Tùy thuộc mức độ phức tạp của công trình và mức đầy đủ của tài liệu phục cụ thiết kế mà quá trình thiết kế nhà máy cơ khí có thể chia thành ba trường hợp sau:

1.Quá trình thiết kế được chia thành 3 giai đoạn: thiết kế sơ bộ, thiết kế kỹ thuật và thiết kế thi công.

Trường hợp thường được áp dụng khi thiết kế các nhà máy cơ khi quan trọng trong kinh tế hoặc quốc phòng, các nhà máy có độ phức tạp cao  nhưng không có các bản thiết kế tương tự ( sau đây gọi tạm là “ thiết kế mẫu”) để tham khảo

2. Quá trình thiết kế được chia thành 2 giai đoạn: thiết kế kỹ thuật và thiết kế thi công

Thiết kế hai giai đoạn được dùng khi thiết kế các nhà máy cơ khí phức tạp, quan trọng nhưng có “ thiết kế mẫu” để tham khảo, hoặc khi thiết kế các nhà máy không quá phức tạp và không có thiết kế mẫu để tham khảo.

3. Quá trình thiết kế chỉ có một giai đoạn: đo là thiết kế kỹ thuật.

Thiết kế một giai đoạn được sử dụng khi thiết kế các nhà máy cơ khí có qui mô nhỏ, đơn giản hoặc các nhà máy có không quá phức tạp nhưng đã có “thiết kế mẫu” để tham khảo.

a.       Giai đoạn thiết kế sơ bộ

Mục đích của giai đoạn này là kiểm tra làm rõ những nội dung chủ yếu của bản luận chứng kinh tế - kỹ thuật của công trình và giải quyết có tính nguyên tắc các nội dung đó; tính toán gần đúng một số chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật

Những nội dung chính cần giải quyết trong giai đoạn này như sau

1. Nghiên cứu và kiểm tra  lại lần cuối khả năng kỹ thuật và tính hợp lý về kinh tế, môi trường, an ninh của địa điểm xây dựng nhà máy.

2. Khảo sát nhu cầu của thị trường về sản phẩm mà nhà máy thiết kế định sản xuất và phải làm rõ thị trường có nhu cầu về sản phẩm mà nhà máy định sản xuất hay không? Nguồn tiêu thụ ở đâu và đối thủ cạnh tranh cũng như thị trường tương lai của nhà máy như thế nào? Nhà máy có đủ điều kiện theo đuổi dự án? Dự án có nằm trong sự cho phép và được pháp luật khuyến khích không?

3. Xác định sơ bộ nguồn cung cấp vật tư, nguyên vật liệu và năng lượng , lao động, khả năng vận chuyển của nhà máy.

4. Xác định sơ bộ QTSX, vận hành và khai thác sản xuất (nếu sản phẩm chưa được các nhà máy khác sản xuất)

5. Dự kiến kế hoạch và khối lượng công việc cần phải thi công và đưa nhà máyvào hoạt động.

6. Tính sơ bộ lượng thiết bị, công nghệ, diện tích, năng lượng và nguyên vật liệu cho nhà máy.

7. Xác định các hạng mục của nhà máy và bố trí sơ bộ mặt bằng toán nhà máy.

8. Xác định sơ bộ tổng vốn đầu tư cho nhà máy và từng phần. Vốn cho xây dựng cơ bản cho thiết bị và cho lắp đặt .

9. Tính sơ bộ các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của nhà máy thiết kế

b. Giai đoạn thiết kế kỹ thuật

Mục đích giai đoạn thiết kế kỹ thuật là xác định một cách chính xác, tỷ mỷ, cụ thể nhưng nội dung đã được nghiên cứu sơ bộ và tiến hành thiết kế kiến trúc cũng như những yêu cầu còn lại của các nội dung thiết kế của nhà máy cơ khí. Đây là giai đoạn thiết kế phức tạp nhất, tốn nhiều thời gian và chất lượng của giai đoạn này có  ảnh hưởng quyết định đến hiệu quả sản xuất và năng lực sản xuất của nhà máy sau này. Nội dung cụ thể cần giải quyết của giai đoạn này là:

1. Thiết kế QTCN chế tạo sản phẩm phù hợp với sản lượng sản phẩm theo nhiệm vụ của nhà máy thiết kế. Trên cơ sở đó tính toán khối lượng lao động của từng bộ phận, phân xưởng và toàn nhà máy.

