Автоматизация технологических процессов и производств. Введение в специальность

В.М. Виноградов, А.А. Черепахин

АВТОМАТИЗАЦИЯ 

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ 

ПРОЦЕССОВ 

И ПРОИЗВОДСТВ

ВВЕДЕНИЕ В СПЕЦИАЛЬНОСТЬ

2-е издание, исправленное и дополненное

Рекомендовано Межрегиональным учебно-методическим советом 

профессионального образования в качестве учебного пособия для студентов 

высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки
15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств» 
(квалификация (степень) «бакалавр») (протокол № 4 от 21.04.2021)

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

Москва                                        2022

ИНФРА-М

УДК 681.5(075.8)
ббК 32.965я73

В49

Виноградов В.М.

В49
Автоматизация технологических процессов и производств. Введе
ние в специальность : учебное пособие / В.М. Виноградов, А.А. Черепахин. — 2-е изд., испр. и доп. — Москва : ФОРУМ : ИНФРА-М, 2022. — 
193 с. — (Высшее образование: Бакалавриат). — DOI 10.12737/978917.

ISBN 978-5-00091-626-1 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-014390-3 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-106898-4 (ИНФРА-М, online)
В учебном пособии рассмотрены этапы развития техники, машино
строения и автоматизации производства как основы проектирования 
технологических машин и комплексов. Приведены примеры оригинальных проектных решений по автоматизирующему оборудованию 
и в целом по современным технологическим комплексам в машиностроении. 

Соответствует требованиям федеральных государственных обра
зовательных стандартов последнего поколения.

Предназначено для студентов высших учебных заведений, обуча
ющихся по направлению подготовки бакалавров 15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств».

УДК 681.5(075.8)

ББК 32.965я73

Р е ц е н з е н т ы:

Ю.В. Максимов — доктор технических наук, профессор Москов
ского политехнического университета;

В.В. Клепиков — доктор технических наук, профессор Московского 

политехнического университета

ISBN 978-5-00091-626-1 (ФОРУМ)
ISBN 978-5-16-014390-3 (ИНФРА-М, print)
ISBN 978-5-16-106898-4 (ИНФРА-М, online)

© Виноградов В.М., 

Черепахин А.А., 2014

© Виноградов В.М., 

Черепахин А.А., 2021,  
с изменениями

Предисловие

Основной задачей курса «Введение в специальность» по направлению подготовки бакалавров 15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств» является формирование 
у студентов-первокурсников четкого представления о характере 
их будущей профессиональной деятельности, ее видах, профессиональных компетенциях после окончания вуза, а также других 
возможных специализациях, связанных с конкретным профилем 
подготовки.
Для обеспечения успешного усвоения основных технических 
дисциплин по данному профилю необходимо сформировать у студентов правильное мировоззрение по истории развития техники, 
машиностроения, промышленного производства и технологии машиностроения как науки. Особое внимание следует обратить на развитие автоматизации производственных процессов и оборудования 
как основу проектирования технологических машин и комплексов.
Один из характерных процессов научно-технической революции 
заключается в том, что к традиционным трем звеньям машин (двигатель, передаточный механизм, рабочий орган) добавляется новое, 
четвертое звено — универсальные средства автоматизации с программным управлением, с охватом всего комплекса операций. Это 
резко улучшает работу оборудования, открывает большие возможности для сокращения ручного труда, в первую очередь тяжелого 
как в физическом, так и психологическом отношении. 
В настоящее время в технической политике взят курс на создание автоматизированных производств, построенных на базе 
технологических комплексов, обеспечивающих выпуск требуемой 
номенклатуры и количества деталей машин при минимальном экономически обоснованном количестве обслуживающего персонала 
и производственных площадей.
Под автоматизированным производством рекомендуется понимать действующую совокупность технологических комплексов, 
объединенных единой транспортно-накопительной системой, системой управления и диспетчирования, необходимыми для унифицирования, обеспечивающую выполнение замкнутого технологического процесса на совокупности обрабатываемых деталей с минимальным участием человека.
Признано считать центральной задачей создание надежных и высокоавтоматизированных станочных модулей и комплексов, которые 

