Рассматриваются основные положения по проблемам проектирования вообще и особенностям проектирования производственных систем (ПС).
Приводится структура воспроизводства основных промышленно-производственных фондов предприятия.
Раскрывается сущность целевого использования капитальных вложений на техническое перевооружение*, реконструкцию и расширение производства, а также на новое строительство предприятий.
Приводится методология современного подхода к проектированию ПС с использованием математического аппарата. При этом выделяются две стадии проектирования: макропроектирование и инженерное проектирование с расчленением каждой стадии на последовательные этапы. Представлена методика расчета меры близости (подобия) сравниваемых объектов производства, определяется порядок и правила кодирования признаков характеризующих всю совокупность номенклатуры, приводится практический пример реализации макропроектирования с последующим формированием с подетально-групповой специализацией.
Стадия инженерного проектирования представляет собой формирование структуры и количественного состава : базы ПС. Приводятся ключевые моменты по расчету потребности в основном технологическом оборудовании, расчету потребных производственных площадей, численности основных и вспомогательных рабочих, а также нормативное определение численности остальных категорий работающих.
- Дайте определение процессу проектирования.
- Дайте сущность и особенности проектирования производственных систем.
- Назовите стадии проектирования производственных систем с выделением определяющих этапов.
- Назовите сущность показателя относительной трудоемкости деталей.
- Дайте практическое толкование понятию меры близости.
- Перечислите порядок выбора признаков для общей характеристики всей совокупности сравниваемых объектов.
- Назовите правила кодирования объектов по выбранным признакам.
- Назовите сущность стадии инженерного проектирования и какой состав работ осуществляется на этой стадии.
- Приведите отличительные особенности в расчете численности рабочих-станочников и рабочих занятых ручной работой.
Под проектированием понимается разработка научной, технической, организационной и других видов документации, использование которой позволяет организации рассматривать стоящие перед ней цели и задачи.
Техническое перевооружение предприятия - это изменение активной части основных производственных фондов.
Реконструкция производства - это совершенствование действующего производства за счет перепланировки цехов (участков), упразднение действующих участков и создание новых участков, как правило с новой технологией.
Расширение производства - это возведение объектов производственного назначения на территории действующего предприятия.
Новое строительство - строительство объектов на новых территориях, под новую перспективную продукцию.
Показатель относительной трудоемкости - это обезличенное количество рабочих мест необходимое для выполнения производственного задания в планируемом периоде времени.
Изделие-представитель - это наиболее сложная, в конструктивном плане, деталь номенклатуры с наибольшим количеством технологических операций и более длительной трудоемкостью её изготовления.
Под признаками изделия понимается набор характеристик, который в полной мере отображает конструктивно-технологические особенности этого изделия и может быть использован для оценки других объектов производства.
Мера близости изделий - это степень схожести сравниваемых объектов по принятым для них определенным признакам.
Параграф 1. Варианты проектирования
Под проектированием понимается разработка научной, технической, организационной и других видов документации, использование которой позволяет организации реализовать стоящие перед ней цели и задачи.
В силу специфических особенностей по характеру, составу и последовательности выполнения работ проектирование производственных систем (ПС) занимает особое место в системе проектирования.
По сути проектирование производственных систем сводится к выбору метода воспроизводства основных промышленно-производственных фондов (ОППФ).
В мировой практике методы воспроизводства ОППФ принято классифицировать по целевому использованию инвестиций (капитальных вложений).
К основным направлениям воспроизводства можно отнести:
- новое строительство*;
- расширение производства*;
- реконструкцию производства*;
- техническое перевооружение*.
Под новым строительством понимается возведение объектов производственного назначения, как правило, под новую перспективную продукцию. При этом строительство производственных объектов осуществляется на новых территориях с разрешения местных либо федеральных властей.
На строительство таких предприятий в обязательном порядке открывается титул, согласованный с организациями, отвечающими за экологию, землепользование, энергосбережение, градостроительство и др.
Проекты на новое строительство* состоят из двух частей: организационно-технической части проекта и строительной части. Первая часть более подробно будет рассмотрена в разделе "Проектирование новых производственных систем".
Что касается строительной части, то она содержит документацию на строительно-монтажные работы от нулевого цикла до сдачи объектов в эксплуатацию с учетом пуско-наладочных работ.
Под расширением производства понимают возведение объектов основного, обслуживающего или вспомогательного производства.
Отличительной особенностью расширения производства является то, что все указанные объекты возводятся на территории действующего предприятия, в рамках генерального плана предприятия.
