CC BY
155
УДК 338.3.01
РО! 10.23672/8ДЕ.2019.2019.44451
Никитин Николай Сергеевич
аспирант,
Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого Nikolay.nikit@gmail.com
Nikolai S. Nikitin
Postgraduate,
Peter the Great St. Petersburg Polytechnic University Nikolay.nikit@gmail.com
История научных исследований
в области автоматизации производства
History of scientific research
in the field of industrial automation
Аннотация. В статье рассмотрены исторические аспекты развития автоматизации на производстве, начиная с момента ее зарождения и заканчивая современными технологиями, применяющимися для оптимизации как непосредственно технологических процессов, так и процессов планирования производства. Проанализированы ключевые разработки в области автоматизации, значительно повлиявшие на производственный процесс. Также, в статье представлено текущее состояние сферы автоматизации производства, проанализирована роль человека в ней, а также, рассмотрены новые технологии, такие как: агентные системы, искусственный интеллект, робототехника, которые могут существенно изменить принципы производства, его планирования и управление в целом.
Ключевые слова: производство, автоматизация, история автоматизации, технологии автоматизации на производстве.
Annotation. The article discusses the historical aspects of the development of automation in production, starting from the moment of its inception and ending with modern technologies used to optimize both technological processes and production planning processes. The key developments in the field of automation, which significantly influenced the production process, are considered. The article also presents the current state of production automation, analyzes the human role in it, as well as the new technologies, such as agent systems, artificial intelligence, robotics, which can significantly change the principles of production, its planning and management as a whole.
Keywords: production, automation, history of automation, technology of automation in production.
Рост эффективности производства является одним из ключевых приоритетов развития экономики. Повышение качества продукции, снижение издержек на производство, увеличение количества изготавливаемых изделий является постоянной, стратегической задачей предприятий из различных сфер и различных масштабов. Автоматизация является одним из ключевых драйверов качественного развития производственных процессов, позволяющая существенным образом их оптимизировать, начиная с этапа планирования и заканчивая непосредственно производством с применением современного оборудования. Автоматизация на производстве, как в прочем и в других сферах, имеет свою собственную историю, которая во многом определила нынешнее положение дел.
Процесс автоматизации начал зарождаться практически сразу же с возникновением производства как такового. Первым этапом развития автоматизации стали самодействующие устройства, которые являются прообразами современных автоматов. Однако в условиях мелкого кустарного производственного процесса, вплоть до начала 18 в. никакого практического применения
они не получили и свидетельствовали лишь о высоком профессионализме древних мастеров. Совершенствование орудий и приёмов труда, адаптация машин и различных механизмов для замены человека в производственных процессах вызвали в начале 19 в. резкий скачок уровня развития производства, который известен как промышленная революция 18-19 вв.
Промышленная революция явилась основной причиной для создания необходимых условий механизации производства. К. Маркс видел в этом процессе отличительно новое направление технического прогресса и предсказал переход от применения единичных машин и аппаратов к «автоматической системе машин», в которой за человеком сохраняются лишь функции управления [2]. Впервые результат внедрения автомати-зизационных единиц на производстве удалось оценить в 1765 г., когда русский механик Ползунов И.И. изобрел автоматический регулятор питания парового котла, внедрение которого позволило автоматически контролировать уровень воды в барабане. Уже тогда стало понятно, что применение автоматизации позволяет обеспечить более стабильную работу всего комплекса
и перенаправить человеческие ресурсы в более требовательные области производства. Также важнейшим явлением в области автоматизации того периода стало изобретение английским изобретателем Дж. Уаттом центробежного регулятора скорости паровой машины (1784), которая стала после этого главным источником механической энергии для привода станков, машин и механизмов [1].
Во времена промышленной революции экономическая эффективность вышла на первый план. Уже в то время перед менеджментом на предприятиях стали ставиться следующие задачи: повышение качества работы коллектива, использование современных технологических процессов и материалов и, что очень важно, автоматизация работы предприятий. Высокая экономическая эффективность, технологическая целесообразность и эксплуатационная необходимость способствовали большому распространению автоматизационных процессов, как в промышленности, так и в транспорте, в технике связи, в торговле и других сферах обслуживания. Её основные предпосылки: более эффективное использование экономических ресурсов - энергии, сырья, оборудования, рабочей силы и капиталовложений. При этом повышается качество и обеспечивается однородность выпускаемой продукции, повышается надёжность эксплуатации установок и сооружений.
