Проектирование новых и реконструкция действующих литейных цехов

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Введение 
5 

1. Основные принципы проектирования промышленного объекта 
6 

1.1. Состав и содержание технико-экономического обоснования 
7 

1.2. Состав и содержание проекта 
10 

1.2.1. Технические проектные решения 
10 

1.2.2. Проектные решения организационного характера 
11 

1.2.3. Проектные решения социального характера 
12 

1.3. Состав и содержание рабочих чертежей 
13 

1.4. Состав и содержание дипломного проекта 
14 

2. Техника и организация производства 
15 

2.1. Классификация литейных цехов 
15 

2.2. Структура литейного цеха 
16 

2.2.1. Основные отделения 
16 

2.2.2. Вспомогательные отделения (участки) 
16 

2.2.3. Складские помещения 
17 

2.2.4. Служебные помещения 
17 

2.3. Исходные данные для проектирования 
17 

2.4. Обоснование места строительства проектируемого цеха 
20 

2.5. Обоснование структуры производства 
21 

2.6. Режимы работы литейного цеха и фонды времени 
22 

2.7. Расчетная программа литейного цеха 
26 

2.8. Методика расчета количества оборудования 
32 

3. Технико-экономическое обоснование технологических процессов 

и технических решений 
34 

3.1. Методика расчета сравнительной экономической эффективности 
34 

3.2. Расчет капитальных вложений 
37 

3.3. Примеры расчета экономической эффективности 
40 

3.4. Расчеты штатов, фондов заработной платы и средней заработной платы 
50 

3.4.1. Расчет численности персонала цеха 
50 

3.4.2. Расчет трудоемкости продукции 
53 

4. Проектирование отделений литейных цехов по производству отливок... 54 

4.1. Проектирование формовочных отделений литейных цехов 
55 

4.2. Проектирование цехов литья по выплавляемым моделям 
67 

4.3. Проектирование цеха литья в оболочковые формы 
70 

4.4. Проектирование цехов литья под давлением 
73 

4.5. Проектирование отделений цехов кокильного литья 
78 

4.6. Проектирование плавильных отделений 
79 

4.7. Проектирование стержневых отделений 
97 

4.8. Проектирование смесеприготовительных отделений 
106 

4.9. Проектирование и расчет отделений финишных операций 
110 

5. Транспортная, энергетическая, строительная и санитарно-техническая 
части проекта 
116 

3 

5.1. Транспорт литейных цехов 
116 

5.2. Энергетические затраты 
118 

5.3. Строительная и санитарно-техническая части проекта 
120 

6. Планировки литейных цехов 
122 

6.1. Компоновочные решения 
122 

6.2. Нормы расположения проездов и оборудования 
125 

7. Экономика производства 
128 

7.1. Расчет капитальных вложений, производственных фондов 

и амортизационных отчислений 
128 

7.1.1. Строительство нового цеха 
129 

7.1.2. Реконструкция цеха 
134 

7.2. Себестоимость изготовления отливок 
137 

7.2.1. Калькуляция себестоимости жидкого чугуна 
137 

7.2.2. Калькуляция себестоимости жидкой стали 
141 

7.2.3. Калькуляция себестоимости стальных и чугунных отливок 
144 

7.2.4. Калькуляция себестоимости отливок из цветных металлов 

и сплавов 
146 

7.2.5. Расчет комплексных статей калькуляции 
148 

8. Экономическая эффективность инвестиций (капитальных вложений) ...150 

8.1. Количественные показатели эффективности капитальных вложений 
иновой техники 
150 

8.2. Учет интегрального эффекта за весь период строительства 

и эксплуатации объекта (метод потока наличности) 
153 

8.3. Учет фактора времени в расчетах эффективности инвестиций 
(динамические модели эффективности) 
156 

