Автоматы и автоматические линии снаряжательных производств

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации  

Федеральное государственное бюджетное  

образовательное учреждение высшего образования 

«Казанский национальный исследовательский 

технологический университет» 

 
 
 
 
 
 

М. С. Ахмадуллин, Е. С. Воробьев 

 
 

АВТОМАТЫ И АВТОМАТИЧЕСКИЕ  

ЛИНИИ СНАРЯЖАТЕЛЬНЫХ  

ПРОИЗВОДСТВ 

 
 
 

Практикум 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Казань 

Издательство КНИТУ 

2019 

УДК 662.62.02-52(076) 
ББК 35.512:32.965я7 

А95 

 

Печатается по решению редакционно-издательского совета 

Казанского национального исследовательского технологического университета 

 

Рецензенты:  

канд. техн. наук, доц. Н. Б. Камардин 
канд. техн. наук, доц. И. М. Якимов 

 
 
 
 
 

А95

Ахмадуллин М. С.
Автоматы и автоматические линии снаряжательных производств : 
практикум / М. С. Ахмадуллин, Е. С. Воробьев; Минобрнауки России, 
Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во КНИТУ, 2019. – 128 с.

ISBN 978-5-7882-2569-2

Рассматривается методика оценки подготовленности изделий к авто-

матизированному производству. Методами моделирования исследуются ра-
ботоспособность различных видов автоматов и автоматических линий, воз-
можность обеспечения оптимальных условий их функционирования.  

Предназначен для студентов, обучающихся по специальности 18.05.01 

«Химическая технология энергонасыщенных материалов и изделий» специа-
лизации «Технология энергонасыщенных материалов и изделий», а также для 
слушателей курсов переподготовки и повышения квалификации по програм-
мам «Химическая технология получения и переработки ЭНМ и изделий», 
«Свойства, области применения и технологии переработки ЭНМ и изделий», 
«ЭНМ ХХI века». 

Подготовлен на кафедре «Технология твердых химических веществ». 
 

УДК 662.62.02-52(076) 
ББК 35.512:32.965я7 

 
 

ISBN 978-5-7882-2569-2 
© Ахмадуллин М. С., Воробьев Е. С., 2019 
© Казанский национальный исследовательский  

технологический университет, 2019 

ПРЕДИСЛОВИЕ 

 

Данный практикум содержит основные теоретические сведения 

и задания для выполнения работ по дисциплине «Автоматы и автома-
тические линии снаряжательных производств», предназначенные для 
студентов, обучающихся по специализации «Технология энергонасы-
щенных материалов и изделий» специальности 18.05.01 «Химическая 
технология энергонасыщенных материалов и изделий». Под энергона-
сыщенными материалами подразумеваются отдельные химические 
вещества, полученные искусственным путем, или их смеси, способные 
к самостоятельному химическому превращению в форме медленного 
термического разложения, горения, взрыва и детонации. К ним относятся 
взрывчатые вещества, пороха, твердые ракетные топлива и пиротехнические 
составы. Основная область деятельности выпускников 
по указанной выше специализации – производство изделий на основе 
ЭНМ, обычно характеризуемое обобщенным понятием «снаряжение». 

Снаряжение как производственный процесс представляет собой 

последовательно выполняемые технологические операции по изготовлению 
с применением ЭНМ (или только из ЭНМ) различных видов 
изделий, разрывных зарядов, элементов взрывных устройств, размещению 
их в корпусах широкой номенклатуры боеприпасов совместно 
с иными сборочными компонентами. Непосредственно сам исходный 
продукт (обычно в дисперсном состоянии), а также детали и СК на основе 
ЭНМ также подлежат транспортировке, ориентации, подаче, 
формованию или формообразованию, установке и закреплению в базовой 
детали или иной сборочной единице. Подобная общность операций 
позволяет идентифицировать и классифицировать изделия на 
основе ЭНМ, подобно иным СК, в технологии приборо- и машиностроения, 
но, с учетом взрывоопасности ЭНМ. Отметим при этом, что 
на практике «снаряжательными» принято называть операции по формированию 
РЗ ввиду их специфичности, а весь технологический процесс 
производства энергонасыщенных изделий – как «снаряжение и 
сборка». 

Данный подход использован в работе при анализе конструкции 

подобных изделий на подготовленность не только к сборке или снаряжению, 
а в целом к автоматизированному производству. 