допускали бы их объединение без дополнительного привлечения рабочей силы посредством транспортно-накопительных систем и централизованного управления в крупные автоматизированные производства, обеспечивающие обработку и контроль деталей.
Технические и технологические обрабатывающие комплексы 
следует создавать на базе отработанных конструкций станочных 
модулей, объединенных единым технологическим процессом, 
управлением и транспортом, в том числе роботизированным.
Загрузочные устройства и устройства межоперационного транс
портирования в большинстве проектируются вместе с обрабатывающим оборудованием и предназначаются для определенных изделий. Однако обеспечение их работоспособности в эксплуатации 
является достаточно сложной задачей, требующей высокой квалификации обслуживающего персонала. 
Повышение требований к работе оборудования привело к созданию типовых конструкций, обеспечивающих оптимальные варианты станков и транспортно-загрузочных устройств. Часть загрузочно-разгрузочных операций выполняют механизмы самих 
станков, для других — используют специальные устройства, 
имеющие самостоятельный привод и систему управления.
В связи с поставленными задачами весь курс введения в специальность целесообразно представить в виде двух частей — теоретической и лабораторно-практической. Теоретическую часть следует 
посвятить представлению информации о Московском политехническом университете как многопрофильном учебном заведении 
высшего профессионального образования; основным положениям 
федерального государственного образовательного стандарта по направлению подготовки бакалавров 15.03.04 «Автоматизация технологических процессов и производств»; истории развития техники 
и машиностроения; автоматизации технологических процессов 
и оборудования как основе проектирования технологических 
машин и комплексов; примерам проектных решений при создании 
технологических комплексов.
В лабораторно-практической части необходимо дать студентампервокурсникам начальные знания по металлорежущим станкам, 
инструментам, технологической оснастке, конструкционным материалам, резанию и пластическому деформированию металла в процессе обработки заготовок, промышленным роботам и прочим автоматизирующим устройствам.

Часть 1.

теоретиЧеская Часть

Глава 1.

основные Положения федеральноГо 
ГосударственноГо образовательноГо 
стандарта По наПравлению ПодГотовки 
15.03.04 «автоматизация 
технолоГиЧеских Процессов 
и Производств»

1.1. характеристика Профессиональной деятельности 
бакалавров

Область профессиональной деятельности бакалавров включает:
—
совокупность средств, способов и методов деятельности, 
направленных на автоматизацию действующих и создание новых 
автоматизированных и автоматических технологий и производств, 
обеспечивающих выпуск конкурентоспособной продукции;
—
обоснование, разработку, реализацию и контроль норм, 
правил и требований к продукции различного служебного назначения, ее жизненному циклу, процессам ее разработки, изготовления, управления качеством, применения (потребления), транспортировки и утилизации;
—
разработку средств и систем автоматизации и управления 
различного назначения, в том числе жизненным циклом продукции 
и ее качеством, применительно к конкретным условиям производства на основе отечественных и международных нормативных 
документов;
—
проектирование и совершенствование структур и процессов 
промышленных предприятий в рамках единого информационного 
пространства;

—
создание и применение алгоритмического, аппаратного 
и программного обеспечения систем автоматизации, управления 
и контроля технологическими процессами и производствами, обеспечивающих выпуск высококачественной, безопасной, конкурентоспособной продукции и освобождающих человека полностью или 
частично от непосредственного участия в процессах получения, 
трансформации, передачи, использования, защиты информации 
и управления производством;
—
обеспечение высокоэффективного функционирования 
средств и систем автоматизации, управления, контроля и испытаний заданным требованиям при соблюдении правил эксплуатации и безопасности.
Объектами профессиональной деятельности бакалавров являются:
—
продукция и оборудование различного служебного назначения предприятий и организаций, производственные и технологические процессы ее изготовления;
—
системы автоматизации производственных и технологических процессов изготовления продукции различного служебного назначения, управления ее жизненным циклом и качеством, 
контроля, диагностики и испытаний;
—
средства технологического оснащения автоматизации, 
управления, контроля, диагностирования, испытаний основного 
и вспомогательного производств, их математическое, программное, 
информационное и техническое обеспечение, а также методы, способы и средства их проектирования, изготовления, отладки, производственных испытаний, эксплуатации и научного исследования 
в различных отраслях национального хозяйства;
—
нормативно-техническая документация, системы стандартизации и сертификации, методы и средства испытаний и контроля 
качества изделий машиностроения.

