李紹海，盛 偉，葉建陽(yáng)

（中國(guó)聯(lián)合工程公司，浙江 杭州 310052）

傳統(tǒng)的壓力容器生產(chǎn)廠房主要采取縱向布置方式，但是隨著我國(guó)壓力容器制造能力的不斷提升，尤其是近十幾年來(lái)我國(guó)核電裝備制造業(yè)的發(fā)展，越來(lái)越多的壓力容器廠房采取了橫向布置方式。合理的布置方式對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)起到至關(guān)重要的作用，本文就這兩種布置方式的利弊和適用條件進(jìn)行分析。

1 縱向布置方式

采取縱向布置方式時(shí)車(chē)間內(nèi)壓力容器產(chǎn)品的長(zhǎng)度方向與車(chē)間縱向（起重機(jī)軌道方向）平行。這是傳統(tǒng)的工藝布置方式，我國(guó)早些年建造的壓力容器廠房基本上都采用這種方式，現(xiàn)在也仍然是主流的布置，大多數(shù)生產(chǎn)企業(yè)仍然習(xí)慣于縱向布置的生產(chǎn)方式。

圖1為典型的縱向布置方式示意圖。圖中的廠房由3跨車(chē)間組成，輔助生產(chǎn)設(shè)施布置在廠房端頭。圖中：①～⑤為噴漆室、噴丸室、熱處理爐、探傷室、生產(chǎn)辦公輔房；⑥為車(chē)間橋式起重機(jī)；⑦為帶軌道懸臂式焊接操作機(jī)；⑧為過(guò)跨平板車(chē)；A1、B1、C1和A2、B2、C2代表不同的車(chē)間位置。

圖1 縱向布置示意圖

1.1 工藝物流及轉(zhuǎn)運(yùn)分析

采用縱向布置時(shí)，車(chē)間的工藝物流直觀上看簡(jiǎn)捷和順暢，這也是縱向布置方式受到青睞的原因之一。如圖1所示，產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程可由A1（或A2）開(kāi)始，向B1(或B2)方向逐步推進(jìn)，最后在C1（或C2）完成總裝并發(fā)運(yùn)，工藝物流似乎呈一條直線。然而這只是直觀印象。隨著近些年來(lái)新建廠房長(zhǎng)度和面積的不斷增加，另外兩種隱含著的物流對(duì)生產(chǎn)的影響越來(lái)越大，一種是過(guò)跨轉(zhuǎn)運(yùn)，一種是往返轉(zhuǎn)運(yùn)。

不論是哪種轉(zhuǎn)運(yùn)，其實(shí)質(zhì)都是一種無(wú)效工作，應(yīng)盡可能減少，分析如下：

（1）過(guò)跨轉(zhuǎn)運(yùn)：即產(chǎn)品（工件）由一跨車(chē)間轉(zhuǎn)運(yùn)到另一跨車(chē)間進(jìn)行加工。例如，圖1中A1（或B1）位置的工件去C2位置的探傷室進(jìn)行探傷，或者A2(或B2)位置的工件去C1位置的噴丸室進(jìn)行噴丸處理都需要進(jìn)行過(guò)跨轉(zhuǎn)運(yùn)。

要實(shí)現(xiàn)這種過(guò)跨操作，需要完成5個(gè)動(dòng)作：車(chē)間一跨起重機(jī)吊起工件走到平板車(chē)軌道位置→工件調(diào)轉(zhuǎn)方向并放在平板車(chē)上→平板車(chē)過(guò)跨（由一跨運(yùn)行到二跨）→車(chē)間二跨起重機(jī)吊起工件并轉(zhuǎn)向→吊運(yùn)到探傷室平板車(chē)上。如果再考慮產(chǎn)品的返回，則需要10個(gè)動(dòng)作才能完成。因此，過(guò)跨轉(zhuǎn)運(yùn)是個(gè)非常繁瑣的工作。由于車(chē)間端頭位置有限，不可能布置更多的生產(chǎn)輔助設(shè)施，這樣的轉(zhuǎn)運(yùn)很難避免。

