Автоматизация описывает широкий спектр технологий, которые сокращают вмешательство человека в процессы, в основном за счет предопределения критериев принятия решений, взаимосвязей подпроцессов и связанных действий, а также воплощения этих предопределений в машинах. [1] [2] Автоматизация достигалась различными способами, включая механические , гидравлические , пневматические , электрические , электронные устройства и компьютеры , обычно в сочетании. Сложные системы, такие как современные заводы , самолеты и корабли, обычно используют комбинации всех этих методов. Преимущество автоматизации включает экономию труда, сокращение отходов, экономию затрат на электроэнергию , экономию материальных затрат и улучшение качества, точности и аккуратности.
Автоматизация включает в себя использование различного оборудования и систем управления , таких как машины , процессы на заводах , котлы , [3] и печи для термообработки , включение телефонных сетей , рулевое управление , стабилизация судов , самолетов и других приложений и транспортных средств с уменьшенным вмешательством человека. [4] Примеры варьируются от бытового термостата, управляющего котлом, до большой промышленной системы управления с десятками тысяч входных измерений и выходных управляющих сигналов. Автоматизация также нашла свое место в банковской отрасли. Она может варьироваться от простого управления включением-выключением до многопараметрических высокоуровневых алгоритмов с точки зрения сложности управления.
В простейшем типе автоматического контура управления контроллер сравнивает измеренное значение процесса с желаемым заданным значением и обрабатывает полученный сигнал ошибки, чтобы изменить некоторый входной сигнал процесса таким образом, чтобы процесс оставался на заданном значении, несмотря на возмущения. Это замкнутое управление представляет собой применение отрицательной обратной связи к системе. Математическая основа теории управления была начата в 18 веке и быстро развивалась в 20-м. Термин автоматизация , вдохновленный более ранним словом автоматический (происходящим от автомат ), не был широко использован до 1947 года, когда Форд создал отдел автоматизации. [5] Именно в это время промышленность быстро приняла контроллеры с обратной связью , которые были введены в 1930-х годах. [6]
В Докладе Всемирного банка о мировом развитии за 2019 год приводятся доказательства того, что новые отрасли и рабочие места в технологическом секторе перевешивают экономические последствия увольнения работников из-за автоматизации. [7] Потеря рабочих мест и нисходящая мобильность , приписываемые автоматизации, упоминаются как один из многих факторов возрождения националистической , протекционистской и популистской политики в США, Великобритании и Франции, а также в других странах с 2010-х годов. [8] [9] [10] [11] [12]
Греки и арабы (в период между 300 г. до н. э. и 1200 г. н. э.) были озабочены точным отсчетом времени. В Птолемеевском Египте , около 270 г. до н. э., Ктесибий описал поплавковый регулятор для водяных часов , устройство, мало чем отличающееся от шара и крана в современном сливном туалете. Это был самый ранний механизм с обратной связью. [13] Появление механических часов в 14 веке сделало водяные часы и их систему обратной связи устаревшими.
Персидские братья Бану Муса в своей «Книге гениальных устройств » (850 г. н. э.) описали ряд автоматических регуляторов. [ 14] Двухступенчатые регуляторы уровня жидкостей, форма прерывистых переменных структурных регуляторов , были разработаны братьями Бану Муса. [15] Они также описали регулятор обратной связи . [16] [17] Проектирование систем управления с обратной связью вплоть до промышленной революции осуществлялось методом проб и ошибок, вместе с большой долей инженерной интуиции. Только в середине 19 века устойчивость систем управления с обратной связью была проанализирована с использованием математики, формального языка теории автоматического управления. [ необходима ссылка ]
Центробежный регулятор был изобретен Христианом Гюйгенсом в семнадцатом веке и использовался для регулировки зазора между жерновами . [18] [19] [20]
Введение первичных двигателей или самоходных машин продвинуло зерновые мельницы, печи, котлы и паровой двигатель создало новые требования к системам автоматического управления, включая регуляторы температуры (изобретены в 1624 году; см. Корнелиус Дреббель ), регуляторы давления (1681), поплавковые регуляторы (1700) и устройства управления скоростью . Другой механизм управления использовался для натягивания крыльев ветряных мельниц. Он был запатентован Эдмундом Ли в 1745 году. [21] Также в 1745 году Жак де Вокансон изобрел первый автоматизированный ткацкий станок. Около 1800 года Жозеф Мари Жаккард создал систему перфокарт для программирования ткацких станков. [22]
В 1771 году Ричард Аркрайт изобрел первую полностью автоматизированную прядильную фабрику, работающую на энергии воды, известную в то время как водяная рама . [23] Автоматическая мукомольная мельница была разработана Оливером Эвансом в 1785 году, что сделало ее первым полностью автоматизированным промышленным процессом. [24] [25]
Центробежный регулятор был использован мистером Бансом из Англии в 1784 году как часть модели парового крана . [26] [27] Центробежный регулятор был принят Джеймсом Уаттом для использования в паровой машине в 1788 году после того, как партнер Уатта Болтон увидел один на мельнице, которую строили Болтон и Уатт . [21] Регулятор на самом деле не мог удерживать заданную скорость; двигатель принимал новую постоянную скорость в ответ на изменения нагрузки. Регулятор был способен обрабатывать небольшие изменения, такие как те, которые были вызваны колебаниями тепловой нагрузки на котел. Кроме того, существовала тенденция к колебаниям при каждом изменении скорости. Как следствие, двигатели, оснащенные этим регулятором, не подходили для операций, требующих постоянной скорости, таких как прядение хлопка. [21]
Несколько усовершенствований регулятора, а также усовершенствования времени отключения клапана в паровом двигателе сделали двигатель пригодным для большинства промышленных применений до конца 19 века. Достижения в области парового двигателя значительно опережали науку, как термодинамику, так и теорию управления. [21] Регулятору уделялось относительно мало внимания со стороны ученых, пока Джеймс Клерк Максвелл не опубликовал статью, которая положила начало теоретической базе для понимания теории управления.
