Автоматизация технологических процессов и производств

А.А. Иванов
АВТОМАТИЗАЦИЯ 
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ 
ПРОЦЕССОВ
И ПРОИЗВОДСТВ
УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ
2-е издание, исправленное и дополненное
Рекомендовано Учебно-методическим советом СПО 
в качестве учебного пособия для студентов учебных заведений, 
реализующих программу среднего профессионального образования 
по  специальностям 15.02.07 «Автоматизация технологических 
процессов и производств (по отраслям)», 15.02.08 «Технология 
машиностроения»  
Москва                                        2024
ИНФРА-М

УДК 681.5(075.32)
ББК 32.965я723 
 
И20
Р е ц е н з е н т ы:
кандидат технических наук, заместитель главного конструктора 
Научно-исследовательского института измерительных систем имени 
Ю.Е. Седакова С.Л. Торохов
Иванов А.А.
И20  
Автоматизация технологических процессов и производств : учебное 
пособие / А.А. Иванов. — 2-е изд., испр. и доп. — Москва :  
ФОРУМ : 
ИНФРА-М, 2024. — 224 с. — (Среднее профессиональное образование).
ISBN 978-5-00091-535-6 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-013872-5 (ИНФРА-М)
Излагается материал по дисциплине «Автоматизация технологических 
процессов и производств», рассматриваются концепции комплексно-автоматизированного производства и структура интегрированной производственной системы, включающей стратегический, тактический и исполнительный уровни планирования и управления. Приводятся подробные 
схемы материальных и информационных потоков интегрированных систем, а также диаграммы и зоны эффективной автоматизации. Сформулированы организационно-технологические основы комплексной автоматизации массового и мелкосерийного производства. Предложена методика 
расчета технико-экономических показателей автоматизированных производств, таких как производительность, надежность и экономическая 
оценка эффективности внедрения новой техники. Представлены математические методы оптимизации основных критериев по результатам имитационного моделирования сложных технических систем.
Предназначен для студентов, обучающихся по специальностям 15.02.07 
«Автоматизация технологических процессов и производств (по отраслям)», 15.02.08 «Технология машиностроения», а также студентов вузов, 
конструкторов, технологов и ученых, занимающихся проблемой комплексной автоматизации сборки.
УДК 681.5(075.32)
ББК 32.965я723
ISBN 978-5-00091-535-6 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-013872-5 (ИНФРА-М)
© Иванов А.А., 2011
© ФОРУМ, 2011

Cписок принятых сокращений
АБД — автоматизированный банк данных
АК — автоматический комплекс
АЛ — автоматическая линия
АПД — аппаратура передачи данных
АС — автоматический склад
АСД — автоматизированная система диагностирования
АСКИ — автоматизированная система контроля и испытаний
АСТППП — автоматизированная система технологической подготовки про+
изводства
АСУ — автоматизированная система управления
АСУП — автоматизированная система управления предприятием
АСУ ТП — автоматизированная система управления технологическим про+
цессом
АУМО — автоматизированный участок механообработки
АУОО — автоматизированный участок общей обработки
АЦП — аналого+цифровой преобразователь
БД — база данных
БК — базовый комплект
ГАП — гибкое автоматизированное производство
ГАУ — гибкий автоматизированный участок
ГМОП — гибкое механообрабатывающее производство
ГСП — гибкое сборочное производство
ГПМ — гибкий производственный модуль
ГПК — гибкий производственный комплекс
ГПС — гибкая производственная система
ДОС — датчик обратной связи
ДП — динамическое программирование
ЗР — загрузочный робот

Cписок принятых сокращений
ИМГ — интерактивная машинная графика
ИПО — информационно+программное обеспечение
ИПС — интегрированная производственная система
КАП — комплексно+автоматизированное производство
КВ — корректирующее воздействие
КД — корпусные детали
КИМ — координатно+измерительная машина
КоД — комплексная деталь
ЛВС — локальная вычислительная сеть
ЛП — линейное программирование
МВГ — метод ветвей и границ
МГП — модуль гальванопокрытий
МЛКП — модуль лакокрасочных покрытий
МН — межоперационный накопитель
МОС — многооперационный станок
МПЛ — мультиплексор
МСИ — метод статистических испытаний
МСО — модуль специальной обработки
МТО — модуль термической обработки
МТхО — материально+техническое обеспечение
ОМЗ — обеспечение материалами и заготовками
ОН — операционный накопитель
ОПИ — обеспечение приспособлениями и инструментом
ОС — операционная система
ОЦ — обрабатывающий центр
ПЗ — производственное задание
ППУ — приемно+передающее устройство
ПР — промышленный робот
РКЛ — роторно+конвейерная линия
РЛ — роторная линия
САКД — система автоматизированного контроля и
диагностирования
САПР — система автоматизированного проектирования
СИО — система инструментального обеспечения
СМ — симплекс+метод