8.4. Оценка эффективности проекта с учетом факторов риска 

и неопределенности 
159 

Библиографический список 
162 

Приложения 
163 

4 

ВВЕДЕНИЕ 

Важным этапом в подготовке инженеров является выполнение дипломного проекта. Студенты специальности 110400 - «Литейное производство черных и цветных металлов» на завершающем этапе обучения разрабатывают проект литейного цеха по выпуску отливок из различных сплавов 
или выполняют дипломную исследовательскую работу. Заданием на выполнение проекта может быть предусмотрено одно из организационных или 
экономических решений, соответствующих направлениям профессиональной деятельности инженера: 

- 
разработка проекта нового литейного цеха заданной мощности 
определенной номенклатуры отливок; 

- 
разработка проекта реконструкции на примере реального литейного цеха или реконструкции самого реального цеха; 

- 
разработка нового технологического процесса изготовления отливок; 

- 
разработка проекта организации работы литейного цеха и 
управления им; 

- 
разработка проекта системы управления качеством продукции 
литейного цеха; 

- 
разработка проекта обеспечения конкурентоспособности и реализации продукции. 

Дипломный проект литейного цеха представляет собой комплекс, в 
котором все технические и технологические решения, обеспечивающие 
производство продукции определенного качества, должны пройти экономико-организационную и экологическую проверку. 

В связи с серьезной опасностью, которую представляют для людей 
и окружающей среды выбросы и отходы, образующиеся в процессе производства, одной из наиболее важных задач является экологическая экспертиза принимаемых в проекте решений. Поэтому показатели эффективности 
проектируемого производства должны рассматриваться с учетом, с одной 
стороны, обеспечения экологической чистоты, с другой - высокого качества 
продукции. 

Дипломный проект для современных условий представляет собой 
сочетание технического проекта (техника производства) и бизнес-плана. 

Настоящее пособие предназначено для выполнения дипломного и 
курсового проектов, оно может быть использовано при изучении курса 
«Проектирование новых и реконструкция действующих литейных цехов», 
выполнении курсового проекта по теме «Управление производством». 

5 

1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ 
ПРОМЫШЛЕННОГО ОБЪЕКТА 

До 90-х годов прошедшего столетия проектирование производственных объектов осуществлялось в России в три стадии: 

- 
технико-экономическое обоснование; 

- 
разработка технического проекта; 

- 
разработка рабочих чертежей. 

В условиях плановой экономики и государственной собственности 
принятая система проектирования показала свою эффективность при строительстве огромного количества предприятий различного назначения. 

В новых экономических условиях при отсутствии полного государственного регулирования финансовых ресурсов система проектирования 
претерпела существенные изменения. В настоящее время принята следующая последовательность подготовки проектной документации: 

- 
проект обоснования инвестиций; 

- 
технико-экономическое обоснование (ТЭО); 

- 
проект. 

Проект обоснования инвестиций составляется в том случае, если 
предполагаемое сооружение (или реконструкция) объекта связаны с изъятием земельного участка под строительство (СП 11-101 - 95). 

Во всех остальных случаях проект начинается с составления ТЭО, 
порядок подготовки и структура которого так же, как и проекта, регламентированы инструкцией Госстроя и СНиПом. Для начала строительства достаточно, чтобы один из этих документов прошел экспертизу и был согласован 
с соответствующими региональными или федеральными органами надзора. 

ТЭО, как окончательный документ, допускается в том случае, если 
в проекте предполагается использовать известные технические решения и 
оборудование, на которое имеется полная техническая документация и известен изготовитель. Во всех остальных случаях ТЭО является промежуточным документом. Тем не менее, его структура и содержание должны 
быть такими же, как если бы это был окончательный документ. 

В тех случаях, когда предполагается использовать новый процесс 
или новое оборудование, составляются технологический регламент, техническое задание и заключаются договоры на изготовление оборудования. 
После того, как будут получены ответы на все вопросы по изготовлению 
оборудования и известны его параметры, приступают к разработке проекта. 

В данном пособии не рассматривается содержание первого раздела 
проекта обоснования инвестиций, так как это является чисто экономической 
частью проектирования и входит в состав бизнес-плана. 

