Проектирование машиностроительного производства

 
 
 
 
 
 
В. П. Вороненко, М. С. Чепчуров, М. И. Седых 
 
 
 
 
 
ПРОЕКТИРОВАНИЕ  
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА 
 
 
 
Учебник  
 
Под редакцией В. П. Вороненко 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2024 
 

 
УДК 621.9 
ББК 34.4 
В75 
 
 
 
Рецензент: 
д. т. н., проф. кафедры «Технология и оборудование машиностроения»  
Федерального государственного автономного образовательного учреждения 
высшего образования «Московский политехнический университет»  
Вартанов Михаил Владимирович 
 
 
 
 
 
Вороненко, В. П. 
В75  
Проектирование машиностроительного производства : учебник / 
В. П. Вороненко, М. С. Чепчуров, М. И. Седых ; под редакцией В. П. Вороненко. – Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2024. – 444 с. : ил., 
табл. 
ISBN 978-5-9729-2067-9 
 
Рассмотрены принципы разработки проекта производственной системы. Приведены методики определения состава и количества основного оборудования, его размещения на производственных участках поточного и непоточного производства; числа рабочих, проектирования систем инструментообеспечения, автоматизированной складской 
системы, транспортной системы, системы управления и подготовки производства. Даны метрологическое обеспечение производства, компоновочно-планировочные решения производственной системы. Рассмотрены вопросы синтеза производственной системы, моделирования ее работы, технического обслуживания, охраны труда производственного персонала: разработка зданий по строительной, сантехнической и энергетической части, экономического обоснования проекта производственной системы. 
Для студентов машиностроительных специальностей вузов при изучении дисциплины «Проектирование машиностроительного производства». Может быть полезно 
инженерно-техническим работникам, занимающимся вопросами проектирования машиностроительных производств. 
 
УДК 621.9 
ББК 34.4 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-2067-9 
” Вороненко В. П., Чепчуров М. С., Седых М. И., 2024 
 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2024 
 

ВВЕДЕНИЕ 
 
Машиностроение – отрасль, определяющая суверенитет страны в современном мире. Уровень машиностроения определяет эффективность экономики и 
уровень обеспечения обороноспособности государства. Поступательное технологическое развитие машиностроения невозможно без создания автоматизированных производств, реконструкции существующих с повышением уровня автоматизации. Современные машиностроительные производства обеспечивают высокий уровень автоматизации основных и вспомогательных процессов за счет 
программного управления технологическим оборудованием и использования интернета вещей (IoT), роботизации операций загрузки-разгрузки и перемещения 
заготовок и изделий, внедрения в системы управления предприятиями и отраслью искусственного интеллекта (AI). 
Проектируемые и реализуемые производственные процессы должны обеспечивать решение следующих задач: выпуск продукции необходимого качества, 
без которого, затраченный на нее труд и материальные ресурсы будут израсходованы бесполезно, требуемое количество изделий в заданный срок при минимальных затратах живого труда и вложенных капитальных затратах. 
Технологическое проектирование машиностроительного производства прошло путь от систематизации практического опыта в области проектирования до 
создания научной дисциплины, которая занимается изучением закономерностей, 
действующих в производственном процессе изготовления изделий, с целью использования их при создании производства, обеспечивающего требуемое качество и количество изделий с наибольшей прибылью и выполнения всех требований по безопасности работы персонала и экологии. 
Впервые сформулированы научные положения по технологическому проектированию машиностроительного производства отечественными учеными И.И. Тиме, 
А.П. Гавриленко, М.Е. Егоровым и Чарнко Д.В. [32]. Дальнейшее накопление 
опыта отечественных и зарубежных исследователей и машиностроителей позволило создать стройную методологию проектирования производственных систем 
с заданными свойствами. На ее основе производят построение новых, реконструкцию и техническое перевооружение действующих производств. Постоянное внимание следует уделять вопросам реконструкции и техническому перевооружению предприятий, так как средства, выделенные на эти цели, окупаются в 
среднем в три раза быстрее, чем при создании аналогичных мощностей за счет 
нового строительства. Однако при этом следует учитывать степень изношенности материальных средств и срок эксплуатации производственной системы, что 
в ряде случаев экономически целесообразным становится создание новых производств. 
Современные требования к значительному увеличению производительности труда, расширению номенклатуры выпускаемых изделий, повышения их качества, интенсивное развитие технических средств и методов производства изделий вынуждают постоянно совершенствовать методику проектирования и использовать в проектных работах математическое моделирование и средства 
3 

