Технологические процессы автоматизированных производств

В.М. ВИНОГРАДОВ 

А.А. ЧЕРЕПАХИН 
В.В. КЛЕПИКОВ

УЧЕБНИК

Москва
КУРС 

ИНФРА-М 

2023

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ 

ПРОЦЕССЫ 

АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ 

ПРОИЗВОДСТВ

Рекомендовано  

в качестве учебника для студентов высших  

учебных заведений, обучающихся по направлению 

подготовки 15.03.04 «Автоматизация технологических 

процессов и производств» (квалификация «Бакалавр»)

УДК 681.5(075.8)
ББК 32.956я73
 
В49

Виноградов В.М., Черепахин А.А., Клепиков В.В.
Технологические процессы автоматизированных произ
водств: Учебник: — Москва: КУРС: ИНФРА-М, 2023. — 272 с.  

ISBN 978-5-906818-69-0 (КУРС)
ISBN 978-5-16-012106-2 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-104862-7 (ИНФРА-М, online)
Учебник написан в соответствии с требованием государственного обра
зовательного стандарта преподавания дисциплины «Технологические 
процессы автоматизированных производств» по направлению подготовки 
15.03.04 (220700) «Автоматизация технологических процессов и производств» (квалификация «бакалавр»).

Описаны пути повышения производительности и эффективности 

производства, рассмотрены перспективные направления автоматизации: 
промышленные роботы, робототехнические комплексы и гибкие производственные системы. Подробно изложены вопросы автоматизации 
транспортно-накопительных систем, систем инструментального обеспечения и управления, загрузки обрабатывающего оборудования и автоматизации контроля деталей и диагностирования станков.

Для студентов машиностроительных вузов технологических специаль
ностей.

УДК 681.5(075.8)
ББК 32.956я73

Р е ц е н з е н т ы:
А.С. Калашников, д-р техн. наук, профессор, профессор кафедры 

«Технология машиностроения» Московского государственного машиностроительного университета (МАМИ)

В49

©  Виноградов В.М., Черепахин А.А., 

Клепиков В.В., 2016

© КУРС, 2016

ISBN 978-5-906818-69-0 (КУРС)
ISBN 978-5-16-012106-2 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-104862-7 (ИНФРА-М, online)

ФЗ 

№ 436-ФЗ

Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 4 ст. 11

ВВедение

При становлении рыночных отношений автоматизация произ
водственных процессов механической обработки деталей и сборки 
машин имеет важное значение на современном этапе развития машиностроения.

Основным направлением автоматизации технологических про
цессов и производств должно быть широкое использование ЭВМ 
и роботов, а также внедрение гибких технологий, позволяющих 
быстро и эффективно перестраивать технологические процессы 
на изготовление новых изделий. Одним из основных путей интенсификации производства, повышения его эффективности и качества 
продукции должна служить автоматизация проектирования технологии и управления производственными процессами.

К характерным признакам современного производства следует 

отнести частую сменяемость выпускаемых изделий, что ведет к значительному возрастанию требований к производительности мелко- 
и среднесерийного производства. Противоречия требований мобильности и производительности находят разрешение в создании гибких 
производственных систем, в которых высокая эффективность производства достигается рациональным сочетанием оборудования, 
организацией транспортных операций и управления ГПС.

Растет выпуск станков с ЧПУ и промышленных роботов, в осо
бенности с CNC-управлением. В роботостроении наметился поворот 
от транспортно-загрузочных ПР к технологическим с широким использованием подвесных конструкций, поворотных звеньев, электромеханических приводов и т. д.

Одним из главных требований к современному производству яв
ляется освоение новой продукции при минимальных потерях и затратах с решением вопросов комплексной автоматизации производства и экономии трудовых ресурсов.

Основными особенностями машиностроения на современном 

этапе его развития являются:

1) увеличение номенклатуры выпускаемых изделий и постоянное 

их усложнение;

2) частая смена объектов производства и сокращение сроков 

освоения производства;

3) уменьшение относительной доли трудоспособного населения, 

занятого в сфере материального производства, при повышении тре

бований к квалификации персонала, обслуживающего промышленное оборудование.

На основании изложенного можно заключить, что перед про
мышленностью стоят две задачи: крупносерийное и массовое производство нужно наделить определенной гибкостью, сохранив при 
этом все преимущества автоматизации, а мелкосерийное необходимо 
комплексно автоматизировать таким образом, чтобы наряду с гибкостью оно приобрело черты массового производства —  непрерывность, ритмичность, высокий темп выпуска и стабильность технологических процессов.