При этом новые объекты строятся как для увеличения мощностей предприятия под освоенную продукцию, так и для производства новой продукции.
Состав проектной документации по составу и структуре аналогичен проектам на новое строительство.
Реконструкция предприятия имеет своей целью совершенствование действующего производства. Это могут быть перепланировки цехов и участков, создание новых участков в составе цехов, упразднение действующих, создание новых технологий и т.д.
Реконструкция ориентированна на улучшение условий производства освоенной продукции, улучшения качества или увеличения объемов производства на имеющихся площадях.
При осуществлении реконструкции, как правило, существующее технологическое оборудование меняется на более прогрессивное. Однако это может и не проводиться.
В проектах на реконструкцию составляются планы реконструкции по каждому объекту, а в строительной части разрабатываются в основном монтажные схемы и привязки.
Под техническим перевооружением предприятия понимают изменение качественной структуры активной части ОППФ без изменения существующей структуры производства.
В проектах технического перевооружения отражаются вопросы замены устаревшего оборудования на аналогичное новое, использование новых типов технологического оснащения с более высокими техническими параметрами, внедрение новых технологий производства.
Техническое перевооружение преследует две основные цели, а именно:
- технико-технологическое совершенствование производства;
- расшивка узких мест производства.
Параграф 2. Макропроектирование ПС
Проектирование и строительство новых объектов производства целесообразно тогда и только тогда, когда имеются достоверные данные маркетинговых исследований рынка о стабильном, долговременном спросе на планируемую к производству продукцию.
Другими словами, это означает, что жизненный цикл товара должен в полной мере окупить все затраты, связанные с проектированием*, строительством и эксплуатацией производства.
Базой для создания нового производства являются спрос (объёмы производства) и трудоёмкость продукции. Практика производства доказала что наиболее эффективно работают те участки, на которых детали имеют высокую степень конструктивно- технологического подобия. Имеется множество методов определения подобия различных объектов между собой. Наиболее простым и менее трудоёмким, на наш взгляд, является метод определения подобия (меры близости) с использованием потенциальной функции, разработанный д. э. н., профессором В. А. Петровым.
Использование потенциальной функции при формировании участков позволяет выделить две стадии в их проектировании: макропроектирование и инженерное проектирование.
Макропроектирование содержит четыре последовательных этапа.
1 этап. Анализ конструктивно-технологической общности состава продукции выполняют с помощью классификации деталей по всей номенклатуре. Цель классификации - получение неделимых наборов однородных по конструкции и технологическим процессам обработки деталей.
Необходимо отметить, что от тщательности выполнения рассматриваемого этапа зависят результаты проектирования ПС и эффективная работа её в будущем.
Положительный результат анализа во многом зависит от выбора классификационных признаков.
Под классификационными признаками понимают тот набор параметров и характеристик исследуемых объектов, который в полной мере отражает отличительные свойства, присущие всей этой совокупности.
Чем больше набор признаков, тем точнее отбор схожих объектов.
Однако чрезмерный набор признаков увеличивает трудоёмкость проведения анализа и последующих необходимых расчётов.
Учитывая вышесказанное, отметим, что набор классификационных признаков должен быть минимально достаточным и позволяющим разбить всю совокупность (номенклатуру изделий) на группы, схожие по всем параметрам.
В условиях приборо- и машиностроения к числу основных таких признаков относят: вид заготовки (Р1), габаритные размеры деталей (Р2), основной пооперационный технологический маршрут (Р3), конструктивный тип детали (Р4).
Первый признак предопределяет общий характер обработки и выбор вида оборудования. В результате классификации по этому признаку всю совокупность деталей разбивают на классы, например классы деталей, изготавливаемых из поковок, литья, катаного круглого или полосового материала.
Второй признак обуславливает габаритные размеры и мощность потребного для обработки оборудования.
Третий признак учитывает пооперационный технологический процесс обработки деталей. По этому признаку детали распределяются по рабочим местам, оснащённым технологическим оборудованием, в соответствии с технологическим процессом.
Четвёртый признак устанавливает в конечном счёте состав групп деталей.
Кроме того, конструктивный тип деталей определяет и выбор видов и моделей технологического оборудования.
Результатами первого этапа является:
- во-первых, разбивка всей номенклатуры деталей на минимально необходимое число конструктивно однородных групп;
- во-вторых, возможность правильного отбора и закрепления деталей за участками и формирование профиля их специализации.
2 этап. Анализ определяющих планово-организационных характеристик деталей. К числу основных планово-организационных показателей следует отнести трудоемкость производства детали (t) и объём выпуска N.