Основное внимание уделено разработке технико-экономического 
обоснования и показаны основные подходы к разработке проекта. 

6 

1.1. Состав и содержание техникоэкономического обоснования 

ТЭО чаще всего является предварительной стадией проектирования, целью которого является обоснование целесообразности и возможности строительства нового или реконструкции действующего цеха. ТЭО является основным элементом бизнес-плана при открытии производственной 
предпринимательской деятельности (создания малого предприятия). 

Обоснование целесообразности строительства объекта заключается 
в разработке плана маркетинга для планируемой продукции (анализ рынков 
сбыта, определение конкурентов, объема продаж, создание собственного 
«сегмента» на товарном рынке). 

В этом разделе проекта дается краткая характеристика состояния 
отрасли 
машиностроения 
и 
предприятия, 
на 
примере 
техникоэкономических показателей которого осуществляется проектирование. В 
прил. 1 - 3 даны примеры размещения основных заводов РФ, потребляющих продукцию литейных цехов, укрупненные нормативы стоимости зданий и нормы амортизационных отчислений по основным фондам. 

По результатам анализа обосновываются величина спроса на конечную продукцию предприятия и определяется тип проекта: 

- 
новое строительство; 

- 
реконструкция действующего производства с увеличением 
объема выпускаемой продукции; 

- 
реконструкция без увеличения объема производства с целью 
снижения уровня себестоимости продукции, повышения ее качества и конкурентоспособности; 

- 
реконструкция с целью выпуска новой продукции, необходимой для рынка сбыта. 

При оценке целесообразности размещения предприятия в том или 
ином экономическом районе необходимо учитывать общие перспективы 
развития данного района. 

При разработке плана маркетинга необходимо учитывать, что продукция литейного производства (отливки) может выступать в нескольких 
качествах: 

- 
отливки являются конечным продуктом, который поступает на 
рынок; 

- 
отливки являются заготовками для изготовления деталей машиностроительной продукции на заводе и выступают в этом случае в качестве внутризаводского продукта; 

- 
отливки ремонтно-литейных или специализированных цехов 
могут использоваться непосредственно на заводе, но не в продукции, а в 
оборудовании или технологической оснастке. 

В первом случае целесообразность строительства литейного цеха 
оценивается на основе анализа рынка сбыта отливок товарного качества. 

7 

Во втором случае целесообразность строительства литейного цеха, 
входящего в структуру машиностроительного завода, оценивается на основе 
анализа рынка сбыта продукции завода, а не отливок. 

В третьем случае при принятом решении о строительстве завода 
целесообразность ремонтно-литейного (специализированного) цеха обосновывается техническими или технологическими, а не маркетинговыми соображениями. 

Обоснование возможности строительства промышленного объекта 
заключается в анализе обеспечения сырьевыми, топливными и энергетическими ресурсами, а также осуществления строительства объекта в данных 
климатических условиях. 

Выбранный для строительства экономический район анализируется 
с точки зрения обеспечения литейного производства сырьем (формовочными, шихтовыми материалами и другими). При проведении анализа большое 
значение имеет качество сырья, физическое его состояние, условия добычи 
и транспортирования. Показателем для сравнения выбранных районов с 
точки зрения возможностей осуществления технологических процессов является стоимость сырья и основных материалов в единице продукции предприятия. 

Проводится также анализ обеспечения предприятия технологическим и энергетическим топливом, а именно: запас топлива, условия транспортирования. Например, для чугунолитейного производства с процессом 
плавки в вагранках большое значение имеет обеспечение технологическим 
топливом- коксом определенного качества (особенно по содержанию серы). Сравнение проводится по затратам на топливо в себестоимости продукции. 

В ТЭО рассматривается возможность строительства предприятия с 
точки зрения его географического размещения и территориального расположения. 

Под географическим размещением понимается намеченный географический пункт, а территориальное расположение - это выбранная конкретная строительная площадка. 

Наиболее выгодное расположение предприятия в непосредственной 
близости от источников сырья и топлива, а также районов сбыта продукции 
(см. приложение 1). 