СпиСок  

оСноВных Сокращений

АЛ 
— автоматическая линия

АП 
— автоматизированное производство

АПС 
— автоматизированная производственная система

АСКИО 
— автоматизированная система контроля и измерения объ
екта

АСНИ 
— автоматизированная система научных исследований

АСС 
— автоматизированная станочная система

АСТПП 
— автоматизированная система технологической подго
товки производства

АСУ 
— автоматизированная система управления

АСУП 
— автоматизированная система управления производством

АСУТП 
— автоматизированная система управления технологиче
ским процессом

АСУТПП 
— автоматизированная система управления технологиче
ской подготовкой производства

АТК 
— автоматизированный технологический комплекс

АТСС 
— автоматизированная транспортно-складская система

АТПП 
— автоматизация технологических процессов и производ
ства

АУ 
— автоматизированный участок

АЦ 
— автоматизированный цех

БД 
— база данных

БЗУ 
— бункерное загрузочное устройство

БнД 
— база данных

ВПС 
— виртуальная производственная система

ГАП 
— гибкое автоматизированное производство

ГАП АТК 
— гибкое автоматизированное производство автоматизи
рованных технологических комплексов

ГОСТ… .* 
— действующий стандарт

ГПМ 
— гибкий производственный модуль

ГПУ 
— гибкий производственный участок

ГПС 
— гибкая производственная система

ИГ 
— измерительная головка

ИПК 
— интегрированный производственный комплекс

КИМ 
— контрольно-измерительная машина

КТЭ 
— конструктивно-технологический элемент

ММ 
— математическая модель

МП 
— микропроцессор

МС 
— многоцелевой станок

ОПС 
— обобщенная производственная система

ОС 
— обратная связь

ОТС 
— организационно-техническая структура

ПМ 
— производственный модуль

ПО 
— программное обеспечение

ПР 
— промышленный робот

ПС 
— производственная система

ПУ 
— программа управления

ПЯ 
— производственная ячейка

РТК 
— робототехнический комплекс

САК 
— система автоматического контроля

САП 
— система программирования

САПР 
— система автоматизированного проектирования

САПР Т 
— система автоматизированного проектирования техно
логической системы

СДРИ 
— система диагностики режущего инструмента

СУ 
— система управления

СЧПУ 
— система числового программного управления

ТЗ 
— техническое задание

ТО 
— технический объект

ТОб 
— техническое обслуживание

ТОТ 
— типизированная операционная технология

ТП 
— технологический процесс

ТПП 
— технологическая подготовка производства

ТС 
— технологическая система

ТСД 
— техническое средство диагностики

УП 
— управляющая программа

УЧПУ 
— устройство числового программного управления

ЦПП 
— цифровой преобразователь перемещения

ШД 
— шаговый двигатель

Глава 1

аВтоматизироВанный 

произВодСтВенный процеСС 

В машиноСтроении

1.1. основные понятия и определения  

механизации и автоматизации  

технологических процессов в машиностроении

В соответствии с ГОСТ 23004-78* «Механизация и автоматизация 

технологических процессов в машиностроении и приборостроении» 
под автоматизацией технологических процессов понимают применение энергии неживой природы в технологическом процессе или его 
составных частях для их выполнения и управления ими без непосредственного участия людей, осуществляемое в целях сокращения 
трудовых затрат, улучшения условий производства, повышения 
объема выпуска и качества продукции.

Под механизацией понимается применение энергии неживой при
роды в технологическом процессе или его составных частях, полностью управляемых людьми, осуществляемое в целях сокращения 
трудовых затрат, улучшения условий производства, повышения 
объема выпуска и качества продукции.

Штучное время и его составляющие  
при механизации (автоматизации)  

технологических процессов

Штучное время (Тшт) —  интервал времени, определяемый отно
шением цикла технологической операции к числу изделий, одновременно изготовляемых или ремонтируемых на одном рабочем месте.

ручное время (Тр) —  часть штучного времени, затрачиваемая 

людьми при выполнении технологической операции без применения 
средств технологического оснащения.

Машинно-ручное время (Тм.р) —  часть штучного времени, затра
чиваемая при одновременном применении энергии людей и неживой природы.

полное машинное время (Тм) —  часть штучного времени, равная 

времени функционирования средств технологического оснащения 

при использовании энергии неживой природы совместно с энергией 
людей и без нее.

Время управления (Ту) —  время, затрачиваемое людьми при на
блюдении за технологической операцией и воздействиях на средства 
управления для обеспечения их правильного функционирования.

Оценка механизации и автоматизации  

технологических процессов

Оценка механизации выполняется по основному времени, а ав
томатизации — по оперативному, включающему в себя как время 
на обработку, так и на обслуживание и управление процессом обработки. Функции человека при автоматизации сводятся к контролю 
за работой машины, устранению отклонений от заданного процесса 
(подналадке), наладке автоматизированной машины на обработку 
другого изделия.

Автоматически работающая машина в процессе обработки детали 

или сборки выполняет рабочие и холостые ходы. Последние состоят 
из вспомогательных переходов и вспомогательных ходов. Выполнение рабочих ходов приводит к непосредственной обработке резанием, пластическому деформированию металла и т. п. Вспомогательные переходы служат для подачи, установки и закрепления заготовки, раскрепления и снятия готовой детали, переключения 
режимов обработки, включения и выключения станка. Движения 
частей машины при вспомогательных ходах служат для подвода и отвода обрабатывающего инструмента.