вычислительной техники. Для уточнения проектных решений при проектировании новых и реконструкции действующих машиностроительных производств 
используют программы имитационного моделирования производственных процессов. 
Проектные организации на основе изучения специфики отрасли используют 
при проектировании последние достижения науки и техники, внедряют новые 
безотходные и ресурсосберегающие технологии, широко применяют типовые 
проекты, унифицированные конструкции, системы автоматизированного проектирования (САПР). Они принимают участие в разработке заданий на проектирование, выборе площадки для строительства или обследовании действующего 
производства при реконструкции и техническом перевооружении, определении 
объемов, этапов и стоимости проектных и изыскательских работ, а также выдают 
технические требования на разработку специального производственного оборудования, определяют объемы строительно-монтажных работ, состав и число оборудования, комплектующих изделий и материалов, обеспечивают патентную чистоту проектных решений, выдают строительной организации техническую документацию в сроки, установленные договором, участвуют в приемке в эксплуатацию объектов строительства и освоении проектных мощностей, организуют 
авторский, а в необходимом случае и технический надзор за строительством. 
Основой производственного процесса является подробно разработанная 
технологическая часть, что свидетельствует о приоритетной роли технолога в 
процессе изготовления изделий машиностроения. Активное участие технолог 
должен принимать не только при создании основной (технологической) системы, 
но и при проектировании таких вспомогательных систем, как системы инструментообеспечения, контроля качества изделий, складской, охраны труда обслуживающего персонала, транспортной, технического обслуживания и управления,  
а также подготовки производства.  
Таким образом, круг задач, стоящий перед технологом, не ограничивается 
только умением проектировать технологические процессы изготовления изделий; он должен решать весь комплекс вопросов, связанных с построением производственного процесса: хорошо разбираться в экономике, организации и 
управлении производством. Необходимость решения подобных вопросов возникает при работе на промышленных предприятиях, в проектных организациях, 
научных институтах, планирующих ведомствах и учреждениях. 
Очевидно, что круг задач эффективной эксплуатации производственных систем весьма широк, эти задачи сложны и многообразны, особенно если учесть 
масштабы современного производства и уровень техники, и решение их требует 
от технолога широкого кругозора и глубоких знаний различных дисциплин. Дисциплина «Проектирование машиностроительного производства» является профилирующей и завершающей в системе подготовки дипломированных инженеров по специальности 15.05.01 «Проектирование технологических машин и комплексов» и бакалавров по направлению подготовки 15.03.05 «Конструкторскотехнологическое обеспечение машиностроительных производств» и базируется 
на знании всех предыдущих дисциплин. 
4 

Совершенствование машиностроительного производства происходит в результате обобщения опыта использования новейших средств производства и 
комплексной автоматизации производственных процессов на базе применения 
промышленных роботов, автоматических транспортных средств, контрольно-измерительных машин и т. п. В дальнейшем это позволит создавать интегрированные производства, обеспечивающие автоматизацию основных и вспомогательных процессов при минимальном участии человека в производственном процессе, выпускать изделия требуемого качества и необходимого объема. Проектирование подобных производств должно вестись на базе современных подходов 
к принятию проектных решений, в частности, использования системно-модульного принципа построения производственных систем и формализации отдельных этапов проектирования, что позволит сократить сроки проектирования, повысить его качество и автоматизировать процесс проектирования. 
Основная цель дисциплины – дать в систематизированном изложении современные методы проектирования, основанные на последних достижениях 
науки и техники, сформировать системное представление об автоматизированном изготовлении изделий в поточном и многономенклатурном производствах, 
а также научить четко формулировать исходные данные и пользоваться ими на 
всех этапах проектирования, начиная с разработки аванпроекта и кончая созданием рабочей документации. 
При раскрытии сущности производственного процесса, протекающего в машиностроительном производстве, особое внимание следует уделять совокупности взаимосвязанных этапов производственного процесса, в результате которых 
получается готовая продукция, взаимосвязи количественных и качественных изменений объекта производства, взаимодействию основной и вспомогательных 
систем, построению материальных, энергетических и информационных потоков 
и критериальной оценке принимаемых решений. 
Четкое усвоение основ производственных процессов на уровне производственного участка и цеха, умение грамотно производить технико-экономический 
анализ принимаемых решений позволит повысить эффективность машиностроительного производства. 
В настоящее время идет интенсивное расширение номенклатуры производимых изделий и увеличение общего их количества. Наряду с этим возрастают 
требования к качеству изделий. Это ведет за собой необходимость повышения 
точности технологического оборудования, его мощности, быстродействия, степени автоматизации и экологической чистоты всей производственной системы. 
Существенным является и то, что рост стоимости производственного оборудования опережает повышение уровня его точности и производительности. 
Естественно, что в таких условиях без достаточно высокой надежности работы 
всей производственной системы нельзя рассчитывать на эффективное ее функционирование. Широкая номенклатура выпускаемых изделий требует высокой 
гибкости производственной системы, т. е. быстрой перенастройки (гибкости) 
производственного процесса. Из этого следует, что принимаемые технико-организационные решения должны приниматься оперативно. В этих условиях 
5 

