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 производств: 
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 образовательного 
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 специальностей.


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 производственных 
процессов механической обработки деталей и сборки 
машин имеет важное значение на современном этапе развития машиностроения.


Основным направлением автоматизации технологических процессов 
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 интенси-
фикации производства, повышения его эффективности и качества 
продукции должна служить автоматизация проектирования техно-
логии и управления производственными процессами.

К характерным признакам современного производства следует 

отнести частую сменяемость выпускаемых изделий, что ведет к зна-
чительному возрастанию требований к производительности мелко- 
и среднесерийного производства. Противоречия требований мобиль-
ности и производительности находят разрешение в создании гибких 
производственных систем, в которых высокая эффективность про-
изводства 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 ис-
пользованием подвесных конструкций, поворотных звеньев, элект-
ромеханических приводов и т. д.

Одним из главных требований к современному производству яв-

ляется освоение новой продукции при минимальных потерях и за-
тратах с решением вопросов комплексной автоматизации производ-
ства 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 промышлен-
ное оборудование.

На основании изложенного можно заключить, что перед про-

мышленностью стоят две задачи: крупносерийное и массовое про-
изводство нужно наделить определенной гибкостью, сохранив при 
этом все преимущества автоматизации, а мелкосерийное необходимо 
комплексно автоматизировать таким образом, чтобы наряду с гиб-
костью оно приобрело черты массового производства —  непрерыв-
ность, ритмичность, высокий темп выпуска и стабильность техноло-
гических 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 примене-
ние энергии неживой природы в технологическом процессе или его 
составных частях для их выполнения и управления ими без непо-
средственного участия людей, осуществляемое в целях сокращения 
трудовых затрат, улучшения условий производства, повышения 
объема выпуска и качества продукции.

Под механизацией понимается применение энергии неживой природы 
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 отношением 
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, затрачиваемая 
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 обра-
ботки. 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. Выполне-
ние рабочих ходов приводит к непосредственной обработке реза-
нием, пластическому деформированию металла и т. п. Вспомогатель-
ные переходы служат для подачи, установки и закрепления заго-
товки, раскрепления и снятия готовой детали, переключения 
режимов обработки, включения и выключения станка. Движения 
частей машины при вспомогательных ходах служат для подвода и от-
вода обрабатывающего инструмента.

В машиностроении обработка деталей обычно осуществляется 

на полностью или частично автоматизированных машинах (стан-
ках), которые соответственно называются автоматами и полуавто-
матами.

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 обрат-
ную, остановку суппорта (стола) в конце обратного хода. В полуав-
томатах цикл работы машины автоматический, но может быть по-
вторен 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 процес-
сов 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) техно-
логических процессов, необходимая и достаточная для оценки и ана-
лиза ее состояния в соответствии с требованиями нормативно-тех-
нической 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 от-
дельных операций технологического процесса, например примене-
ние станков с ЧПУ).

Комплексная аТпп —  АТПП или их систем, при которой изго-

товление деталей и сборки производится с использованием автома-
тических 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 про-
цесса или системы технологических процессов включая управ-
ление.

1 
Содержание первичной части определяется первым делением объекта авто-
матизации на составные части. Например, для системы технологических 
процессов первичными составными частями являются отдельные техноло-
гические процессы, для технологических процессов —  технологические опе-
рации, 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 процес-
сов всех отраслей машиностроения и приборостроения.

Под категорией аТпп понимают качественную характеристику 

АТПП или их систем, определяемую интервалом значений основ-
ного показателя автоматизации, установленным в нормативно-тех-
нической 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 —  закончен-
ный технологический процесс; 3 —  система технологических процес-
сов, выполняемых на производственном участке; 4 —  система техно-
логических процессов, выполняемых в пределах цеха (в системе це-
хов); 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-про-
изводственных объединений; 8 —  система технологических процес-
сов, выполняемых в пределах территориально-экономического ре-
гиона (в системе отдельных фирм и объединений); 9 —  система тех-
нологических процессов, выполняемых в пределах отрасли 
промышленности (в системе регионов); 10 —  система технологиче-
ских 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 автома-
тизации.