Релейная логика была введена с электрификацией фабрик , которая быстро адаптировалась с 1900 по 1920-е годы. Центральные электростанции также быстро росли, а эксплуатация новых котлов высокого давления, паровых турбин и электрических подстанций создала большой спрос на приборы и средства управления. Центральные диспетчерские стали обычным явлением в 1920-х годах, но еще в начале 1930-х годов большинство средств управления процессами были двухпозиционными. Операторы обычно следили за диаграммами, составленными самописцами, которые записывали данные с приборов. Чтобы внести исправления, операторы вручную открывали или закрывали клапаны или включали или выключали переключатели. В диспетчерских также использовались цветные индикаторы для отправки сигналов рабочим на заводе, чтобы вручную внести определенные изменения. [28]
Развитие электронного усилителя в 1920-х годах, что было важно для дальней телефонии, потребовало более высокого отношения сигнал/шум, что было решено с помощью шумоподавления с отрицательной обратной связью. Это и другие приложения телефонии внесли свой вклад в теорию управления. В 1940-х и 1950-х годах немецкий математик Ирмгард Флюгге-Лотц разработал теорию прерывистого автоматического управления, которая нашла военное применение во время Второй мировой войны в системах управления огнем и системах навигации самолетов . [6]
Контроллеры, которые могли вносить рассчитанные изменения в ответ на отклонения от заданной точки, а не управление включением-выключением, начали внедряться в 1930-х годах. Контроллеры позволили производству продолжать показывать рост производительности, чтобы компенсировать снижающееся влияние электрификации фабрик. [29]
Производительность фабрик значительно возросла благодаря электрификации в 1920-х годах. Рост производительности обрабатывающей промышленности США упал с 5,2%/год в 1919–29 годах до 2,76%/год в 1929–41 годах. Александр Филд отмечает, что расходы на немедицинские инструменты значительно возросли с 1929 по 1933 год и оставались высокими в дальнейшем. [29]
Первая и Вторая мировые войны стали свидетелями крупных достижений в области массовых коммуникаций и обработки сигналов . Другие ключевые достижения в области автоматического управления включают дифференциальные уравнения , теорию устойчивости и теорию систем (1938), анализ в частотной области (1940), управление судном (1950) и стохастический анализ (1941).
Начиная с 1958 года, появились различные системы на основе твердотельных [30] [31] цифровых логических модулей для жестко запрограммированных логических контроллеров (предшественников программируемых логических контроллеров [ПЛК]), чтобы заменить электромеханическую релейную логику в промышленных системах управления для управления процессами и автоматизации, включая ранние системы Telefunken / AEG Logistat, Siemens Simatic , Philips / Mullard /Valvo Norbit , BBC Sigmatronic, ACEC Logacec , Akkord Estacord, Krone Mibakron, Bistat, Datapac, Norlog, SSR или Procontic. [30] [32] [33] [34] [35] [36]
В 1959 году нефтеперерабатывающий завод компании Texaco в Порт-Артуре стал первым химическим заводом, использовавшим цифровое управление . [37] Переход заводов на цифровое управление начал быстро распространяться в 1970-х годах, когда цены на компьютерное оборудование упали.
Автоматический телефонный коммутатор был представлен в 1892 году вместе с дисковыми телефонами. К 1929 году 31,9% системы Bell были автоматическими. [38] : 158 Автоматическая телефонная коммутация изначально использовала усилители на электронных лампах и электромеханические переключатели, которые потребляли большое количество электроэнергии. Объем звонков в конечном итоге рос так быстро, что возникли опасения, что телефонная система потребит всю вырабатываемую электроэнергию, что побудило Bell Labs начать исследования транзистора . [ 39]
Логика, выполняемая реле телефонного переключения, послужила вдохновением для цифрового компьютера. Первой коммерчески успешной машиной для выдувания стеклянных бутылок была автоматическая модель, представленная в 1905 году. [40] Машина, которой управляла бригада из двух человек, работавшая по 12-часовым сменам, могла производить 17 280 бутылок за 24 часа, по сравнению с 2 880 бутылками, производимыми бригадой из шести мужчин и мальчиков, работающих в магазине в течение дня. Стоимость изготовления бутылок машиной составляла 10–12 центов за валовую продукцию по сравнению с 1,80 долларом за валовую продукцию, производимую вручную стеклодувами и помощниками.