Специфика ЭНМ предопределяет необходимость их переработки 
на автоматах и автоматических линиях при соблюдении особых ус-

ловий для обеспечения взрыво- и пожаробезопасности ТП. Такие же 
условия предъявляются и к производствам по выпуску изделий 
(средств инициирования, взрывателей, боеприпасов и т.д.), в которые 
ЭНМ входят в качестве деталей или СК. Поэтому в данной работе рассматриваются 
в основном общие вопросы по основам автоматизированных 
производств, касающиеся технологии производства изделий с 
применением ЭНМ. 

Изучению дисциплины «Автоматы и автоматические линии сна-

ряжательных производств» предшествует значительный набор общеинженерных 
дисциплин (по прикладной механике, автоматизации, 
информационным технологиям и т.д.) и ряд дисциплин по специальности; 
студенты прошли также технологическую практику. По этой 
причине в практикуме не рассматриваются устройство и работа конкретных 
видов оборудования и автоматов, а также расчеты технологических 
параметров переработки ЭНМ, поскольку эти темы являются 
предметом изучения на предшествующих курсах по оборудованию заводов, 
теории и технологии переработки ЭНМ. Тем не менее у студентов 
после изучения указанных курсов обычно еще не складывается целостное 
представление о столь специфичной области техники и технологии, 
как автоматизированные производственные системы. 

Появление автоматов и АЛ обусловлено автоматизацией производственных 
систем. При этом под автоматизацией следует понимать 
не использование отдельных средств автоматики или систем управления, 
а проведение комплекса мероприятий, определяемых технологичностью 
конструкции изделия, прогрессивным технологическим процессом, 
оборудованием и системами управления, обеспечивающими 
эффективность производства. Роль специалистов различных областей 
в этой цепочке разнообразна. Для студентов, специализирующихся в 
области производства изделий на основе ЭНМ с использованием автоматов 
и АЛ, основным объектом внимания являются операции и 
процессы, связанные с переработкой ЭНМ, снаряжением и сборкой 
изделий, в которых ЭНМ выступают как сборочный компонент. В то 
же время они должны активно участвовать в разработках (или выступать 
заказчиками) по иным позициям. Таким образом, у всех участников 
работы в условиях автоматизированных производственных систем 
(в том числе специалистов в области оборудования и технологии машиностроения, 
автоматизации производств, экономистов и т.д.) должен 
быть некий «общий язык» на каждой стадии разработок. 

Следует также отметить особенность предмета изучения. 

На производствах, даже в пределах одной отрасли, функционирует 
множество различных видов автоматов и АЛ, и изучить их все нереально. 
В то же время существуют определенные общие правила и за-
кономерности, позволяющие грамотно оценить конструкцию конкрет-
ного автомата и АЛ, их технические и технологические параметры и 
эффективность. Изучение указанных тем, а также выполнение соот-
ветствующих работ позволит обучающимся более профессионально 
подойти к организации и эксплуатации производственных систем по 
производству изделий на основе ЭНМ с использованием автоматов 
и АЛ. 

Специфика выполняемых работ по дисциплине «Автоматы и ав-

томатические линии снаряжательных производств» отражает и тот 
факт, что для ЭНМ и изделий на их основе в реальных условиях отсут-
ствует возможность для экспериментирования и оценки оптимальных 
условий функционирования автоматов и АЛ. Поэтому основная часть 
этих работ выполняется на моделях, отражающих их типовые конст-
рукции и функции. Особая роль в этом принадлежит методам модели-
рования. 

В данной работе в зависимости от характеристики объектов ис-

следования используются различные методы моделирования: матема-
тическое (аналитическое, имитационное и комбинированное), а также 
на основе теории сетей и графов. Для анализа ряда производственных 
систем используется язык имитационного моделирования GPSS, кото-
рый содержит различные типы объектов, много блочных конструкций, 
команд и различные процедуры. Описание столь сложной конструк-
ции не представляется целесообразным в рамках данного практикума. 
Поэтому перед выполнением соответствующих работ студенты долж-
ны пройти предварительную подготовку по основам моделирования на 
языке GPSS. В краткой форме основы моделирования с использовани-
ем сетей Петри и теории графов нами рассмотрены. 

