Автоматизация технологических процессов

Всем известна фраза: «лень – двигатель прогресса». От части с этим можно согласиться.

Именно желание освободить себя от однообразной и тяжёлой работы заставляло и заставляет людей создавать всё более совершенные машины, работающие в автоматическом режиме. Иначе говоря, люди всё больше стремятся автоматизировать технологические процессы.

Чтобы более детально разобраться что представляет собой автоматизация технологических процессов, давайте немного заглянем в историю. Итак, ещё в начале первого века нашей эры Герон Александрийский в своих работах привёл описание автоматов, которые создал вместе со своим учителем Ктесибием. Это были: пневматический автомат для открывания дверей храма и зажигания жертвенного огня; прибор для автоматического измерения длины дороги, несколько напоминающий таксометр; автомат для продажи «священной» воды — прообраз автоматов для продажи жидкостей; а также механический театр кукол. Правда, идеи Герона в то время не нашли широкого применения.

Затем в середине первого века были созданы автоматы, которые подражали определённым действиям человека. Намного позже, в тринадцатом веке немецким учёным Альбертом фон Больштедтом был построен «железный человек». Это был механизм для открывания и закрывания дверей.

В восемнадцатом веке швейцарские часовщики Пьер Дро и его сын Анри создали механического писца, механического художника и механическую пианистку.

Эти чудесные фигурки выполняли необычные для того времени действия. Так, к примеру, механический художник рисовал головки и фигурки людей; механическая пианистка исполняла на фисгармонии музыкальную пьесу; а механический писец выводил гусиным пером фразы на бумаге. Правда никто не оценил их достижения и отца с сыном отправили в тюрьму по обвинению в колдовстве.

В том же веке русский механик-самоучка Иван Петрович Кулибин создал «театр автоматов». Вы только представьте, этот театр был величиной всего лишь с яйцо и помещён в часы. Каждый час в корпусе часов распахивались дверцы, а за ними можно было наблюдать, как под музыку двигаются фигурки. Кстати, этот изысканный «театр» сохранился до сих пор и увидеть его вы можете в Государственном Эрмитаже в Петербурге.

И вот только с конца восемнадцатого – начала девятнадцатого века с эпохой промышленного переворота автоматику начинают внедрять в производство. Так, например, в 1765 году появился автоматический регулятор уровня воды в котле паровой машины Ивана Ивановича Ползунова, в 1784 году – регулятор скорости паровой машины Джеймса Уатта, а в 1804–1808 годах – система программного управления ткацким станком от перфоленты Жаккарда.

Как видим, этап развития автоматики длился долгое время (более полутора столетий), но тем не менее он сыграл не последнюю роль в науке и технике. Что в итоге привело к выявлению ряда основных принципов автоматики и позволило ускоренными темпами автоматизировать производственные процессы.

Вообще, слово автоматизация происходит от греческого слова «автоматос», что в переводе означает «самодвижущийся». Под термином «автоматизация» мы будем подразумевать не дословный перевод греческого слова, а некую операцию производственного процесса, в которой все действия, необходимые для её выполнения, включая и управление протеканием процесса, происходят без непосредственного участия человека. Человек лишь налаживает устройства и контролирует их работу.

Автоматизация производственных процессов – это основное направление, по которому в настоящее время продвигается производство во всём мире. Если раньше на производстве всё выполнялось человеком, непосредственно его физическими и интеллектуальными способностями, то сейчас происходит постепенный переход этих функций к технике. То есть теперь техника сама выполняет технологические циклы и осуществляет контроль за ними. А что касается роли человека в современном производстве, то во многих отраслях она лишь сводится к контролю за автоматическим контролёром.

Кстати, автоматизировать можно практически всё: производственные процессы, проектирование, организацию, планирование и управление, научные исследования, бизнес-процессы.

Объектами автоматизации и управления являются: объекты промышленности, сельского хозяйства, энергетики, транспорта, торговли, медицины; технологические и производственные процессы; техническое диагностирование, научные исследования и производственные испытания.