Секционные электроприводы были разработаны с использованием теории управления. Секционные электроприводы используются на разных секциях машины, где между секциями должен поддерживаться точный дифференциал. При прокатке стали металл удлиняется, проходя через пары роликов, которые должны работать на последовательно более высоких скоростях. При изготовлении бумаги лист сжимается, проходя через паровые сушилки, расположенные группами, которые должны работать на последовательно более медленных скоростях. Первое применение секционного электропривода было на бумагоделательной машине в 1919 году. [41] Одним из важнейших достижений в сталелитейной промышленности в 20 веке была непрерывная прокатка широкой полосы, разработанная Armco в 1928 году. [42]
До автоматизации многие химикаты производились партиями. В 1930 году, с широким распространением инструментов и появлением контроллеров, основатель Dow Chemical Co. выступал за непрерывное производство . [43]
Самодействующие станки, которые вытеснили ловкость рук, чтобы ими могли управлять мальчики и неквалифицированные рабочие, были разработаны Джеймсом Нейсмитом в 1840-х годах. [44] Станки были автоматизированы с помощью числового программного управления (ЧПУ) с использованием перфорированной бумажной ленты в 1950-х годах. Вскоре это превратилось в компьютеризированное числовое управление (ЧПУ).
Сегодня широкомасштабная автоматизация практикуется практически в каждом типе процесса производства и сборки. Некоторые из крупных процессов включают производство электроэнергии, нефтепереработку, химикаты, сталелитейные заводы, производство пластмасс, цементные заводы, заводы по производству удобрений, целлюлозно-бумажные комбинаты, сборку автомобилей и грузовиков, производство самолетов, производство стекла, заводы по разделению природного газа, переработку продуктов питания и напитков, консервирование и розлив, а также производство различных видов деталей. Роботы особенно полезны в опасных применениях, таких как покраска автомобилей распылением. Роботы также используются для сборки электронных плат. Сварка автомобилей выполняется роботами, а автоматические сварочные аппараты используются в таких применениях, как трубопроводы.
С наступлением космической эры в 1957 году проектирование средств управления, особенно в Соединенных Штатах, отошло от методов частотной области классической теории управления и вернулось к методам дифференциальных уравнений конца 19 века, которые были сформулированы во временной области. В 1940-х и 1950-х годах немецкий математик Ирмгард Флюгге-Лотц разработал теорию прерывистого автоматического управления, которая стала широко использоваться в системах гистерезисного управления, таких как навигационные системы , системы управления огнем и электроника . Благодаря Флюгге-Лотцу и другим, современная эпоха увидела проектирование во временной области для нелинейных систем (1961), навигации (1960), теории оптимального управления и оценки (1962), теории нелинейного управления (1969), теории цифрового управления и фильтрации (1974) и персонального компьютера (1983).
Возможно, наиболее упоминаемым преимуществом автоматизации в промышленности является то, что она связана с более быстрым производством и более дешевыми затратами на рабочую силу. Другим преимуществом может быть то, что она заменяет тяжелую, физическую или монотонную работу. [45] Кроме того, задачи, которые выполняются в опасных условиях или которые иным образом выходят за рамки человеческих возможностей, могут выполняться машинами, поскольку машины могут работать даже при экстремальных температурах или в радиоактивной или токсичной атмосфере. Их также можно обслуживать с помощью простых проверок качества. Однако в настоящее время не все задачи можно автоматизировать, а некоторые задачи автоматизировать дороже, чем другие. Первоначальные затраты на установку оборудования в заводских условиях высоки, а неспособность поддерживать систему может привести к потере самого продукта.
