АВТОМАТИЗАЦИЯ, интеграция станков в полностью автоматическую, а в некоторых случаях саморегулирующуюся систему. Передовые страны приступили к автоматизации промышленности в начале 1950-х годов. Зародившись как концепция производства, сегодня автоматизация означает много больше, чем координация функционирования ряда станков. В настоящее время она осуществляется на всех уровнях предпринимательства и производства. Вряд ли найдется вид деятельности – социальной или экономической, не подверженный в той или иной степени внедрению автоматически управляемых устройств или систем. Перечень направлений автоматизации включает, например, запуск и автоматическое пилотирование летательных аппаратов, производство автомобилей, управление движением транспорта и его маршрутизацию, медицинскую диагностику, игру в шахматы и автоматическое обновление банковского баланса в соответствии с указаниями, поступающими от компьютера, который может находиться на расстоянии во много километров.
ХАРАКТЕРИСТИКА
С технической точки зрения, автоматизация может рассматриваться как последний этап промышленной революции. Первый этап этой революции можно было бы охарактеризовать словом «механизация»; ключевым фактором на этом этапе было использование механизмов и машин вместо мускулов. На протяжении одного столетия доля физического труда человека и животных в промышленности и сельском хозяйстве снизилась с 90 до примерно 10%. Маловероятно, что автоматизация изменит это соотношение, потому что большинство людей больше не служат в качестве вьючных животных или простых источников энергии. Все чаще люди управляют механической силой и энергией и действуют как связующее звено между механизированными операциями, в которых автоматизация осуществила и еще будет осуществлять разительные перемены.
Обратная связь. Важнейшей характеристикой автоматизации является способность машин к саморегулированию, что стало возможным благодаря технике обратной связи. Обратная связь, соединенная с быстрой и автоматической обработкой информации, – вот в чем секрет широкого распространения и успехов автоматизации.
Применение принципа обратной связи до наступления 20 в. носило случайный характер. Положение сильно изменилось во время Второй мировой войны. Системы управления настолько улучшили маневренность и повысили скорость самолетов, что обычные способы борьбы с ними оказались устаревшими. Научные и инженерные силы передовых стран сосредоточились на разработке автоматизированных систем.
КАК ОСУЩЕСТВЛЯЕТСЯ АВТОМАТИЗАЦИЯ
Сама по себе обратная связь довольно простая вещь. Но в соединении со способностью управлять процессом на расстоянии, приводя в действие нажатием пальца тысячи лошадиных сил, человек приобрел потрясающие возможности. Машины могут хранить и обрабатывать информацию в огромных количествах, усваивать и использовать ее в считанные микросекунды. Связывая машины, хранящие информацию, с машинами, выполняющими расчеты, или другими, у которых, например, чувствительность к свету или прикосновению больше, чем у человека, можно получить систему, которая будет выполнять последовательность операций с недоступной человеку скоростью, точностью и «чувствительностью».
Непрерывное производство. Обратную связь в больших масштабах первой начала использовать перерабатывающая промышленность и энергетика. К середине 1950-х годов в США были почти полностью автоматизированы некоторые нефтеперерабатывающие заводы и несколько атомных электростанций. Такое лидерство объясняется природой этих отраслей промышленности; нефтепродукты и газы, например, могут легко транспортироваться по трубам, а атомные электростанции требуют дистанционного управления реактором.
Промышленность настойчиво изыскивает подходы, которые позволили бы производить высококачественные продукты при низкой стоимости. Значительные успехи были достигнуты 1) в разработке аналитических приборов, позволяющих контролировать технологический режим и анализировать химический состав газов и жидкостей в сотнях точек внутри технологической установки, 2) в разработке и конструировании разнообразного автоматически управляемого оборудования, 3) в использовании больших компьютеров для управления технологическими процессами, 4) в оптимизации производительности промышленного оборудования.
Наиболее яркие достижения в управлении процессами были результатом использования цифровых компьютеров. Цифровые компьютеры могут быть запрограммированы так, что будут справляться и с непредвиденными ситуациями, которые могут возникнуть в технологическом процессе. При этом автоматически управляемое оборудование может функционировать с исключительно малыми допусками и немедленно реагировать на отклонения от правильного течения процесса. Современные телеметрические средства позволяют интегрировать эти компьютеры в единую информационную систему управления ресурсами.
Дискретное производство. Этот тип производства включает, как правило, три широкие категории: 1) поточное (массовое) производство – процесс, который подходит для изготовления в больших количествах одной и той же детали или продукта, как, например, при производстве пуговиц или автомобилей, 2) мелкосерийное производство – изготовление деталей или продуктов партиями от нескольких сотен до нескольких тысяч ежегодно (скажем, микроскоп или охотничье ружье) и 3) заказное или штучное производство – изготовление деталей или продуктов от одного или двух до нескольких сотен (например, реактор или крупная гидравлическая турбина). Поточное производство характеризуется предопределенной последовательностью операций, тщательно разработанных с целью обеспечить минимальную себестоимость при приемлемом качестве; эти операции требуют более специализированного оборудования и легче автоматизируются. Мелкосерийное и штучное производства имеют прерывистый характер, не придерживаются жестко какой-либо неизменной последовательности операций, используют универсальное оборудование, занимают значительно более длительное время, имеют более высокую себестоимость и меньше поддаются автоматизации.
Усилия по автоматизации некоторых операций поточного и мелкосерийного производств начались с разработки станков с числовым программным управлением. Числовое управление с помощью предварительно запрограммированных перфолент заменило настраиваемые вручную кулачки и храповики, которые до той поры управляли работой станков. С появлением миникомпьютеров стало возможным прямое цифровое управление (ПЦУ). ПЦУ представляет собой централизованное управление с помощью компьютера группой станков и обеспечивает работу небольших автоматизированных систем механической обработки. Когда в середине 1970-х годов стали доступны микропроцессоры, появилось компьютерное числовое управление, что позволило создать станки, которые управлялись отдельным микропроцессором, допускавшим перепрограммирование, и оказались экономически эффективными. В 1960-х годах стали доступны роботы – перепрограммируемые многофункциональные манипуляторы. Роботы позволяют обеспечить полную автоматизацию, особенно в таких видах деятельности, которые являются опасными или требуют точности и высокой степени повторяемости операций. Эти технологии привели к значительным успехам в области обработки материалов, что, в свою очередь, послужило важным фактором в развитии автоматизации складского хозяйства.
Успехи в информационной технологии, особенно в интерактивной графике, связи, системах управления базами данных и в прикладном программном обеспечении, позволили развить два важных направления – проектирование с помощью компьютеров (САПР) и производство с помощью компьютеров (АСУП). Соответствующие системы открывают перспективу значительного повышения эффективности инженерно-технического и промышленного труда.
