Проектирование машиностроительного производства

М.  И.  Лискович
ПРОЕКТИРОВАНИЕ
МАШИНОСТРОИТЕЛЬНОГО
ПРОИЗВОДСТВА
Допущено Министерством образования Республики Беларусь 
в качестве учебного пособия для учащихся учреждений образования, 
реализующих образовательные программы среднего специального 
образования по специальностям «Технологическое обеспечение 
машиностроительного производства», «Технологическое обеспечение 
машиностроительного производства (педагогическая деятельность)»
Минск
РИПО
2023

УДК 621.0(075.32)
ББК 34.5я723
Л63
А в т о р:
старший преподаватель УО «Гомельский государственный 
технический университет имени П. О. Сухого» М. И. Лискович. 
Р е ц е н з е н т ы:
цикловая комиссия учебных машиностроительных предметов
филиала Белорусского национального технического университета 
«Борисовский государственный политехнический колледж» (В. М. Адаменко); 
старший преподаватель кафедры «Технология и оборудование 
машиностроительного производства» УО «Полоцкий 
государственный университет имени Евфросинии Полоцкой» 
кандидат технических наук В. И. Семенов.
Все права на данное издание защищены. Воспроизведение всей книги или любой ее 
части не может быть осуществлено без разрешения издательства.
Выпуск издания осуществлен при финансовой поддержке Министерства образования Республики Беларусь.
Лискович, М. И.
Л63
Проектирование машиностроительного производства : учеб. 
пособие / М. И. Лискович. – Минск : РИПО, 2023. – 209 с. : ил.
ISBN 978-985-895-142-9.
В учебном пособии содержатся необходимые сведения для изучения 
предмета «Проектирование машиностроительного производства», рассмотрены современные методы проектирования механообрабатывающего производства, а также принципы построения автоматизированных 
производственных процессов, обеспечивающих высокую производительность и технико-экономическую эффективность.
Предназначено для учащихся учреждений образования, реализующих образовательные программы среднего специального образования 
по специальностям «Технологическое обеспечение машиностроительного производства», «Технологическое обеспечение машиностроительного 
производства (педагогическая деятельность)».
УДК 621.0(075.32)
ББК 34.5я723
ISBN 978-985-895-142-9  
 
 
	     
         
 
 
 
© Лискович М. И., 2023
 
	
	
	
	
© Оформление. Республиканский институт
	
	
	
                 
профессионального образования, 2023

ВВЕДЕНИЕ
Машиностроение является основой технического перевооружения всех отраслей экономики. Интенсивное развитие технических средств вызвало необходимость совершенствования 
методики проектирования и создания на ее основе новых высокоэффективных предприятий. При этом большое значение придается реконструкции действующих производств при использовании современного оборудования и средств управления всеми 
этапами производственного процесса. Основой проекта участка, 
цеха в целом является детально разработанный технологический 
процесс, что определяет главную роль техника-технолога при 
проектировании механосборочных производств. Решение вопросов всех остальных частей проекта подчинено требованиям технологического процесса, который и определяет содержание задания для разработки этих частей проекта.
Задачи проектирования участков и цехов весьма обширны, 
сложны и многообразны, особенно если учесть масштабы современного производства и уровень техники. Это требует от проектировщика широкого кругозора и глубоких знаний различных 
дисциплин.
Для этого необходимо знать современные методы проектирования механосборочного производства, основанные на последних научных и технических достижениях, а также принципы 
построения автоматизированных производственных процессов, 
обеспечивающих высокую производительность и технико-экономическую эффективность.
Перспективным направлением проектирования высокотехнологичных предприятий является применение элементов искусственного интеллекта, а в условиях цифровизации производства – управление технологическими потоками с использованием мехатронных систем, в частности промышленных логических 
контроллеров (ПЛК). 
3