В машиностроении обработка деталей обычно осуществляется 

на полностью или частично автоматизированных машинах (станках), которые соответственно называются автоматами и полуавтоматами.

рабочий цикл машины при этом состоит из автоматического под
вода инструментов с ускоренной подачей, переключения ускоренной 
подачи на рабочую, работе на рабочей подаче до выхода инструмента 
(перебега), переключения с рабочей подачи на ускоренную обратную, остановку суппорта (стола) в конце обратного хода. В полуавтоматах цикл работы машины автоматический, но может быть повторен только при воздействии рабочего после разгрузки готовой 
детали, загрузки и закрепления новой заготовки, включения подачи 
станка. В автоматах все рабочие и вспомогательные переходы и ходы 
осуществляются автоматически без участия рабочего. Вручную в них 
осуществляются только вспомогательные переходы по контролю, 
подналадке и наладке автоматов.

ГОСТ 23004-78* предусматривает систему качественных и коли
чественных характеристик автоматизации технологических процессов и производства (АТПП).

характеристика аТпп —  описание количественного или каче
ственного признака механизации (автоматизации) технологических 
процессов, используемое при ее оценке.

система характеристик аТпп —  совокупность качественных и ко
личественных характеристик механизации (автоматизации) технологических процессов, необходимая и достаточная для оценки и анализа ее состояния в соответствии с требованиями нормативно-технической или технической документации.

Качественные характеристики АТПП

К качественным характеристикам относятся: вид, ступени и ка
тегории АТПП.

По виду автоматизация может быть частичной, комплексной 

и полной, единичной и комплексной, первичной и вторичной.

Частичная аТпп —  АТПП или их систем, при которой часть за
трат энергии людей заменена затратами энергии (автоматизация отдельных операций технологического процесса, например применение станков с ЧПУ).

Комплексная аТпп —  АТПП или их систем, при которой изго
товление деталей и сборки производится с использованием автоматических систем машин (например, автоматические линии, гибкие 
производственные системы).

полная аТпп —  АТПП или их систем, при которой все затраты 

энергии людей заменены затратами энергии неживой природы, 
включая управление (автоматизировано не только изготовление 
и сборка изделия, но все функции контроля и управления).

единичная аТпп —  АТПП одной первичной1 составной части 

технологического процесса или системы технологических процессов 
включая управление.

Комплексная аТпп —  частичная или полная механизация АТПП 

двух или более первичных составных частей технологического процесса или системы технологических процессов включая управление.

1 
Содержание первичной части определяется первым делением объекта автоматизации на составные части. Например, для системы технологических 
процессов первичными составными частями являются отдельные технологические процессы, для технологических процессов —  технологические операции, для технологических операций —  технологические и вспомогательные 
переходы и т. д.

первичная аТпп —  АТПП или их систем, в которых до ее прове
дения использовалась только энергия людей.

Вторичная аТпп —  АТПП или их систем, в которых до ее прове
дения использовалась энергия только неживой природы.

Под ступенью аТпп понимают качественную характеристику со
стояния автоматизации технологических процессов или их систем, 
определяемую областью применения, которая может изменяться 
от технологической операции до системы технологических процессов всех отраслей машиностроения и приборостроения.

Под категорией аТпп понимают качественную характеристику 

АТПП или их систем, определяемую интервалом значений основного показателя автоматизации, установленным в нормативно-технической документации.

Часто автоматизация проводится в несколько этапов (первичного 

и вторичного). Различают 10 ступеней внедрения автоматизации 
от одной операции до всей промышленности (обозначается цифрами 
от 1 до 10): 1 —  единичная технологическая операция; 2 —  законченный технологический процесс; 3 —  система технологических процессов, выполняемых на производственном участке; 4 —  система технологических процессов, выполняемых в пределах цеха (в системе цехов); 5 —  система технологических процессов, выполняемых 
в пределах группы технологически однородных цехов; 6 —  система 
технологических процессов, выполняемых в пределах предприятия 
(в системе групп цехов); 7 —  система технологических процессов, 
выполняемых в пределах производственных фирм или научно-производственных объединений; 8 —  система технологических процессов, выполняемых в пределах территориально-экономического региона (в системе отдельных фирм и объединений); 9 —  система технологических процессов, выполняемых в пределах отрасли 
промышленности (в системе регионов); 10 —  система технологических процессов, выполняемых на уровне промышленности всей 
страны (в системе отраслей).

Количественные характеристики АТПП  

(показатели состояния)

Временной уровень автоматизации живого труда (dт) —  отношение 

неперекрытого машинного времени к штучному времени.

Временной уровень автоматизации средств технологического осна
щения (dтп) —  отношение полного машинного времени к штучному 
времени. Часто этот показатель называют коэффициентом автоматизации.