Тема 1. Проектування та організація підрозділів сучасного машинобудівного виробництва як науково-технічна дисципліна

Цілі та завдання вивчення теми:

Знання основних особливостей дисципліни «Проектування та організація підрозділів сучасного машинобудівного виробництва».

Знання вітчизняного та зарубіжного досвіду у проектуванні та організації підрозділів машинобудівних підприємств.

Перелік основних питань теми

Основні особливості дисципліни «Проектування та організація підрозділів сучасного машинобудівного виробництва»

Історичні витоки проектування та організації підрозділів машинобудівних підприємств

1.1 Основні особливості дисципліни «Проектування та організація підрозділів сучасного машинобудівного виробництва»

Глобальна стан взаємовідносин, на сьогоднішній день, вимагає від суб’єктів господарювання України перепрофілювання багатьох напрямків і сфер виробництва шляхом вдосконалення існуючих або використання нових підходів до проектування і організації виробничих процесів у підрозділах сучасного машинобудівного виробництва. Тому, важливого значення набувають питання проектування і організації виробничого процесу у різних сферах суспільного виробництва з урахуванням сучасного стану розвитку науки та практики. А це, у свою чергу, встановлює відповідні вимоги до кваліфікації фахівців з прикладної механіки, зокрема, до їх знань з основ проектування та організації виробництва.

Для глибокого та всебічного розуміння проектування та організація підрозділів сучасного машинобудівного виробництва необхідно вивчення та знання таких дисциплін:

- матеріалознавство і технологія конструкційних матеріалів;

- процеси та обладнання для обробки матеріалів;

- технологічні основи машинобудування;

- металообробне обладнання;

- верстати автомати та автоматичні лінії;

- обладнання та транспорт механообробних цехів;

- основи автоматизації виробничих процесів;

- охорона праці та безпека життєдіяльності.

У результаті вивчення дисципліни «Проектування та організація підрозділів сучасного машинобудівного виробництва» майбутній фахівець з прикладної механіки повинен зрозуміти суть, мету проектування і організації виробництва, придбати знання, уміння та навички із сучасних методів проектування основних та допоміжних виробничих системи механоскладального виробництва, а також проведення розрахунків щодо проектування виробництва в результаті технічного переоснащення, реконструкції або створенню нових підрозділів в умовах господарської діяльності підприємства.

Проектування підрозділів машинобудівних підприємств є невід’ємною частиною у підготовці фахівця у галузі знань механічна інженерія, зокрема спеціалізації технологія виробництва будь-яких виробів, створення матеріалів або розробка технологічного обладнання. Саме проектування та організація виробництва є вищим рівнем у діяльності інженера. Впровадження інноваційних продуктів у всіх сферах людської діяльності, яке є основою сталого розвитку країни і суспільства за сучасних умов, неможливе без вирішення питань організації їх виробництва, в тому числі шляхом будівництва нових та реконструкції існуючих виробництв. Поряд з технічною досконалістю та ефективним технологічним процесом виробництва машинобудівної продукції на її конкурентоспроможність впливають і такі економічні фактори, як вартість та податок на земельну ділянки, витрати на будівництво та енергоносії. Разом з економічною ефективністю виробництва неможливо забувати про заходи з охорони праці, техніки безпеки та про створення комфортних умов для працівників.

Задачі, для розв’язання яких проектуються та будуються нові підприємства або реконструюються існуючі, дуже різні:

– задоволення потреб суспільства у певних матеріальних благах;

– отримання прибутку;

– соціальні (працевлаштування людей з обмеженими можливостями, зменшення безробіття, оборонні задачі, природоохоронні тощо).

1.2 Історичні витоки проектування та організації підрозділів машинобудівних підприємств

Проектування машинобудівних підрозділів (цехів) як науково-технічна дисципліна сформувалася на початку ХХ століття. Перший спеціалізований підрозділ з проектування заводів та цехів був створений на заводах Форда у 1931 році. У 1932 році навчальний курс “Проектування машинобудівних заводів та цехів” був вперше прочитаний у Московському державному університеті та Московському верстатобудівному інституті. Мова йшла саме про технологічне проектування, а вже потім – про будівництво корпусів та інших споруд. Хоча багато хто з визначних вчених та інженерів минулого виявив неабиякий талант в організації виробництва, фактично, у технологічному проектуванні: Шарль Плюм’є, Андрій Нартов, Генрі Модслі, Гаспар Монж, Павло Захава, Фредерік Тейлор, Іван Тіме. Ці інженери та вчені одночасно займалися проектуванням технологічного обладнання, устаткування, інструменту, технологічних процесів виготовлення деталей машин та власне заводів і цехів, організаційними аспектами діяльності підприємств. Із вдосконаленням та ускладненням машин ускладнювалися й технологічні процеси їх виробництва, ставала все складнішою організація підприємств. Виникли нагальні потреби у вирішенні питань гігієни праці, збереження здоров’я працівників, вдосконалення організації виробництва на основі наукових знань.