Глава 1. 
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О ПРОЕКТИРОВАНИИ 
МЕХАНОСБОРОЧНЫХ ПРОИЗВОДСТВ И ЗАВОДОВ
1.1. ПОНЯТИЕ О ГИБКОМ АВТОМАТИЗИРОВАННОМ ЗАВОДЕ, 
ПРОИЗВОДСТВЕ И ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СИСТЕМЕ
В свое время широкое распространение получили автоматические и поточные линии, объединяющие комплексы автоматически работающих агрегатных станков и станков-автоматов. Их 
недостаток в узкой ориентации на изготовление определенного 
вида изделий. В связи с этим подобные средства можно использовать только там, где производство носит массовый и устойчивый характер.
Следующим шагом на пути автоматизации производства 
стала разработка программируемых перенастраиваемых средств, 
т. е. гибкого оборудования. К ним относятся станки с ЧПУ, в том 
числе обрабатывающие центры, промышленные роботы и другое 
автоматически действующее оборудование.
Еще большей гибкостью обладают системы, управляемые 
от ЭВМ, гибкие производственные системы (ГПС), в которых 
объединены высокая степень автоматизации изготовления разнообразных деталей и высокая степень автоматизации инженерного труда (рис. 1.1).
Гибкий автоматизированный завод согласно ГОСТ 26228-90 
«Системы производственные гибкие. Термины и определения, номенклатура показателей» – это интегрированное средствами вычислительной техники производство, состоящее преимущественно из гибких производственных систем для выпуска продукции 
в условиях ее совершенствования и изменяющейся потребности.
Гибкая производственная система – это комплекс технологических средств, состоящий из одного-двух и более многоцелевых 
станков с ЧПУ или других металлорежущих станков с ЧПУ со 
средствами автоматизации технологических процессов и автоматической системой управления. К средствам автоматизации тех4

1.1. Понятие о гибком автоматизированном заводе, производстве и производственной системе 
нологических процессов относятся механизмы автоматической 
смены инструмента, автоматической смены заготовок и транспортировки их со склада до зоны обработки при помощи различных транспортных средств, например самоходных роботизированных тележек. Этот комплекс связан единым математическим 
обеспечением, способствующим работе оборудования в автоматическом режиме с минимальным участием человека.
1
1
2
2
4
3
10
9
8
5
11
6
7
12
13
14
Рис. 1.1. Структурная схема гибкой производственной системы:
1 – технологическое оборудование (станок с ЧПУ); 2 – промышленный робот (автоматический
манипулятор); 3 – автоматическая транспортно-складская система; 4 – автоматический склад
заготовок; 5 – автоматический склад средств технологического оснащения; 6 – ЭВМ; 7 – АСУП 
(автоматизированная система управления производством); 8 – автоматический контроль
(система активного контроля); 9 – автоматическая система испытаний изделий;
10 – автоматический склад готовых изделий; 11 – АСНИ (автоматизированная система научных 
исследований); 12 – САПР И (система автоматизированного проектирования
изделий); 13 – САПР ТП (система автоматизированного проектирования технологических 
процессов); 14 – САПР Э (система автоматизированного проектирования экономики
Гибкие производственные системы рентабельны только при 
эксплуатации в 2...3 смены. Они оснащены современными системами ЧПУ, управляющими перемещениями механизмов стан5

Глава 1. Общие сведения о проектировании механосборочных производств и заводов 
ка, инструментом, транспортом, системами загрузки-выгрузки. 
Такие системы ЧПУ имеют дисплеи, помогающие оператору 
увидеть отклонения в работе станков; мониторные устройства, 
обеспечивающие диагностирование режущего инструмента, контроль размеров обрабатываемых заготовок непосредственно на 
станке и т. п.
Для встраивания в ГПС создаются разные типы оборудования. В мелкосерийном производстве это может быть комплекс 
«станок – робот», позволяющий при сохранении свойств быстрой переналаживаемости обеспечить автоматическую загрузку заготовок и выгрузку деталей. Для среднесерийного производства создаются автономно работающие токарные, сверлильно-фрезерно-расточные и зубообрабатывающие и другие модули. 
В крупносерийном производстве для обработки деталей типа тел 
вращения создают высокопроизводительные токарные автоматы с ЧПУ с увеличенным количеством шпинделей, суппортов, 
с возможностью выполнения сверлильных, фрезерных и других 
работ. Для обработки корпусных деталей в крупносерийном переналаживаемом производстве применяют многоцелевые станки 
со сменными многошпиндельными головками.
В структуру ГПС (см. рис. 1) входят автоматизированный 
комплекс «станок – промышленный робот», автоматическая 
транспортно-складская система, автоматические склады заготовок, инструмента и готовой продукции, автоматический контроль 
готовых изделий, диспетчерское управление. С помощью автоматизированных рабочих мест (АРМ) исследователя, технолога, конструктора, экономиста реализуется система автоматизированного 
проектирования (САПР) на основе единой системы технологической подготовки производства (ЕСТ ПП). АСУП осуществляет 
управление технологическими процессами (АСУ ТП), планирование, диспетчирование всем производственным процессом.
Преимущества ГПС по сравнению с участками, состоящими 
из универсальных станков:
•
• резкое увеличение производительности труда при изготовлении единичной и мелкосерийной продукции благодаря более 
высокой загрузке оборудования;
•
• быстрое реагирование на изменение требований заказчиков;
•
• существенное повышение качества продукции за счет 
устранения ошибок и нарушений технологических режимов, неизбежных при ручном труде;
6

