Проектирование машиностроительных заводов
Проектирование машиностроительных заводов берет свое начало в трудах профессора Тимме И.А. (1836 – 1896), дальнейшее развитие оно получило в трудах проф. Гаврилина (1861 – 1914). Необходимость в возникновении науки о проектировании машиностроительных цехов и заводов возникла в годы первых пятилеток (в период индустриализации и коллективизации). За эти годы было построено более 1500 заводов, в т.ч. промышленные гиганты (ГАЗ, ЗиЛ, ХТЗ, ВТЗ, ГПЗ-1 и др.). Поэтому научное проектирование промышленных предприятий и создание научных основ для такого проектирования стало одной из актуальнейших задач в процессе индустриализации.
В настоящее время потребность в проектировании машиностроительных заводов также высока. Машиностроение — крупная отрасль российской промышленности, на машиностроение приходится 12 % объёма выпуска промышленности России. На долю машиностроительной отрасли России приходится 6 % от всего объема производимой в стране продукции. В машиностроении на 22 тысячах предприятий занято 1,1 миллиона человек.
Проектирование машиностроительных заводов – отрасль проектирования, требующая высокоточную проработку всех аспектов производственных процессов на предприятии. Достижение максимальной эффективности проектируемого машиностроительного завода во многом зависит от рационального выбора состава цехов, номенклатуры оборудования и организации транспортного и энергетического хозяйства проектируемого машиностроительного предприятия.
Современные проектируемые машиностроительные заводы можно разделить на следующие виды:
1. Машиностроительные заводы с полным производственным циклом, включающим все этапы изготовления машины; такие заводы имеют все три основные группы цехов – заготовительные, обрабатывающие и сборочные.
2. Машиностроительные заводы, выпускающие только заготовки для различных деталей машин, т.е. отливки, поковки, штамповки, которыми они снабжают другие машиностроительные заводы. Основные цеха – крупные литейные и кузнечные, кроме того в ряде случаев на таких предприятиях производится предварительная мех. обработка (обдирка) для выявления поверхностных дефектов, а также для снижения объема транспортируемого металла.
3. Машиностроительные заводы, производящие механическую обработку заготовок, полученных с других предприятий и сборку машин, а также заводы, производящие только сборку машин из деталей, узлов и агрегатов, полученных с других заводов («отверточная сборка» - часто применяется при начале продвижения продукции на новом рынке). В состав проекта таких заводов входят обрабатывающие (механические) и сборочные цехи, во втором случае – только сборочные.
Также существует 3 вида машиностроительного производства:
1. Единичное производство - производство, при котором детали изготовляются единичными экземплярами, разнообразными по конструкции или размерам, причем повторяемость изготовления этих деталей бывает редкая или совсем отсутствует. Такой вид производства преобладает в экспериментальных и ремонтно-механических цехах, а также в механосборочных цехах заводов тяжелого машиностроения, крупного станкостроения и др.
2. Машиностроительные заводы серийного производства - производство, при котором обработка деталей осуществляется периодически отдельными сериями (партиями), состоящими из одноименных, однотипных по конструкции и однообразных по размерам деталей, пускаемых в обработку одновременно. Понятие «партия деталей» относится к количеству деталей, а понятие «серия» - к количеству машин, запускаемых в производство одновременно. В зависимости от количества машин в серии, их характера и трудоемкости условно различают производства: мелкосерийное, среднесерийное и крупносерийное. Например, если механический цех обрабатывает детали для производства различных мелких станков в количестве от 3 до 10 шт. в месяц, то это будет мелкосерийное производство. Если каждый месяц производится от 10 до 100 станков,- это среднесерийное производство. При производстве станков более 100 шт. в месяц - крупносерийное производство.
3. Машиностроительные заводы массового производства - такое производство, в котором при достаточно большом количестве одинаково обрабатываемых деталей изготовление их ведется путем непрерывного выполнения на станках одних и тех же постоянно повторяющихся операций. Массовое производство возможно и экономически выгодно при выпуске большого количества деталей, конструкция которых не меняется в течение длительного срока (3-4 года и более). Массовое производство характерно для автотракторной и шарикоподшипниковой промышленности, сельскохозяйственного машиностроения, приборостроения и др.
1. Расположение источников сырья, наличие сырьевых баз и удаленность от них.
2. Наличие основных источников энергоносителей (линий электропередач, централизованного водопровода и канализации и др.)
3. Наличие строительных материалов и кадровых ресурсов для возведения объекта.
4. Развитие транспортной инфраструктуры (ж/д, авто, речного и морского транспорта).
5. Наличие рабочей силы вблизи производства и возможностей ее привлечения/
6. Удаленность машиностроительного завода от основных рынков сбыта, расстояние от мест потребления машиностроительной продукции.