От этих факторов в значительной степени зависит стабильность производственных условий на рабочих местах и характер движения деталей в производстве, т.е. временная структура производственной системы.
Для группирования деталей по трудоемкости их изготовления и объемам их выпуска, отражающим степень стабильности производственных условий на рабочих местах, используется показатель относительной трудоемкости* деталей Kgi. Он определяет расчетное суммарное количество единиц обезличенного оборудования, необходимого для обработки i-й детали при заданных объемах выпуска, технологии и режиме сменности работы. Процедура расчета представлена в табл. 8.
Т а б л и ц а 8.
Расчет показателя относительной трудоемкости деталей
Условные обозначения к табл. 8:
D - количество рабочих дней в году (D = 261); f - продолжительность смены, ч (f = 8,2 ч.); C - число смен в сутки (двухмесячный режим работы); Kр - средний коэффициент сокращения фонда времени на плановый капитальный ремонт (0,95 
Kр 0,98); Nв - годовой объем планового выпуска i-й детали, шт. (см. информационную карту); 
зч - процент деталей, идущих на запасные части; бр - процент потерь производства от брака*; tштij - штучное время обработки i-й детали по j-й операции в нормо-мин.; Koi - число операций по основному технологическому процессу i-й детали; Kв - средний коэффициент выполнения норм времени (1,0 Kв 1,2); mi - количество деталей (номенклатурных позиций), входящих в данную типогруппу.
3 этап. Расчет меры близости между двумя группами деталей. Одним из условий высокоэффективной работы предприятия является проектирование его цехов и участков по принципу предметной, а еще лучше по подетальной форме их специализации. Выполнение этого условия достигается методом дальнейшей детализации и анализа сформированных на втором этапе однородных по конструктивно-технологическим и организационно-плановым признакам групп деталей. Решение* этой задачи строится на положениях теории распознавания образов с помощью потенциальной функции, которая устанавливает меру близости между группами деталей. Эта функция имеет следующий вид:
где Kxixj - мера близости* между группами деталей (xi xj); Rxixj - мера расстояния между xi и xj группами деталей по ряду признаков; 
- коэффициент пропорциональности величины меры близости.
Значение коэффициента пропорциональности выбирается для всей совокупности деталей группы, исходя из следующего алгоритма:
0,1, если R2=1
9
= 0,01, если R2=10 99
0,001, если R2=100 999 и т.д.
В свою очередь, R2(xixj) есть квадрат меры расстояния между базовой деталью-представителем (xi) и всеми другими деталями (xj), которая рассчитывается по значениям кодов, в следующей зависимости:
R2(xixj) = (x1i - x1j)2 + (x2i - x2j)2 + (x31i - x31j)2 + (x32i - x32j)2 +?+ (x3ri - x3rj)2 + (x4i - x4j)2 + (x5i - x5j)2,
где: (x1i - x1j); (x2i - x2j); (x4i - x4j); (x5i - x5j) - разность кодов между базовой деталью-представителем xi и деталями-представителями xj по признакам Р1; Р2; Р3; Р4; Р5.
Мера расстояния (Rxixj) между деталями, входящими в сформированные на первом этапе группы, осуществляется через систему кодификации параметров или особенностей каждого принятого признака.
Код признака - численное значение, присваиваемое каждому параметру, выбранному для характеристики выделенных признаков.
Например, по признаку габаритные размеры (Р2) могут быть выделены отдельные группы деталей с границами предельных размеров. Размеры 
10 50 - 1-я группа, >50 100 - 2-я группа и т.д. Или вид заготовки (Р1) - 1-я группа - из прутка и проката, - 2-я группа - листовой материал.
При кодировании необходимо выполнять следующие правила:
- код для различных деталей, входящих в одну группу, должен быть одним числом в рамках одного признака;
- величина кодов для разных групп в составе одного признака должна отличаться друг от друга не менее 15%;
- величина кодов в составе разных признаков может иметь одинаковое значение.
При расчете меры расстояния в каждой группе деталей выбирается деталь-представитель, с которой и сравниваются все детали, входящие в эту группу.
Как правило, в качестве детали-представителя берется самая трудоемкая деталь группы с наибольшим количеством технологических операций производственного процесса.
Все действия и результаты расчетов заносятся в форму 8.1.
В качестве примера рассмотрим фрагмент кодирования и расчета меры близости между деталями сформированной группы.
По результатам анализа конструктивно-технологической общности деталей сформированы однотипные группы - валы, шестерни, корпуса и т.д.