 
 
 
 

5

ПРИНЯТЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ 

 
АЛ 
– автоматическая линия 

Б/п 
– боеприпас 

ВВ 
– взрывчатое вещество 

ГАУ – гибкий автоматизированный участок 
ГПС – гибкая производственная система 
ДД 
– дополнительный детонатор 

КВ 
– капсюль-воспламенитель 

КД 
– капсюль-детонатор 

КО 
– кумулятивная оболочка 

ПР 
– промышленный робот 

РЗ 
– разрывной заряд 

РТС – робототехнологическая система 
САА – система автоматического адресования 
СЕ 
– сборочная единица 

СК 
– сборочный компонент 

СМО – система массового обслуживания 
СУ 
– система управления 

СЦ 
– сборочный центр 

ТП 
– технологический процесс 

ТКИ – технологичность конструкции изделия 
ТРТ – твердое ракетное топливо 
ЧПУ – числовое программное управление 
ЭНМ – энергонасыщенный материал 
 

 
 

6

МЕТОДЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ  

ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМ 

 

Моделирование производственных систем стало необходимым 

элементом при проектировании и организации работы автоматизированных 
производственных систем, и в первую очередь ГПС. Рассмотрим 
ряд особенностей, характеризующих методы моделирования, и 
возможность их использования в производственной сфере. 

Модель есть материально или теоретически сконструированный 

объект, который заменяет (представляет) объект исследования в процессе 
познания, находится в отношении сходства с ним и более удобен 
для исследования. Как следствие, изучение модели и выполненные над 
ней операции позволяют получить информацию о реальном объекте 
исследования. 

Характерной особенностью дискретных производственных систем 
является необходимость решения в них вероятностных задач, связанных 
с работой систем массового обслуживания разного вида требований. 
Термин «массовое обслуживание» предполагает многократную 
повторяемость ситуаций в том или ином смысле (много прибывших 
в систему и обслуженных заявок, большое число находящихся в 
эксплуатации аналогичных систем) и статистическую устойчивость 
картины. Структура СМО определяется заданием входящего потока 
заявок, длительностью их обслуживания и числом мест ожидания, а 
также числом обслуживающих приборов и их связью друг с другом. 
Связанные по определенной схеме приборы СМО образуют сеть массового 
обслуживания. 

Для решения подобных задач наибольшее распространение получили 
математические методы и методы теории графов и сетей. 

Математическая модель концентрирует в себе написанную на 

определенном языке (естественном, математическом, алгоритмическом) 
совокупность наших знаний, представлений и гипотез о соответствующем 
объекте или явлении. Поскольку эти знания никогда не бывают 
абсолютными, а гипотезы вынужденно или намеренно не учитывают 
некоторые эффекты, модель лишь приближенно описывает поведение 
реальной системы и является ее абстракцией. 

Математическое моделирование можно разделить на аналитическое, 
имитационное и комбинированное. 

При аналитическом моделировании процессы функционирования 
элементов системы записываются в виде алгебраических, инте-

гральных, дифференциальных и иных соотношений и логических условий. 
При этом результаты исследований могут быть качественными, 
аналитическими и численными. 

Аналитическое решение предпочтительно всегда, но его обычно 

удается получить лишь после ряда упрощающих предположений. 
Возможность его достижения очень критична к изменениям модели, 
для нахождения решения требуются высокая квалификация и значительные 
творческие усилия разработчика. 

Например, для теоретических расчетов производительности допускается, 
что технологический процесс по рабочим позициям распределен 
равномерно, пределов дифференциации операций не существует, вся 
продукция является годной, организационные потери отсутствуют. В то 
же время при расчете ожидаемой производительности проектируемого 
оборудования и сравнении ее с требуемой производительностью варианты 
всех указанных выше параметров должны быть учтены. 

Применение существующих теоретических моделей СМО, как и 

иных вариантов аналитического моделирования, также дает зачастую 
упрощенное описание динамики реальных систем. Данные расчетов 
обычно не имеют наглядной физической интерпретации, что затрудняет 
как выявление первопричин специфического поведения системы, 
так и смысловой контроль вычислений. Подобные методы могут быть 
использованы лишь для ориентировочных, начальных расчетов. 

Имитационное моделирование, основанное на статистическом 

моделировании, применяется для анализа режимов работы, поиска рациональных 
или оптимальных условий функционирования системы. 
Сущность имитационного моделирования состоит в построении для 
исследуемого процесса машинного моделирующего алгоритма, который 
позволяет имитировать функционирование элементарных элементов 
данного процесса и взаимодействие между ними с учетом характеризующих 
его статистических явлений. Имитационные модели воспроизводят 
поведение системы на протяжении некоторого промежутка 
времени, что эквивалентно проведению множества экспериментов. 