Строительная площадка должна отвечать определенным требованиям: 

а) площадь ее должна обеспечить расположение всех основных и 
вспомогательных цехов и возможность расширения завода; 

б) площадка должна быть ровной (спокойной), с благоприятным 
грунтом (хорошими инженерно-геологическими условиями); 

в) наличие водных источников и возможность сброса очищенной 
отработанной воды (крупное металлургическое или машиностроительное 
предприятие потребляет ежесекундно до 5 м^ воды); 

8 

г) должна быть удобная связь с магистральными железнодорожными линиями. 

Одновременно с выбором экономического, географического района 
и строительной площадки в рамках ТЭО идет предварительное проектирование предприятия, которое заключается в обосновании структуры производства, основных технологических решений, условий осуществления 
строительства и социально-экономической эффективности предприятия. 

В ТЭО проводится выбор и обоснование основных технологических 
решений по каждому производству с учетом достижений науки и техники. 
Выбор технологических процессов и на их основе технологического оборудования - весьма ответственная операция. Необходим комплексный подход, 
чтобы обеспечить непрерывность процессов от плавильного агрегата до выпуска продукции, механизацию всех трудоемких процессов, автоматизацию 
управления агрегатами и параметрами технологических процессов. 

В ТЭО разрабатываются режимы работы цеха с учетом его специфики, устанавливается ориентировочная численность штатного персонала 
цеха. Кроме того, разрабатываются основные мероприятия социального 
характера по охране труда, условиям жизни работников завода (цеха) и т.д. 

Определенное место в ТЭО занимает обоснование условий осуществления строительства и освоение производственных мощностей: 

- 
сроки и очередность строительства, 

- 
материальные ресурсы для строительства, 

- 
распределение капитальных вложений по годам. 
Завершается предварительная стадия проектирования оценкой эффективности капитальных вложений. 

Технико-экономическое обоснование выбора процессов включает 
определение: 

- 
способов производства отливок; 

- 
плавильного агрегата (расходные коэффициенты, расходы по 
переделу, трудозатраты, амортизационные расходы); 

- 
сметной стоимости предприятия (цеха); 

- 
сметы производства, т.е. определение ориентировочной себестоимости, цены продукции и прибыли. 

В итоге в процессе выполнения ТЭО определяются: 
1) тип проекта (новое строительство, реконструкция, модернизация); 
2) экономический район, географический пункт и строительная 
площадка; 

3) сырьевая и топливная база; 
4) профиль предприятия (цеха), его производственная структура и 
состав; 

5) все принципиальные решения и экономические показатели. 
Технико-экономическое обоснование является заданием для проекта, где детализируются и конкретизируются все технические решения. 

9 

1.2. Состав и содержание проекта 

Проект разрабатывается на весь объект или на очередь строительства (не более 5 лет фактического осуществления проекта). Степень детализации проекта должна быть достаточной для разработки рабочих чертежей. 
В процессе осуществления проекта составляется точная смета на строительство отдельных цехов, а также разрабатывается генеральный план всего 
объекта или очереди строительства. 

Проектные решения, закладываемые в проекте, по своей сущности 
подразделяются на решения технического, организационного и социального 
характера. 

1.2.1. Технические проектные решения 

Научно-обоснованная, уточненная 

технология производства 

и параметры производственных агрегатов 

в основе окончательного выбора технологии и оборудования лежит 
решение следующих задач: 

а) подготовка исходных материалов с целью получения их высокого качества; 

б) переработка исходных материалов в продукцию высокого качества; 
в) дополнительная обработка продукции с целью получения высокого потребительского качества. 

Конструктивные параметры основного 
и вспомогательного оборудования 

пню: 

Основные требования, предъявляемые к используемому оборудова
а) прочность, жесткость, надежность, долговечность в эксплуатации; 
б) компактность; 
в) минимальный вес на единицу мощности; 
г) удобство и безопасность в эксплуатации, ремонтоспособность; 
д) полная механизация всех производственных операций и автоматизация управления. 