1.2. виды Профессиональной деятельности бакалавра

Бакалавр по направлению подготовки «Автоматизация технологических процессов и производств» готовится к следующим видам 
профессиональной деятельности:
—
проектно-конструкторской;
—
производственно-технологической;
—
организационно-управленческой;
—
научно-исследовательской;
—
сервисно-эксплуатационной;
—
специальным видам деятельности.

1.3. Профессиональные задаЧи, решаемые бакалавром 
в соответствии с видами Профессиональной 
деятельности

Бакалавр по направлению подготовки 15.03.04 «Автоматизация 
технологических процессов и производств» должен решать следующие профессиональные задачи. 
В области проектно-конструкторской деятельности:
—
сбор и анализ исходных информационных данных для проектирования технических средств систем автоматизации и управления производственными и технологическими процессами, оборудованием, жизненным циклом продукции, ее качеством, контроля, 
диагностики и испытаний;
—
участие в формулировании целей проекта (программы), 
задач при заданных критериях, целевых функциях, ограничениях, 
построение структуры их взаимосвязей, определение приоритетов 
решения задач с учетом нравственных аспектов деятельности;
—
участие в разработке обобщенных вариантов решения 
проблем, анализ вариантов и выбор оптимального, прогнозирование 
последствий, нахождение компромиссных решений в условиях 
многокритериальности, неопределенности, планирование реализации проектов;
—
участие в разработке проектов автоматизации технологических процессов и производств, управления жизненным циклом 
продукции и ее качеством (соответствующей отрасли национального хозяйства) с учетом механических, технологических, конструкторских, эксплуатационных, эстетических, экономических, 
управленческих параметров, использованием современных информационных технологий;
—
участие в мероприятиях по разработке функциональной, 
логистической и технической организации автоматизации технологических процессов и производств (отрасли), автоматических 
и автоматизированных систем контроля, диагностики, испытаний 
и управления, их технического, алгоритмического и программного 
обеспечения на основе современных методов, средств и технологий 
проектирования;
—
участие в расчетах и проектировании средств и систем 
контроля, диагностики, испытаний элементов средств автоматизации и управления в соответствии с техническим заданием с использованием стандартных средств автоматизации проектирования;
—
проектирование архитектуры аппаратно-программных комплексов автоматических и автоматизированных систем контроля 

и управления общепромышленного и специального назначений 
в различных отраслях национального хозяйства;
—
разработка моделей продукции на всех этапах ее жизненного 
цикла как объектов автоматизации и управления в соответствии 
с требованиями высокоэффективных технологий;
—
выбор средств автоматизации процессов и производств, аппаратно-программных средств для автоматических и автоматизированных систем управления контроля диагностики, испытаний 
и управления;
—
разработка (на основе действующих стандартов) технической документации для регламентного эксплуатационного обслуживания средств и систем автоматизации и управления в электронном виде;
—
разработка проектной и рабочей технической документации 
в области автоматизации технологических процессов и производств, управления жизненным циклом продукции и ее качеством, 
оформление законченных проектно-конструкторских работ;
—
контроль соответствия разрабатываемых проектов и технической документации стандартам, техническим условиям и другим 
нормативным документам;
—
проведение предварительного технико-экономического обоснования проектных расчетов.
В области производственно-технологической деятельности:
—
освоение на практике и совершенствование систем и средств 
автоматизации и управления производственными и технологическими процессами изготовления продукции, ее жизненным циклом 
и качеством;
—
обеспечение мероприятий по улучшению качества продукции, совершенствованию технологического, метрологического, 
материального обеспечения ее изготовления;
—
организация на производстве рабочих мест, их технического 
оснащения, размещения технологического оборудования, средств 
автоматизации, управления, контроля, диагностики и испытаний;
—
обеспечение мероприятий по пересмотру действующей 
и разработке новой регламентирующей документации по автоматизации и управлению производственными и технологическими 
процессами, жизненным циклом продукции и ее качеством;
—
практическое освоение современных методов автоматизации, контроля, измерений, диагностики, испытаний и управления 
процессом изготовления продукции, ее жизненным циклом и качеством;
—
контроль за соблюдением технологической дисциплины;

