Задачи в области автоматизации

Основные сферы трудовой деятельности человечества:

Энергетика: топливная, газовая, по производству электроэнергии, ядерная промышленность.

Промышленности с площадями и мобильными установками: горнодобывающая, строительная, сельскохозяйственная.

Промышленности с фабриками и заводами: металлургическая, машиностроительная, оптическая, электротехническая, электронная, деревообрабатывающая, теплоэнергетическая, полиграфическая, химическая, пищевая, по изготовлению резин и пластмасс.

Промышленности по обслуживанию: транспортная, (шоссе, железные дороги, водные пути, воздух), финансовая (банки и страхование), сбыт, оборудование, здравоохранение.

Несмотря на большое разнообразие трудовой деятельности человечества, можно говорить об основных трудовых процессах, где человек частично или полностью заменяется автоматами.

К таким процессам относятся: транспортный, энергетический, технологический, логический процесс (процесс мышления).

Многообразие процессов в разных отраслях промышленности привело к большому количеству профессий. Опыт использования средств автоматизации в отдельных отраслях обобщается, делается достоянием всех остальных. Этот опыт организуется в науке, называемой «Теория автоматического управления и регулирования». Результаты, полученные на основании изучения основных принципов функционирования и построения автоматических систем, используются в настоящее время практически во всех сферах трудовой деятельности человека.

Рассматривая любое производство, можно выделить операции по транспортировке сырья и его обработке с помощью системы машин.

Под системой машин понимается машина - двигатель, передаточный механизм и рабочая машина.

Обработка сырья производится с помощью рабочей машины, которая приводится в движение через передаточный механизм машиной - двигателем.

Машина - двигатель потребляет энергию природы, преобразуя ее в тот или иной вид энергии, используемой рабочей машиной для совершения работы. Так, паровая машина преобразует энергию топлива в энергию пара, электрический двигатель - электрическую энергию, полученную на гидро- и атомных электростанциях - в механическую работу; двигатель внутреннего сгорания - энергию топлива (бензина, мазута) в механическую работу по перемещению транспортных средств.

Передаточный механизм служит для передачи энергии от двигателя к рабочей машине. С этой целью используются механические, электрические и гидравлические передачи.

Рабочие машины, в свою очередь, можно разделить на машины циклического и непрерывного действия.

Поточная линия на автомобильном заводе, где каждая операция выполняется автоматом, - пример циклического производства. Токарный станок с числовым программным управлением также пример циклической рабочей машины. Отличительной способностью таких автоматических устройств является работа по заранее заданной программе, реализуемой, например, с помощью перфокарт. Исходный продукт в виде заготовок транспортируется с помощью, например, ленточных транспортеров, а роботы - манипуляторы берут заготовки с транспортеров и подносят их к шпинделю станка, в котором заготовки автоматически закрепляются. Далее происходит обработка заготовки. Полученное изделие снимается тем же манипулятором и переносится на конвейер готовой продукции.

К рабочей машине непрерывного действия можно отнести, например, бумагоделательную машину (БДМ). Транспортировка исходного продукта - бумажной массы, полученной на предыдущих стадиях обработки древесины, происходит по трубам с помощью насосов. Поступая в напорный ящик БДМ, масса из него выливается на движущуюся сетку, где происходит удаление воды. Затем сформировавшееся бумажное полотно поступает в прессовую часть, где происходит его механическое обезвоживание. После этого полотно поступает в сушильную часть БДМ, состоящую из вращающихся цилиндров, нагреваемых поступающим в них паром. При выходе из сушильной части просушенное полотно наматывается на вал.

К машинам непрерывного действия относятся машины для уборки урожая в сельскохозяйственном производстве, прессы, смесители, промышленные мешалки, транспортеры и т.п. Для этих машин автоматизация их работы обеспечивается не программным управлением, а автоматическим регулированием, смысл которого будет пояснен далее.