Более того, некоторые исследования, по-видимому, указывают на то, что промышленная автоматизация может иметь негативные последствия, выходящие за рамки эксплуатационных проблем, включая перемещение рабочей силы из-за системной потери занятости и усугубляемый ущерб окружающей среде; однако эти выводы являются одновременно запутанными и противоречивыми по своей природе и потенциально могут быть обойти. [46]
Основными преимуществами автоматизации являются:
Автоматизация в первую очередь описывает замену человеческих действий машинами, но она также слабо связана с механизацией, машинами, заменяющими человеческий труд. В сочетании с механизацией, расширением человеческих возможностей с точки зрения размера, силы, скорости, выносливости, зрительного диапазона и остроты, частоты и точности слуха, электромагнитного зондирования и воздействия и т. д., преимущества включают: [48]
Основными недостатками автоматизации являются:
Парадокс автоматизации гласит , что чем эффективнее автоматизированная система, тем важнее человеческий вклад операторов. Люди менее вовлечены, но их участие становится более важным. Лизанна Бейнбридж , когнитивный психолог, определила эти проблемы, в частности, в своей широко цитируемой статье «Ирония автоматизации». [49] Если в автоматизированной системе есть ошибка, она будет умножать эту ошибку, пока не будет исправлена или отключена. Вот тут-то и появляются операторы-люди. [50] Роковым примером этого был рейс 447 Air France , где отказ автоматизации поставил пилотов в ситуацию ручного управления, к которой они не были готовы. [51]
Многие роли людей в промышленных процессах в настоящее время лежат за пределами автоматизации. Распознавание образов на уровне человека , понимание языка и способность к производству языка находятся далеко за пределами возможностей современных механических и компьютерных систем (но см. компьютер Watson ). Задачи, требующие субъективной оценки или синтеза сложных сенсорных данных, таких как запахи и звуки, а также высокоуровневые задачи, такие как стратегическое планирование, в настоящее время требуют человеческой экспертизы. Во многих случаях использование людей более рентабельно , чем механические подходы, даже там, где возможна автоматизация промышленных задач. Поэтому алгоритмическое управление как цифровая рационализация человеческого труда вместо его замены возникло в качестве альтернативной технологической стратегии. [53] Преодоление этих препятствий является теоретическим путем к экономике постдефицита . [54]
Рост автоматизации часто заставляет рабочих беспокоиться о потере работы, поскольку технологии делают их навыки или опыт ненужными. [55] В начале промышленной революции , когда такие изобретения, как паровой двигатель, делали некоторые категории рабочих мест расходными, рабочие яростно сопротивлялись этим изменениям. Луддиты , например, были английскими текстильными рабочими , которые протестовали против внедрения ткацких станков , уничтожая их. [56] Совсем недавно некоторые жители Чандлера, штат Аризона , резали шины и бросали камни в беспилотные автомобили в знак протеста против предполагаемой угрозы автомобилей безопасности людей и перспективам трудоустройства. [57]
Относительная обеспокоенность по поводу автоматизации, отраженная в опросах общественного мнения, по-видимому, тесно связана с силой организованного труда в этом регионе или стране. Например, в то время как исследование Pew Research Center показало, что 72% американцев обеспокоены ростом автоматизации на рабочем месте, 80% шведов считают автоматизацию и искусственный интеллект (ИИ) хорошим явлением из-за все еще сильных профсоюзов в стране и более надежной национальной системы безопасности . [58]
В США 47% всех текущих рабочих мест имеют потенциал быть полностью автоматизированными к 2033 году, согласно исследованию экспертов Карла Бенедикта Фрея и Майкла Осборна. Более того, заработная плата и уровень образования, по-видимому, сильно отрицательно коррелируют с риском автоматизации профессии. [59] Даже высококвалифицированные профессиональные рабочие места, такие как юрист , врач , инженер , журналист , подвержены риску автоматизации. [60]
Перспективы особенно мрачны для профессий, которые в настоящее время не требуют университетского диплома, таких как вождение грузовика. [61] Даже в высокотехнологичных коридорах, таких как Кремниевая долина , распространяется беспокойство о будущем, в котором значительный процент взрослых имеет мало шансов сохранить оплачиваемую работу. [62] «Во Втором веке машин Эрик Бриньолфссон и Эндрю Макафи утверждают, что «... никогда не было лучшего времени, чтобы быть работником со специальными навыками или правильным образованием, потому что эти люди могут использовать технологии для создания и получения стоимости. Однако никогда не было худшего времени, чтобы быть работником, который может предложить только «обычные» навыки и способности, потому что компьютеры, роботы и другие цифровые технологии приобретают эти навыки и способности с необычайной скоростью». [63] Однако, как показывает пример Швеции, переход к более автоматизированному будущему не должен вызывать панику, если есть достаточная политическая воля для содействия переподготовке работников, чьи должности становятся устаревшими.
Согласно исследованию, опубликованному в 2020 году в журнале Journal of Political Economy , автоматизация оказывает сильное негативное влияние на занятость и заработную плату: «Еще один робот на тысячу работников снижает соотношение занятости и численности населения на 0,2 процентных пункта, а заработную плату — на 0,42%» [64] .
