Автоматизация
производства
процесс
в развитии машинного производства,
при котором функции управления
и контроля, ранее выполнявшиеся
человеком, передаются приборам и автоматическим
устройствам. А. п. — основа развития
современной промышленности, генеральное
направление технического прогресса.
Цель А. п. заключается в повышении
эффективности труда, улучшении
качества выпускаемой продукции, в
создании условий для оптимального
использования всех ресурсов производства.
Различают А. п.: частичную, комплексную
и полную.
История
развития А. п. Самодействующие устройства
— прообразы современных автоматов —
появились в глубокой древности (см. Автомат). Однако в условиях
мелкого кустарного и полукустарного
производства вплоть до 18 в. практического
применения они не получили и оставаясь
занимательными «игрушками», свидетельствовали
лишь о высоком искусстве древних мастеров.
Совершенствование орудий и приёмов труда,
приспособление машин и механизмов для
замены человека в производственных процессах
вызвали в конце 18 в. — начале 19 в. резкий
скачок уровня и масштабов производства,
известный как промышленная революция
18—19 вв.
Промышленная
революция создала необходимые
условия для механизации производства
в первую очередь прядильного,
ткацкого, металло- и деревообрабатывающего.
К. Маркс увидел в этом процессе
принципиально новое направление
технического прогресса и подсказал
переход от применения отдельных
машин к «автоматической системе
машин», в которой за человеком
остаются сознательные функции
управления: человек становится
рядом с процессом производства
в качестве его контролёра
и регулировщика. Важнейшими изобретениями
этого периода стали изобретения
русским механиком И. И. Ползуновым
автоматического регулятора питания
парового котла (1765) и английским
изобретателем Дж. Уаттом центробежного
регулятора скорости паровой
машины (1784), ставшей после этого
основным источником механической
энергии для привода станков,
машин и механизмов.
С
60-х гг. 19 в., в связи с быстрым
развитием железных дорог, стала
очевидна необходимость автоматизации
железнодорожного транспорта и
прежде всего создания автоматических
приборов контроля скорости для
обеспечения безопасности движения
поездов (см. Железнодорожная
автоматика и телемеханика). В России одними из
первых изобретений в этом направлении
были автоматический указатель скорости
инженера-механика С. Прауса (1868) и прибор
для автоматической регистрации скорости
движения поезда, времени его прибытия,
продолжительности остановки, времени
отправления и местонахождения поезда,
созданный инженером В. Зальманом и механиком
О. Графтио (1878). О степени распространения
автоматических устройств в практике
железнодорожного транспорта свидетельствует
то, что на Московско-Брестской железной
дороге уже в 1892 существовал отдел «механического
контроля поездов».
Учение
об автоматических устройствах
до 19 в. замыкалось в рамки классической
прикладной механики, рассматривавшей
их как обособленные механизмы.
Основы науки об автоматическом
управлении по существу впервые
были изложены в статье английского
физика Дж. К. Максвелла «О регулировании»
(1868) и труде русского учёного
И. А. Вышнеградского «О регуляторах
прямого действия» (1877), в котором
впервые регулятор и машина
рассматривались как единая система.
А. Стодола, Я. И. Грдина и
Н. Е. Жуковский, развивая эти
работы, дали систематическое изложение
теории автоматического регулирования.
С
появлением механических источников
электрической энергии — электромашинных
генераторов постоянного и переменного
тока (динамомашин, альтернаторов)
— и электродвигателей оказалась
возможной централизованная выработка
энергии, передача её на значительные
расстояния и дифференцированное
использование на местах потребления.
Тогда же возникла необходимость
в автоматической стабилизации
напряжения генераторов, без которой
их промышленное применение было
ограниченным. Лишь после изобретения
регуляторов напряжения с начала
20 в. электроэнергия стала использоваться
для привода производственного
оборудования. Наряду с паровыми
машинами, энергия которых распределялась
трансмиссионными валами и ремёнными
передачами по станкам, постепенно
распространялся и электропривод,
вначале вытеснивший паровые
машины для вращения трансмиссий,
а затем получивший и индивидуальное
применение, т. е. станки начали
оснащать индивидуальными электродвигателями.
Переход
от центрального трансмиссионного
привода к индивидуальному в
20-х гг. 20 в. чрезвычайно расширил
возможности совершенствования
технологии механической обработки
и повышения экономического эффекта.
Простота и надёжность индивидуального
электропривода позволили механизировать
не только энергетику станков,
но и управление ими. На этой
основе возникли и получили
развитие разнообразные станки-автоматы,
многопозиционные агрегатные станки
(См. Агрегатный
станок) и
автоматические линии (См. Автоматическая
линия). Широкое
применение автоматизированного электропривода
в 30-е гг. 20 в. не только способствовало
механизации многих отраслей промышленности,
но по существу положило начало современной
А. п. Тогда же возник и сам термин «А. п.».
В
СССР освоение автоматизированных
средств управления и регулирования
производственных процессов началось
одновременно с созданием тяжёлой
промышленности и машиностроения и проводилось
в соответствии с решениями Коммунистической
партии и Советского правительства об
индустриализации и механизации производства.
В 1930 по инициативе Г. М. Кржижановского
в Главэнергоцентре ВСНХ СССР был организован
комитет по автоматике для руководства
работами по автоматизации в энергетике.
В правлении Всесоюзного электротехнического
объединения (ВЭО) в 1932 было создано бюро
автоматизации и механизации заводов
электропромышленности. Началось применение
автоматизированного оборудования в тяжёлой,
лёгкой и пищевой промышленности, совершенствовалась
транспортная автоматика. В специальном
машиностроении наряду с отдельными автоматами
были введены в действие конвейеры с принудительным
ритмом движения. Организовано Всесоюзное
объединение точной индустрии (ВОТИ) по
производству и монтажу приборов контроля
и регулирования.
