Технологии цифрового производства. Лабораторный практикум

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ТЕХНОЛОГИИ ЦИФРОВОГО ПРОИЗВОДСТВА 
 
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ 
 
 
 
Учебное пособие 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Москва    Вологда 
«Инфра-Инженерия» 
2026 

 
 
УДК 681.5 
ББК 32.966 
 
Т38 
 
 
 
Авторы: 
Макаров А. М., Дроботов А. В., Ветлицын М. Ю., Шемелюнас С. С. 
 
 
Рецензенты: 
кафедра «Механика» ФГБОУ ВО «Волгоградский государственный аграрный университет», 
заведующий кафедрой, к. т. н., доцент Наталья Сергеевна Воробьева;  
исполняющий обязанности заведующего лабораторией вибротехнических систем,  
ведущий научный сотрудник Института машиноведения им. А. А. Благонравова РАН,  
д. т. н. Константин Борисович Саламандра 
 
 
 
Т38   
Технологии цифрового производства. Лабораторный практикум : 
учебное пособие / [Макаров А. М. и др.]. – Москва ; Вологда : ИнфраИнженерия, 2026. – 148 с. : ил., табл. 
ISBN 978-5-9729-2926-9 
  
Содержит основные теоретические положения, касающиеся построения и функционирования цифровых производств, а также примеры и основные характеристики 
автоматизированного оборудования, которое установлено и используется в центре 
прототипирования, созданном на базе Волгоградского государственного технического 
университета. Описаны лабораторно-практические работы, которые проводятся в виде 
мастер-классов или лабораторных работ с использованием вычислительной техники и 
оборудования кафедры АПП и центра прототипирования.  
Для студентов всех форм подготовки, обучающихся по направлениям 15.03.04, 
15.04.04 «Автоматизация технологических процессов и производств», 27.03.04, 
27.04.04 «Управление в технических системах», 15.04.06 «Мехатроника и робототехника». 
 
УДК 681.5 
ББК 32.966 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9729-2926-9 ” Волгоградский государственный технический университет, 2026 
 
” Издательство «Инфра-Инженерия», 2026 
 
” Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2026      

 
 
ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
Введение ............................................................................................................... 5 
 
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЦИФРОВОГО 
ПРОИЗВОДСТВА ............................................................................................... 7 
 
ГЛАВА 2. ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 1  
ОСНОВЫ 3D-СКАНИРОВАНИЯ ................................................................... 24 
2.1 Цель работы .............................................................................................. 24 
2.2 Общие положения .................................................................................... 24 
2.3 Инструкция по технике безопасности ................................................... 25 
2.4 Порядок выполнения работы .................................................................. 28 
2.5 Содержание отчета ................................................................................... 47 
2.6 Контрольные вопросы ............................................................................. 47 
 
ГЛАВА 3. ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 2  
ОСНОВЫ 3D-МОДЕЛИРОВАНИЯ И 3D-ПЕЧАТИ .................................... 48 
3.1 Цель работы .............................................................................................. 48 
3.2 Общие положения .................................................................................... 48 
3.3 Инструкция по технике безопасности ................................................... 51 
3.4 Порядок выполнения работы .................................................................. 53 
3.5 Содержание отчета ................................................................................... 64 
3.6 Контрольные вопросы ............................................................................. 64 
 
ГЛАВА 4. ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 3   
ОСНОВЫ ПОДГОТОВКИ УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОГРАММ  
ДЛЯ ОБРАБОТКИ НА СТАНКАХ С ЧПУ .................................................... 66 
4.1 Цель работы .............................................................................................. 66 
4.2 Общие положения .................................................................................... 66 
4.3 Инструкция по технике безопасности ................................................... 70 
4.4 Порядок выполнения работы .................................................................. 72 
4.5 Содержание отчета ................................................................................. 100 
4.6 Контрольные вопросы ........................................................................... 100 

 
ГЛАВА 5. ЛАБОРАТОРНО-ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА № 4   
ОСНОВЫ ПОДГОТОВКИ УПРАВЛЯЮЩИХ ПРОГРАММ  
ДЛЯ ЛАЗЕРНОЙ РЕЗКИ МАТЕРИАЛОВ ................................................... 101 
5.1 Цель работы ............................................................................................ 101 
5.2 Общие положения .................................................................................. 101 
5.3 Инструкция по технике безопасности ................................................. 105 
5.4 Порядок выполнения работы ................................................................ 106 
5.5 Содержание отчета ................................................................................. 144 
5.6 Контрольные вопросы ........................................................................... 144 
 
Список использованной литературы ............................................................. 146 
 
 
 
 
 

 
 