可以推斷，車(chē)間跨數(shù)越多，需要這樣的過(guò)跨轉(zhuǎn)運(yùn)工作量越大，對(duì)生產(chǎn)的影響也更大。

（2）往返轉(zhuǎn)運(yùn)：即產(chǎn)品（工件）在某一生產(chǎn)設(shè)施處完成了相應(yīng)的生產(chǎn)任務(wù)后，又返回到原來(lái)（或附近）的生產(chǎn)工位上。例如，圖1中A2位置的工件吊運(yùn)到C2處熱處理爐完成了熱處理操作，又返回到A2或B2位置繼續(xù)生產(chǎn)。這個(gè)過(guò)程看上去是個(gè)簡(jiǎn)單的動(dòng)作，圖1中每跨車(chē)間內(nèi)只設(shè)置了2臺(tái)起重機(jī)，往返轉(zhuǎn)運(yùn)的操作過(guò)程比較簡(jiǎn)單。但是，當(dāng)一跨車(chē)間內(nèi)布置多臺(tái)起重機(jī)且工件需要從車(chē)間一端轉(zhuǎn)運(yùn)到另一端時(shí)，處于車(chē)間中部的起重機(jī)要么需要同步移動(dòng)位置，要么進(jìn)行接力式吊運(yùn)，這種往返轉(zhuǎn)運(yùn)就變得非常繁瑣，對(duì)生產(chǎn)的影響就更大。

可以想象，隨著新建壓力容器生產(chǎn)廠房長(zhǎng)度的不斷增加，這樣的長(zhǎng)距離往返轉(zhuǎn)運(yùn)對(duì)生產(chǎn)的影響會(huì)非常大，需要大量的時(shí)間和工作消耗在轉(zhuǎn)運(yùn)的路上。

1.2 工位布置與操作分析

焊接是壓力容器產(chǎn)品生產(chǎn)的主要工作之一。采用縱向布置時(shí)，可以設(shè)置軌道式焊接操作機(jī)進(jìn)行壓力容器組焊。焊接操作機(jī)可沿著軌道移動(dòng)，這樣同一臺(tái)焊接操作機(jī)就可以進(jìn)行多工位焊接。這種生產(chǎn)方式使用起來(lái)非常方便，是我國(guó)絕大多數(shù)壓力容器制造企業(yè)采取的方案。圖2（a）為縱向布置時(shí)的焊接工位布置，一臺(tái)軌道式焊接操作機(jī)對(duì)應(yīng)2個(gè)焊接工位。

圖2 焊接工位布置方式

這種典型布置方式在國(guó)內(nèi)壓力制造企業(yè)應(yīng)用普遍，其優(yōu)勢(shì)也十分明顯：

（1）生產(chǎn)操作便利：采取多工位生產(chǎn)時(shí)，一個(gè)工位進(jìn)行環(huán)縫焊接，另一個(gè)工位可進(jìn)行準(zhǔn)備或者其他工作，從而提高自動(dòng)焊接的效率。而要實(shí)現(xiàn)工位變換只需要將焊接操作機(jī)沿軌道橫移即可，生產(chǎn)操作很方便。

（2）產(chǎn)品適應(yīng)性好：壓力容器產(chǎn)品長(zhǎng)度和直徑等規(guī)格參數(shù)往往不同。當(dāng)采用縱向布置時(shí)，焊接工位基本上不受工件長(zhǎng)度的限制，長(zhǎng)短容器都可以采用，只需要將焊接操作機(jī)通過(guò)軌道移動(dòng)到對(duì)應(yīng)焊縫位置即可工作。

（3）轉(zhuǎn)運(yùn)便利：采用縱向布置時(shí)，車(chē)間安全通道設(shè)置在車(chē)間中部，通道兩側(cè)各設(shè)置一個(gè)工位，生產(chǎn)工位周邊的場(chǎng)地富余量較大，工件縱向移動(dòng)，轉(zhuǎn)運(yùn)比較方便。