Исследование Карла Бенедикта Фрея и Майкла Осборна из Оксфордской школы Мартина утверждает, что сотрудники, занятые «задачами, следующими четко определенным процедурам, которые могут быть легко выполнены сложными алгоритмами», подвергаются риску увольнения, и 47% рабочих мест в США были под угрозой. Исследование, выпущенное в качестве рабочего документа в 2013 году и опубликованное в 2017 году, предсказало, что автоматизация подвергнет низкооплачиваемые физические профессии наибольшему риску, путем опроса группы коллег об их мнении. [65] Однако, согласно исследованию, опубликованному в McKinsey Quarterly [66] в 2015 году, влияние компьютеризации в большинстве случаев заключается не в замене сотрудников, а в автоматизации частей задач, которые они выполняют. [67] Методология исследования McKinsey подверглась резкой критике за непрозрачность и опору на субъективные оценки. [68] Методология Фрея и Осборна подверглась критике за отсутствие доказательств, исторической осведомленности или надежной методологии. [69] [70] Кроме того, Организация экономического сотрудничества и развития ( ОЭСР ) обнаружила, что в 21 стране ОЭСР 9% рабочих мест поддаются автоматизации. [71]
Администрация Обамы указала, что каждые 3 месяца «около 6 процентов рабочих мест в экономике уничтожаются из-за сокращения или закрытия предприятий, в то время как немного больший процент рабочих мест добавляется». [72] Недавнее экономическое исследование Массачусетского технологического института по автоматизации в США с 1990 по 2007 год показало, что внедрение роботов в отрасль может иметь негативное влияние на занятость и заработную плату. Когда на тысячу работников добавляется один робот, соотношение занятости к численности населения уменьшается на 0,18–0,34 процента, а заработная плата снижается на 0,25–0,5 процентных пункта. В течение изучаемого периода времени в экономике США было не так много роботов, что ограничивает влияние автоматизации. Однако ожидается, что автоматизация утроится (консервативная оценка) или учетверится (щедрая оценка), что приведет к существенному росту этих цифр. [73]
На основе формулы Жиля Сен-Поля , экономиста из Тулузского университета 1 , спрос на неквалифицированный человеческий капитал снижается медленнее, чем растет спрос на квалифицированный человеческий капитал. [74] В долгосрочной перспективе и для общества в целом это привело к удешевлению продукции, сокращению средней продолжительности рабочего времени и формированию новых отраслей (например, робототехнической промышленности, компьютерной промышленности, индустрии дизайна). Эти новые отрасли обеспечивают экономику множеством высокооплачиваемых рабочих мест, требующих навыков. К 2030 году от 3 до 14 процентов мировой рабочей силы будут вынуждены сменить категорию работы из-за автоматизации, которая уничтожит рабочие места в целом секторе. Хотя количество рабочих мест, потерянных из-за автоматизации, часто компенсируется рабочими местами, полученными благодаря технологическим достижениям, тот же тип потери рабочих мест не является тем же самым, который заменяется и приводит к росту безработицы в нижнем среднем классе. Это происходит в основном в США и развитых странах, где технологические достижения способствуют повышению спроса на высококвалифицированную рабочую силу, но спрос на рабочую силу со средней заработной платой продолжает падать. Экономисты называют эту тенденцию «поляризацией доходов», при которой заработная плата неквалифицированного труда снижается, а квалифицированного труда — повышается, и, по прогнозам, она сохранится в развитых экономиках. [75]
Безработица становится проблемой в США из-за экспоненциального роста автоматизации и технологий. По словам Кима, Кима и Ли (2017:1), «основополагающее исследование Фрея и Осборна в 2013 году предсказало, что 47% из 702 изученных профессий в США столкнутся с высоким риском снижения уровня занятости в течение следующих 10–25 лет в результате компьютеризации». Поскольку многие рабочие места устаревают, что приводит к перемещению рабочих мест, одним из возможных решений для правительства могла бы стать помощь с программой универсального базового дохода (UBI). UBI будет гарантированным, необлагаемым налогом доходом в размере около 1000 долларов в месяц, выплачиваемым всем гражданам США старше 21 года. UBI поможет тем, кто увольняется, устроиться на работу с меньшей зарплатой и все равно сможет выжить. Это также даст тем, кто работает на рабочих местах, которые, вероятно, будут заменены автоматизацией и технологиями, дополнительные деньги на образование и обучение новым востребованным навыкам трудоустройства. Однако БОД следует рассматривать как краткосрочное решение, поскольку оно не решает в полной мере проблему неравенства доходов, которая усугубится из-за сокращения рабочих мест.
Производство по технологии Lights-out — это производственная система, в которой не задействованы рабочие, что позволяет исключить затраты на рабочую силу.