—
оценка уровня брака продукции и анализ причин его возникновения, разработка технико-технологических и организационноэкономических мероприятий по его предупреждению и устранению;
—
подтверждение соответствия продукции требованиям регламентирующей документации;
—
участие в разработке мероприятий по автоматизации действующих и созданию автоматизированных и автоматических технологий, их внедрению в производство;
—
участие в разработке средств и систем автоматизации, управления, контроля, диагностики, испытаний, программных продуктов 
заданного качества;
—
обслуживание технологического оборудования, средств 
и систем автоматизации управления, контроля, диагностики и испытаний;
—
участие в разработках по доводке и освоению технологических процессов, средств и систем автоматизации, управления, 
контроля, диагностики в ходе подготовки производства новой продукции, оценке ее инновационного потенциала;
—
участие в разработке планов, программ и методик автоматизации производства, контроля, диагностики, инструкций по эксплуатации оборудования, средств и систем автоматизации и управления процессами, жизненным циклом продукции и ее качеством 
и других текстовых документов, входящих в состав конструкторской, технологической и эксплуатационной документации;
—
контроль за соблюдением экологической безопасности производства.
В области организационно-управленческой деятельности:
—
организация работы малых коллективов исполнителей, планирование работы персонала и фондов оплаты труда, принятие 
управленческих решений на основе экономических расчетов;
—
участие в подготовке мероприятий по организации процессов 
разработки, изготовления, контроля, испытаний и внедрения продукции средств и систем автоматизации, контроля, диагностики, 
управления производством, жизненным циклом продукции и ее 
качеством, их эффективной эксплуатации;
—
выбор технологий, инструментальных средств и средств 
вычислительной техники при организации процессов проектирования, изготовления, контроля и испытания продукции, средств 
и систем автоматизации, контроля, диагностики, управления производством, жизненным циклом продукции и ее качеством;
—
участие в работе по организации управления информационными потоками на всех этапах жизненного цикла продукции, ее 
интегрированной логистической поддержки;

—
участие в разработке мероприятий по повышению качества 
продукции, производственных и технологических процессов, техническому и информационному обеспечению их разработки, испытаний и эксплуатации, планированию работ по стандартизации 
и сертификации, систематизации и обновлению применяемой регламентирующей документации;
—
участие в разработке и практическом освоении средств, 
систем автоматизации и управления производством продукции, 
ее жизненным циклом и качеством, подготовке планов освоения 
новой техники и технологий, составлении заявок на проведение 
сертификации продукции, процессов, оборудования, материалов, 
технических средств и систем автоматизации и управления;
—
участие в организации работ по обследованию и реинжинирингу бизнес-процессов предприятий в соответствии с требованиями высокоэффективных технологий, анализу и оценке 
производственных и непроизводственных затрат на обеспечение 
требуемого качества продукции, автоматизацию производства, результатов деятельности производственных подразделений, разработке оперативных планов их работы;
—
проведение организационно-плановых расчетов по созданию 
(реорганизации) производственных участков;
—
создание документации (графиков работ, инструкций, смет, 
планов, заявок на оборудование и материалы) и подготовка отчетности по установленным формам, а также документации для разработки или совершенствования системы менеджмента качества 
предприятия или организации.
В области научно-исследовательской деятельности:
—
изучение научно-технической информации, отечественного 
и зарубежного опыта по направлению исследований в области автоматизации технологических процессов и производств, автоматизированного управления жизненным циклом продукции, компьютерных систем управления ее качеством;
—
участие в работах по моделированию продукции, технологических процессов, средств и систем автоматизации, контроля, диагностики, испытаний и управления с использованием стандартных 
пакетов и средств автоматизированного проектирования;
—
участие в разработке алгоритмического и программного 
обеспечения средств и систем автоматизации и управления;
—
проведение экспериментов по заданным методикам, обработка и анализ результатов, составление описаний проводимых исследований, подготовка данных для составления научных обзоров 
и публикаций;