注塑车间布局的设计及优化

２０
　２００６／１１
１．引言
注塑车间布局设计是一门技术、经济与环境保护相结合的科学。设计前期工作的任务是对设计项目进行全面分析，包括工艺流程、生产规模、主要设备、物流情况、工程的外部条件、投资回收周期、基建征地面积、环境保护等，设计人员必须深入生产现场，开展必要的可行性调查研究。注塑车间布局设计必须符合工艺要求、生产流程及物流方向合理，共享设施和全车间的布置协调一致，单位面积产出值高，人机关系和各设备之间配合协调，便于设备安装维修和保养，还要考虑生产线进一步发展，以及节能、环保、安全、采光等。２．车间布局设计注塑车间布局作为车间初步设计的主要内容，它就是合理确定各个组成部分及其各种设备、装置的具体位置。车间一般有六个部分组成：生产部分，包括各种注塑机与辅机；辅助生产部分，如模具与设备检修、回料粉碎等；仓库部摘　要：注塑车间布局设计应以工艺流程为基础，根据生产物流的特点建立合理的车间物理布局。本文还进一步阐述了注塑车间布局优化的方法，以及节能和环境保护的措施。关键词：车间布局 优化设计 节能 环境保护注塑车间布局的设计及优化分，如原材料、半成品、工具存放处；过道，包括各种主辅通道；管理部门，
如生产办公室、资料室、质量控制室
等；生活部分，如休息室、更衣室、盥
洗室等。所谓合理布置，就是要使设
备、人员与物料的移动得到密切有效
的配合，既使生产活动能有效地进

文／图　李健心 潍坊学院（山东 潍坊 ２６１０６１）
行，又能节省生产费用，并为职工提
供一个安全、舒适、美观的工作环
境。在进行注塑车间布局设计时应注
意遵循以下原则：
（１）　优先原则－共享设备是车间物流
最为集中的设备，在整个车间布局中占
有极为重要的作用，应该优先摆放；
（２）　设备成组原则－根据注塑生产设
备的特点，宜采用成组原则布置，辅助
设备按照功能需求形成单元进行布局，
可以起到保持物流平衡、减轻搬运作
业、减少在制品和库存、均衡设备能力
和负荷的作用。
（３）　物流原则－在物流设计方面，各
种注塑设备应按照实际工艺路线和生产流
程排布成线，各条生产线之间按照工序呈
直线型或者“Ｕ”字型排列，便于工人操
作，形成一种流水作业的生产方式（如图
１所示）。

图　１注塑车间布局实例

优化设计
ＯＰＴＩＭＩＺＡＴＩＯＮ ＤＥＳＩＧＮ
２１
　２００６／１１

（４）　生产自动化原则－注塑机分为手工操作、半自动操作和全自动操作。对于小型注塑车间来说，由于各种辅机与设施跟不上，只能开半自动操作，还有产品也未考虑传送带去检验包装，产品浇口也未考虑机旁粉碎与新料按比例自动化送入注塑机料斗中。但是对于大型注塑车间，应尽可能设计生产工艺流程自动化与机械化，原料应考虑自动化送入料仓、自动化进行干燥、自动化送入塑机加料口，必要时用机械手取出制品，注塑产品自动化传送、检验、包装入库。３．车间布局优化随着信息科学技术的发展，传统的车间平面布置已经实现计算机辅助设计。利用二维制图工具（如ＡｕｔｏＣＡＤ），设备的形状、位置可通过平面图和剖视图分别确定，车间二维平面布置虽然能够准确地给设备定位，但是改变设备位置较麻烦、也不直观；而利用三维建模工具（如Ｐｒｏ／Ｅ）建立三维车间数模非常直观，而且为参数驱动设备模型建立计算
机仿真的图形接口奠定基础。利用计算机仿真软件实现注塑车间生产系统的三维可视化动态设计，将注塑生产车间虚拟出来，进行动态布局仿真，常用的仿真软件如：ＧＣＭＳ、ＳＩＭＡＮ／ＣＩＮＥＭＡ、ＡＵＴＯＭＯＤ、ＯｐｅｎＧＬ等。在计算机辅助车间布局评价系统中，将车间的评价参数简化为物流效率、设备负荷率及生产周期等具体参数，利用这些评价指标和数据库来动态评价车间布局的可行性。优化方法不仅用于产品结构的设计、工艺方案的选择，也能用于车间布局设计。采用遗传算法进行车间布局优化，首先要根据实际的车间布置建立相应的数学模型，然后根据数学模型的特点选择适当的优化方法。遗传算法是一种基于生物自然选择与遗传机理的随机搜索方法，利用遗传算法进行寻优时，编码、选择、交叉、变异是四个重要的步骤，编码有二进制编码和实数编码等方式，对于车间布局应采用由分行符和设备排列顺序两者组成的实数编码方式，进而可以选取或自行编制计算机程序，以计算机作为工具求得最佳设计参数。４．节能与环境保护４．１　循环冷却水系统循环冷却水是注塑车间的生产命脉，它主要供给冷水机、注塑机油冷却器及料筒冷却器等换热设备，以达到注塑工艺对温度控制的要求及保证注塑机液压系统的正常运行。为降低系统的能耗，我们要合理设计注塑车间冷却水系统：（１）使用变频调速控制水泵运行，变频调速的无级平滑性可使系统工作在最佳点。（２）基于单台冷水机的制冷压缩机是间断运行的特点，可在每台冷水机的冷却水回路上安装自动控制阀。压缩机运转
前，开启阀门使冷却水回路畅通；停机
时，关闭冷却水阀门。　（３）注塑机油冷却
器、料筒冷却器的冷却水回路加装的电
磁阀则根据油温和料筒温度分别进行通
断控制。冷却水回路加装自控阀后，大
大减少了用水量，达到了节能目的，并
缓解了多台注塑机同时工作或增加注塑机
数量而引起循环水量供应不足的状况。