1.1. Понятие о гибком автоматизированном заводе, производстве и производственной системе 
•
• сокращение времени производственного цикла;
•
• уменьшение капитальных вложений, площадей и численности обслуживающего персонала, прежде всего за счет трехсменного режима работы, при этом две смены ведутся практически под наблюдением оператора;
•
• снижение объема незавершенного производства;
•
• повышение эффективности управления за счет исключения человека из производственного процесса;
•
• улучшение условий труда, устранение сложных, трудоемких 
и тяжелых, малоквалифицированных и монотонных операций.
Анализ работы ГПС позволяет сделать некоторые выводы:
•
• управление транспортными системами и работой станков 
осуществляется одной или несколькими отдельными ЭВМ;
•
• количество станков в ГПС колеблется от 2 до 50. Однако 
80 % ГПС составлены из 4...5 станков и 15 % из 8...10; реже встречаются системы из 30...50 станков – 2...3 %;
•
• наибольший экономический эффект от использования 
ГПС достигается при обработке корпусных деталей, чем при обработке других деталей, например деталей типа тел вращения;
•
• различна и степень гибкости ГПС;
•
• нормативный срок окупаемости ГПС – 2...4,5 года.
Наивысший уровень автоматизации производственных процессов может быть достигнут за счет разработки и применения 
интегрированных производственных систем (ИПС) или комплексов (ИПК), обеспечивающих автоматизацию всех операций 
по всему циклу производства, начиная от получения заказов 
на производство изделий и кончая поставкой их потребителю. 
Создание предприятий на основе таких ИПС (ИПК) возможно при конструкторской, технологической, энергетической, организационно-производственной, информационной, программно-алгоритмической совместимости составляющих элементов 
производственной системы. В результате достигается синхронная 
работа всех специализированных производств предприятия (литейного, кузнечно-прессового, сварочного, термического, механообрабатывающего, сборочного и др.).
ИПС и ИПК называют интегрированной системой переналаживаемого производства всего предприятия, управляемой 
АСУП, которая обеспечивает быструю перестройку технологии 
7

Глава 1. Общие сведения о проектировании механосборочных производств и заводов 
производства при изготовлении всей номенклатуры типоразмеров изделий, выпускаемых предприятием по всему циклу производства, начиная от получения заказов на производство изделия 
и кончая поставкой их потребителю.
В состав ИПС входят (рис. 1.2):
•
• автоматизированная система управления производством 
(АСУП);
•
• автоматизированная 
система 
научных 
исследования 
(АСНИ);
•
• система автоматизированного проектирования изделий 
(САПР И);
•
• авторизированная система технологической подготовки 
производства (АС ТПП);
•
• гибкая производственная система (ГПС);
•
• автоматизированная система испытаний (АСИ);
•
• система материально-технического обеспечения (СМТО);
•
• банк данных предприятия (БД П).
АСУП
БД П
СМТО
ТЗ
КД ПД
КД ПД
КД ПД
Изделие
УП
АСНИ
САПР И
АС ТПП
ГПС
АСИ
Изделие
Инструмент
Оснастка
Рис. 1.2. Структура ИПС:
 – информационные потоки; 
 – потоки документов; 
 – материальные потоки; 
ТЗ – техническое задание на проектирование; КД – конструкторская документация; 
ПД – программная документация; ТД – технологическая документация;
УП – управляющие программы
Система АСУП является централизованной системой управления предприятием, которая находится на верхнем иерархическом уровне в рамках предприятия. На следующем, более низком 
иерархическом уровне расположены системы АСИИ, САПР И, 
АС ТПП и системы управления (СУ) ГПС, АСИ, СМТО, каждая 
из которых в свою очередь образует свою систему с несколькими 
уровнями иерархии.
8