7. Наличие свободных земельных ресурсов.
8. Близость населенных пунктов.
9. Благоприятные климатические условия.
10. Удовлетворительные свойства грунта участка, позволяющие возводить данный тип сооружений на участке с наименьшими затратами.
11. Удобный рельеф участка и прилегающей местности для наименее энергозатратной планировки участка строительства будущего машиностроительного завода.
12. Достаточные размеры участка для возможного расширения производства в будущем. При выборе участка на территории населенных пунктов следует учитывать размеры санитарно-защитной зоны, необходимой между проектируемым машиностроительным заводом и жилыми районами.
Все цеха современного проектируемого машиностроительного завода можно подразделить на несколько групп:
1. Производственные (основные) - те, в которых выполняется обработка и сборка деталей, сборочных единиц и изделий, производящихся на машиностроительном заводе. Среди них выделяют: заготовительные, обрабатывающие и сборочные цеха.
К заготовительным относятся: раскройно-заготовительные (правка, резка, зацентровка, обдирка сортового металла, раскрой листового металла); литейные (чугунного, стального, цветного литья, специальных методов литья); кузнечные (кузнечно-штамповые и кузнечно-прессовые).
К обрабатывающим относятся: механические; термические; прессовые (холодной штамповки); цеха металлических конструкций; металлопокрытий; окрасочные; деревообрабатывающие и др. В подсобных производственных цехах изготовляется продукция, необходимая для обеспечения выпуска готовых изделий, например тара для упаковки основной продукции завода.
2. Вспомогательные цеха – обеспечивают нормальное функционирование основных производственных цехов или машиностроительного завода в целом. К ним относятся инструментальные; ремонтно-механические; ремонтно-строительные; электроремонтные; экспериментальные, модельные, абразивные и др.
3. Обслуживающие – цеха машиностроительного завода, выполняющие функции хозяйственного и частично технического обслуживания завода. Иногда их называют хозяйствами (службами). К ним относятся: складское хозяйство - материальные склады; склады твердого и жидкого топлива; склады средств производства (инструментальный, абразивный, склад штампов, приспособлений, моделей, металлотходов, полуфабрикатов и т.д.); транспортное хозяйство (транспортный цех, депо, гараж автомобилей, гараж и зарядная станция для электрокар и т.д.); обслуживающие подразделения (заводоуправление; центральная заводская лаборатория; столовая; медпункты; учебная сеть; охрана, сторожевые и пропускные пункты; связь и сигнализация; электронно-вычислительные и др. подразделения).
После определения состава цехов проектируемого машиностроительного завода необходимо определить функциональные связи между ними и др. подразделениями завода. Для этой цели составляют технологическую схему производства. Она дает наглядное представление о последовательности производственного процесса в проекте и помогает установить рациональное расположение зданий и сооружений проектируемого машиностроительного завода.
1. Разработка технического задания для проектирования машиностроительного завода, исходя из технологии производства и технических условий на изготовление изделий.
2. Определение типа производства на проектируемом машиностроительном заводе.
3. Разработка технологических процессов на проектируемом машиностроительном заводе в зависимости от типа производства и его организационной формы.
4. Определение количества станков, механизмов, технологических линий проектируемого машиностроительного завода и коэффициента их загрузки.
5. Определение потребности проектируемого машиностроительного завода в электроэнергии, газе, паре, воде, сжатом воздухе.
6. Определение необходимого рабочего состава проектируемого машиностроительного завода и его численности.
7. Разработка плана расположения оборудования и определение производственной площади проектируемого машиностроительного завода и его цехов.
8. Определение количества оборудования и площадей вспомогательных отделений служебных и бытовых помещений проектируемого машиностроительного завода.
9. Компоновка цехов проектируемого машиностроительного завода, определение основных размеров.
При проектировании механических цехов машиностроительного завода все их участки и вспомогательные помещения располагаются так, чтобы обеспечивалось условие прямоточности и последовательности прохождения материалов, заготовок и изделий по стадиям обработки, максимально использовались площади производственных зданий, удовлетворялись требования охраны труда, техники безопасности и противопожарной безопасности.
При проектировании участков машиностроительных заводов нужно руководствоваться следующими принципами планировки:
- планировка по типам станков: станки располагаются группами по виду обработки в последовательности, принятой для обработки основного вида заготовок данного участка;
- планировка по порядку технологических операций: станки располагаются в порядке последовательности операций технологического процесса изготовления деталей определенной группы;
- планировка по типам изделий, когда весь цех разбит на отдельные участки (секции), предназначенные для изготовления деталей определенных видов, станки располагаются по типам или порядку технологических операций.
