Технологические основы автоматизированного производства

Ю.П. АНКУДИМОВ
В.М. ЛЕБЕДЕВ
А.А. ТИХОНОВ
И.В. САДОВАЯ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ

АВТОМАТИЗИРОВАННОГО

ПРОИЗВОДСТВА

Учебное пособие

Москва

ИНФРА-М

2019

УДК 62(075.8)
ББК 34.4я73

А64

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение 

высшего профессионального образования «Донской государственный 

технический университет»

Рецензенты:

М.Е. Попов — доктор технических наук, профессор (ДГТУ);
Н.И. Бойко — доктор технических наук, профессор (РГУПС)

Анкудимов Ю.П.

А64
Технологические 
основы 
автоматизированного 

производства : учеб. пособие / Ю.П. Анкудимов, В.М. Лебедев, 
А.А. Тихонов, И.В. Садовая. — М. : ИНФРА-М, 2019. — 207 с.

ISBN 978-5-16-107730-6 (online)

Даны технологические основы автоматизированных систем в 

различных 
типах 
машиностроительного 
производства. 
Освещены 

принципы построения автоматических систем управления производственным оборудованием, автоматических линий, гибких производственных систем. Даны структурные схемы и состав автоматизированных 
производственных систем механообработки и сборки в поточном и 
непоточном производстве.

Предназначено для студентов высших учебных заведений, 

обучающихся
по 
направлению 
«Конструкторско-технологическое 

обеспечение машиностроительных производств» всех форм обучения.

УДК 62(075.8)

ББК 34.4я73 

ISBN 978-5-16-107730-6 (online)
© Анкудимов Ю.П., Лебедев В.М., 

Тихонов А.А., Садовая И.В., 2019

ФЗ № 
436-ФЗ

Издание не подлежит маркировке 
в соответствии с п. 1 ч. 2 ст. 1

Введение

Современное машиностроение характеризуется как многообразием номенклатуры производственной продукции, так и типом 
производств, в которых эта продукция выпускается. При этом на долю единичного и серийного производства приходится 70...80% объемов мировой продукции, в то время как доля крупносерийного и массового производства составляет не более 20...30% .

За последние годы заметно выросли сложность, а также требования к качеству, конкурентоспособности изделий, предметов промышленного и бытового назначения. В новых условиях повышение 
эффективности производства, снижение затрат на его подготовку и 
освоение невозможно без автоматизации основных и вспомогательных технологических процессов и средств технологического оснащения всех типов производства.

Развитие автоматизированных производственных систем берет свое начало от автоматизации отдельных циклов работы оборудования (создание копировальных суппортов, устройств автоматической загрузки-разгрузки и зажима заготовок). На последующих стадиях были созданы станки-автоматы и полуавтоматы, агрегатные 
станки, автоматические линии, автоматические цеха и заводы в автомобильной, подшипниковой и некоторых других отраслях промышленности (20...30 годы XX века). Преимуществом производственных 
систем, созданных и функционировавших на данном этапе, являлось 
их высокая производительность, позволившая снизить затраты ручного труда и себестоимость выпускаемой продукции. Эти системы 
работали на основе механических, электрических или гидравлических систем управления, отличающихся относительной простотой 
конструкции. Недостатками первых автоматизированных систем являлись их низкая мобильность, сложность, а иногда и невозможность 
переналадки и перестройки, в связи с чем данные системы были ориентированы на крупносерийное и массовое производство.

На более позднем этапе (50...60 годы XX века) начинается 

развитие производственных систем «гибкой» автоматизации, созданных на базе станков с ЧПУ, электронно-вычислительной и микропроцессорной техники. Этот этап за 15...20 лет прошел стадии от созда
3

ния отдельных станков с числовым программным управлением до 
создания гибких производственных модулей (ГПМ), включающих в 
себя не только основное технологическое оборудование, но и вспомогательные устройства (загрузки-разгрузки, накопительные, контрольно-измерительные и т.д.), а также до создания гибких производственных систем (ГПС), состоящих из совокупности гибких производственных модулей, объединенных единой управляющей транспортной, складской и другими автоматизированными вспомогательными подсистемами.

ГПС позволяет не только повысить мобильность производства 

при переналадке и перестраиваемости, но и существенно увеличить 
его производительность за счет сокращения всех составляющих 
штучно-калькуляционного времени изготовления изделий. Вследствие этого ГПС можно использовать во всех типах производства, но 
наибольший экономический эффект достигается в серийном и мелкосерийном производстве.

На современном этапе большое внимание уделяется созданию интегрированных производственных систем, автоматизирующих 
весь цикл создания изделия, начиная от научных исследований и 
проектирования до изготовления изделия и утилизации отходов. 
Принцип построения интегрированной системы машиностроительного предприятия включает:

- АСНИ - автоматизированную систему научных исследований;

- АСУП - автоматизированную систему управления предприятием;

- САПРк - систему автоматизированного проектирования конструкторской документации;

- АСТПП - автоматизированную систему проектирования технологической документации;

- САК -  систему автоматизированного контроля качества изделий и функционирования ГПС;

- АСОТУ -  автоматизированную систему оперативно-технологического управления технологическими объектами гибкого автоматизированного производства (ГАП), состоящими из гибких производственных модулей (ГПМ), снабженных локальными системами управления и составляющих основу гибкого автоматизированного производства (ГАП).