Объемно-планировочные решения 

к ним относятся решения вопросов расположения в плане и по высоте оборудования и всех коммуникаций (т.е. разработка плана цеха), при 
этом необходимо выполнить следующие требования: 

а) наименьшая протяженность основных производственных грузопотоков; 

10 

б) направленность грузопотоков без пересечений на одном уровне; 
в) возможность использования в производстве возвратных отходов 
с предварительной подготовкой; 

г) компактность расположения оборудования; 
д) выделение (изолирование) вредных производств (процессов); 
е) применение прогрессивных видов транспорта. 

Архитектурно-строительные решения 
зданий и сооружений 

в проекте должно быть уделено большое внимание разработке типа 
здания и строительным решениям. Зачастую, именно тип здания определяет 
возможность будущей реконструкции, применения более совершенных агрегатов, новой технологии. Здание цеха, как правило, «переживает» оборудование, которое претерпевает не только техническое, но и моральное старение. В связи с этим в этом разделе технических проектных решений нужно обеспечить выполнение следующих требований: 

а) строительная часть здания должна соответствовать технологии в 
плане и по высоте; 

б) простота типов зданий в плане (одно- или двухэтажность, прямолинейность форм, многопролетность); 

в) жесткость здания, прочность и надежность конструкций; 
г) прочность и легкость строительных материалов; 
д) архитектурная выразительность. 

Технические показатели данного раздела 
проектных решений: 

1) часовая производительность оборудования; 
2) расходные коэффициенты материальных ресурсов; 
3) коэффициенты использования агрегата (коэффициенты загрузки 
оборудования). 

1.2.2. Проектные решения организационного характера 

Техника производства (комплекс технических, технологических и 
строительных решений) только тогда может дать максимальный эффект, 
когда хорошо организованы эксплуатация оборудования и управление производством. 

Организация производства начинается с отрасли и, прежде всего, с 
решения вопросов комбинирования родственных предприятий с целью создания объединений. 

Следующим этапом является разработка решений организационного характера в масштабе предприятия: 

11 

а) определяется структура производства (производственная специализация, технологическое комбинирование и т.д.); 

б) уточняется состав цехов предприятия: 
- 
производственные (основные) цехи, производящие основную 
продукцию; 

- 
вспомогательные цехи (подготовка шихты, формовочных материалов и т.д.); 

- 
обслуживающие цехи (транспортные, ремонтные, энергетические, паросиловые и т.д.). 

Последней ступенью является организация производства в цехах, 
которая заключается в разработке трех разделов: 

1. Организация производственных процессов, т.е.: 
а) режим работы цеха и оборудования (количество плавок, операций, циклов, рабочих дней в году, рабочих часов в сутки, графики ремонтов, 
нормы простоев и т.д.); 

б) технологический режим, т.е. разработка технологических инструкций; 

в) технический контроль, начиная с исходных материалов и кончая 
готовой продукцией. 

2. Организация трудовых процессов, т.е.: 
а) расстановочные штаты (численность персонала и его квалификация); 

б) заработная плата (размеры и фонд заработной платы). 
3. Организация управления, т.е.: 
а) структура управления (система руководства); 
б) система управления технологическим процессом (наивысшая 
ступень ее - автоматизированная система управления - АСУ); 

в) система управления качеством продукции (система качества). 
Показателями проектных решений организационного характера являются: 

П - производительность труда; 
3 - размер заработной платы основных рабочих. 

1.2.3. Проектные решения социального 
характера 

Разработка этих вопросов в составе проекта имеет целью создание 
безвредных, безопасных, наиболее благоприятных, комфортных условий 
труда, санитарного состояния, бытового обслуживания на предприятии и 
высокого материально-культурного уровня жизни. Охрана труда состоит из 
трех разделов: 

- 
законодательного (статьи Конституции РФ, нормы проектирования и т.д.); 

- 
медицинского (медицинское обслуживание, санитарногигиеническое обслуживание); 

12 

- 
инженерного (условия труда, планировка цеха, индивидуальные средства защиты и т.д.). 