Результаты каждого шага моделирования могут интерпретиро-

ваться как состояние системы в определенный промежуток времени, а 
метод может быть определен как наблюдение во времени за характе-
ристиками динамической модели системы. Это роднит имитационное 
моделирование с физическим экспериментом. Одной из основных за-
дач при прогонке такой модели является обработка информации об 

операционных характеристиках системы, которые формируются в ви-
де статистических данных. 

Следует отметить, что хотя данный метод моделирования явля-

ется эффективным для исследования производственных систем, он 
может быть использован лишь при наличии обширного предваритель-
ного материала о параметрах этих систем. 

Часто при оптимизации автоматизированных производственных 

систем используется метод комбинированного моделирования, который 
основан на применении вначале аналитического моделирования при 
синтезе исходных вариантов систем, а затем – имитационного модели-
рования. Данный метод обычно используется при решении задач опти-
мизации адресования материальных потоков с целью своевременного 
обеспечения оборудования заготовками, инструментом, оснасткой. 
В этих случаях принципиальными становятся задачи определения дли-
тельности простоев каждого модуля основного оборудования (либо 
средняя длительность простоя по всем модулям) из-за задержки в вывозе 
обработанных деталей или отсутствия новых носителей с заготовками. 

Сетевые и графовые методы охватывают довольно широкий 

класс задач исследования и моделирования сложных систем. 

Наиболее существенно эффективность общей теории сетевых 

моделей выразилась в одной из ее составляющих – теории сетей Пет-
ри. Основные особенности сетей Петри заключаются в возможности 
отображать параллелизм, асинхронность, иерархичность моделируе-
мых объектов более простыми средствами, чем при использовании 
других средств моделирования. 

Теория графов используется для решения многих задач в раз-

личных отраслях науки и техники, например, для нахождения рацио-
нальной расстановки оборудования в производственных цехах, опре-
деления оптимальной или рациональной структуры технологического 
процесса, расчета производительности и надежности производствен-
ных машин, линий, анализа и синтеза систем управления и т.д. 

Представленные работы по дисциплине «Автоматы и автоматиче-

ские линии снаряжательных производств» основаны на моделировании 
производственных систем с использованием рассмотренных выше мето-
дов, наиболее эффективных для конкретных объектов исследования. 

Базовым вариантом для имитационного моделирования выбран 

язык моделирования GPSS – General Purpose Simulation System (систе-
ма имитационного моделирования общего назначения). Поскольку 
этот язык моделирования изучается и используется студентами в 

предшествующих дисциплинах, нами не рассматриваются отдельно 
его конструкция, составные элементы, приемы работы и моделирова-
ния. В то же время с теорией графов и аппаратом сетей Петри студен-
ты не знакомы, поэтому рассмотрим основные понятия, необходимые 
для анализа используемых далее моделей на их основе. 

Сети Петри. В сетях Петри в качестве базовой информации ис-

пользуются данные о логической взаимосвязи событий. Причинно-
следственная связь событий в сетях Петри задается множеством отно-
шений вида условия – события. Построение моделей в виде сетей Пет-
ри связано со следующими действиями: 

– моделируемые процессы описывают множеством событий и 

условий, которыми эти события определяются, а также причинно-
следственными отношениями; 

– моделируемые процессы определяют события, последователь-

ность наступления которых управляется состояниями объекта (состоя-
ния задаются множеством условий, количественно характеризуемых 
емкостью, выражаемой числами натурального ряда); 

– условия могут выполняться и не выполняться; только выпол-

нение условий обеспечивает возможность наступление событий; 

– после того как событие наступило, обеспечивается выполнение 

других 
условий, 
находящихся 
с 
предыдущими 
в 
причинно-

следственной связи.  

В сетях Петри события и условия представлены абстрактными 

символами из двух непересекающихся множеств, называемых множе-
ством переходов и множеством позиций. При этом обычно условия – 
это позиции, а события – переходы. 

В графическом представлении сетей переходы изображаются 

«барьерами» – вертикальными черточками с пометкой ti, а позиции – 
кружками с пометкой Рi. Условия – позиции и события – переходы свя-
заны отношениями непосредственной зависимости (непосредственной 
причинно-следственной связи), которые изображаются с помощью на-
правленных дуг, ведущих из позиций в переходы и из переходов – в по-
зиции (рис. 1). Другие комбинации связей в графе не допускаются. 

 

 

 

Рис. 1. Изображение сети Петри 

t1
t2
Р1
Р2
Р3