Пусть в группе валов имеется наиболее трудоемкая деталь А (деталь-представитель) со следующими параметрами по признакам:
вид заготовки (Р1) - стальной прокат;
габаритные размеры (Р2) - 85 мм;
пооперационный технологический маршрут (Р3) - токарная (Т) - фрезерная (Фр) - сверлильная (Св) - закалка (З) - шлифовальная (Шл) - слесарная (Сл);
конструктивный тип (Р4) - ступенчатый вал.
В эту группу входит деталь Б с параметрами: Р1 - поковка; Р2 - 45 мм; Р3 - токарная - фрезерная - сверлильная - шлифовальная; Р4 - простой вал.
Применяя правила кодирования, заполняется форма 8.1 по всем признакам с присвоением кода (численного значения) каждому параметру.
Форма 8.1.
Группы | Признаки | Rxixj | ||||||||||||
Р1 | Р2 | Р3 | Р4 | |||||||||||
Прокат | Поковка | 5 | 51 | Т | Фр | Св | З | Шл | Сл | Ступ. вал | Прост. вал | |||
Валы | А | 1 | - | - | 3 | 1 | 2 | 3 | 4 | 6 | 8 | 3 | - | 1 |
Б | - | 2 | 2 | - | 1 | 2 | 3 | - | 6 | - | - | 2 | 0,91 | |
По значениям кодов определим меру расстояния между деталями А и Б:
Затем проводятся расчеты меры близости изделия-представителя* (А) со всеми деталями, входящими в эту группу.
Такие же расчеты проводятся по остальным конструктивно-технологическим группам, выделяя в них деталь-представитель для сравнения с другими деталями рассматриваемой группы.
Результаты расчетов служат базой для проведения следующего этапа работ по закреплению деталей за цехами и участками.
4 этап. Синтез результатов анализа. Задачей этапа является отбор деталей в группах с высокой мерой близости, т.е. с одинаковыми или близкими значениями Kxixj.
Практика показала, что достаточное подобие деталей определяется расхождением величины Kxixj не более 15%. Такие детали объединяются в обособленные группы и являются основой для стадии инженерного проектирования.
Параграф 3. Инженерное проектирование ПС
При инженерном проектировании цехов и участков выполняются следующие работы:
- Определяется расчетное количество (Spj) по j-м взаимозаменяемым группам оборудования согласно номенклатурному перечню деталей d, за цехом, участком.
- Затем устанавливается потребное количество Snj оборудования путем округления Spj до целого.
- Рассчитывают потребную производственную площадь по отдельным участкам, а затем по цеху в целом.
- Рассчитывают численность работающих на участке и в цехе. При этом расчеты ведутся по всем категориям и профессионально-квалификационным группам, формируя штатное расписание цеха.
- Устанавливают состав вспомогательных участков, хозяйств и административно-управленческих служб цеха.
- Разрабатывают планировки, участков и цеха.
Расчет потребности в основном технологическом оборудовании. Определяют потребный состав оборудования в разрезе участка в целом с расчетом коэффициентов загрузки. Расчетное количество станков Spj по j-м взаимозаменяющим группам оборудования согласно закрепленному за участком (линией) номенклатурному перечню деталей d определяется по формуле:
где Kпзj - коэффициент, учитывающий затраты времени на подготовительно-заключительные* работы (Kпзj = 1,01 - 1,2); tштij - трудоемкость выполнения совокупности операций по обработке i-й детали на j-й группе оборудования, мин; Nзi - годовая программа запуска i-й детали, шт.; Kвj - коэффициент, учитывающий перевыполнение нормы задания (Kвj = 1,01 1,2); Fэj - эффективный годовой фонд работы оборудования j-й группы.
В свою очередь
где Д - количество рабочих дней в году; f - продолжительность рабочей смены, час.; cj - режим сменности по j-й группе оборудования (cj = 1, 2, 3); Kpj - планируемый коэффициент потерь времени на ремонт по j-й группе оборудования (Kpj = 0,85 0,95).
Устанавливают по группам оборудования потребное количество станков Sпj путем соответствующего округления полученного значения Spj до целого. При этом допускается перегрузка не более 10% в расчете на один станок. Например, при Sp = 1,1 
Sп = 1; Sp = 1,2 Sп = 2.
Рассчитывают средние коэффициенты загрузки оборудования по группам Kзj и участку (линии) в целом Kзу(л) по зависимостям:
После проведенных расчетов требуется обосновать рациональное число равновеликих по количественному составу оборудования и нормам управляемости цехов и отдельных участков цеха.
