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关键词:机械制造工艺;产品质量;自动化
1当前机械制造工艺的薄弱环节
目前,机械制造工艺在技术上经历了三次大变革,每一次大变革都给人们的生活和工作带来翻天覆地的变化。机械制造工艺支撑航天、通信、汽车制造和机床设计制造等行业的快速发展。如汽车行业的官方数据表明,2013年汽车产量达到2387.42万辆,全年汽车销量2198.2万辆,已经连续5年成为全球最大的汽车市场。现阶段,我国机械制造工艺实现在研发平台、制造平台、采购平台、市场平台等方面的资源共享,成功突破了一系列的高端产品的核心技术,系统性推进信息化管理、专项工艺技术研究、关键共性技术研究、检测平台建设等核心攻关项目,提升了机械制造工艺的地位。但与此同时,由于我国机械制造企业基础薄弱和产品种类较多,机械制造工艺在“两化融合”中还面临着诸多难题。如中国工程机械工业协会的调查表明,企业生产设备和仓储物流设备的数字化率和联网率均不足30%,在互联网时达的今天来看,这算是处在一个比较低的水平上。除此之外,工程机械行业企业在提升核心信息系统故障应对能力,保障核心数据的完整性和主要业务系统的连续性方面有欠缺。长期以来,我国大部分企业一直实施以产品为对象的组织生产模式,工艺手法要求高,生产周期需要时间较长,导致生产效益低下。企业由于缺乏实时生产的监控信息平台导致产品在制造过程的信息无法及时采集,给生产管理层造成了极大困扰。总而言之,整个行业离全产业链实现纯粹智能化制造还有较大差距。
2机械制造工艺技术的发展方向
研究《中国机械加工行业发展研究报告》可以得出结论,未来客户对于机械加工产品的细节和精确度将会更加重视,并且随着科技发展的不断进步,机械制造加工也正在走向智能化。所以,各行各业也都在选择智能化的产品作为企业未来的研发项目。在国家层面上,国家在不断出台各种有利于我国机械制造工艺发展的政策和规划,根据《机械工业“十二五”规划》,中国机械工业力争到“十二五”末实现工业总产值、工业增加值、主营业务收入年均增长速度保持在12%左右。至2020年,我国机械工业主要产品的国际市场占有率处于世界前三位,基本掌握主导产品的核心技术,拥有一批具有自主知识产权的关键产品和知名品牌,重点行业的排头兵企业进入世界前三强。可见,智能化已经成为当今我国机械制造工艺的发展主流趋势。智能化目前在我国各个领域也得到广泛应用,机械制造工艺的智能化不仅有效提高企业员工的工作效率,还降低企业成本、提高生产经营效益。机械制造工艺可以为企业提供技术装备,同时也是我国制造业中最重要的子行业,属于国家重点鼓励发展的领域之一,是我国综合实力的集中体现。同时,机械制造工艺面对市场经济、参与全球竞争,先进的机械制造工艺也成为企业的核心竞争力。所以,我国机械制造工艺向智能化方向发展迫在眉睫。
3机械制造工艺转型升级的对策
(1)落实机械制造工艺智能化发展措施。目前我国机械制造工艺虽然取得了一定的进步,对于企业也有了一定的帮助,但在科技迅猛发展的今天,特别是东南亚部分发达国家在工业化战略引发的高端制造企业快速发展,使我国机械制造工艺面临挑战。要想长期应对这一挑战,产品的智能化、生产过程智能化水平提升将成为重点。对于机械制造工艺来说,劳动力正在逐步超越原材料成为占据第一位的成本支出,推进机械制造工艺智能化发展是当务之急。(2)提高机械制造工艺技术人员综合素质。一个机械制造企业要持续发展,必须有一批理论扎实、实践经验丰富的机械制造工艺技术人员。工艺技术人员主要负责产品制造工艺设计及产品工装设计,通过不断优化生产工艺,确保达到产品质量的要求标准。高端复合型工艺技术人员不仅是工艺、工装设计,同时还需要懂得企业管理、质量管理、设备管理、物流管理、成本控制等各方面的综合知识。(3)提升机械制造企业成本管理水平。随着市场竞争的日益加剧,制造企业要想占据主导地位,必须在成本管理上下功夫,要更新成本管理观念、创新管理方法、完善成本管理体系。
企业首先要健全各项管理制度,明确经济责任,将管理工作系统化。特别要加强企业制度的执行力,在内部控制中要全面有效地落实。中国是制造大国,目前国内外竞争的激烈,加上劳动力成本逐年上升,中国机械制造工艺转型升级迫在眉睫。
作者:胡烨 单位:漯河职业技术学院
参考文献
[1]鲁先珉.机械自动化发展趋势研究[J].黑龙江科技信息,2011,(23).