4

Полностью интегрированное производство будущего (Clftl -  

computer integrate manufacture) может охватывать не только производственный процесс предприятия, но и целые отрасли промышленности.

В учебном пособии, предназначенном для студентов направления 151900 -  «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств», в соответствии с программой дисциплины изложены теоретические и практические вопросы автоматизации производственных процессов механической обработки деталей 
и сборки изделий в различных типах производств.

В первом разделе представлены общие вопросы автоматизации производства, исходя из представления производственного процесса как совокупности потоков энергии, материалов и информации.

Поскольку основой автоматизации любого процесса является 

правильный выбор системы его управления, во втором разделе представлены различные типы автоматических систем управления, их 
структуры, технологические возможности и условия их выбора.

Способы решения задач автоматизации в различных типах 

производства -  от единичного до массового -  различны, и определяющим здесь является организационная форма производства -  поточная и непоточная. Поэтому в третьем и четвертом разделах рассматриваются автоматизированные системы механической обработки 
деталей, предназначенные для соответствующих организационных 
форм производства. Особое внимание уделяется выбору состава и 
структуры гибких производственных систем (ГПС). В заключительном 
пятом разделе представлены основы автоматизации сборочного производства и некоторые вопросы технико-экономического обоснования 
внедрения автоматизированных производственных систем в промышленность.

5

1. 
СТРУКТУРА ПРОИЗВОДСТВЕННОГО ПРОЦЕССА

В МАШИНОСТРОЕНИИ И ОСНОВЫ ЕГО АВТОМАТИЗАЦИИ

1.1. Общие вопросы автоматизации производства

Под автоматизацией производства понимают применение 

энергии неживой природы в производственных процессах или их частях с управлением ими без участия человека для повышения производительности, снижения себестоимости, улучшения условий труда, 
качества изделий и т.д.

Под механизацией производства понимают применение энергии неживой природы в производственных процессах или их частях, 
управляемых человеком для тех же целей. Таким образом, различие 
между этими понятиями заключается в субъекте управления производственным процессом.

Качественную оценку механизации и автоматизации производят по виду, степени внедрения и категории.

По виду автоматизация бывает:
- частичная и полная;
- единичная и комплексная;
- первичная и вторичная.
Частичная автоматизация охватывает замену ручного труда 

машинным в отдельных циклах работы оборудования или отдельных 
операциях технологического или производственного процесса. Например, станки-полуавтоматы, обработка деталей по упорам на токарно-револьверных станках.

Полная автоматизация охватывает автоматизацию всех циклов работы оборудования как основных, так и вспомогательных или 
технологических (производственных) процессов в целом, когда все 
функции контроля и управления выполняются автоматами. Например, станки автоматы, высоко автоматизированные ГПС.

Единичная автоматизация - автоматизация отдельных первичных частей технологического процесса изготовления изделия. 
Например, автоматизация механической обработки с ручной сборкой, 
автоматизация заготовительных операций без автоматизации опера
6

ций окончательной обработки и сборки. Причем единичная автоматизация может быть как частичная, так и полная.

Комплексная автоматизация -  автоматизация двух и более 

составных частей или всего ТП изготовления изделия (или системы 
технологических процессов). Например, автоматизация получения 
заготовки, механической обработки и сборки. Комплексная автоматизация также может быть полная или частичная.

Первичная автоматизация -  автоматизация производственных или технологических процессов, ранее выполнявшихся с применением ручного труда.

Вторичная автоматизация -  автоматизация производственных или технологических процессов, бывших ранее автоматизированными.

При описании основных видов автоматизации обычно применяют следующие условные обозначения:

А -  единичная автоматизация;
КА -  комплексная полная или частичная автоматизация.
По степени внедрения можно выделить несколько вариантов автоматизации, различающихся широтой охвата технологических 
или производственных процессов:

1 -  автоматизация единичной технологической (производственной) операции;

2 -  автоматизация законченного технологического (производственного) процесса;

3 -  автоматизация системы технологических (производственных) процессов, выполняемых на участке;

4 -  автоматизация системы процессов в цехе;
5 -  автоматизация системы процессов в группе однородных

цехов;

6 -  автоматизация на предприятии в целом;
7 -  автоматизация в объединении предприятий или фирм;
8 -  автоматизация в пределах административно-территориальных образований или отраслей производства.

Категория автоматизации определяет ее уровень в зависимости от степени замены ручного труда машинным, снижения чис
7

ленности рабочих, коэффициента многостаночного обслуживания и 
других показателей (табл.1).

