Модуль 1 Автоматизація виробництва та технічний прогрес

План

1.1 Історичні відомості про розвиток автоматизації та передумови до неї

1.2. Задачі автоматизації виробництва. Переваги та недоліки автоматизації

1.3 Сучасний рівень автоматизації. Причини „бума” автоматизації сьогодні

1.4 Основні поняття та визначення курсу „Основи автоматизації виробництва”

1.5 Вимоги до виробництва

1.6 Системи автоматизації технологічних процесів

1.7 Керування технологічними процесами

1.1 Історичні відомості про розвиток автоматизації та передумови до неї

Ідея створення пристроїв, які працювали б без участі людини (автоматичних пристроїв), виникла ще в далекій давнині. Однак практичного значення перші автоматичні пристрої наших предків не мали. Їх використовували винятково для розважальних цілей. У Древній Греції з'явилося слово аутоматос (самодіючий), від якого відбулася назва галузі науки й техніки про автоматичні (самодіючі) пристрої - автоматика.

Практичне втілення ідеї автоматизації не було в ході історії прямим: воно йшло, то швидким, то повільнішим темпом.

Розвиток автоматизації відбувався стрибкоподібно, він характеризується низкою великих наукових та технічних досягнень:

• велике значення в розвитку автоматизації є винахід годинника, на його базі були створені різні автомати-іграшки – попередники сучасних роботів;

• М.В. Ломоносов розробив перший електричний вимірювальний пристрій зі шкалою;

• у 1765 році І.І. Ползунов розробив та випробував автоматичний регулятор, в якому був закладений принцип прямого та зворотного зв’язку;

• в XVII столітті Б. Паскаль створив машину, яка виконує арифметичні операції над числами;

• у 1819 році Ч. Беббердж почав виготовлення машини для розрахунків астрономічних та морських таблиць. У зв’язку з фінансовими та технічними труднощами цей проект так і не був до кінця розроблений, але машина Ч. Бебберджа є прообразом універсальних обчислювальних машин;

• у 1854 П.А. Зарубін винайшов ручний планиметр, який по суті є інтегратором;

• у 1834 році академік Б.С. Якобі створив електродвигун та синхронну передачу;

• у 1850 році Е.Х. Ленц розробив осцилограф;

• у 1865 році винахідник А.П. Давидов створив слідкуючий привід;

• у 1874 році В.Н. Чиколєвим був розроблений електричний регулятор зі слідкуючою системою;

• у 1874 році російський інженер В.Т. Однер сконструював механічний арифмометр, який набув великої популярності;

• у 1877 році професор петербурзького технологічного інституту своєю працею заклав основи теорії автоматичного регулювання;

• у 1883 році академік П.Л. Чебишев створив машину, яка виконувала операції додавання, віднімання, множення та ділення;

• академік А.Н. Крилов заснував теорію обчислення машинним способом складних диференційних рівнянь;

• на при кінці XIX століття, коли в техніці почали використовувати електрику, американський вчений Г. Холлерит запропонував в якості носія інформації при машинній обробці статистичних даних використовувати перфокарти;

• у 1913 році був створений табулятор, який друкував результати;

• у 1921 році до табулятора була додана комутаційна форма, на якій могла зберігатися деяка програма обробки даних;

• в середині 30-х років XX століття обчислювально-аналітичні машини почали використовуватися для виконання науково-технічних розрахунків;

• на початку 40-х XX століття американський вчений Шеннон Клод та радянський фізик В.И. Шестопалов незалежно один від одного запропонували використання апарата математичної логіки в аналізі та синтезі релейних схем.

Історія розвитку автоматичних пристроїв промислового призначення починається з XVII ст. Перші промислові автоматичні пристрої з'явилися у зв'язку з винаходом і розвитком парових машин і турбін. Щоб широко використовували парові машини в промисловості, необхідно було оснастити їх такими автоматичними пристроями, як автоматичний паророзподільний механізм, регулятор рівня води в казані, регулятор частоти обертання вала машини й т.д.