Можно представить, как же происходит процесс автоматизации. Итак, технический объект (оборудование) наделяют искусственным интеллектом, что делает его управляемым. Что это значит? А это означает, что его оснащают блоком управления – микропроцессором.

Вообще, микропроцессор – это устройство, представленное в виде интегральных микросхем, которое согласно заложенной в нём программе выполняет обработку цифровой информации о состоянии и параметрах работы всех технических узлов оборудования. Программу для работы микропроцессора составляет человек. Главными достоинствами микропроцессорной техники является её компактность, экономичность, универсальность, массовость применения и невысокая стоимость.

Основными целями автоматизации технологического процесса являются: сокращение численности обслуживающего персонала; повышение производительности труда, увеличение объёмов выпускаемой продукции, повышение надёжности и точности производства, улучшение качества продукции, повышение экономичности за счёт снижения расходов сырья, оптимизация управления, повышение безопасности (так как происходит устранение человека от производств, опасных для здоровья), а также повышение экологичности. В зависимости от поставленных целей, автоматизация технологических процессов и производств может быть частичной, комплексной или полной.

Частичная автоматизация имеет место, когда в автоматическом режиме осуществляется одна операция или отдельный цикл производства. Она, как правило, внедряется на отдельных этапах производства или при механизации автономного технического компонента и не требует создания сложной инфраструктуры управления всем процессом. При этом допускается ограниченное участие человека.

Комплексная автоматизация должна охватывать отдельный крупный участок производства – это может быть отдел, цех, линия, электростанция. В этом случае всё производство действует в режиме единого взаимосвязанного автоматизированного комплекса. Оператор в данном случае контролирует саму систему и отдельные её части, не затрагивая при этом непосредственный рабочий процесс. Комплексная автоматизация производственных процессов целесообразна не всегда. Её можно применить на современном высокоразвитом производстве, в котором используется чрезвычайно надёжное оборудование. Так как поломка одного из станков или агрегата тут же останавливает весь производственный цикл.

Что касается полной автоматизации, то она является наивысшей ступенью автоматизации производственных процессов. При полной автоматизации система сама осуществляет не только процесс производства, но и полный контроль над ним. Правда, полная автоматизация целесообразна только на рентабельном, устойчивом производстве, в котором рабочие режимы не предполагают каких-либо изменений.

Но даже при полной автоматизации участие человека необходимо, пусть и в качестве контролёра. Ведь бывают такие случаи, когда выходят из строя, например, некоторые из датчиков и подают неправильные показания. Электроника в таком случае, будет воспринимать их данные, как достоверные, не подвергая их сомнению. А человек может в любой момент вмешаться в технологический процесс, откорректировать его или же остановить. При этом человек (оператор) должен быть полностью уверен в своём решении, что это не приведёт к аварии.

К сожалению, до полного высвобождения людей из сферы материального производства ещё далеко. Но вместе с этим появляются глобальные инженерно-технологические идеи, которые в той или иной мере прокладывают по шажкам пути к воплощению «безлюдного» производства. Среди таких идей многообещающей представляется идея гибкого автоматизированного производства. Гибкое автоматизированное производство позволяет достаточно легко перестроить оборудование на производство новой продукции. Это уже целая система, которая состоит из отдельных автоматических многорежимных систем, соединённых с центральным компьютером, который соединяет их в единую сеть, и выдаёт задания для исполнения.

Преимуществом гибкого автоматизированного производства является то, что на таком производстве возможен переход с выпуска одного типа продукции на другой практически без переналадки технологического и любого другого оборудования. Если же в каких-то случаях потребуется переналадка, то она по времени осуществляется вместе с выпуском предыдущего типа продукции.

Итоги урока.

Как видим, автоматизация – это один из основных факторов современной научно-технической революции. Внедрение на предприятия технических средств, которые позволяют автоматизировать производственные процессы, является базовым условием эффективной работы. А целями автоматизации являются повышение эффективности труда, улучшение качества выпускаемой продукции, создание благоприятных условий для наиболее рационального использования всех ресурсов производства.