Производство без света стало популярным в США, когда в 1982 году General Motors внедрила производство без участия человека, чтобы «заменить бюрократию, не склонную к риску, автоматизацией и роботами». Однако завод так и не достиг статуса полного «без света». [76]
Расширение производства лампочек требует: [77]
Затраты на автоматизацию для окружающей среды различаются в зависимости от технологии, продукта или автоматизированного двигателя. Существуют автоматизированные двигатели, которые потребляют больше энергетических ресурсов Земли по сравнению с предыдущими двигателями и наоборот. [ необходима цитата ] Опасные операции, такие как переработка нефти , производство промышленных химикатов и все формы металлообработки , всегда были ранними претендентами на автоматизацию. [ сомнительно – обсудить ] [ необходима цитата ]
Автоматизация транспортных средств может оказать существенное влияние на окружающую среду, хотя характер этого воздействия может быть как полезным, так и вредным в зависимости от нескольких факторов. Поскольку автоматизированные транспортные средства гораздо реже попадают в аварии по сравнению с транспортными средствами, управляемыми людьми, некоторые меры предосторожности, встроенные в текущие модели (такие как антиблокировочная система тормозов или ламинированное стекло ), не потребуются для версий с самостоятельным управлением. Удаление этих функций безопасности снижает вес транспортного средства, а в сочетании с более точным ускорением и торможением, а также экономичным картированием маршрутов может повысить экономию топлива и сократить выбросы. Несмотря на это, некоторые исследователи предполагают, что увеличение производства беспилотных автомобилей может привести к буму владения и использования транспортных средств, что может потенциально свести на нет любые экологические преимущества беспилотных автомобилей, если они будут использоваться чаще. [78]
Автоматизация домов и бытовой техники также, как полагают, влияет на окружающую среду. Исследование энергопотребления автоматизированных домов в Финляндии показало, что умные дома могут снизить потребление энергии, контролируя уровни потребления в разных зонах дома и регулируя потребление для сокращения утечек энергии (например, автоматически снижая потребление в ночное время, когда активность низкая). Это исследование, наряду с другими, показало, что способность умного дома контролировать и регулировать уровни потребления сократит ненужное потребление энергии. Однако некоторые исследования показывают, что умные дома могут быть не такими эффективными, как неавтоматизированные дома. Более недавнее исследование показало, что, хотя мониторинг и регулировка уровней потребления действительно снижают ненужное потребление энергии, этот процесс требует систем мониторинга, которые также потребляют определенное количество энергии. Энергия, необходимая для работы этих систем, иногда сводит на нет их преимущества, что приводит к незначительной или нулевой экологической выгоде. [79]
Другим важным сдвигом в автоматизации является возросший спрос на гибкость и конвертируемость в производственных процессах . Производители все чаще требуют возможности легкого переключения с производства продукта A на производство продукта B без необходимости полной перестройки производственных линий . Гибкость и распределенные процессы привели к внедрению автоматизированных управляемых транспортных средств с навигацией по естественным признакам.
Цифровая электроника тоже помогла. Прежние аналоговые приборы были заменены цифровыми эквивалентами, которые могут быть более точными и гибкими, и предлагают больше возможностей для более сложной конфигурации , параметризации и эксплуатации. Это сопровождалось революцией полевых шин , которая предоставила сетевые (т. е. один кабель) средства связи между системами управления и приборами полевого уровня, устраняя жесткую проводку.
Дискретные производственные предприятия быстро приняли эти технологии. Более консервативные перерабатывающие отрасли с их более длительными жизненными циклами предприятий медленнее внедряли их, и аналоговые измерения и управление по-прежнему доминируют. Растущее использование промышленного Ethernet на заводах еще больше продвигает эти тенденции, позволяя производственным предприятиям интегрироваться более тесно в рамках предприятия, через Интернет, если это необходимо. Глобальная конкуренция также увеличила спрос на реконфигурируемые производственные системы . [80]
Инженеры теперь могут иметь числовое управление автоматизированными устройствами. Результатом стало быстрое расширение спектра приложений и человеческой деятельности. Компьютерные технологии (или CAx) теперь служат основой для математических и организационных инструментов, используемых для создания сложных систем. Известными примерами CAx являются автоматизированное проектирование (программное обеспечение CAD) и автоматизированное производство (программное обеспечение CAM). Улучшенное проектирование, анализ и производство продукции, обеспечиваемые CAx, были полезны для промышленности. [81]
Информационные технологии , вместе с промышленным оборудованием и процессами , могут помочь в проектировании, внедрении и мониторинге систем управления. Одним из примеров промышленной системы управления является программируемый логический контроллер (ПЛК). ПЛК — это специализированные защищенные компьютеры, которые часто используются для синхронизации потока входных данных от (физических) датчиков и событий с потоком выходных данных к исполнительным механизмам и событиям. [82]
Интерфейсы человек-машина (HMI) или компьютерные интерфейсы человек-машина (CHI), ранее известные как интерфейсы человек-машина , обычно используются для связи с ПЛК и другими компьютерами. Обслуживающий персонал, который контролирует и управляет через HMI, может называться по-разному. В промышленных процессах и производственных средах их называют операторами или как-то похоже. В котельных и центральных коммунальных службах их называют стационарными инженерами . [83]
Существуют различные типы средств автоматизации:
Программное обеспечение для моделирования хоста (HSS) — это широко используемый инструмент тестирования, который используется для тестирования программного обеспечения оборудования. HSS используется для тестирования производительности оборудования относительно стандартов автоматизации производства (тайм-ауты, время отклика, время обработки). [84]
Когнитивная автоматизация, как подмножество ИИ, является новым видом автоматизации, поддерживаемым когнитивными вычислениями . Ее основная задача — автоматизация канцелярских задач и рабочих процессов, которые состоят из структурирования неструктурированных данных . [ требуется ссылка ] Когнитивная автоматизация опирается на несколько дисциплин: обработку естественного языка , вычисления в реальном времени , алгоритмы машинного обучения , аналитику больших данных и обучение на основе фактических данных . [85]
По данным Deloitte , когнитивная автоматизация позволяет воспроизводить человеческие задачи и суждения «на высокой скорости и в значительных масштабах». [86] К таким задачам относятся:
Искусственно-интеллектуальное автоматизированное проектирование (САПР) может использовать преобразование текста в 3D, изображений в 3D и видео в 3D для автоматизации 3D -моделирования . [87] Библиотеки САПР на основе ИИ также могут быть разработаны с использованием связанных открытых данных схем и диаграмм . [88] Помощники САПР на основе ИИ используются в качестве инструментов для упрощения рабочего процесса. [89]
Такие технологии, как солнечные панели , ветряные турбины и другие возобновляемые источники энергии , а также интеллектуальные сети , микросети и аккумуляторные батареи могут автоматизировать производство электроэнергии.