В 1765 р. И. И. Ползунов сконструював і виготовив перший у світі автоматичний регулятор для підтримки рівня води в паровому казані. Через 20 років Джеймс Уатт створює автоматичний регулятор частоти обертання вала парової машини.

Використання електроенергії в промисловості, починаючи із другої половини XIX ст., надзвичайно розширило можливості побудови й застосування складних автоматичних пристроїв. Електричні автоматичні пристрої починають проникати в різні області техніки. Одним з перших електричних автоматичних пристроїв був електромагнітний регулятор частоти обертання вала парової машини, розроблений в 1854 р. російським механіком і електриком К. И. Константиновим.

Але теорія проектування перших автоматичних пристроїв ще не була розроблена. Основи наукового підходу до проектування автоматичних регуляторів були закладені професором Петербурзького технологічного інституту И. А. Вишнеградским, монографія якого «Про загальну теорію регуляторів», видана в 1876 р., поклала початок теорії автоматичного керування й регулювання. У той же період словацький професор А. Стодола досліджував стійкість регулювання гідравлічних і парових турбін, а німецький математик А. Гурвиц вирішив загальне завдання про критерії стійкості лінійних систем автоматичного регулювання.

Великий вплив на розвиток автоматизації виробництва мали: упровадження взаємозамінності у виробництві та застосування складальних конвеєрів Генрі Фордом.

Перші електронні обчислювальні машини були побудовані на електронних лампах. Вони мали низьку надійність та великі габаритні розміри.

Розвиток напівпровідникової техніки та серійного виробництва напівпровідникових пристроїв дозволило почати розробку ЕОМ другого покоління. В таких машинах використовувалися напівпровідникові пристрої та малогабаритні радіодеталі, а з’єднання елементів між собою здійснювалося методом друкованого монтажу. Висока надійність, порівняно малі розміри елементів дали можливість розробити спеціалізовані ЕОМ, які включають в системи автоматичного керування.

Подальший розвиток технології виготовлення радіоелементів призвело до створення мікроелектронних обчислювальних машин та пристроїв автоматики. Ці машини отримали назву машин третього покоління. В порівнянні з машинами другого покоління вони мають менші габаритні розміри та потужність споживання та високі показники надійності та швидкодії. Автоматизація виробництва інтегральних схем, використання багатошарового друкованого монтажу знизили вартість ЕОМ, дозволили ширше застосовувати їх в системах автоматики. Без використання ЕОМ та мікропроцесорної техніки не можливо уявити сучасне виробництво.

Основною передумовою виникнення автоматизації виробництва – це конкурентна боротьба підприємств різних країн за ринки збуту своєї продукції.

Був час, коли конкурентна боротьба промисловців за виживання відбувалася в межах однієї країни. Споруджені по усьому світі транспортні, комунікаційні і торгові бар'єри створювали умови для ізоляції промисловості кожної з країн від закордонних конкурентів. Ще більш важливим було те, що фінансові і технологічні переваги зосередилися в руках деяких розвитих країн, що здавалися невразливими для керівників промисловості менш розвитих держав. Однак розкіш, що дозволяли собі багаті країни за рахунок споруджених на шляху міжнародної конкуренції бар'єрів, обернулася їхньою слабістю, стала тріщинами в броні, що захищає їхній від конкурентів. Ця розкіш — високий рівень заробітної плати, неефективне керівництво промисловістю, застаріле обладнання — дозволила зголоднілим конкурентам зруйнувати бар'єри і захопити ринки за рахунок низького рівня заробітної плати, цілеспрямованого керівництва і нового обладнання, що увібрало в себе самі останні досягнення технології, розробленої в тих самих країнах, що знаходилися в облозі.

Появу автоматизації виробництва можна співвіднести з часами промислової революції, коли машини вперше значно підвищили продуктивність праці робітників.