Наука и техника: Технология и промышленность

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. См. также АВТОМАТИЧЕСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ И РЕГУЛИРОВАНИЕ; СЕРВОМЕХАНИЗМ.

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. См. также КОМПЬЮТЕР; ТЕЛЕМЕТРИЯ.

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 (см. также СТАНКИ МЕТАЛЛОРЕЖУЩИЕ). 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. См. также РОБОТ.

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.

Будущее автоматизации. Хотя трудно прогнозировать возможное влияние автоматизации на промышленность и сферу обслуживания, одно кажется несомненным: тенденция создания и распространения автоматизированных систем сохранится. Вместо того чтобы разрабатывать узлы и компоненты, а затем их согласовывать и строить автоматическую систему, предпочтение будет отдано разработке самой системы. Конкретные области технологии, а также различных технических дисциплин, которые развиваются по отдельности, будут сближаться.

ВЛИЯНИЕ АВТОМАТИЗАЦИИ НА ЭКОНОМИКУ И ОБЩЕСТВО

Первая промышленная революция создала новую среду для человечества. Приведя крестьян с полей и ремесленников из малых мастерских на фабрики, она обеспечила концентрацию и централизацию человеческих усилий и тем самым – массовое производство. Никто, и менее других Р.Аркрайт и Дж.Уатт, не думал, что он совершил цивилизационный переворот, но именно это и произошло в действительности. Влияние новых машин на повседневную жизнь имело гораздо более революционный характер, чем сами машины. Революция, связанная с автоматизацией, также обещает привести к более глубоким социальным последствиям, чем те или иные технологические усовершенствования.

Социальные изменения. Двести лет назад, когда большинство людей работали от 60 до 70 ч в неделю, чтобы свести концы с концами, вопрос о том, что делать со свободным временем, не возникал. Сегодня, когда для промышленности стала приемлемой 40-часовая рабочая неделя, многие рабочие имеют в несколько раз больше свободного времени, чем их деды. По мере распространения автоматизации индивидуальная производительность также будет возрастать, и количество человеко-часов, затрачиваемых на конкретную работу, будет уменьшаться. Таким образом, со временем мы можем получить 30-часовую рабочую неделю.

Новая революция приведет к трансформации многих черт общества. Запрет детского труда и законы, регулирующие заработную плату, продолжительность и условия труда, эволюционировали так, чтобы защитить человека от экстремальных воздействий производственной среды. Автоматизация уже начала освобождать людей от производственной зависимости. Когда рабочая сила переместится с заводов в учреждения (а функции самих учреждений перейдут к работе на дому), обычные профессиональные союзы тоже изменятся или появятся новые профсоюзы, удовлетворяющие специфическим требованиям «постиндустриальных» трудящихся.

Искусство и культура традиционно зависели от патронажа привилегированных социальных слоев. С появлением все большего свободного времени и денежных средств у широких слоев населения культура и искусство займут в жизни людей более заметное место. Окажется затронутым даже образование. Информационные системы, программирование и машинные языки уже подвели нас к прорыву в теории и практике обучения; что означал бы такой прорыв во всех сферах образования, культуры и общественной деятельности, – об этом можно только гадать. См. также КОМПЬЮТЕР; ИНФОРМАЦИИ НАКОПЛЕНИЕ И ПОИСК; ИНФОРМАЦИИ ТЕОРИЯ; ПСИХОЛОГИЯ.

Изменения в экономике. Здесь отметим лишь, что экономическое неравенство между странами, начало которому положила первая промышленная революция, по-видимому, будет возрастать, быть может, ускоренными темпами и с другими государствами-лидерами. См. также ОРГТЕХНИКА И КАНЦЕЛЯРСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ; ЭЛЕКТРОННАЯ ПРОМЫШЛЕННОСТЬ.

ЛИТЕРАТУРА

Мартыненко И.И. и др. Автоматика и автоматизация производственных процессов. М., 1985
Попович Н.Г. и др. Автоматизация производственных процессов и установок. Киев, 1986
Фурунжиев Р.И. и др. САПР, или как ЭВМ помогает конструктору. Минск, 1987
Основы автоматизации производственных процессов. М., 1995