ВВЕДЕНИЕ 
 
В эпоху глобализации, локальной конкуренции и высокой волатильности 
спроса предприятия сталкиваются с необходимостью постоянного совершенствования моделей планирования, снижения издержек, быстрой адаптации продукта под запросы рынка и сокращения сроков его запуска. Решением этих задач является комплексная цифровизация производства – она помогает предприятиям сохранить баланс между экономической целесообразностью выпуска 
продукта и удовлетворением рыночных ожиданий. 
Цифровое производство – комплекс интегрированных между собой технологических решений и сложных информационных систем. Решения для цифрового производства относятся к «Индустрии 4.0» и являются частью четвертой 
промышленной революции. Применяя эти решения, промышленное предприятие может в значительной степени повысить качество выпускаемой продукции, 
оптимизировать затраты и выйти на новый уровень эффективности. 
Переход к цифровому производству стал более популярным с ростом количества и качества компьютерных систем на производственных предприятиях. По мере того, как все больше автоматизированных инструментов стало использоваться на производственных предприятиях, возникла необходимость моделировать, анализировать все машины, оснастку и входные материалы, чтобы 
оптимизировать производственный процесс. В целом, цифровое производство 
имеет те же цели, что и компьютерно-интегрированное производство (CIM), 
гибкое производство, бережливое производство и проектирование для технологичности (DFM). Основное отличие состоит в том, что цифровое производство 
было разработано для использования в компьютеризированном мире. 
Данное учебное пособие предназначено для углубления и закрепления на 
практике теоретического материала по дисциплинам «Технологии цифрового 
производства», «Управление в цифровом производстве», «Основы цифровых 
производств», «3D-проектирование и прототипирование» и другим. В первой 
части представлены основные теоретические положения, касающиеся построения и функционирования цифровых производств, а также приведены примеры 
и основные характеристики автоматизированного оборудования, которое установлено и используется в центре прототипирования, созданном на базе Волгоградского государственного технического университета. В остальных главах 
описаны лабораторно-практические работы, которые проводятся в виде мастерклассов или лабораторных работ с использованием вычислительной техники и 
оборудования кафедры АПП и центра прототипирования.  

 
Лабораторные работы включают цель работы, общие положения, технику 
безопасности при работе на оборудовании, порядок выполнения работы, содержание отчета и контрольные вопросы для проверки качества усвоения материала. Перед началом выполнения работ необходимо внимательно изучить теоретические аспекты и технику безопасности. 
Пособие предназначено для студентов всех форм обучения, осваивающих 
программы бакалавриата и магистратуры по направлениям «Автоматизация 
технологических процессов и производств», «Мехатроника и робототехника», 
«Управление в технических системах». 
 
 
 
 

 
 
ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ  
ЦИФРОВОГО ПРОИЗВОДСТВА 
 
Постепенное накопление научно-технических знаний периодически 
приводит к скачкам в развитии производственных технологий. Отметим 
наиболее существенные изменения в технологии производства в истории 
человечества, называемые промышленными революциями (рис. 1.1). 
 
 
 
Рис. 1.1. Промышленные революции 
 
– первая революция произошла после изобретения Уаттом в 1784 г. 
парового двигателя и последующего широкого использования силы пара, что 
позволило производить изделия не только с помощью физической силы 
человека или животных, а с помощью механической энергии, получаемой от 
сгорания топлива; 
– вторая революция была вызвана в конце XIX столетия применением в 
промышленности электродвигателей, электричества и химии, изобретением 
телеграфа, телефона, радио, что ускорило коммуникации, упростило и 
повысило доступность производственных технологий; 
– 
третья 
промышленная 
революция 
осуществлялась 
нашими 
современниками за счет изобретения компьютеров и телекоммуникаций, что 
позволило автоматизировать многие производственные процессы, заменив 
умственный труд людей по управлению механизмами компьютерными 
программами и автоматическими устройствами высокой степени сложности. 

 
Каждая технологическая революция позволяла резко увеличить объем и 
преобразовать характер производства. 
Сейчас у всех на слуху цифровизация. И это не случайно, именно она 
подтолкнула новую четвертую промышленную революцию, в центре которой 
мы 
сейчас 
находимся. 
Почему 
в 
центре" 
Потому 
что 
в 
мировой 
промышленности полным ходом идут преобразования, связанные с целым 
пластом уже всем доступных цифровых решений, но мы еще не подошли к 
предельной точке этих изменений, которая носит название концепции 
«Индустрия 4.0» (рис. 1.2) [1].  
 