2 橫向布置方式

采用橫向布置方式時(shí)壓力容器產(chǎn)品長(zhǎng)度方向與車(chē)間縱向（起重機(jī)軌道）垂直。一直以來(lái)，橫向布置方式在我國(guó)壓力容器行業(yè)采用的都比較少，但是近十幾年來(lái)隨著我國(guó)核電裝備制造業(yè)的發(fā)展，國(guó)內(nèi)主要新建的核電容器制造基地均采取了橫向布置方式，一些電站輔機(jī)及大型化工壓力容器生產(chǎn)車(chē)間也采取了橫向布置方式。

圖3為典型的橫向布置方式示意圖，廠房也由3跨車(chē)間組成，各類(lèi)輔助生產(chǎn)設(shè)施布置在廠房一側(cè)，輔助設(shè)施的運(yùn)輸平板車(chē)軌道延伸至車(chē)間內(nèi)。圖中各代號(hào)含義同前。

圖3 橫向布置示意圖

2.1 工藝物流及轉(zhuǎn)運(yùn)分析

采用橫向布置時(shí)，產(chǎn)品的生產(chǎn)過(guò)程也可由A1（或A2）開(kāi)始，向B1(或B2)方向逐步推進(jìn)，最后在C1（或C2）完成總裝并發(fā)運(yùn)，只不過(guò)在此過(guò)程中產(chǎn)品是橫向轉(zhuǎn)運(yùn)。顯然，工件橫向移動(dòng)不如縱向移動(dòng)方便。

采取橫向布置時(shí)也存在過(guò)跨轉(zhuǎn)運(yùn)和往返轉(zhuǎn)運(yùn)，但是與縱向布置方式區(qū)別較大：

（1）過(guò)跨轉(zhuǎn)運(yùn)：由圖3可見(jiàn)，由于探傷室等生產(chǎn)輔房的平板車(chē)軌道可以穿越多個(gè)車(chē)間，因此可大幅減少過(guò)跨轉(zhuǎn)運(yùn)工作。例如，圖3中車(chē)間一跨和車(chē)間二跨的產(chǎn)品工件均可直接吊運(yùn)到生產(chǎn)輔房的平板車(chē)上，不需要進(jìn)行過(guò)跨轉(zhuǎn)運(yùn)。車(chē)間三跨內(nèi)的產(chǎn)品要進(jìn)入探傷室也不需過(guò)跨轉(zhuǎn)運(yùn)，只有車(chē)間三跨內(nèi)的工件去熱處理或噴丸室時(shí)才需要過(guò)跨轉(zhuǎn)運(yùn)。而且過(guò)跨轉(zhuǎn)運(yùn)時(shí)也不需要將工件調(diào)轉(zhuǎn)方向。

因此，采用橫向布置時(shí)，轉(zhuǎn)運(yùn)工作量可大幅減少。如果生產(chǎn)輔房的軌道再進(jìn)一步延長(zhǎng)，過(guò)跨轉(zhuǎn)運(yùn)還可以減少。當(dāng)然，這會(huì)造成車(chē)間場(chǎng)地的浪費(fèi)，因此需要綜合考慮。

（2）往返轉(zhuǎn)運(yùn)：橫向布置時(shí)也存在往返轉(zhuǎn)運(yùn)，但是也與縱向布置存在較大區(qū)別。一方面，在廠房規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，可將轉(zhuǎn)運(yùn)頻率較高的熱處理爐和探傷室布置在廠房居中的位置。如此，則所有的往返轉(zhuǎn)運(yùn)距離幾乎可減少一半。另外，如有必要還可增加生產(chǎn)輔房的設(shè)置，進(jìn)一步減少往返轉(zhuǎn)運(yùn)的距離，如圖3中可在噴丸室旁再增加一座熱處理爐（虛線所示）。

由此可見(jiàn)，橫向布置在往返運(yùn)輸方面也具有明顯優(yōu)勢(shì)，尤其是在廠房很長(zhǎng)的情況下，這種優(yōu)勢(shì)將更加顯著。