1.1. Понятие о гибком автоматизированном заводе, производстве и производственной системе 
Для обеспечения эффективного функционирования системы 
ИПС и возможности беспрепятственного управления всеми процессами, реализуемыми различными подразделениями предприятия, необходимо, чтобы все его системы были взаимосвязаны, 
обладали возможностью обмена информацией друг с другом и 
отвечали требованиям прогрессивности. Это достигается в том 
случае, если при создании систем и подсистем ИПС учитываются следующие принципы:
•
• организационной, технической, программной, математической, информационной и лингвистической совместимости, гарантирующей совместное функционирование всех систем и подсистем ИПС; 
•
• комплектности, обеспечивающий взаимосвязь проектирования отдельных составляющих элементов и изделия в целом и 
технологии их изготовления на всех стадиях проектирования; 
•
• инвариантности и стандартизации, требующий, чтобы все 
системы, подсистемы и компоненты ИПС были по возможности 
универсальными, типовыми и стандартными; 
•
• развития, предусматривающий создание и функционирование системы и подсистем ИПС с учетом возможности пополнения, совершенствования и обновления; 
•
• адаптации, предполагающий наличие в системе и подсистемах ИПС средств настройки на решения множества технических задач в изменяющихся внешних условиях.
Задачей АСУП является обеспечение автоматизированной 
подготовки производства и планирования оптимальной загрузки всех производственных единиц предприятия по номенклатуре 
и количеству изготавливаемых изделий и их составляющих элементов (календарное и оперативное планирование производства, 
учет выпускаемой продукции, комплектация производства материалами, комплектующими изделиями, оснасткой, учет использования оборудования, выдача информации о состоянии производства и т. п.).
В состав АСУП входят АСУ всех специализированных производств предприятия, находящиеся на более низком иерархическом уровне: АСУ ЛП (литейного производства), АСУ КП 
(кузнечного производства), АСУ МОП (механообрабатывающего 
производства) и т. п. (рис. 1.3).
9

Глава 1. Общие сведения о проектировании механосборочных производств и заводов 
АСУ ЛП
АСУ МОП
АСУ КП
АСУП
АСУ ТП
АСУ СП
АСУ СВП
АСНИ
САПР И
АС ТПП
ГПС
ГПС СП
ГПС ЛП
АСНИ СП
АСНИ ЛП
АС ТПП СП
АС ТПП ЛП
САПР И СП
САПР И ЛП
Рис. 1.3. Схема интеграции специализированных производств предприятия в рамках ИПС
Функцией АСНИ является обеспечение непрерывного совершенствования и повышения эффективности ИПС за счет проведения исследования и выполнения разработок на основе последних достижений науки и техники в области эффективных 
конструкционных материалов, изделий, методов расчета и систем 
управления производством; методов оптимизации производства; 
прогрессивных технологических процессов и организации производства, математических моделей для различных объектов и 
процессов производства и т. п. В функции АСНИ входят также 
проведение исследования и выполнение соответствующих разработок при запуске в производство новых изделий.
Результаты исследований и разработок АСНИ, в составе которых все специализированные производства и предприятия, 
находятся на более низком иерархическом уровне: АСНИ ЛП, 
АСНИ КП, АСНИ МОП и т. п. (см. рис. 1.3). Они представляются и используются в системах АСУП, САПР И, АСТПП.
САПР И предназначена для автоматизированного выполнения и моделирования изделий и их составляющих элементов, 
уточнения характеристик изделий, выполнения расчетов (прочностных, точностных и др.), генерации программ изготовления 
макетных образцов, проектирования изделий и их составляющих 
элементов и разработки на них технической документации и т. п.
В состав САПР И входят системы САПР предметов труда 
специализированных производств предприятия, находящихся 
10