关键词:能源;节约能源;合理利用能源;能源管理;能源计量
前言
过去20年,我国实现了开发与节约并举的节能目标,GDP翻二番,而能源消费仅翻一番。
在全面建设小康社会的过程中,中国在能源领域面临的一系列挑战:
(1)过度依赖化石燃料,对资源的可持续供应造成压力。2000年我国人均石油开采储量只有2.6吨,人均天然气可采储量1074立方米,人均煤炭可采储量90吨,分别为世界平均值的11.1%、4.3%、55.4%。
(2)经济社会发展对能源的依赖度仍然较大,提高能源效率虽然还有较大潜力,据分析到2020年存在少用8亿吨标准煤的可能,但其艰巨性要远大于前20年。
(3)可持续发展面临较大压力,尤其是如何满足小康社会对环境的要求面临着巨大挑战,中国并没有摆脱先污染后治理的老路。
基于上述原因,在现阶段的工程设计中对于节约能源方面的要求日益精细,尤其是在项目的立项和方案审查阶段,所提交的文件中必需包含节能专篇,在某些地区还必需要求提供单独成册的《能源报告》。《能源报告》的编写方式及深度要求与“节能专篇”有很大的区别,笔者以“天津雷沃动力有限公司产品技术升级及扩能技改项目”为例,简述《能源报告》的编写深度及应包含的内容,以共动力领域内的设计者共同探讨,因为在此之前,我们还没有编制《能源报告》的先例。
1 设计概述
能源是指煤炭、原油、天然气、电力、焦炭、煤气、热力、成品油、液化石油气、生物质能和其他直接或者通过加工、转换而取得的各种有用能资源。
节能是指加强用能管理,采取技术上可行、经济上合理以及环境和社会可以承受的措施,减少从能源生产到消费各个环节中的损失和浪费,更加有效、合理地利用能源。节能是国家发展经济的一项长远战略方针。各级人民政府应当加强节能工作,合理调整产业结构、企业结构、产品结构和能源消费结构,推进节能技术进步,降低单位产值能耗和单位产品能耗,改善能源的开发、加工转换、输送和供应,逐步提高能源利用效率,促进国民经济向节能型发展。
为全面贯彻和落实科学发展观,推进全社会节约能源,提高能源利用效率和经济效益,保护环境,保障国民经济健康有序发展,加强工业类固定资产投资项目用能管理,推进节能减排工作的实施,根据《国务院关于加强节能工作的决定》(国发〔2006〕28号)、国家发展改革委《关于加强固定资产投资项目节能评估和审查工作的通知》(发改投资[2006]2787号)的规定,国家发展改革委审批、核准和报请国务院审批、核准的固定资产投资项目,可行性研究报告或项目申请报告必须包括节能分析篇(章);固定资产投资项目应于审批、核准或者备案之前编制节能分析专章或能源报告。
本《能源报告》的编制目的在于指导和规范节能分析,为有效组织和实施节能评估和审查工作提供更加充分的依据。
2 设计依据
2.1《中华人民共和国节约能源法》(2008年6月1日起施行)
2.2《中华人民共和国可再生能源法》(2006年1月1日起施行)
2.3《机械行业节能设计规范》JBJ14-2004
2.4《重点用能单位节能管理办法》(原国家经贸委第7号令)
2.5《用能单位能源计量器具配备和管理通则》GB17167-2006
2.6《工业企业能源管理导则》GB/T15587-1995
2.7《综合能耗计算通则》GB 2589-90
2.8中华人民共和国国家标准《节能监测技术通则》GB15316-94
2.9 本项目相关专业提供的节约与合理利用能源设计资料。
3 项目概况
本节就项目的所在地、项目的规模、产品及生产纲领、工厂组成等内容进行介绍。
3.1公司简介