неоптимальные решения значительно снижают потенциальную возможность используемой производственной системы. Причем, чем сложнее эта система, тем 
потери будут значительнее. 
Решение указанных проблем видится в углублении познаний о закономерностях в производственных процессах и производстве в целом. 
С учетом сказанного учебник построен в следующей последовательности.  
В главе 1 изложены общие понятия и порядок проектирования машиностроительного производства. В главе 2 рассмотрена методология проектирования машиностроительных предприятий, на основе которой рассмотрены все последующие главы. В главе 3 рассматриваются вопросы проектирования основной системы поточного и многономенклатурного производств. Проектирование инструментального обеспечения машиностроительного производства изложено в 
главе 4. Вопросы организации метрологического обеспечения рассмотрены в 
главе 5. Проектирование складского хозяйства машиностроительного производства приведено в главе 6. Исходя из того, что все современные производства человеко-машинные, в главе 7 рассмотрены вопросы охраны труда на машиностроительном предприятии, а в главе 8 рассмотрены синтез производственной системы, включающий вопросы построения компоновочно-планировочных решений, проектирования транспортной системы, системы технического обслуживания производства, а также системы управления и подготовки производства. Заключительная глава 9 посвящена разработке заданий по строительной, санитарно-технической и энергетической части, а также экономическому обоснованию проекта. 
 
6 

Глава 1. ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ И ПОРЯДОК ПРОЕКТИРОВАНИЯ 
 
1.1. Основные понятия и определения 
 
Производство имеет два смысловых значения. Первое соотносится с понятиями «предприятие», «завод», «цех», «участок» и другими, а второе – с понятием «процесс», например, производственный процесс или процесс производства. Рассмотрим смысл первого понятия. 
Производство – технико-организационное подразделение труда, предназначенное для изготовления продуктов труда. Очевидно, что более конкретное 
определение производства зависит от структурного иерархического уровня данного подразделения и его предметной содержательности. 
Машиностроительное производство, состоящее из комплекса производственных участков и вспомогательных подразделений, в котором протекают производственные процессы изготовления изделий, представляет собой сложную 
динамическую систему, структура и параметры которой находятся в непосредственной зависимости от сложности конструкции, номенклатуры выпускаемой 
продукции и характеристик производственного процесса ее изготовления.  
Производственным процессом1 в машиностроении называется совокупность действий, необходимых для выпуска готовых изделий из полуфабрикатов. 
В основу производственного процесса положен технологический процесс изготовления изделий, во время которого происходит изменение качественного состояния объекта производства. Для обеспечения бесперебойного выполнения 
технологического процесса изготовления изделия в машиностроительном производстве создаются вспомогательные процессы.  
Каждый производственный процесс обладает определенным качеством. Качество процесса – это совокупность свойств, выражаемая системой показателей, 
включающей четыре группы: качественные, количественные, временные и затратные. 
Жизненный цикл производственного процесса (согласно Р 50-605-80-93) – 
совокупность взаимосвязанных процессов последовательного изменения состояния продукции от формирования исходных требований к ней до окончания ее 
эксплуатации или применения (рис. 1.1). 
К основным этапам производственного процесса могут быть отнесены следующие: получение и складирование полуфабрикатов, доставка их к рабочим позициям (местам), различные виды обработки, перемещение полуфабрикатов 
между рабочими местами (позициями), контроль качества полуфабрикатов, хранение их на складах, сборка изделий, испытание, регулировка, окраска, отделка, 
упаковка и отправка.  
Наиболее полно этапы жизненного цикла определены в документе  
Р 50-605-80-93 «Система разработки и постановки продукции на производство. 
Термины и определения». 
 
1 Согласно ГОСТ 14.004-83 – Производственный процесс – совокупность всех действий людей 
и орудий труда, необходимых на данном предприятии для изготовления и ремонта продукции. 
7 