С 60-х гг. 19 в., в связи с очень быстрым развитием железных дорог, стала очевидной потребность в автоматизации железнодорожного транспорта и создания автоматических механизмов контроля скорости для обеспечения безопасности движения поездов. Первыми изобретениями в этом направлении были автоматический указатель скорости инженера-механика С. Прауса (1868) и инструмент для автоматической регистрации скорости движения поезда и времени его прибытия, который был создан инженером В. Зальманом и механиком О. Графтио (1878). Об уровне распространения автоматических устройств в работе железных дорог свидетельствует тот факт, что на Московско-Брестской железной дороге к 1892 г. уже существовало подразделение механического контроля поездов [5].
Учение об автоматических устройствах до 19 в. находилось в рамках классической прикладной механики, которая рассматривала их как обособленные, несвязанные механизмы. Основы науки об автоматическом управлении по факту впервые были описаны в статье английского физика Дж.К. Максвелла «О регулировании» (1868) и труде русского учёного И.А. Вышнеград-ского «О регуляторах прямого действия» (1877), где впервые регулятор и машина рассматривались как цельная система. А. Стодола, Я.И. Грдина и Н.Е. Жуковский, продолжая развивать эти работы, уже смогли дать систематическое изложение теории автоматического регулирования.
После появления механических источников электрической энергии - электромашинных ге-
нераторов постоянного и переменного тока, а также электродвигателей, стало возможно вырабатывать энергию централизованно, передавая её на значительные расстояния и по-разному используя на местах потребления. В тоже время, возникла потребность в автоматической стабилизации напряжения генераторов, без которой их применение было довольно ограниченным [3]. Только 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 развивался и электропривод, который начал вытеснять паровые машины, а вскоре, и вовсе, получивший собственное индивидуальное применение, так как станки начали оснащать индивидуальными электродвигателями.
Переход от центрального трансмиссионного привода к индивидуальному в 20-х гг. 20 в. значительно увеличил возможности совершенствования технологии механической обработки, что приводило к повышению экономического эффекта. Простота и надёжность индивидуального электропривода позволяли механизировать как энергетику станков, так и непосредственное управление ими [1]. Именно после этого возникли и получили свое развитие разнообразные станки-автоматы, многопозиционные агрегатные станки и автоматические линии. Широкое применение автоматизированного электропривода в 30-е гг. 20 в. сильно способствовало механизации многих отраслей промышленности и положило начало современной автоматизации производства.
Н аучно-технический прогресс и автоматизация, как его составная часть, имеют огромное влияние на развитие общества. Прежде всего, это связано с тем, что в последние годы в связи с заметным уменьшением природных ископаемых, изменениями климата и значительным увеличением численности населения Земли появляется потребность в стабильных и высокопроизводительных системах, которые смогут при использовании необходимого количества ресурсов решать сложные задачи, производственные в частности [4]. В условиях постоянно увеличивающейся сложности технических систем, автоматизация выполняет не только задачи управления объектом в целом, но и позволяет анализировать поведение объекта и всей системы управления для принятия решений по их улучшению. Использование интеллектуальных, мобильных систем автоматики и активное взаимодействие с ними повышают компетенцию людей в сфере, где применяются автоматизационные инструменты .
Наряду с процессами автоматизации физических производственных процессов очень важную роль, особенно в век становления и развития информационных технологий, приобретают процессы автоматизации планирования и управления. Причиной этому является необходимость в поддержании стабильного уровня рентабельно-
сти в производственных компаниях, который можно обеспечить с помощью средств автоматизации построения производственных программ. Развитие вычислительных средств и информационных технологий - новый виток в развитии общества, который положительно влияет на развитие экономических отношений. Автоматизация процессов планирования и управления - достаточно отдаленный от физического производства процесс, однако эффективно организованная производственная программа, которая учитывает наличие рабочих центров, их емкости, ресурсы, заказы и операции, позволяет производственных компаниям значительно максимизировать прибыль и добиться высокого уровня стабильности.
В нынешних условиях подход к организации производственной деятельности предприятий направлен на поддержание согласованности в работе каждого подразделения компании по выпуску высококонкурентоспособной продукции необходимого качества и объема, которые определяются договорами с контрагентами, при оптимальном использовании ресурсов. Современные системы управления производством на большинстве предприятий до сих пор далеки от идеала, что значительно влияет на рентабельность выпускаемой продукции. Достаточно часто неэффективно и нерационально организовано информационное взаимодействие между производственными отделами, что в значительной мере тормозит ход производственных процессов и увеличивает риск появления узких мест. Автоматизированная система планирования и управления производством, в свою очередь, позволяет на основании производственного плана очень быстро извлекать информацию о стадии его выполнения и количестве свободных ресурсов на требуемый момент времени.