图２　精密注塑车间
２２
　２００６／１１

４．２　通风处理
注塑车间在生产工艺过程中，产
生一定量的有害气体，还伴有一定的
热量散发，需对车间进行全面送风和
排风，以便排除有害气体，改善工人
的工作环境。大型注塑车间一般空间
高大，如果采用屋顶通风器的通风方
式，有害气体沿高度方向沉积，在工
作区有害物的浓度还是较高，而采用
大风量诱导风机的通风方式通风效果
较好，并且运行节能。

４．３　噪声控制
对于一个新建的注塑车间，噪声
控制是主动的，　它可以在初步设计中预
先考虑可能出现的各种噪声、振动问
题，采取必要的措施：（１）设备在车间内
的布置应当遵循闹静分开的原则，即把
噪声高的机电设备集中在一起，有重点
的采取相应控制措施。利用噪声在传播
中的自然衰减作用，　能够缩小噪声的污
染面。另外，　为了减小车间内部的混响
声，噪声严重的设备的布置要距声音反
射面（即车间墙壁）　一定距离，尤其不应
放置在车间墙角附近。（２）设置吸声结

Ｔｈｅ　Ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　Ｍｏｕｌｄｉｎｇ　Ｗｏｒｋｓｈｏｐ　Ｌａｙｏｕｔ
ＬＩ　Ｊｉａｎ－ｘｉｎ
Ｗｅｉｆａｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，　Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｗｅｉｆａｎｇ，　２６１０６１
Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｓ　ｂａｓｅｄ　ｂｙ　ｔｈｅ　ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ　ｍｏｕｌｄｉｎｇ　ｗｏｒｋｓｈｏｐ　ｌａｙｏｕｔ，　ａｎｄ
ｔｈｅ　ｒｅａｓｏｎａｂｌｅ　ｐｈｙｓｉｃａｌ　ｌａｙｏｕｔ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ｏｆ　ｐｒｏｄｕｃｉｎｇ
ｃｏｕｒｓｅ．　Ｔｈｅ　ａｒｔｉｃｌｅ　ｐｒｅｓｅｎｔｓ　ｓｏｍｅ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ，　ｔｈｅｎ　ｉｔ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ
ｓｏｍｅ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｓａｖｉｎｇ　ｅｎｅｒｇｙ　ａｎｄ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ．
Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：　ｗｏｒｋｓｈｏｐ　ｌａｙｏｕｔ；　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｄｅｓｉｇｎ；　ｓａｖｉｎｇ　ｅｎｅｒｇｙ；　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ
ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ

图３　注塑机周边设备（除湿干燥机、粉碎机、模温机）
构、隔声装置和隔振装置，通过隔振装置减少了设备传至基础的振动，　从而使内部固定声降低，尤其当注塑设备安装在楼板上时，隔振装置的采用尤为重要。常用的隔振材料有钢弹簧减振器、橡胶减振器、毡类、空气弹簧、各种复合式的隔振装置。５．结束语注塑车间布局设计应从实际出发，加工厂如设在市区，为了节约土地，生产车间宜立体布置；如设在郊区，为了简化
厂房和加速土建进度，则可平面布置。厂
房的通风、空调、除尘、起重运输等条件
则应根据产品的生产工艺要求来设计。
总之，要最有效、最合理地利用现有资
源，尽可能地吸取塑料工业中的最新成
就，努力营造安全、舒适的生产环境，
达到技术上最先进、经济上获得最大效
益的目的。

优化设计
ＯＰＴＩＭＩＺＡＴＩＯＮ ＤＥＳＩＧＮ