Многие сельскохозяйственные операции автоматизированы с помощью машин и оборудования для улучшения диагностики, принятия решений и/или выполнения. Сельскохозяйственная автоматизация может облегчить тяжелую сельскохозяйственную работу, улучшить своевременность и точность сельскохозяйственных операций, повысить производительность и эффективность использования ресурсов, повысить устойчивость и улучшить качество и безопасность продуктов питания. [90] Повышение производительности может высвободить рабочую силу, позволяя сельскохозяйственным домохозяйствам проводить больше времени в другом месте. [91]
Технологическая эволюция в сельском хозяйстве привела к постепенному переходу на цифровое оборудование и робототехнику. [90] Моторизованная механизация, использующая мощность двигателя, автоматизирует выполнение сельскохозяйственных операций, таких как вспашка и доение. [92] Благодаря цифровым технологиям автоматизации также становится возможным автоматизировать диагностику и принятие решений в сельскохозяйственных операциях. [90] Например, автономные роботы-уборщики урожая могут собирать урожай и сеять урожай, в то время как дроны могут собирать информацию, чтобы помочь автоматизировать внесение входных данных. [91] Точное земледелие часто использует такие технологии автоматизации [91]
Моторизованная механизация в целом возросла в последние годы. [93] Африка к югу от Сахары является единственным регионом, где внедрение моторизованной механизации застопорилось за последние десятилетия. [94] [91]
Технологии автоматизации все чаще используются для управления скотом, хотя данные об их внедрении отсутствуют. Глобальные продажи автоматических доильных систем выросли за последние годы, [95] но внедрение, скорее всего, в основном происходит в Северной Европе, [96] и, вероятно, почти отсутствует в странах с низким и средним уровнем дохода. [97] [91] Автоматизированные кормораздаточные машины для коров и птицы также существуют, но данные и свидетельства относительно тенденций и движущих факторов их внедрения также скудны. [91] [93]
Многие супермаркеты и даже небольшие магазины быстро внедряют системы самообслуживания, сокращая необходимость в найме кассиров. В США в розничной торговле по состоянию на 2017 год занято 15,9 млн человек (примерно 1 из 9 американцев в рабочей силе). По оценкам, в мире около 192 млн работников могут быть затронуты автоматизацией, согласно исследованию Eurasia Group . [98]
Интернет-магазины можно считать формой автоматизированной розничной торговли, поскольку оплата и оформление заказа осуществляются через автоматизированную систему обработки онлайн-транзакций , при этом доля учета онлайн-розницы выросла с 5,1% в 2011 году до 8,3% в 2016 году. [ требуется цитата ] Однако две трети книг, музыки и фильмов теперь покупаются онлайн. Кроме того, автоматизация и онлайн-магазины могут снизить спрос на торговые центры и торговую недвижимость, которая в Соединенных Штатах в настоящее время оценивается в 31% всей коммерческой недвижимости или около 7 миллиардов квадратных футов (650 миллионов квадратных метров). Amazon получил большую часть роста в последние годы для онлайн-магазинов, составив половину роста онлайн-розницы в 2016 году. [98] Другие формы автоматизации также могут быть неотъемлемой частью онлайн-магазинов, например, развертывание автоматизированной складской робототехники, такой как та, что применяется Amazon с использованием Kiva Systems .
