发动机工厂厂房布局的研究与应用

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　　本文介绍了汽车发动机工厂前期厂房布局的方法、一般流程以及发动机工厂前期规划的土建、动力等方面的规划关键点，并对单机切削液处理系统进行了对比分析。
　　作为汽车的核心，发动机的厂房设计与建造是必不可少的。发动机工厂内拥有机加工及装配车间且绝大部分设备为自动加工设备，都有水、电和气等能耗需求，与之配套的刀具、检具、实验室以及维修区域等都需要综合考虑。因此，项目前期的规划对于发动机工厂来说至关重要。发动机工厂的前期规划，主要涉及生产线的工艺路线及工艺规划、物流的前期规划、厂房土建的规划、公用动力的规划、生产辅房及办公辅房的规划等方面。
　　项目条件
　　在项目开始的时候，最先考虑的必须是确定所生产发动机的型号。此项，需要企业的规划部门，根据企业的整车匹配情况，各个发动机工厂的产品、产能情况，市场的需要情况及相关的国家行业政策要求，来最终确定。
　　定义完发动机的产品后，需确认发动机工厂需生产几大部件，即缸体、缸盖、曲轴、连杆以及凸轮轴这五大部件是否都要生产。此项需综合考虑企业的制造策略、制造成本、发动机产品的保密性、前期投资的资金和零件供应商的生产及产能情况，进行风险的控制。
　　厂房布局
　　1.生产区域布局
　　项目前期定义完组织机构后，需要开始规划每个区域所使用的功能区域。通常的发动机工厂含有以下几个功能区域：刀具间、实验室、物流仓库（包括毛坯库、成品库）、办公室、维修间、备品备件库房、化学品间、铁屑间、空压站、制冷站以及污水处理站等功能区域，具体如表1所示。
　　一般来说，机加工车间、装配车间、维修间、备品备件库、刀具间、实验室、化学品间和铁屑间等生产及辅助区域考虑放在发动机联合厂房内部；空压站、制冷站和污水处理站等可考虑放在联合厂房外部或者贴建。
　　

　　2.辅助区域布局
　　对于新建的发动机工厂，土建及公用动力的设计及选型是比较重要的一环，主要包括厂房的建筑设计、结构设计、给排水设计、暖通系统设计以及动力系统设计等环节。
　　（1）集中切削液系统
　　发动机工厂机加工车间中，大部分机床采用了乳化液润滑切削系统。针对切削乳化液的过滤及供给分为单机处理和集中处理两种方式。集中过滤系统目前使用较多的为真空负压过滤机床，主要包括刮板、纸带过滤机、负压箱、净液箱、水泵、管路、控制系统、撇油器以及温度控制系统等。管路建议采用上抽式，采用挂在厂房网架上的形式，这样可以不挖地沟，不破坏厂房地面。
　　集中切削液处理系统主要的优点体现在，可延长切削液的使用寿命（一般约为两倍）；可减少切削液维护、检测的工作量，减少人员成本；过滤效果更好；减少切削液泄露的情况发生；降低能源消耗，从而降低成本，具体对比如表2所示。从后期运行的成本来看，建议采用集中切削液处理系统。
　　（2）压缩空气管路的布置
　　发动机工厂中使用的自动化设备及清洗机，都需要工厂提供压缩空气。因此，工厂需要统一建设空压站，将空压机统一放置管理。
　　在厂房设计初期，需要有锁定的工艺设备布局图，然后设计院根据设备的具体位置及耗气量，来设计管路的走向及管径。若是初步设计时，工艺设备布局图没有锁定，可在确保接口数以及总气量足够的情况下，在工厂区域内按照一定的规则进行平均布置，这样的厂房柔性相对较大。
　　此外，若是发动机工厂与整车一起进行规划，则可以考虑将发动机工厂的空压站与整车一起合并建造。这样有以下几点优势：第一，可以节省前期投资，若是每个工厂都采用自己建设空压站，为考虑空压机备用，则在空压机选型时，需选择若干台风量较小的空压机；若是与整个基地一起建造空压站，则可以将若干台小空压机合并成一台大的空压机，减少前期投资。第二，后期运行可以减少人员维护成本及备品备件成本。但是，合并建造也需要评估以下两方面：管路气压损耗，此项需要进行计算，若是管路较长，管路压损大，则不建议合并建造；发动机工厂的压缩空气要求比整车工厂高，通常的露点要求为－40℃。但此项可以通过集中产气、分开过滤的思路来进行。另外需要注意，为防止空气压力的瞬间波动，建议在发动机压缩空气入口处增加一个储气罐。
　　（3）厂房结构及动力走廊系统
　　一般来说，发动机联合厂房需要柱距大跨度，且需要在钢结构上部建设动力走廊。因此，在考虑受力的实际情况，一般采用桁架或者网架的结构形式，网架形式用钢量较少，但现场施工难度较大；相反，桁架形式用钢量较多，但现场施工难度较为容易。
　　同时，在前期设计时，要将厂房屋面的悬挂荷载考虑在内，以满足公用管线的吊挂。另外，作为发动机工厂，通常情况为整体空调厂房，温度的设定为30℃（夏天）、18℃（冬天）。同时，为降低能源消耗，厂房高度可适当低些，净高6.5～7 m即可。
　　此外，在发动机工厂规划时需考虑为发动机装配线使用的机油建造一个机油站，这样对于后期的机油加注、管理以及运行都较为方便，降低了风险。
　　网架结构的上层，可设立一个动力走廊，用于放置空调机组、变压器等动力设备。从空中的动力走廊向车间内布置风管和母线，可以有效减少长度，降低投资和运行成本。
　　

　　3.精益布局应用
　　归纳以上发动机工厂的前期规划思路，下面给出通常发动机工厂的简单布局。其中，缸体、缸盖和曲轴的生产线与装配线垂直布置，下线点靠近装配线，减少物流运输距离。发动机物流区域与制造区域建立联合厂房，统一管理，同时尽量靠近装配线，减少物流距离。办公区域尽量设立在辅房的二楼，减少噪声，充分利用面积。辅房尽量考虑采用砖混结构，贴建在工厂外部。动力走廊布置在网架结构上，在工厂制造区域的中间。
　　结语
　　总而言之，发动机工厂的前期布局设计没有完全固定的方法及需求。但是针对不同的场地条件、制造体系、产品和设备，工厂的设计方向会有所区别。目前来说，设计院和厂家在设计工厂布局的时候，主要根据的是人员的经验，这种方法主观性较强，且各专业分开计算，设计的后期实际运行情况难以显示。因此，将仿真技术运用于工厂布局设计会是未来的发展方向。