Cписок принятых сокращений
5
СМО — система массового обслуживания
СОЖ — смазочно+охлаждающая жидкость
СПУ — сетевое планирование и управление
СУ — система управления
СУБД — система управления базой данных
ТВ — тела вращения
ТД — техническая документация
ТЗР — транспортно+загрузочный робот
ТМ — технологическая машина
ТНС — транспортно+накопительная система
ТО — технологическое оборудование
ТП — технологический процесс
ТР — транспортный робот
ТРЦ — технологическая размерная цепь
ТТС — транспортно+технологическая система
УВК — управляющий вычислительный комплекс
УЗВ — устройство загрузки+выгрузки
ЦФ — целевая функция
ЧПУ — числовое программное управление
Шт — Штабелер
ЭМТО — энерго+материально+техническое обеспечение

Введение
Задача дальнейшего наращивания объемов производства без при+
влечения дополнительной рабочей силы может быть успешно решена
прежде всего за счет комплексной автоматизации основных и вспомо+
гательных операций производственного цикла. Понятие автоматиза+
ции возникло в начале двадцатого столетия и первоначально включа+
ло лишь процессы автоматизации материальных потоков на предпри+
ятиях крупносерийного и массового производства. В силу отсутствия
систем автоматизации информационных потоков основу автоматиза+
ции в то время составляли различные механические средства управле+
ния, которые задавали механизмам технологических машин требуе+
мую последовательность действий и не имели необходимой гибкости
по быстрой переналадке оборудования. Только в середине ХХ в. с по+
явлением в производстве ЭВМ, станков с ЧПУ и промышленных ро+
ботов, с повышением их функциональных способностей и обогаще+
нием программных средств появилась возможность комплексной об+
работки информации и управления ходом производства в масштабе
предприятия с определенной гибкостью [1, 6].
В машино+ и приборостроении наблюдается тенденция смещения
центра тяжести от производства со стабильной узкой номенклатурой
изделий к многономенклатурным производствам с быстрой сменяе+
мостью программы, в результате чего среднее время жизни изделий
уменьшается с 7...8 до 2...3 лет и менее. Согласно мировым прогнозам
эта тенденция сохранится и в обозримом будущем. Многономенкла+
турное производство будет доминировать, составляя до 80 % общего
объема промышленного производства. Указанная тенденция, а также
постепенный отток кадров из промышленного производства в сферу
обслуживания явились важнейшими причинами, обусловившими ка+
чественно новый подход к решению вопросов комплексной автома+
тизации — созданию гибких производственных систем, обладающих
возможностью быстрой переналадки технических средств на выпуск
другого изделия. Современные достижения в области технологии, ро+

Введение
7
ботизации и средств вычислительной техники обеспечивают реаль+
ные предпосылки создания автоматизированных производств на базе
малолюдной (а впоследствии безлюдной) технологии. Системный
подход к вопросу создания переналаживаемых автоматизированных
производств требует одновременного и взаимоувязанного решения
ряда научно+технических, технологических и организационных задач
[11, 27].
В данном учебном пособии представлено описание системного
окружения гибких производств, аппаратного и программного обеспе+
чения многоуровневых систем управления интегрированными произ+
водственными комплексами и показано взаимодействие подсистем
информационной структуры гибких производств с типовыми элемен+
тами общего программного обеспечения. Определены функциональ+
ные связи между производительностью и основными параметрами
систем, позволяющие проектировать средства автоматизации с мак+
симальной производительностью и повышенными качественными
характеристиками изделий.