天津雷沃动力有限公司(简称雷沃动力)是一家集发动机研发、制造、销售为一体的先进技术型企业。公司位于天津市北辰区,占地面积10万多平方米,建筑面积7万多平方米,拥有从英、美、德、法等国家购入的7条现代化生产线,具有年生产6万台发动机的能力。雷沃动力是在原中英合资的珀金斯动力(天津)有限公司的基础上,为适应动力产品国际化发展趋势、建立自主品牌、引入新的战略合作伙伴、扩大资产规模、提升生产能力、升级产品技术后建立的现代化企业。
雷沃动力在消化和吸收原英国珀金斯技术的基础上,针对全球动力领域的需求,公司与世界顶级技术咨询公司及国内著名科研院所合作,设计开发了具有欧洲血统和现代先进技术、排放标准达到了欧Ⅲ乃至欧Ⅴ的经典动力产品。目前公司主要产品有雷沃飞驰、雷沃1000两大系列,共计100多个品种,300多种型号,产品功率范围42kW~170kW,广泛适用与汽车、船舶、工程机械、发电设备、农业装备等领域。
雷沃动力致力于品质不断提升、技术不断创新、满足客户现实和潜在需求,产品范围将逐渐扩展至涵盖柴油、汽油、代用燃料等发动机,排量2L~12L,功率范围30kW~350kW,规划2015年产能达到30万台。
本次规划设计内容是雷沃动力在天津市北辰科技园区内新征土地,投资建设新发动机工厂,用于生产升级后的产品。
3.2项目产品
项目产品是在现有产品基础上开发的升级产品,可以满足国3、国4排放标准。有标准型和加强型两种,每种产品包括4缸、6缸两个系列。
3.3 生产纲领
项目分两期建设,纲领如下:
-期年产10万台发动机、二期增加10万台产能。
全年工作251天,每天2班,每班8小时;设备年时基数3810小时,工人年时基数1820小时。
3.4 工厂组成及任务
4能源供应设计状况
本节主要阐述拟建项目所在地的能源供应状况,分析能否满足拟建项目建设及运营的需要。
本项目所使用的能源有:一次能源―天然气;二次能源―电、市政热水、柴油;耗能工质―自来水、压缩空气、循环水,按其所耗电能折标。
北辰科技园区已配套有市政给排水管网,生活、生产、消防用水采用城市自来水,直接由市政供水管网供给。待市政可提供回用水供水条件时,厂区绿化道路浇洒用水、卫生器具冲洗用水等用水,采用市政回用水供水管网供给。生活、生产供水和消火栓供水分为两个系统。厂区内建生产和生活给水管网系统、复用水供水管网、室内消火栓给水管网系统、自动喷水给水管网系统。
右表为水量设计数据,其中总用水量包含有消耗水量和循环水量。从市政自来水接入2个DN200给水进口。北辰科技园区管委会建设部在高新大道和七纬路市政管道建设将会满足本项目用水的要求。
本项目使用的柴油外购。
柴油耗量1450kg/h(一期:650kg/h,二期:800kg/h),柴油密度840kg/m3。柴油油罐设置2台,单台容积V=50m3,充装系数0.85,两班工作制,单班8小时生产。柴油储存量使用天数为3天。供油站建在厂区靠近负荷中心的地方。
选用额定产气量为31.1m3/min的两级压缩水冷螺杆式空压机5台,一期3台(2用1备),二期2台。能够满足工艺设备对压缩空气的需求。
本项目使用的循环水为自产。本次设计除空调循环水系统设备自带外,另设3个循环水系统,分别是装配车间试验用循环水系统、技术中心试验用循环水系统、空压站空压机干燥机冷却循环水系统。每个系统均采用开式循环系统,湿球温度按27℃计,设计循环水量一期为539.3m3/h, 二期新增718.9m3/h。站房土建一次完成,设备分期实施。
5能源消耗状况
本节主要阐述拟建项目所涉及到的能源消耗状况,主要依据是项目的规模及各个生产环节所需能源的数量。
能源消耗分类:
(1)直接消耗:为了生产某种产品而直接消耗的能源,或称主要生产消耗。是企业的生产设备直接使用这些能源或能源实物才能产出产品或完成产品生产过程中的某工艺程序。
(2)辅助能耗:为主要生产提供生产条件的能源消耗,而这些条件又必不可少。使用这些能源的绝大部分是企业的辅助生产设备。