Наприкінці ХІХ століття американський інженер, менеджер і вчений Тейлор закладає основи (концепцію) такої дисципліни як наукова організація праці, що отримує назву «тейлоризм» і швидко поширюється у різних країнах. Зокрема, «стаханівський рух» в СРСР, «гуртки якості» в Японії, «атестація і раціоналізація робочих місць» в СРСР і т.д.

Змінювалися методи організації виробництва – на зміну одиничному виробництву прийшло серійно-поточне, а потім поточно-масове, потім з’явилася концепція гнучкого автоматизованого і гнучкого інтегрованого виробництва. Змінювалися підходи до технологічного проектування та промислових будівель. Наприкінці ХVІІІ століття, коли машинобудування вже можна розглядати як самостійну галузь економіки, будівлі заводів нагадували фортецю чи в’язницю, чим вони досить часто і були (рис.1.1).

Рис.1.1

Ускладнення об’єктів виробництва та вдосконалення технологічного обладнання почали вимагати покращення умов праці. Основним конструкційним матеріалом промислових будівель стає залізобетон. 20-30 роки ХХ століття знаменуються таким підходом до будівництва промислових будівель як суцільне заскління стін (рис.1.2).

Рис.1.2

Найширше такий підхід до проектування машинобудівних цехів поширився вже в 60-80-ті роки ХХ століття. Просторі, світлі цехи сприяли підвищенню продуктивності праці, зменшенню втомлюваності робітників (рис.1.3).

Рис. 1.3

Заводи масового виробництва вимагали довгих корпусів (рис.1.4). Саме такими були автомобільні та авіаційні заводи ще з 30-х років ХХ століття в СРСР та США, де для їх будівництва виділялися великі незаселені території і заводи досить часто ставали містоутворюючими підприємствами.

Рис. 1.4

В Італії, навпаки, авіаційні та автомобільні підприємства розвивалися разом з містами, тому виробничі цехи були розкидані по декількох майданчиках, широко використовувалися багатоповерхові виробничі будівлі, тунелі, естакади (рис.1.5).

Рис. 1.5

На початку 40-х років ХХ століття розробляються проекти встановлення обладнання на суцільну бетонну підлогу без створення окремих фундаментів та розміщення обладнання на окремих фундаментах без суцільної бетонної підлоги. Це було зроблено з метою покращення можливостей реконструкції підприємств, розширення виробництва на вже збудованих виробничих площах, тобто відпрацьовувалися можливості інтенсивного розвитку промисловості. Саме це дуже знадобилося при евакуації промислових підприємств західної частини СРСР у райони Далекого Сходу, Середньої Азії та на Північ на початку Другої Світової війни.

Протягом Другої Світової війни широкого розповсюдження набула практика будівництва підземних заводів – авіаційні заводи Великобританії, значна частина промисловості Німеччини, деякі заводи в Радянському Союзі (оис.1.6).

Рис. 1.6

Ця практика не була забута і в наступні десятиліття, особливо з урахуванням реалій “холодної війни” та можливості її переходу в ракетно-ядерну. На сьогодні підземні заводи залишаються для виготовлення та ремонту військової техніки, особливо в період воєнних дій, для здійснення особливо небезпечних робіт (рис.1.7). Розташування заводів під землею має і зворотній бік – разом із підвищенням безпеки для навколишнього середовища та населення прилеглих територій зростає небезпека для працівників такого заводу, тому що евакуація з підземелля в разі небезпеки завжди утруднена. Підземні виробничі приміщення досить часто використовують в авторемонтних підприємствах, особливо тих, які розташовані у великих містах, де обмаль вільної землі. Але в цьому випадку приміщення рідко заглиблюються нижче підвального поверху і мають виїзд на поверхню, тобто їх ворота знаходяться на рівні землі. Іноді адміністративні споруди розташовують під землею з метою збереження навколишнього ландшафту – це має місце в Західній Європі.