В данном разделе проекта разрабатываются вопросы: 
1. Техника безопасности на основе норм охраны труда: 
- 
полное улавливание вредных выделений (жидких, пылевидных, 
газообразных); 

- 
механизация тяжелых и вркдных процессов; 

- 
тепловая и шумовая изоляция; 

- 
увлажнение воздуха. 

2. Производственная санитария: обеспечение наиболее благоприятных условий микроклимата с точки зрения освещения, отопления, аэрации и 
вентиляции, кондиционирования. 

3. Экология и защита окружающей среды (водного и воздушного 
бассейнов, растительного и животного мира). 

4. Бытовое обслуживание, т.е.: 
- 
общественное питание; 

- 
медицинское обслуживание; 

- 
административное обслуживание; 

- 
учебное обслуживание; 

- 
общественные мероприятия. 

5. Промышленная эстетика. 
Это комплекс мероприятий для обеспечения максимума удобств и 
красоты работающим на предприятии. 

Удобства - это вопросы чистоты, освещения, информации, связи и т.д. 
Красота- это вопросы озеленения, окраски, ажурности конструкций, архитектурные решения. 

6. Жилищные условия трудящихся. 
Показатели проектных решений социального характера: 
- 
степень безопасности и безвредности производства; 

- 
степень обеспечения параметров микроклимата на рабочих 
местах; 

- 
степень загрязненности воздушного и водных бассейнов; 

- 
степень бытового, санитарного, материального и культурного 
обслуживания трудящихся. 

1.3. Состав и содержание рабочих чертежей 

На основе проектных решений осуществляется разработка рабочих 
чертежей, где детально решаются строительные, планировочные вопросы. 
Рабочие чертежи должны быть тщательно согласованы друг с другом. На 
основе рабочих чертежей выдаются задания на подвод газа, воды, отопления, энергии. В рабочих чертежах осуществляется привязка всех технических решений со строительными. В рабочих чертежах допускается отклоне
13 

ние от проектных решений, не влияющее в целом на техническое или технологическое решение. 

1.4. Состав и содержание дипломного проекта 

в процессе выполнения дипломного проекта не все вопросы ТЭО и 
проекта подлежат разработке. 

В период технико-экономического обоснования дипломник определяет географический пункт осуществления проекта без выбора непосредственного территориального размещения, не разрабатывая детально структуры производства. 

Проект должен содержать пояснительную записку и чертежи. Пояснительная записка включает: 

- 
введение (состояние вопроса по выпуску данной продукции); 

- 
обоснование проекта строительства, технического перевооружения, реконструкции литейного цеха (оценка целесообразности данного 
проекта на основе плана маркетинга и возможности осуществления проекта 
в предлагаемом экономическом и географическом районе); 

- 
технику и организацию производства (разработку производственной программы, технико-экономическое обоснование выбранных технологических и технических решений, размещение оборудования, схема грузопотоков, применяемый транспорт, энергоресурсы, конструкция здания, 
экологические требования, меры по защите окружающей среды, меры по 
охране труда и условия труда, обеспечение качества продукции, расчеты 
штатов рабочих с обоснованием графика выходов на работу и баланса рабочего времени. Определяются формы и системы оплаты труда. Разрабатывается схема управления цехом и численность списочного состава цеха, рассчитывается фонд зарплаты. Разрабатывается система управления качеством продукции); 

- 
специальную часть проекта (представляет собой более детальную разработку одного или нескольких вопросов, таких, как: 

. 
технология изготовления детали методами литья; 

• 
разработка технологической оснастки; 

• 
разработка документов системы управления качеством; 

. 
сопоставление реальных заводских результатов с ГОСТами, 
нормативами с использованием статистических методов анализа; 

• 
совершенствование какого-либо технологического процесса, в 
том числе с проведением различных расчетов, анализов, сопоставлений; 

• 
экономика производства. 

14