(3)附属生产能耗:为直接生产提供辅助条件的部门的能源消耗,如机修车间、运输、化验等部门消耗的能源。
5.1 能耗计算方法依据
5.1.1 GB2589-90《综合能耗计算通则》
《通则》规定:实际消耗的各种能源是指:一次能源、二次能源和生产使用的耗能工质所消耗的能源。企业综合能耗等于企业消耗的各种能源实物量与该种能源的等价值的乘积之总和。
5.1.2.国家统计局规定
企业购入能源实际消耗量即企业能耗,是指实际消耗的各种一次能源和二次能源。综合能耗计算按国家统计局公布的当量或等价折标煤系数折算。本项目综合能耗按照等价折标煤系数计算。
5.2 主要能源和耗能工质的品种及年需要量
为避免能耗计算和汇总过程中发生重复计算或遗漏,计算综合能耗时,视项目为一个体系,计算的主要能源和耗能工质年需求量包括工艺和站房用能源,不包括本厂自产的能源和耗能工质(其后能耗指标计算相同),即下表(2)中用粗斜体下划线表示的数据。另外按规定油、液压油、变压器油、乳化液、稀有气体、化学品和木材等不计入能源消耗。
本次设计中所耗外购能源有电能、自来水、市政热水、天然气、柴油等,自产的耗能工质有压缩空气。天然气:用于设备热源;电能:电动机械动力、加热热源及照明等;水:用于生产、生活和消防;压缩空气:用于夹具、气动机械、气动泵等;市政热水:采暖;柴油:发动机加注。
能源、耗能工质的品种和年总实物能耗及折合标煤计算见表(1)、表(2)、表(3)。
年综合能源消费总量在1万吨标准煤以上的用能单位为重点用能单位。重点用能单位应当按照国家有关规定定期报送能源利用状况报告。
本项目一期综合能耗约为2.69万吨标准煤,属重点用能单位。
5.3能源消耗指标分析
能耗技术经济指标,是工程项目(或方案)确立、分析和全面考察、评价的数据基础;是效益论证、择优的依据;也是工程项目(或方案)用能是否合理及节能设计优劣的重要指标之一。
在机械工厂节能设计中常用的能耗技术经济指标包括有:总实物能耗和总综合能耗;单位产量实物能耗和综合能耗;单位产值实物能耗和综合能耗等。本次设计通过外购能源费用估计,计算出单位产品的平均费用及单产能耗。外购能源费用估算见表(4),单位产品的平均费用及单产能耗见表(5)。
现按照年生产规模为20万台发动机计算单位产品的平均费用及单产能耗,见表(5)。
本项目产品属于内燃机,工艺设计单位产品能耗为134.56kg标煤/台,上述表中数据列举的是产品中某一阶段或某一工种的能耗限额,其单位是kg标煤/吨或kg标煤/m2,因此与整体装配发动机能耗无法比较,若生产纲领中标示产品的计量单位为t(如某些铸造项目)可以进行比较。
从外购能源消耗比例可以看出该项目能源消耗最大的是电能占总能源消耗的50.95%。其次是柴油占总能源消耗的44.35%。从能源消耗比例中我们可以得出设计中选用电节能产品、优化供配电系统及采用高效率的柴油使用方式对项目节能降耗具有重要意义。
6节能措施
本节是《能源报告》中的重点章节,详细阐述了设计中采取的节能方法,对一些项目有借鉴意义,当然不同的项目有不同的工厂组成,节能的措施也会不同。
6.1 设计原则
6.1.1 合理选择和利用能源原则
采用的能源种类、品位与质量、耗量,必须符合国家、地区、行业颁布的能源政策、法规、通则、规范及标准。
因地制宜立足本地区选择能源品种,有条件可利用时,则充分利用社会集中供能,尽可能减少自产能源的种类和数量。
6.1.2 能源综合利用的原则
6.1.3 坚持专业化协作的原则
6.1.4 工艺设计及设备选用先进合理的原则,新增设备优先选用国家推荐的节能产品,严禁采用国家规定的淘汰产品。
6.2 节约及合理利用能源的主要措施
6.2.1选用节能高效设备