Глава 1
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПРИНЦИПЫ
КОМПЛЕКСНОЙ АВТОМАТИЗАЦИИ
ПРОИЗВОДСТВА
1.1. Понятие интегрированной производственной
системы
Системный подход к решению задачи комплексной автоматиза+
ции производства реализуется путем создания интегрированных про+
изводственных систем (ИПС). ИПС решает все вопросы по произ+
водству любых изделий: от автоматизированного проектирования и
технологии их изготовления до автоматического управления техноло+
гическим оборудованием и выпуска готовой продукции (ГП). ИПС
включает три уровня автоматизации, планирования и управления
производством (рис. 1.1).
Стратегическому уровню соответствует перспективный план
предприятия, создаваемый в результате прогнозирования производ+
ства на основе изучения сбыта, спроса и экономической ситуации в
целом. Кроме перспективного плана, на этом уровне разрабатывают+
ся годовой и квартальный планы, а также комплекс мероприятий по
управлению производством [6, 8, 12].
Тактическому уровню соответствует оперативное планирование
производства с детализацией до месячного и суточного планов. Пла+
нирование производственной деятельности включает программу вы+
пуска изделий, планы обеспечения заготовками и покупными изде+
лиями, планы и графики обработки и сборки деталей, узлов и изде+
лий, план технического обслуживания производственных процессов
(технология, оборудование, оснастка и инструмент). На тактическом

1.1. Понятие интегрированной производственной системы
9
Рис. 1.1. Иерархия уровней автоматизации, планирования и управления производством
в сквозной интегрированной системе
уровне осуществляется и информационно+программное обеспечение
управления производством.
Исполнительный (или командный) уровень обеспечивает сквозное
управление технологическим оборудованием в реальном масштабе
времени от ввоза исходных материалов (ИМ) до отгрузки готовой
продукции потребителям. Управление охватывает приемку, контроль
и складирование заготовок и комплектующих, механическую обра+
ботку, сборку, выходной контроль, упаковку и распределение готовой
продукции по заказчикам. К исполнительному уровню относятся так+
же вопросы, связанные с эксплуатацией инженерных сетей и охраной
окружающей среды.
В основу ИПС, кроме интеграции и иерархичности структуры,
положены принципы автономности, модульности, инвариантности.
ИПС как комплексная производственная система функционирует в
тесном взаимодействии с рядом подсистем (рис. 1.2), основными из
которых являются САПР, АСТПП, АСУП и АСУ ТП, автоматизиро+
ванная система диагностирования АСД технических средств, автома+
тизированная система контроля и испытаний АСКИ, материаль+
но+техническое обеспечение МТхО. Координированная работа всех
подсистем как единого организма осуществляется центральной ЭВМ
с помощью общего автоматизированного банка данных АБД. Соглас+

Глава 1. Основные понятия и принципы комплексной автоматизации...
Рис. 1.2. Схема взаимодействия основных подсистем ИПС
но производственному заданию ПЗ подсистемы САПР и АСТПП ра+
ботают в тесной взаимосвязи, образуя фактически единую систему
проектирования изделий и технологической подготовки производст+
ва, которая использует геометрические параметры деталей для анали+
за вариантов конструкций и синтеза комплексной модели, данные о
типовых технологических процессах и нормативно+справочную ин+
формацию. От этих подсистем необходимые данные вводятся в под+
системы АСУП и АСУ ТП, которые вырабатывают непосредственно
управляющую информацию для выполнения технологических про+
цессов изготовления изделий. Помимо автоматического оперативно+
го управления, подсистемы АСУП и АСУ ТП предоставляют гибкой
производственной системе ГПС информацию по производственным
программам и календарным планам, данные по учету, контролю и ре+
гулированию процессов обеспечения материалами, инструментом и
оснасткой. Важнейшей подсистемой ИПС на исполнительном уровне
является АСД, имеющая распределенную сеть датчиков для анализа
состояния и нормального функционирования ГПС на всех уровнях
производства и управления. Подсистемы АСД и АСКИ должны иметь
соответствующее метрологическое обеспечение, включающее необ+
ходимые средства измерения и контроля.
Любая ИПС решает следующие задачи: организационные (органи+
зация производства, обеспечение трудовыми ресурсами, охрана ок+
ружающей среды); экономические (расчет технико+экономических
показателей, материально+технического снабжения, сбыта, учета,
финансового управления); оперативного управления производством;
технологические (управление процессами переработки сырья). Для