Автоматизация производственных процессов в машиностроении

Рекомендовано учреждением образования
«Республиканский институт профессионального образования»
в качестве пособия  для  учащихся учреждений,
обеспечивающих получение среднего специального образования
по специальности «Технология машиностроения»

Рекомендовано
федеральным государственным учреждением
«Федеральный институт развития образования»
в качестве учебного пособия для использования
в учебном процессе образовательных учреждений,
реализующих программы среднего профессионального
образования

2022

Москва
«ИНФРАМ»

АВТОМАТИЗАЦИЯ
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ 
ПРОЦЕССОВ
В МАШИНОСТРОЕНИИ

Е.Э. ФЕЛЬДШТЕЙН, М.А. КОРНИЕВИЧ

УДК 62152(075.32)
ББК 34.5505я723
 
Ф39

Фельдштейн Е.Э.
Автоматизация производственных процессов в машиностроении : учебное пособие / Е.Э. Фельдштейн, М.А. Корниевич. — 
Москва : ИНФРАМ, 2022. — 264 с. — (Среднее профессиональное образование).

ISBN 978-5-16-010531-4 (ИНФРА-М)
ISBN 978-5-16-102553-6 (ИНФРА-М)

Рассмотрена автоматизация процессов изготовления деталей, их 
загрузки, ориентирования, соединения и выгрузки, автоматизированные транспортные системы и системы смены режущих инструментов. 
Представлены методы контроля и диагностики процесса обработки 
выпускаемой продукции. Показаны возможности применения промышленных роботов. Рассмотрены некоторые вопросы организации 
и эксплуатации гибких производственных систем.
Пособие предназначено для студентов специальности «Технология 
машиностроения» техникумов и технических колледжей, других родственных специальностей. Может быть полезно учащимся профессиональнотехнических учебных заведений.

УДК 62152(075.32)
ББК 34.5505я723

Ф39

© Фельдштейн Е.Э.,
    Корниевич М.А., 2011
© ООО «Новое знание», 2011
ISBN 978-5-16-010531-4 (ИНФРА-М)
ISBN 978-5-16-102553-6 (ИНФРА-М)

Рецензенты:
цикловая комиссия технологии машиностроения УО «Минский государственный политехнический колледж» (И.Н. Дегтярев);
декан машиностроительного факультета, доцент кафедры технологии машиностроения УО «Брестский государственный технический университет», кандидат технических наук А.П. Акулич

Список условных сокращений

АЛ
— автоматическая линия
АПРУ
— автоматизированное погрузочноразгрузочное устройство
АРКЛ
— автоматическая роторноконвейерная линия
АРЛ
— автоматическая роторная линия
АСИО
— автоматическая система инструментального обеспечения
АСНИ
— автоматизированная система научных исследований
АСОК
— автоматизированная система обеспечения качества
АСОН
— автоматизированная система обеспечения надежности
АСОПП — автоматизированная система оперативного планирования
производства
АСПР
— автоматизированная система плановых расчетов
АССОО — автоматизированная система содержания и обслуживания
оборудования
АСТПП — автоматизированная система технологической подготовки
производства
АСУ
— автоматизированная система управления
АСУО
— автоматическая система удаления отходов
АСУОП — автоматизированная система управления организацией
производства
АСУП
— автоматизированная система управления предприятием
АСУТП — автоматизированная система управления технологическими
процессами
АТСС
— автоматизированная транспортноскладская система
ГПМ
— гибкий производственный модуль
ГПС
— гибкая производственная система
ГПЯ
— гибкая производственная ячейка
ИРК
— инструментальнораздаточные кладовые
КПП
— контрольнопроверочный пункт
ОТК
— отдел технического контроля
САПР
— система автоматизированного проектирования
СОЖ
— смазывающеохлаждающая жидкость
УСО
— устройство связи с объектами
ЦИЛ
— центральноизмерительная лаборатория
ЦИС
— центральный инструментальный склад
ЧПУ
— числовое программное управление

ВВЕДЕНИЕ

Производительность машиностроительного производства
обусловлена временем, необходимым для выпуска единицы продукции. Это время складывается из ряда составляющих, среди
которых:
•основное время, связанное непосредственно с процессом обработки или сборки изделия;
•вспомогательное время, необходимое для выполнения подготовительных операций (загрузки и выгрузки деталей, быстрых
ходов, контроля выполняемых функций и т.д.);
•подготовительнозаключительное время, требуемое для наладки оборудования, монтажа и демонтажа специальных устройств и т.д. (относится к одной детали);
•организационное время, связанное как c техническим обслуживанием оборудования (подналадка, смена и поднастройка
инструментов и т.п.), так и с работой оператора (время на отдых
и естественные надобности).
Сократить основное время обработки можно путем использования высокоскоростного оборудования, прогрессивных режущих
инструментов, новых технологий. Подготовительнозаключительное время на современном этапе развития промышленности
может быть сокращено в результате внедрения новейших автоматизированных систем подготовки производства. Средством
сокращения вспомогательного и организационного времени является автоматизация производства.
В общем случае под автоматизацией производства понимают такой уровень его развития, при котором функции управления и контроля, ранее выполнявшиеся человеком, передаются
приборам и автоматическим устройствам. Цель автоматизации
заключается в повышении эффективности труда, улучшении
качества выпускаемой продукции, создании условий для оптимального использования всех ресурсов производства.
Исторически можно выделить несколько уровней автоматизации производства.