2.2 工位布置與操作分析

采用橫向布置方式時(shí)，仍然可配置軌道式焊接操作機(jī)進(jìn)行壓力容器組焊。焊接操作機(jī)可沿著軌道移動(dòng)并可回轉(zhuǎn)180°，這樣同一臺(tái)焊接操作機(jī)就可以兼顧2個(gè)工位的焊接工作，如圖2（b）所示。當(dāng)然也可按照?qǐng)D3中的模式，將操作機(jī)軌道延伸橫跨兩個(gè)車(chē)間，如此1臺(tái)焊接操作機(jī)可對(duì)應(yīng)4個(gè)工位，產(chǎn)品的生產(chǎn)更加靈活。

這種布置方式在我國(guó)核電設(shè)備生產(chǎn)廠房使用最多，與縱向布置相比有如下特點(diǎn)：

（1）生產(chǎn)操作的便利性較好。當(dāng)一個(gè)工位進(jìn)行環(huán)縫焊接時(shí)，另一個(gè)工位可進(jìn)行總裝。變換工作時(shí)只需要將焊接操作機(jī)回轉(zhuǎn)180°.

（2）產(chǎn)品的適應(yīng)性不強(qiáng)，更適合規(guī)格接近的產(chǎn)品生產(chǎn)：由圖2（b）可知，采用橫向布置時(shí)壓力容器產(chǎn)品的長(zhǎng)度受車(chē)間跨度的限制，如果產(chǎn)品太長(zhǎng)則不具備生產(chǎn)條件。一般36m跨度的廠房按此方式制造的產(chǎn)品長(zhǎng)度不超過(guò)30 m.如果產(chǎn)品太長(zhǎng)，只能單獨(dú)設(shè)置縱向生產(chǎn)工位。另一方面，如果產(chǎn)品長(zhǎng)短不一，則有效的工位利用將降低。反之，壓力容器產(chǎn)品規(guī)格越是接近，這種布置方式的優(yōu)勢(shì)越容易發(fā)揮。

（3）轉(zhuǎn)運(yùn)便利性較差：采用橫向布置時(shí)，工件轉(zhuǎn)運(yùn)需要從其它工件或設(shè)備的上部橫向越過(guò)，需要更高的起吊高度，對(duì)車(chē)間其它區(qū)域的生產(chǎn)會(huì)產(chǎn)生一定的影響。

3 綜合分析和結(jié)論

通過(guò)上述分析，可以得出如下結(jié)論：

（1）從廠房角度看：廠房越長(zhǎng)，則縱向布置方式的往返倒運(yùn)距離也越長(zhǎng)；跨數(shù)越多，縱向布置方式的過(guò)跨轉(zhuǎn)運(yùn)量越大。因此大型壓力容器廠房不太適合單純的縱向布置方式，采取橫向布置時(shí)更有優(yōu)勢(shì)，在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)也可將兩種方式進(jìn)行合理組合。

（2）從產(chǎn)品角度看：壓力容器產(chǎn)品的規(guī)格越是接近，橫向布置越有利；產(chǎn)品規(guī)格變化不定時(shí)，縱向布置更合適。前者適合有定型產(chǎn)品且可小批量生產(chǎn)的企業(yè)，后者適合完全根據(jù)市場(chǎng)訂單生產(chǎn)的企業(yè)。

（3）場(chǎng)地利用率和投資因素：對(duì)照?qǐng)D2(a)和(b)可見(jiàn)，在同樣的場(chǎng)地范圍內(nèi)，采用縱向布局時(shí)只布置了4個(gè)生產(chǎn)工位；而采用橫向布局時(shí)，則可布置6個(gè)生產(chǎn)工位。由圖中的陰影區(qū)可知，在同樣的操作機(jī)使用條件下，縱向布置時(shí)的場(chǎng)地占用面積幾乎是橫向布置時(shí)的一倍。因此，采用橫向布置時(shí)車(chē)間場(chǎng)地的利用率更高。這對(duì)于造價(jià)高昂的重型廠房來(lái)說(shuō)是一個(gè)不可忽視的因素。但是也要看到，采用橫向布置需要更高的廠房，這也會(huì)提升廠房的造價(jià)。

總之，壓力容器廠房在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)需要結(jié)合車(chē)間內(nèi)的物流轉(zhuǎn)運(yùn)、生產(chǎn)操作的便利性、投資造價(jià)等因素綜合考慮，以期求得最優(yōu)化方案。