2. Tính chính xác nhu cầu chủng lọai, số lượng, chất lượng, thiết bị công nghệ, người lao động , diện tích từng bộ phận, phân xưởng và toàn nhà máy; nguyên vật liệu và bán thành phẩm... để bao đảm sản xuất.

3. Tính nhu cầu năng lượng: điện, nước, hơi, khí, nhiên liệu... Xác định hệ thống và phương tiện kỹ thuật cung cấp năng lượng.

4. Tính hệ thống kho, các công trình phụ trợ, các công trình phục vụ sinh hoạt và  các công trình phục vụ văn hóa- xã hội.

5. Xác định khối lượng và phương tiện vận chuyển trong quá trình sản xuất.

6. Xác định cụ thể các đối tác liên doanh- liên kết trong sản xuất. Xây dựng kế hoạch mở rộng và phát triển nhà máy trong tương lai.

7. Xác định các biện pháp kỹ thuật an toàn lao động, vệ sinh công nghiệp, bảo vệ môi trường và cải thiện điều kiện làm việc cho người lao động.

8. Thiết kế kết cấu kiến trúc nhà xưởng sản xuất và các hạng mục khác của công trình.

9. Bố trí chính xác mặt bằng của từng phân xưởng, bộ phận và toàn nhà máy.

10. Xác định hệ thống tổ chức lãnh đạo, quản lý và bảo vệ nhà máy về các mătk kỹ thuật, kinh tế, nhân sự, an ninh.

11. Tính chính xác giá thành sản phẩm theo chi phí sản xuất hàng năm và sản lượng hàng năm.

12. Xác định chính xác tổng vốn đầu tư xây dựng nhà máy. Phân chia vốn đầu tư cho các hạng mục công trình chính và phụ.

13. Xác định các chỉ tiêu kinh tế- kỹ thuật đặc trưng về năng lực và hiêuh quả sản xuất của nhà máy thiết kế.

c. Giai đoạn thiết kế thi công

Nếu bản thiết kế kỹ thuật được chủ đầu tư thẩm định và phê duyệt, cơ quan thiết kế tiến hành thiết kế trên cơ sở các tài liệu của giai đoạn thiết kế kỹ thuật và các thông số kỹ thuật ( khối lượng, kích thước, công suất...) cảu thiết bị và ký hợp đồng mua sắm. Nội dung chủ yếu của giai đoạn thiết kế thi công là lập kế hoạch thiết kế thi công và tạo lập các bản vẽ thi công công trình xây dựng cho từng hạng mục của nhà máy thiết kế.

Những loại bản vẽ cần tạo lập trong giai đoạn này là;

1. Bản vẽ các trang thiết bị không tiêu chuẩn như các loại giá, các loại gá lắp, máy chuyên dùng, dụng cụ gia công và đo kiểm chuyên dùng...

2. Bản vẽ tổng mặt bằng của nhà máy thiết kế có xác định cao độ và khoảng cách giữa các hạng mục ( nhà xưởng, hệ thống cấp thoát nước, hơi nhiệt và hệ thống vận chuyển...).

3. Bản vẽ các hạng mục có liên quan đén lắp đặt thiết bị như nền móng ; hệ thống dẫn điện, dẫn khí, dẫn nước, dẫn dung dịch trơn nguội... từ nguồn tới thiết bị.

4. Bản vẽ lắp đặt các thiết bị công nghệ và các thiết bị phụ trợ cho từng hạng mục công trình với đầy đủ hệ thống điện, nước, hơi.

5. Bản vẽ thiết kế kiến trúc- xây dựng của từng hạng mục với đầy đủ mặt cắt ngang, dọc..

6. Bản vẽ kết cấu các chi tiết kiến trúc – xây dựng như khung, dầm