Первый уровень автоматизации — частичная автоматизация — подразумевает автоматизацию отдельных производственных операций, осуществляемую в тех случаях, когда управление процессами вследствие их сложности или скоротечности
практически недоступно человеку и когда простые автоматические устройства эффективно заменяют его. На этом уровне осуществляется автоматизация рабочего цикла технологической
машины, т.е. создаются полуавтоматы и автоматы. Следует подчеркнуть, что автоматизируется только одна технологическая
операция сборки, обработки или контроля, а также вспомогательные процессы, непосредственно связанные с выполнением
основных технологических операций.
В машиностроении наиболее распространены технологические машины с автоматизированным рабочим циклом. В этих
автоматах рабочие и холостые ходы повторяются в заданной последовательности, и за каждый рабочий цикл выдается одно обработанное изделие (порция продукта).
На первом уровне автоматизации технологические машиныавтоматы и агрегаты образуют независимые модули. Объединить их в производственные системы достаточно сложно, поэтому межмашинное транспортирование деталей, накопление
заделов, разделение или соединение потоков деталей при их передаче на очередную операцию осуществляются вручную или
с помощью средств механизации. При этом обычно отсутствует
единая информационная основа для управления качеством продукции и работой отдельных машинавтоматов, что затрудняет
применение автоматизированных систем управления.
Первый уровень автоматизации имеет два подуровня. После
разработки отдельных полуавтоматов и автоматов (первый подуровень) переходят к автоматизации систем машин и созданию
автоматических линий (второй подуровень). На этом подуровне
автоматизации технические решения выходят за рамки конкретных технологических операций, охватывая весь технологический процесс, который представляет собой совокупность
операций получения конструкционных материалов, их обработки, сборки и контроля деталей, сборочных единиц, изделий
в целом. В этом случае должны быть автоматизированы и процессы, не связанные непосредственно с технологией обработки:
доставка к машинам деталей, материалов, технологических
сред, транспортирование от машины к машине, накопление

5
Введение

межоперационных заделов, удаление отходов и т.п. Система
управления автоматической линией координирует работу технологического и вспомогательного оборудования, а также выполняет функции организационноэкономического характера.
Однако все остальные функции производства — организация,
проектирование, снабжение, контроль и др. — реализуются как
отдельные задачи и никак не связаны между собой.
Второй уровень автоматизации — комплексная автоматизация — предусматривает создание групп технологического оборудования, автоматизированных участков, цехов и заводов.
Автоматизация этого уровня охватывает совокупность технологических процессов на участке или в цехе с соответствующим
усложнением функций транспортирования деталей и складирования изделий, подачи к автоматическим линиям запасных
инструментов и обновления технологических сред, удаления отходов производства (особенно усложняются функции автоматического управления и регулирования).
В настоящее время комплексная автоматизация представляет
собой систему конструкторских и технологических решений по
созданию высокопроизводительного производства, базирующуюся на широком использовании компьютеров и микропроцессорной техники для выполнения технологических и вспомогательных операций.
Третий уровень автоматизации — полная автоматизация —
высшая ступень автоматизации, которая предусматривает передачу всех функций управления и контроля комплексноавтоматизированным производством автоматическим системам управления. Полная автоматизация реализуется в тех случаях, когда
производство рентабельно, устойчиво, его режимы практически
неизменны, а возможные отклонения могут быть заранее учтены,
а также в условиях, недоступных человеку или опасных для его
жизни и здоровья.
Полная автоматизация подразумевает кроме использования
принципов комплексной автоматизации также разработку и внедрение ряда автоматических систем:
•автоматизированной системы управления предприятием
(АСУП);
•автоматизированной системы управления организацией
производства (АСУОП);

6
Введение

•автоматизированной системы управления технологическими процессами (АСУТП);
•автоматизированной системы плановых расчетов (АСПР);
•автоматизированной системы обеспечения качества (АСОК);
•системы автоматизированного проектирования (САПР);
•автоматизированной системы научных исследований
(АСНИ) и др.
Полная автоматизация производства основана на использовании компьютеров и сложного программного обеспечения
и характеризуется гибкостью в решении каждой возможной
проблемы (выполнение инновационных исследований, подготовка к выпуску новой продукции, размещение заказов, расшивка узких мест и др.). В ее разработке участвуют большие
коллективы специалистов — конструкторы, технологи, системотехники, математики, экономисты, программисты и др.