Рассмотренные примеры показывают, что автоматические рабочие машины – это машины, автоматизированные по загрузке исходного сырья, автоматизированные в управлении рабочими процессами и удалению готового продукта. Оператор должен периодически контролировать работу машин и при возникающих неполадках предпринимать шаги по устранению неисправностей.

Важной задачей при производстве продукции является контроль ее качества. При изготовлении деталей на металлорежущих станках всегда задаются допуски на их размеры. Операция контроля позволяет выявить брак, который может появиться, например, из-за износа оборудования. Автоматизация контроля может быть выполнена с помощью специальных устройств, сигнализирующих о браке. Уменьшение времени на обнаружение брака позволяет повысить оперативность в устранении его причин и, таким образом, повысить эффективность производства в целом.

В современной технике автоматический контроль сводится либо просто к фиксации того, удовлетворяет ли изделие требованиям или нет, либо к автоматическому регулированию (так control - в переводе с английского означает надзор, контроль, проверка, регулирование). В первом случае констатация факта - брак или изделие, удовлетворяющее требованиям, во втором предпринимаются действия, чтобы избежать брака уже на стадии отклонения параметров от установленных допусков.

В случае автоматического регулирования действия оператора по устранению причин, приведших к браку, выполняются специальными техническими устройствами, использующими информацию о качестве продукции. Так, например, при получении бумаги на БДМ специальными измерительными приборами на выходе (на накате) измеряются такие показатели качества полотна, как его влажность, толщина, масса одного квадратного метра и др. Требования к этим показателям задаются на основании требований ГОСТа к каждому виду бумаги с определенными допусками. В процессе производства отклонение влажности бумаги от требуемого значения, вызванное различными внешними по отношению к БДМ причинами, фиксируется измерителем влажности. Данный измеритель вырабатывает электрический сигнал, соответствующий измеряемой влажности полотна. Далее автоматическое управляющее устройство на основе этого сигнала оценивает отклонение получаемой влажности от требуемого значения и вырабатывает электрический сигнал определенной величины, поступающий на электрический двигатель, вал которого через механическую передачу связан с заслонкой на паровом трубопроводе. При увеличении влажности выше требуемого значения заслонка приоткрывается, увеличивается количество пара, поступающего в сушильные цилиндры, температура их возрастает и как результат - влажность полотна убывает, приходя к требуемому значению.

Важно отметить, что в рассматриваемом случае автоматическое управляющее устройство берет на себя функции оператора в решении задачи, в какую сторону и насколько приоткрывать или прикрывать заслонку.

Иначе говоря, автоматическое управляющее устройство автоматизирует труд оператора, приспосабливая работу БДМ к изменяющимся внешним условиям.

Другим классом задач, решаемых в настоящее время с помощью средств автоматики, являются так называемые задачи оптимизации, которые могут заключаться в достижении максимальной производительности оборудования при минимальных удельных затратах энергии и сырья на единицу продукции. Для решения таких задач требуются более “умные” автоматические устройства, в качестве которых используются управляющие вычислительные машины (контроллеры), способные выполнять разнообразные логические операции.

Следующий уровень автоматизации связан с автоматизацией управления работой цеха. Любой цех - это совокупность различных станков и агрегатов, работа которых должна быть согласована для получения максимального эффекта от их функционирования. Иначе возможна ситуация, как в басне Крылова с лебедем, раком и щукой. В этом случае с помощью информационных систем производится сбор данных о работе агрегатов, качестве продукции и планирование работы производства.

Для предприятия в целом задачи, которые могут решаться с применением средств автоматизации,- это анализ полученного заводом производственного задания, планирование производства, расхода материалов и энергии, отчетность. В этом случае, когда автоматизируется весь комплекс производственных процессов, включая транспортные операции и различные организационные мероприятия, говорят о комплексной автоматизации. Как показала практика внедрения автоматизации в ключевые отрасли промышленности, эффективность производства повышается.