高的部分采用要求的隔断或隔墙，厂房围护系统应采用轻质材料进行灵活隔断，如双层轻质压型钢板中间填充保温岩棉，外型美观，保温性能不弱于同厚砖墙，对于车间内的办公室或调度室也应采用轻质隔声墙板进行按需组合，安排在生产过程的最佳位置既方便管理，对生产又不构成影响，同时也可以随着生产组织的调整进行调整。甚至，车间接跨时能便于打通，以提高车间重新调整布置的灵活性。
3)公用管线要易于改造。工厂生产离不开水、电、压缩空气、蒸汽等生产能源，工厂改造由于工艺的调整，就需要能源的重新布置。因此工厂设计时各种能源输送管线的分布除能满足现有的生产需要外，还应考虑管线管径或截面一定的余量，车间内管线末端预留或便于新增分支接头或接口安装，一旦需要，在不变更干线的情况下快速接通分支管线，以提高厂房工艺布置的灵活性。
4) 工业生产技术发展迅速，工厂建筑材料发展日新月异，轻钢结构及压型钢板或夹心板等轻质围护系统大规模应用于工厂建设。建筑材料的发展为厂房向大跨度，大柱距，大空间等大型化发展提供条件。采用大柱网厂房，能最大程度的适应产品结构变化、工艺物流方式改进频繁变化的要求。同时，它还兼有节省占地面积、建筑材料等优点，大柱网厂房一般使物流方向趋于合理，能减少物流行程，使生产趋于流水化生产，一般物流费用占生产成本 30%左右，跨内物料运输通过车间内起重机完成，仅需一次工作过程，跨间的物料运输需二跨内起重机各一次工作过程，另外还需越跨运输工具，大跨度厂房解决不必要越跨运输问题使物流更合理，合理的物流设计可节约生产成本。
只有进行了可靠的预测，工厂设计才能在可靠的基础上作出各个阶段的发展规划，使工厂的近期建设与长期发展相协调一致。
6 结束语
现代工厂的设计，应以生产产品为对象、工艺为龙头、物流为支柱进行综合的考虑，满足工厂设计服务于生产的目标要求，是工厂设计的基本原则。但是，为了使工厂能够适应当今技术和装备的迅速发展，必须加强工厂设计的“动态”研究，使工厂具有必要的可变性与灵活性，亦就是要具有相对的应变能力，以便于最新的技术和装备能够尽快地投入具体的应用。