能源的转换和终端利用,都是通过一定的设备或装置实现的,因此能量利用的有效水平,在很大程度上取决于能源流程中每个生产环节所使用的设备性能和质量。在设计中选用节能设备是实现节约能源及合理利用能源的主要措施之一。
6.2.2 改进生产工艺和操作实现节能
设计时对以上两点的考虑,实现节能。例如:
机加工车间(包括机修车间)节能措施:
(1)工艺上采用工序集中,可以减少零件的装卸和搬运次数,从而减少装卸和搬运的能耗。
(2)机修车间采用“成组技术”加工,提高设备利用率,减少设备的采用数量及其相应的辅助设施,减少投资,使机床选型合理,有利于避免大机床加工小零件,减少搬运,因而减少搬运能耗;减少工装系数,从而减少工装制造能耗并节约钢材。
(3)采用精车或精铣代替磨削,节能效果显著。
(4)采用多刀多刃切削、强力切削、高速切削,可以提高工效,缩短加工时间,从而减少机床的固定损耗。
(5)专用刀具由刀具专业厂供应,有利于提高专业化生产的程度,提高生产设备利用率和负荷率,减少单位产品能耗。
(6)采用先进高效的加工设备,既能减少工件的加工时间,从而减少加工设备的固定能耗,又可减少工件的装夹和搬运次数。因而减少装夹和搬运能耗。
(7)采用不重磨刀具、超硬质合金刀具等先进的切削刀具,可以减少换刀次数、机床停车或者启动次数,从而减少停车和启动能耗。
(8)采用先进的测量方法可以减少停车次数,因而减少机床启动和停车时的能耗以及机床空载能耗。
(9)提高设备负荷率,既可减少工艺投资,又可提高设备的更新率,有助于提前更换一代比一代更加先进、节能的新设备。
(10)大件加工的生产设备集中布置,可以缩短大件的搬运路线,因而能减少搬运能耗。
涂装车间节能措施:
(1)全部烘干炉两端设风幕及排烟罩,大大减少了热量外溢,节省了加热能耗。
(2)加热设备外设保温层,减少了热损失。
(3)所有电机和电气元件选用了节能型产品。
装配车间节能措施:
(1)新增设备选用国家推荐的节能产品和技术先进产品。
(2)非标设备采用优化设计,提高传动效率,降低能耗。
(3)柴油油通过管道从供油站送至各个加注工位,采用恒压、变量输送的方式,可节省10%的油量,供油站的油泵能对加油机开、停引起的管道压力变化自动调整工作状态,避免加注损失。
给排水节能措施:
(1)所有车间进口处均设水表计量。
(2)冷却循环水选用低噪声冷却塔,属国家推荐的节能产品。
(3)冲厕水、绿化浇洒采用处理后的工业、生活污水。
(4)提高自来水的重复利用,给水重复利用率为94%以上。
暖通节能措施:
本项目最大能耗主要是制冷机运行的能耗,水泵运行能耗,风机运行能耗等。主要采取的节能措施如下:
(1)根据空调车间较为分散的特点,本项目采用能效比及NPLV值都较高的一体化冷水机组, 机组就近布置于空调建筑附近,减小了冷媒输送能耗及冷量损失。根据机加工车间为净空高,面积大的高大空调厂房的特点,对其采取分层空调的方式,可比全面空调节能35%。同时空调车间在过渡季均可进行全新风运行,节约大量能耗。
(2)根据风机的所需动力消耗正比于全压、风量,反比于全压效率。故在设计中对焊装部位污染源尽可能的采取良好的密封,在不影响工艺设备运行的情况下优化排风罩,以减少风量,降低风机能耗。设计中采用能处理高浓度焊烟的新型高效筒式除尘器,系统仅用一级过滤就可达到排放标准,降低了系统阻力,减少了漏风量,降低风机能耗。发动机试验台架在冬季工作时,送风与排风混合,充分利用了排风的热量,节约能源。
(3)制冷系统冷冻水管道采用难燃的B1级橡塑保温材料,保温层厚度按照98R419《管道及设备保冷》确定。
(4)制冷系统可根据负荷变化自动调节运行,以降低能耗。通风空调设备均采用合理用能的先进设备。
动力节能措施:
(1)压缩空气系统
a全面分析用户对压缩空气的压力、质量等级的不同要求,还有用户的压缩空气需要的时间特性。