Методы
А. п. Научные основы А. п. развиваются
главным образом по 3 направлениям. Во-первых,
разрабатывают методы эффективного изучения
закономерностей объектов управления,
их динамики, устойчивости, зависимости
поведения от воздействия внешних факторов.
Эти задачи решаются исследователями,
конструкторами и технологами-специалистами
конкретных областей науки и производства.
Сложные процессы и объекты изучают методами
физического и математического моделирования,
исследования операций с использованием
аналоговых и цифровых вычислительных
машин.
Во-вторых,
определяют экономически целесообразные
методы управления, тщательно обосновывают
цель и оценочную функцию управления,
выбор наиболее эффективной зависимости
между измеряемыми и управляющими
параметрами процесса. На этой
основе устанавливают правила
принятия решений по управлению
и выбирают стратегию поведения
руководителей производства с
учётом результатов экономических
исследований, направленных на выявление
рациональных закономерностей системы
управления. Конкретные цели управления
зависят от технико-экономических,
социальных и других условий.
Они состоят в достижении максимальной
производительности процесса, стабилизации
высокого качества выпускаемой
продукции, наибольшего коэффициента
использования топлива, сырья
и оборудования, максимального объёма
реализованной продукции и снижении
затрат на единицу изделия
и др.
В-третьих,
ставится задача создания инженерных
методов наиболее простого, надёжного
и эффективного воплощения структуры
и конструкции средств автоматизации,
осуществляющих заданные функции
измерения, обработки полученных
результатов и управления. При
разработке рациональных структур
управления и технических средств
их осуществления применяют теорию
алгоритмов, автоматов, математическую
логику и теорию релейных устройств.
С помощью вычислительной техники автоматизируют
многие процессы расчёта, проектирования
и проверки устройств управления. Выбор
оптимальных решений по сбору, передаче
и обработке данных основывается на методах
теории информации. При необходимости
многоцелевого использования больших
потоков информации применяются централизованные
(интегральные) методы её обработки (см. Автоматов
теория, Информации
теория, Логика).
Структура
управления, оптимально выбранная для
выполнения заданных целей, в сочетании
с комплексом технических средств
(измерительных, регулирующих, исполнительных,
по сбору и обработке информации
всех видов и т. д.), во взаимодействии
с объектом управления и человеком
(оператором, диспетчером, контролёром,
руководителем участка) на основе рационально
построенных форм и потоков информации
образует автоматизированную систему
управления (АСУ). В СССР системный
подход к построению и использованию
комплекса средств автоматизации
измерения и управления, широкое
агрегатирование этих средств в
рамках государственной системы
промышленных приборов и средств
автоматизации (ГСП) стал основой государственной
политики в области А. п.
В
современную АСУ входят устройства
для первичного формирования, автоматического
извлечения и передачи, логической
и математической обработки информации,
устройства для представления
полученных результатов человеку,
выработки управляющих воздействий
и исполнительные устройства. В
ГСП все они группируются по
функциональному, информационному
и конструктивно-технологическому
признакам, образуя на унифицированной
элементной базе блочные наборы,
из которых составляются необходимые
агрегатные комплексы средств
автоматизации.
В
создании и выпуске унифицированных
агрегатных устройств вместе
с СССР участвуют социалистические
страны, объединённые Советом экономической
взаимопомощи (СЭВ). Создаваемая совместно
унифицированная система средств
автоматического контроля, регулирования
и управления (УРС) сочетается
с ГСП по всем основным параметрам.
Технические
средства А. п. К средствам формирования
и первичной обработки информации относятся
клавишные устройства для нанесения данных
на карты, ленты или другие носители информации
механическим (перфорированием) или магнитным
способами; накопленная информация передаётся
на последующую обработку или воспроизведение.
Из клавишных устройств, перфорирующих
или магнитных блоков и трансмиттеров
составляются регистраторы производства
локального и системного назначения, которые
формируют первичную информацию в цехах,
на складах и в других местах производства.
Для
автоматического извлечения информации
служат Датчики (первичные преобразователи).
Они представляют собой весьма разнообразные
по принципам действия устройства, воспринимающие
изменения контролируемых параметров
технологических процессов. Современная
измерительная техника может непосредственно
оценивать более 300 различных физических,
химических и других величин, но этого
для автоматизации ряда новых областей
человеческой деятельности бывает недостаточно.
Экономически целесообразное расширение
номенклатуры датчиков в ГСП достигается
унификацией чувствительных элементов.
Чувствительные элементы, реагирующие
на давление, силу, вес, скорость, ускорение,
звук, свет, тепловое и радиоактивное излучения,
применяются в датчиках для контроля загрузки
оборудования и его рабочих режимов, качества
обработки, учёта выпуска изделий, контроля
за их перемещениями на конвейерах, запасами
и расходом материалов, заготовок, инструмента
и др. Выходные сигналы всех этих датчиков
преобразуются в стандартные электрические
или пневматические сигналы, которые передаются
другими устройствами.
В
состав устройств для передачи
информации входят преобразователи
сигналов в удобные для транслирования
виды энергии, аппаратура телемеханики
для передачи сигналов по каналам
связи на большие расстояния,
коммутаторы для распределения
сигналов по местам обработки
или представления информации. Этими
устройствами связываются все
периферийные источники информации
(клавишные устройства, датчики)
с центральной частью системы
управления. Их назначение — эффективное
использование каналов связи,
устранение искажений сигналов
и влияния возможных помех
при передаче по проводным
и беспроводным линиям.