 
 
Рис. 1.2. Концепция «Индустрия 4.0» 
 
Все эти решения на слуху, хотя иногда возникает определенная путаница, 
поскольку развиваются они просто невероятными темпами: промышленный 
«Интернет вещей», облачное хранение данных – сегмент обмена данными, 
иногда и 5G сюда относят, но эта технология в большей степени ориентирована 
на человека; проблема интерфейсов решена с помощью искусственного 
интеллекта, если точнее, то нейросетей. Следующий эшелон: сенсорные 
системы – это система датчиков, которые снимают нужные для машины 
показатели окружающей среды, грубо говоря, через нее машина «чувствует». 
Цифровые двойники в совокупности с автоматизированными и роботизированными комплексами обеспечивают производственную цифровую инфраструктуру. Обработку и анализ данных реализует искусственный интеллект, 

 
предиктивная аналитика, Big Data, которая уже трансформировалась в целый 
класс аналитических систем, например Data Mining, способный осуществить 
поиск неучтенной информации и контекстов. Все эти компоненты уже 
внедряются и показывают превосходные результаты, но всеဩтаки они еще 
далеки от того образа промышленности, который строит «Индустрия 4.0».  
Приведем несколько примеров передовых производств с элементами 
«Индустрии 4.0». Один из голландских заводов Philips работает в 
неосвещенном помещении, где установлено 128 роботов. Весь персонал завода 
состоит из девяти работников. Другим классическим примером стала 
цифровизация производственных площадок Harley-Davidson, проведенная еще 
в 2009–2011 гг. Основной проблемой, с которой столкнулась компания, была 
возросшая 
конкуренция 
при 
ограниченной 
возможности 
кастомизации 
дилерами пяти выпускаемых моделей. В результате была создана единая 
сборочная площадка, выпускающая мотоциклы всех пяти моделей с 
возможностью их кастомизации. Заказчику предлагается выбор более чем из 
1300 вариантов. В ходе всего производственного процесса используются 
датчики, управляемые MESဩсистемой. Каждый станок, каждая деталь имеет 
RFIDဩметку, однозначно идентифицирующую изделие и его место в 
производственном цикле. Информация от датчиков передается на платформу 
обработки данных, выполняющую роль интеграционной шины для сбора 
данных с датчиков и различных информационных систем, как внутренних 
производственных 
и 
бизнесဩсистем 
компании 
Harley-Davidson, 
так 
и 
информационных систем контрагентов компании. В результате производственный цикл сокращен с 21 дня до 6 ч (каждые 89 секунд с конвейера сходит 
мотоцикл, полностью настроенный под будущего владельца); реализовано 
сквозное управление изделием на всем его жизненном цикле. После этого 
стоимость акций компании выросла более чем в 7 раз [2]. 
Таким образом, четвертая по счету технологическая революция уже 
началась. Она подразумевает внедрение «умного производства», в основе 
которого лежат цифровые технологии. Рассмотрим более подробно, что они из 
себя предс-тавляют. 
Термин «Индустрия 4.0» появился в 2011 году в Германии и обозначает 
технологии умных заводов. В массовое употребление данный термин введен в 
2016 году Клаусом Швабом – основателем и президентом Всемирного 
экономического форума в Давосе. 
В основе четвертой промышленной революции лежат, по сути,  
4 доминирующих технологических вектора, развивавшихся параллельно и 
недавно соединившихся в одной точке.  

 
Первое – это облачная технология или их еще называют эластичными 
облачными 
вычислениями. 
Облако 
даёт 
относительно 
дешевые 
и 
неограниченные возможности для вычислений и хранения данных.  
Второй вектор – это большие данные и связанные с ними возможности 
анализа этих огромных объемов данных. 
Третий вектор – это искусственный интеллект или машинное обучение, 
включающий создание с их помощью предсказательных и оптимизационных 
алгоритмов. Данные алгоритмы могут быстро и точно выполнять практически 
любые прикладные задачи не хуже, а всё чаще даже лучше человека.  
И наконец, четвертый фактор – Интернет вещей. При нем каждое 
устройство оснащено компьютером и это, по сути, создаёт вычислительную 
платформу экстраординарного масштаба и мощности (рис. 1.3). 
 
 
 
Рис. 1.3. Доминирующие векторы четвертой промышленной революции 
 
Симбиоз этих технологий радикально меняет сложившийся уклад государства и компаний. Их применение обеспечивает цифровую трансформацию. 
Развитие технологии идёт по экспоненте. С этим связано появление такого термина как «экспоненциальная компания». Экспоненциальное развитие технологии дает следующие кардинальные эффекты. Первое – это увеличение масштаба интеграции. По состоянию на октябрь 2025 года устройства Интернета вещей с малым радиусом действия, такие как умные домашние помощники и 
носимые фитнес-трекеры, были самыми распространёнными устройствами, 
подключёнными к Интернету, во всём мире. Ими пользовались 17,4 миллиарда 
человек. На втором месте были мобильные телефоны с 8,62 миллиардами под