Формирование участков происходит путем последовательного суммирования (нарастающим итогом) значений Kgij по группам деталей до удовлетворения условия:
где Hy - норма управляемости* для мастера, выражаемая числом обслуживаемых им рабочих мест (15 Hy 35 единиц оборудования на одного мастера). Выделив первый участок, таким же приемом на основании оставшегося множества деталей определяют последующие участки цеха.
При значении Kgijk, значительно превышающих 150, рекомендуется создавать два и более однотипных цехов. (В строительной части проекта эти цеха могут располагаться в одном здании или отдельно.)
Результатами выполненных расчетов является формирование структуры основного производства с определением их специализации.
Расчет потребных производственных площадей. Под производственной площадью понимается территория участка, цеха, на которой осуществляются производственные процессы по изготовлению деталей.
Наиболее простым практичным методом расчета производственных площадей является метод использования строительных норм и нормативов на проектирование*.
Сущность этого метода сводится к использованию значений удельных площадей (S уд.) на одного работающего или на одну единицу технологического оборудования.
Используя справочные нормативы, на проектирование ПС потребные площади определяются по формулам:
где SТ.О - потребная площадь на технологически оснащенные рабочие места; ni - количество технологического оборудования i-ой размерной группы; SУДТOi - удельная площадь на технологическое оборудование i-ой размерной группы; k - количество размерных типо-групп.
В размерную группу включается любое технологическое оборудование с площадью в плане соответствующей размерной группе.
Также необходимо отметить, что в удельную площадь включены нормы расстояний между оборудованием; между оборудованием, зданием и сооружениями; между проходом (проездом) и рабочей зоной. Эти нормы учитывают требования техники безопасности, обслуживание рабочих мест и возможности проведения ремонтных работ.
Расчет потребной площади на остальные категории работающих:
Sp = Чp· Sуд р
где Sр - потребная площадь на работающих; Чр - численность работающих; Sуд р - удельная площадь на одного работающего (Sуд р = 4 - 4,5 м2 на одного работающего и Sуд р = 4,5 - 6 м2 на рабочее место*, имеющее дополнительное оснащение, как-то: кульманы, специальные шкафы, множительная техника и т.д.).
Общая потребная площадь подразделений определяется через нормативный коэффициент использования площадей.
Нормативное KИ = 0,5 - 0,7.
Отсюда,
Расчёт численности работающих на участках и в цехе. Расчет потребности в основных производственных рабочих. Численность основных производственных рабочих во многом зависит от форм организации труда на рабочих местах.
В упрощенном виде число основных рабочих определяется по формуле:
Po = РСТ + РР.Р.
где: РСТ - рабочие-станочники; РР.Р. - рабочие, обслуживающие места ручной работы (слесари, наладчики, сборщики и т.д.).
Расчет количества рабочих-станочников.ведется по формуле:
где: SУСТ - установленное количество оборудования; m - число смен работы оборудования; SМО - количество групп рабочих мест с многостаночной формой обслуживания; SБО - количество рабочих мест с бригадной формой обслуживания (кузнечно-прессовое оборудование, агрегатное, плавильное и т.д.).
Количество основных производственных рабочих мест ручной работы определяется по формуле:
где Nij - объем производства по i-м деталям, по j-й ручной работе; tштij - трудоемкость по соответствующим показателям; Fэф.г. - эффективный годовой фонд времени работы одного рабочего; k - номенклатурный перечень; Kв.н - коэффициент выполнения норм (Kв.н = 1,0 - 1,2).
Определение численности вспомогательных рабочих, МОП, ИТР, АУП.
В практике проектирования часто используются укрупненные нормативы численности указанных категорий от численности основных рабочих.
Так, численность вспомогательных рабочих принимается для машино- и приборостроительных предприятий в отношении к основным как 1:1.
Численность МОП - 1,0 1,5% от основных и вспомогательных рабочих.
Численность ИТР в зависимости от типа и сложности производства - 20 40% от общей численности производственных рабочих.
АУП принимается от всех категорий работающих как 20 25% их численности.
Определяют площадь, потребную для размещения вспомогательных участков, хозяйств и других служб цеха. Базой для расчета этих параметров служит структура и мощности основного производства цеха. При этом используются нормы и нормативы на проектирование указанных служб в зависимости от мощности основного производства.
Разработка планировок. Заключительным этапом проектных работ является разработка участков и цеха в целом.
Планировки представляют собой выполненные в масштабе производственные помещения с рациональным размещением оборудования и др. объектов с соблюдением норм расстояний между оборудованием, оборудованием и конструкциями здания, отвечающим требованиям прямоточности и учетом правил охраны труда. Вариант выполнения планировок приведен в приложении.