В результате эффективного использования автоматизированных систем появляется возможность оперативного управления производством, в результате чего решения могут приниматься моментально и результаты этих решений могут без временных потерь доводиться до всех задействованных в производственных процессах участников. Процесс оперативного управления производством обеспечивает полноту и своевременность предоставления всех необходимых данных для принятия тех или иных управленческих решений. В XXI веке ключевую роль в повышении эффективности деятельности производственных систем и промышленных холдингов играет именно информация, которая должна быть достоверной и своевременной. Именно информация позволяет менеджменту предприятия осуществлять контроль и оперативное регулирование, в чем и нуждается вся производственная система для достижения максимальной оптимизации производственных процессов.
Современный уровень автоматизации производства можно условно разделить на пять уровней:
1. Механизация.
2. Автоматизация рабочего цикла в серийном и поточном производстве.
3. Автоматизация технологических процессов.
4. Комплексная автоматизация.
5. Автоматизация процессов оперативного управления производством.
Каждый последующий уровень наследует предыдущий, при этом всё более абстрагируясь от технологических процессов на производстве и снижая уровень влияния человека на процесс. До механизации был ручной труд, а после автоматизации процессов оперативного управления производством следует применение робототехники, агентных систем и искусственного интеллекта. На сегодняшний день, так или иначе, большинство производственных компаний применяют тот или иной уровень автоматизации, который позволяет решать производственные задачи с необходимым уровнем эффективности.
На сегодняшний день инновационные технологии и автоматизация технологических процессов предоставляют производственным предприятиям отличную возможность выйти на абсолютно новый, более высокий уровень развития бизнеса и конкурентоспособности, что с точки зрения макроэкономики влечет повышение эффективности всего промышленного комплекса страны. Промышленная автоматизация влечет за собой огромную последовательность изменений в технологических процессах, что способствует значительному повышению производительности труда, а также помогает оптимизировать весь производственный процесс, что в конечном счете повышает качество продукции. Также процесс автоматизации приводит к значительной экономии материальных активов, фонда заработной платы, налоговых платежей и прочих отчислений. Современный уровень промышленной автоматизации делает бизнес гораздо более эффективным, как на микро-, так и на макроуровне. Кроме того, системы автоматизации производственных процессов понижают вероятность возникновения человеческой ошибки и, как следствие - брака, что очень положительно сказывается на качестве продукции в целом.
В свое время, механизация технологических процессов позволила избавить человека от тяжелого физического труда, дала возможность изменять масштабы человеческой деятельности, добиваться новых результатов и совершать такие открытия, которые до возникновения механизации сложно было даже представить. На сегодняшний день автоматизация промышленных процессов сводит работу человека до функции настройки, регулирования и контроля автоматики. Это позволяет снизить зависимость производства от человеческого фактора, что гарантирует более слаженную и эффективную работу всего производственного комплекса.
Литература:
1. Баронов В.В. Автоматизация управления предприятием / В.В. Баронов, Г.Н. Калянов, Ю.И. Попов и др. М. : ИНФРА-М, 2007.
2. Олейник С.У. Автоматизированные системы управления машиностроительным предприятием : учебник для вузов по спец. «Экономика и управление в машиностроении» / С.У. Олейник,
B.И. Иванова, Г.М. Макарова и др.; Под ред.
C.У. Олейника. М. : Высшая школа, 2001.
3. Автоматизированные технологии в экономике : учебник / Под ред. Г.А. Титоренко. М. : ЮНИТИ, 2000.
4. Балагин В.В. Теоретические основы автоматизированного управления: Учебное пособие для вузов. Мн. : Высшая школа, 1991.
5. Большая советская энциклопедия : в 30 т. 1970.
Literature:
1. Baronov V.V. Automation of enterprise management / V.V. Baronov, G.N. Kalyanov, Yu.I. Popov et al. M. : INFRA-M, 2007.
2. Oleinik S.U. Automated control systems for a machine-building enterprise : textbook for universities on specialty «Economics and Management in Mechanical Engineering» / S.U. Oleinik, V.I. Ivanova, G.M. Makarova et al.; Ed. S.W. Oleinik. M. : Higher School, 2001.
3. Automated technologies in the economy : textbook / Ed. G.A. Titorenko. M. : UNITY, 2000.
4. Balagin V.V. Theoretical Foundations of Automated Management: Textbook for universities. Mn. : Higher school, 1991.
5. The Great Soviet Encyclopedia : in 30 vol. 1970.