7
Введение

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ
АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ
СИСТЕМАХ МЕХАНИЧЕСКОЙ
ОБРАБОТКИ

1.1. Автоматические станочные линии

Наиболее прогрессивным методом в машиностроении является поточное производство. Оно характеризуется расчленением производственного процесса на отдельные, относительно короткие операции, выполняемые на специально оборудованных
последовательно расположенных рабочих местах — поточных
линиях, при определенном интервале выпуска изделий — такте выпуска. В массовом производстве при устойчивом длительном выпуске однородной продукции поток — основная форма
организации. В серийном производстве на потоке изготовляются отдельные узлы и детали, широко применяемые для различных конструкций.
Поточное производство позволяет полнее реализовать пропорциональность, ритмичность и непрерывность выпуска продукции. Благодаря узкой специализации появляются возможности для более полного использования высокопроизводительного

1

механизированного и автоматизированного оборудования, сокращаются или полностью исключаются простои оборудования, уменьшается доля вспомогательных операций, растет производительность труда.
Высшей формой поточного производства является автоматизированное производство, при котором работа оборудования (агрегатов, аппаратов, установок) происходит автоматически по заданной программе, а рабочий только осуществляет контроль за
их работой, устраняет отклонения от заданного процесса, производит наладку и подналадку автоматизированного оборудования.
Различают частичную и комплексную автоматизацию. При
частичной автоматизации рабочий полностью освобождается от
работ, связанных с выполнением технологических процессов.
В транспортных, контрольных операциях при обслуживании
оборудования полностью или частично сокращается ручной
труд. В условиях комплексной автоматизации технологический
процесс изготовления продукции, управление этим процессом,
транспортировка изделий, контрольные операции, удаление отходов производства выполняются без участия человека, но обслуживание оборудования производится вручную.
В условия как частичной, так и комплексной автоматизации
получили широкое распространение автоматические линии
(АЛ), которые строятся по принципу поточных линий и обеспечивают все преимущества поточного производства. Автоматическая линия — это комплекс автоматического оборудования,
расположенного в технологической последовательности выполнения операций, связанный автоматической транспортной
системой и системой автоматического управления и обеспечивающий автоматическое превращение с заданным ритмом исходных материалов (заготовок) в готовое изделие. Рабочий на
АЛ выполняет функции наладки, контроля за работой оборудования, загрузки линии заготовками и выгрузки деталей.
По характеру выполняемых работ выделяют линии комплексные, механообрабатывающие, механосборочные, сборочные, штамповочные, сварочные, термические, консервационные,
упаковочные и др.
Загрузка, разгрузка и перемещение изделий между рабочими местами осуществляются автоматической транспортной
системой. В жесткой (синхронной) АЛ изделия загружаются,

1.1. Автоматические станочные линии
9

разгружаются и передаются от одного рабочего места к другому
одновременно или через кратные промежутки времени. При выходе из строя любого станка или механизма все остальные выключаются, и вся линия простаивает.
Гибкая (несинхронная) АЛ состоит из самостоятельно работающих станков. Изделия обрабатываются и передаются от
станка к станку неодновременно, через межоперационные накопители. В линии предусмотрены межоперационные заделы, поэтому при выходе из строя какоголибо станка все остальные
продолжают работать до полного истощения задела или заполнения последующего накопителя.
Линии бывают спутниковые и бесспутниковые. В первом случае изделия базируются, обрабатываются и транспортируются
на приспособлениях, называемых спутниками. Для возврата
спутников в начало линии иногда необходимы дополнительные
транспортеры.
В зависимости от условий транспортирования изделий с операции на операцию линии делятся на сквозные и несквозные.
В сквозной линии транспортирование осуществляется через
зону обработки, а время передачи с операции на операцию не
совпадает полностью со временем обработки. В несквозной линии транспортирование осуществляется в два приема: вначале
вне зоны обработки вдоль линии, а затем поперек линии в зону
обработки. Используются также ветвящиеся линии, в которых
поток обрабатываемых изделий на той или иной операции делится на несколько, т.е. обработка производится на параллельно
действующих станках. В этом случае можно говорить о многопоточной обработке.
Для расширения номенклатуры обрабатываемых деталей используются переналаживаемые линии.
Классификация автоматических линий по конструктивнокомпоновочным признакам приведена на рис. 1.1.
В состав АЛ входят:
•автоматическое оборудование (станки, агрегаты, установки
и т.д.) для выполнения технологических операций;
•механизмы для ориентировки, установки и закрепления
изделий на оборудовании;
•устройства для транспортировки изделий по операциям;
•машины и приборы для контроля качества и автоматической подналадки оборудования;

10
1. Общие сведения об автоматизированных системах