 
Рисунок 1.1. Схема динамики жизненного цикла производственного процесса 
 
Различные этапы производственного процесса изготовления изделий на машиностроительном заводе могут выполняться в отдельных цехах или в одном 
цехе. В первом случае производственный процесс изготовления продукции делят 
на части и соответственно называют производственным процессом, выполняемым, например, в заготовительном, сборочном, механическом цехе и т. д. Во втором случае процесс называют комплексным производственным. 
Производственные процессы делятся на поточные и непоточные. Под поточным производственным процессом понимают такой процесс, при котором 
полуфабрикаты в процессе их производства находятся в движении, причем это 
движение осуществляется с постоянным тактом в рассматриваемый промежуток 
времени. Это значит, что поступившая, например, на первую операцию заготовка 
сразу же после окончания ее передается на вторую, после второй на третью  
и т. д. до последней операции. Время хранения полуфабриката между операциями в таких случаях равно или кратно такту. Ритм выпуска – количество изделий или полуфабрикатов определенных наименований, типоразмеров и исполнений, выпускаемых в единицу времени. Под многономенклатурным производством понимают такое производство, при котором полуфабрикаты в производственном процессе находятся в движении с различной продолжительностью операций и времени хранения между ними. На одном и том же машиностроительном 
предприятии может быть организовано как поточное, так и многономенклатурное производство.  
Для каждого производства устанавливают определенную программу выпуска, под которой понимают совокупность изделий установленной номенклатуры, выпускаемых в заданном объеме в год. Число изделий, подлежащих изготовлению в установленную календарную единицу времени (год, квартал, месяц), 
8 

называют объемом выпуска. Серия – общее количество изделий, подлежащее 
изготовлению по неизменяемым чертежам. 
Каждое машиностроительное производство обладает определенной производственной мощностью, под которой понимают максимально возможный выпуск продукции установленной номенклатуры и количества, который может 
быть осуществлен за определенный период времени при выбранном режиме работы, полном использовании оборудования, площадей и других средств производства, применения передовой технологии и совершенной организации производства. Различают действительную и проектную мощность. Проектная мощность есть установленная в проекте строительства или реконструкции производства производственная мощность, которая должна быть достигнута при условии 
обеспечения производства принятыми в проекте средствами производства, кадрами и организации производства. Производственная мощность действующего 
производства не является постоянной и зависит от технического уровня работающих, уровня использования основных и оборотных фондов, сменности работы, 
уровня механизации и автоматизации производства и других факторов.  
Изготовление изделий занимает определенное время. Календарное время 
изготовления изделий от начала производственного процесса до его окончания 
принято называть производственным циклом. Например, производственный 
цикл изготовления машины – промежуток календарного времени, начиная от запуска в производство первой заготовки до отправки изделия за пределы машиностроительного производства. Цикл может быть расчетный (нормированный) и 
фактический. При не периодически повторяющихся процессах правильнее использовать термин продолжительность процесса, а не цикл.  
Движение полуфабрикатов в производстве может осуществляться поштучно или партиями. Производственной партией принято называть определенное число полуфабрикатов одного наименования и типоразмера, запускаемых в изготовление в течение определенного интервала времени, при одном и 
том же подготовительно-заключительном времени на операцию. Для выполнения производственного процесса должны быть соответствующим образом оборудованы рабочие места (позиции) [25]. В зависимости от содержания операции 
и организации ее проведения на рабочем месте (позиции) могут быть расположены основное оборудование, накопители с полуфабрикатами, один рабочий 
или группа рабочих, режущий, сборочный и контрольно-измерительные инструменты, средства охраны труда, средства автоматической загрузки и разгрузки 
оборудования (роботы, манипуляторы, автоматические агрегаты загрузки), средства технического обслуживания, элементы системы управления. В качестве 
примера на рис. 1.2 показана одна из рабочих позиций. 
Исходя из организационных соображений несколько рабочих мест (позиций) объединяют, образуя производственный участок, выполняющий свое целевое назначение. Производственным участком называют часть объема цеха, в 
котором расположены рабочие места (позиции), объединенные транспортнонакопительными устройствами, средства технического, инструментального и 
9 

метрологического обслуживания, средства управления участком и охраны труда 
и на котором осуществляются технологические процессы изготовления изделий. 
 
 
 
Рисунок 1.2. Рабочая позиция 
 
Более крупной организационной единицей является производственный 
цех, который представляет собой производственное административно-хозяйственное обособленное подразделение завода. Цех включает в себя производственные участки, вспомогательные подразделения, служебные и бытовые помещения. 
Вспомогательные подразделения создают для обслуживания и обеспечения 
бесперебойной работы производственных участков. К ним относятся: отделение 
по восстановлению режущего инструмента, контрольное и ремонтное отделения, 
отделение для приготовления и раздачи смазывающе-охлаждающих жидкостей 
и др. 
Состав производственных участков и вспомогательных подразделений 
определяется конструкцией изготовляемых изделий, технологическим процессом, программой выпуска и организацией производства. 
По характеру выполняемой работы производственное оборудование делят 
на основное (технологическое) и вспомогательное. К основному относят производственное оборудование, непосредственно выполняющее операции технологического процесса. Вспомогательное оборудование – это оборудование, не 
участвующее непосредственно в технологическом процессе изготовления изделий, но выполняющее обслуживание основного оборудования. 
За общую площадь цеха в технологических расчетах принимают сумму 
производственной и вспомогательной площадей (без служебно-бытовой площади). 
В состав производственной площади цеха включают площади, занимаемые рабочими местами (позициями), вспомогательным оборудованием, 
10