Таблица 1

Основные категории автоматизации

У р о в е н ь а в то м ати зац и и

0

0,01
0 ,2 5

0,25
0 ,4 5

0,45
0 ,6

0,6
0 ,7 5

0,75
0,9

0 ,9 
0 ,9 9

1,0

К ате го р и и

а в то м а ти за ц и и

н ул е вая

низкая
м алая

ср е д няя

б о л ьш ая

повы ш енная

вы со кая

полная

]

Таким образом, при полной автоматизации присутствие 

человека (оператора) в управлении производственным (технологическим) процессом 
не требуется. Такое 
производство считается 

автоматическим.

Безлюдным производством считается производство с такой 

степенью автоматизации, при которой станок, участок, цех, предприятие могут работать автоматически, по крайней мере, в течение одной производственной смены (8 часов) в отсутствие человека.

Если часть производственного процесса выполняется автоматически, другая часть требует присутствия оператора, то такое производство называется автоматизированным.

Экономические преимущества автоматизированных систем 

связаны с реализацией их технических преимуществ, к которым относятся: повышение производительности труда; более рациональное 
использование материальных, трудовых и энергетических ресурсов; 
более стабильное (фчддтво продукции; сокращение срока технологической подготовки производства.

Повышение производительности труда достигается:
- за счет возможной круглосуточной работы оборудования;
- вследствие увеличения скорости протекания технологических и вспомогательных производственных процессов;

- за счет высвобождения рабочих.
Автоматизация производства позволяет более экономично 

использовать труд, материалы, энергию. Автоматическое планирование и оперативное управление производством обеспечивают оптимальные организационные решения, сокращают запасы незавершен
8

ного производства. Автоматическое регулирование процесса предотвращает потери вследствие поломок инструментов и вынужденных 
простоев оборудования. Автоматизация проектирования и изготовления продукции с использованием ЭВМ позволяет значительно сократить количество бумажных документов -  чертежей, схем, графиков, 
описания и других, необходимых в неавтоматизированном производстве и отнимающих на их составление, хранение, передачу и использование много времени.

В социальном аспекте преимущества автоматизации производства следующие: росг благосостояния членов общества благодаря 
увеличению производительности труда, увеличению выпуска высококачественной продукции в необходимых для общества количествах 
при более экономичном использовании труда, материалов, энергии; 
высвобождение человека от тяжелой и монотонной физической и 
умственной работы, работы в опасных и вредных для здоровья условиях; возможность сокращения рабочего времени при соответствующем росте производительности труда; высвобождение времени для 
всестороннего и гармоничного развития; стимулирование повышения 
интеллекта человека, занятого в современном автоматизированном 
производстве; исключение работы человека в третью (ночную) 
смену.

Третья смена, ночная, наиболее тяжела для работы, необходимость работы в ней возникает в непрерывных производствах, которые невозможно останавливать. Кроме того, работа в три смены 
всегда экономически более выгодна благодаря более эффективному 
использованию оборудования. С повышением сложности и стоимости 
оборудования, сокращением периода его морального изнашивания 
организация работы в третью смену может быть единственно приемлемым с экономической точки зрения решением. Многоцелевые станки должны эксплуатироваться не менее чем в две смены, а ГПС -  в 
три, чтобы окупились затраты. Таким образом, возникает противоречие между сгремлением экономично использовать оборудование в 
круглосуточном производстве и нежелательностью работы людей в 
ночную смену. Кроме того, не всегда можно организовать многосменную работу из-за недостатка рабочей силы. Выходом из этого

9

положения может стать организация третьей смены в автоматическом режиме работы.

Сформулируем 
следующие 
направления 
автоматизации

производства.

1. Отработка технологичности конструкции машин и их составных частей с целью их изготовления в автоматизированном производстве.

2. Автоматизация проектирования объектов производства и 

технологической подготовки производства на базе современного программного обеспечения и электронно-вычислительной техники.

3. Создание технологических процессов и средств технологического оснащения, позволяющего изготавливать изделия с максимальной концентрацией операций.

4. Внедрение гибких производственных систем как основы 

автоматизации всех типов производств.

5. Автоматизация 
вспомогательных процессов (загрузка- 

выгрузка заготовок, контроль, транспортировка и т.п.).

6. Автоматизация управления технологическим и производственным 
процессами 
на 
базе 
современной 
информационно- 

управляющей системы и компьютерной техники.

1.2. 
Производственный процесс

автоматизированного производства как потоки энергии,

материалов и информации

Производственный процесс -  совокупность мероприятий (отдельных процессов), в результате которых из исходных материалов 
получают готовое изделие (машину). При этом объект производства 
претерпевает количественные и качественные изменения. В производственный процесс машиностроительного производства входят такие этапы, как: получение заготовки; хранение материалов, заготовок .и'готовых изделий на складах; транспортирование заготовок, 
полуфабрикатов, готовых изделий; все виды обработки заготовок с 
целью получения готовых деталей; сборка деталей в изделие; кон
10