Рис. 1.7

Створення ракетно-космічної, атомної техніки, надзвукової авіації у 50-60 роки ХХ століття теж позначилося на підходах до проектування машинобудівних заводів. Знадобилися великі виробничі приміщення зі значною висотою (рис.1.8). Основним конструкційним матеріалом будівель стає залізобетон.

Рис.1.8

Елементи залізобетонних будівель (колони, плити перекриттів, стінові панелі, колони, фермові конструкції перекриттів, бетонні блоки) виготовляються на спеціальних підприємствах (рис. 1.9).

Рис.1.9

Недоліком використання залізобетону є те, що розміри будівлі визначаються розмірами стандартних залізобетонних елементів (балок, плит, панелей, ферм). Це призводить до необґрунтованого збільшення площі промислової будівлі з відповідним збільшенням витрат на землю та комунальних платежів.

Енергетична криза 70-х років ХХ століття поставила питання зменшення витрат на опалення цехів. Суцільне заскління з вікнами, які не відчиняються, вже не задовольняло вимогам енергозбереження. Кінець 90-х років ХХ століття – початок ХХІ століття поставив задачу гармонізації промислових підприємств з навколишнім ландшафтом, загострив проблеми створення комфортних умов праці. “Скляна” архітектура промислових та цивільних об’єктів, офісних споруд запропонувала таке рішення, як використання багатокамерних склопакетів. Це дозволило зберегти освітленість приміщень та підвищити їх енергетичну ефективність, тобто зменшити втрати тепла та витрати на опалення (рис.1.10).

Рис. 1.10

На сьогодні потужним конкурентом залізобетону стали так звані сендвіч-панелі з двох шарів металевого листа та шару мінеральної плити між ними (рис.1.11).

Рис. 1.11

Товщина металевих листів визначається з умов навантаження на будівлю, а мінеральної плити – виходячи з кліматичних умов та вимог до мікроклімату всередині приміщення. Седвіч-панелі кріпляться до колон та горизонтальних стрижнів-ригелів за допомогою болтів (рис.1.12).

Рис. 1.12

Колони таких промислових будівель виконуються з металоконструкцій (рис.1.13).

Рис. 1.13

Багатоповерхові будівлі мають металеві перекриття знов таки з наповнювачами у вигляді мінеральних плит. Такі будівлі значно легші за залізобетонні та дозволяють проектувати будівлю з оптимальними розмірами, які визначені на етапі технологічного проектування (рис.1.14).

Рис. 1.14

Оздоблення прилеглих до підприємства та внутрішньозаводських територій теж зазнає змін. Багато вітчизняних заводів сьогодні нагадують парки або мають на своїй території справжні лісові насадження дерев (рис.1.15). Це не примха, а необхідність – рослини добираються таким чином, щоб вони були здатні до поглинання шкідливих викидів цього підприємства та були стійкі до певних шкідливих речовин. Звісно ж зелені насадження сприяють покращенню мікроклімату на території підприємства, створюють затишок у зонах відпочинку, просто покращують настрій.

Рис. 1.15

Ще в 30-50-і роки ХХ століття були створені потужні підрозділи з проектування заводів та цехів у компаніях, які виробляють ту чи іншу машинобудівну продукцію, особливо технологічне устаткування. Іншим шляхом стало створення потужних проектних інститутів, які спеціалізувалися на проектуванні підприємств того чи іншого призначення. В таких інститутах є підрозділи з технологічного проектування та власне з будівництва. Звісно ж з плином часу номенклатура проектів кожного інституту суттєво розширюється, набувається досвід проведення робіт за різних умов.

Таким чином, на сьогодні накопичений значний фонд технологічних процесів, розроблена і випускається широка номенклатура промислового обладнання, існує велике різноманіття підходів до технологічного та будівельного проектування промислових підприємств, виробничих будівель, споруд, адміністративно-побутових приміщень, оздоблення прилеглих до підприємства територій. З цього різноманіття можна обрати саме те, що найкраще підходить для проектування конкретного підприємства, цеха, дільниці, робочого місця на обраній ділянці місцевості у певному регіоні.

Контрольні питання:

1. Назвіть задачі, для розв’язання яких проектуються виробничий підрозділ.

2. Назвіть сучасні будівельні матеріали, що використовуються для проектування та будівництва механоскладального цеху.

3. Опишіть особливості використання залізобетону для будівництва виробничих споруд.

4. Вкажіть як підвищується енергоефективність будівель.

5. Охарактеризуйте чим знаменується будівництво машинобудівних підрозділів у 20-30 роках ХХ століття.