При проектировании оборудования на участке следует соблюдать нормы расстояний между оборудованием и элементами зданий, ширину проходов и проездов.
При использовании кранов участок проектируют таким образом, чтобы крюк мог свободно доставляться к обслуживаемому станку.
Наиболее удобно при проектировании располагать станки вдоль пролета. Поперечное расположение станков на проектируемом машиностроительном заводе применяется для лучшего использования площади пролета. При поперечном расположении для прохода и для доставки заготовок на тележках к рабочим местам проектируют поперечные проходы.
Производственные здания могут проектироваться различной этажности. Здания машиностроительных заводов состоят из нескольких параллельных пролетов, образуемых рядами колонн (металлических или железобетонных). По форме производственные здания проектируемых машиностроительных заводов могут быть прямоугольными или квадратными.
Ширина пролета проектируемого здания численно зависит от пролета мостового крана. Размеры пролетов в зависимости от характера выполняемых работ в цехе проектируемого машиностроительного завода принимаются кратными 3 м. Для механических и сборочных цехов 12-36м, литейных 12-30м, кузнечных 15-30 и более.
Длина пролета в проекте определяется суммой размеров производственных и вспомогательных отделений, последовательно расположенных вдоль пролета. Длина технологической линии станков проектируемого цеха машиностроительного завода определяет длину пролета. Общая длина проектируемого цеха должна быть кратной величине шага колонн, который обычно кратен 6м (9-12м при использовании металлических конструкций).
Высота пролета цеха проектируемого машиностроительного завода определяется на основании размеров изготавливаемых изделий, габаритных размеров оборудования по высоте, а также санитарно-гигиенических требований. Высота также зависит от ширины пролетов – чем шире пролет, тем больше должна быть высота для соблюдения требований освещенности.
В зависимости от назначения цеха проектируемого машиностроительного завода подбирается материал конструкции здания, которая может быть металлической, железобетонной или смешанной. Фундаменты производственного здания передают нагрузку от наземной части здания на грунтовое основание. Фундаменты несущих стен производственного здания могут быть запроектированы ленточными, фундаменты под колонны проектируются в виде отдельно стоящих столбов или свай. Фундаменты под оборудование не должны быть связаны с фундаментами самого проектируемого производственного здания.
Стены проектируемого машиностроительного завода могут быть выполнены из кирпича, бетонных камней и блоков, каркасные стены могут быть выполнены из железобетона и стали.
В цехах проектируемого машиностроительного завода электроэнергия расходуется на нужды освещения и для питания электрических машин и механизмов технологической линии проектируемого машиностроительного завода.
Потребность проектируемого машиностроительного завода в сжатом воздухе регламентируется техническим заданием и зависит от характера производственных процессов на предприятии. При проектировании пневматического хозяйства машиностроительного завода расчету подлежит общий расход сжатого воздуха, подбор компрессоров, расчет их количества.
Вода в цехах проектируемого машиностроительного завода расходуется на производственные и бытовые нужды. Проектирование водоснабжения машиностроительного завода заключается в проектировании магистральных сетей трубопровода на территории предприятия и распределении их по цехам. Водоснабжение машиностроительного завода может быть запроектировано централизованным или из индивидуальных скважин.
Канализация проектируемого машиностроительного завода разделяется также на отведение бытовых стоков и промышленных. Стоки от бытовых нужд могут быть сброшены в городскую канализацию. Промышленные же стоки могут быть сброшены в городскую канализационную сеть только после предварительной очистки. Оптимальным вариантом экономичного использования водных ресурсов на проектируемом машиностроительном заводе будет применение замкнутых систем водоснабжения – когда производственные стоки повторно используются в технологических процессах, после очистки или охлаждения.
Отопление проектируемого машиностроительного завода может быть централизованным или от собственной котельной. Для отопления проектируемого машиностроительного завода применяются как системы воздушного отопления, так и системы с нагревательными элементами. Системы воздушного отопления применяются в крупных производственных цехах проектируемого завода, а системы с нагревательными элементами в небольших производственных зданиях завода, в административных корпусах, столовых, бытовых помещениях.
На проектируемом машиностроительном заводе очень важно предусмотреть систему вентиляции, которая будет отвечать всем санитарно-гигиеническим требованиям. В зависимости от типа производственного помещения проектируемого машиностроительного завода вентиляция может быть естественной и механической, приточной, вытяжной и приточно-вытяжной. Применение вытяжной вентиляции в проекте предусматривает удаление вредных веществ в местах их образования при помощи механических вентиляторов. При приточной вентиляции в помещение нагнетается свежий воздух, а внутренний отработанный воздух выходит наружу естественным путем.