Индустрия розничной торговли продуктами питания начала применять автоматизацию к процессу заказа; McDonald's внедрил сенсорные экраны для заказа и оплаты во многих своих ресторанах, что сократило необходимость в таком количестве кассиров. [99] Техасский университет в Остине внедрил полностью автоматизированные розничные точки кафе. [100] Некоторые кафе и рестораны использовали мобильные и планшетные « приложения », чтобы сделать процесс заказа более эффективным, поскольку клиенты заказывают и оплачивают заказы со своих устройств. [101] Некоторые рестораны автоматизировали доставку еды к столам клиентов с помощью системы конвейерных лент . Иногда для замены обслуживающего персонала используются роботы . [102]
Автоматизация в строительстве — это сочетание методов, процессов и систем, которые обеспечивают большую автономность машин в строительных работах. Автоматизация строительства может иметь несколько целей, включая, помимо прочего, снижение травматизма на рабочих площадках , сокращение времени выполнения работ и помощь в контроле и обеспечении качества . [103]
Автоматизированная добыча подразумевает исключение человеческого труда из процесса добычи . [104] В настоящее время горнодобывающая промышленность находится в процессе перехода к автоматизации. В настоящее время она все еще может требовать большого количества человеческого капитала , особенно в странах третьего мира , где стоимость рабочей силы низкая, поэтому меньше стимулов для повышения эффективности за счет автоматизации.
Агентство перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США ( DARPA ) начало исследования и разработки программы автоматизированного визуального наблюдения и мониторинга (VSAM) в период с 1997 по 1999 год и программы воздушного видеонаблюдения (AVS) в период с 1998 по 2002 год. В настоящее время в сообществе специалистов по зрению ведутся основные работы по разработке полностью автоматизированной системы слежения и наблюдения . Автоматизированное видеонаблюдение отслеживает людей и транспортные средства в режиме реального времени в оживленной среде. Существующие автоматизированные системы наблюдения основаны на среде, для наблюдения за которой они в первую очередь предназначены, т. е. внутри помещения, на открытом воздухе или в воздухе, на количестве датчиков, которые может обрабатывать автоматизированная система, и на мобильности датчиков, т. е. стационарная камера или мобильная камера. Целью системы наблюдения является запись свойств и траекторий объектов в заданной области, выдача предупреждений или уведомление уполномоченных органов в случае возникновения определенных событий. [105]
По мере роста требований к безопасности и мобильности и увеличения технологических возможностей возрос интерес к автоматизации. Стремясь ускорить разработку и внедрение полностью автоматизированных транспортных средств и автомагистралей, Конгресс США выделил более 650 миллионов долларов на шесть лет на интеллектуальные транспортные системы (ИТС) и демонстрационные проекты в Законе об эффективности интермодальных наземных перевозок (ISTEA) 1991 года . Конгресс постановил в ISTEA, что: [106]
[Т]е министр транспорта должен разработать автоматизированную автомагистраль и прототип транспортного средства, на основе которых могут быть разработаны будущие полностью автоматизированные интеллектуальные системы транспортного средства-автомагистрали. Такая разработка должна включать исследования человеческого фактора для обеспечения успеха отношений человек-машина. Цель этой программы - иметь первую полностью автоматизированную автомагистраль или автоматизированный испытательный трек в эксплуатации к 1997 году. Эта система должна обеспечить установку оборудования на новые и существующие автомобили.
Полная автоматизация обычно определяется как не требующая никакого контроля или очень ограниченного контроля со стороны водителя; такая автоматизация будет осуществляться посредством комбинации датчиков, компьютеров и систем связи в транспортных средствах и вдоль проезжей части. Полностью автоматизированное вождение, в теории, позволит сократить интервал между транспортными средствами и увеличить скорость, что может повысить пропускную способность в местах, где дополнительное дорожное строительство физически невозможно, политически неприемлемо или чрезмерно дорого. Автоматизированное управление также может повысить безопасность дорожного движения, уменьшив возможность ошибки водителя, которая является причиной большой доли автомобильных аварий. Другие потенциальные преимущества включают улучшение качества воздуха (в результате более эффективных транспортных потоков), повышение экономии топлива и побочные технологии, созданные в ходе исследований и разработок, связанных с автоматизированными системами автомагистралей. [107]
Автоматизированные мусоровозы исключают необходимость в большом количестве рабочих, а также снижают уровень рабочей силы, необходимой для предоставления услуги. [108]
Автоматизация бизнес-процессов (BPA) — это технологически поддерживаемая автоматизация сложных бизнес-процессов . [109] Она может помочь упростить бизнес, добиться цифровой трансформации , повысить качество обслуживания , улучшить предоставление услуг или сдержать затраты. BPA состоит из интеграции приложений, реструктуризации трудовых ресурсов и использования программных приложений по всей организации. Роботизированная автоматизация процессов (RPA; или RPAAI для самоуправляемого RPA 2.0) — это новая область в BPA, использующая ИИ. BPA могут быть внедрены в ряде областей бизнеса, включая маркетинг, продажи и рабочий процесс.
Домашняя автоматизация (также называемая домотика ) обозначает новую практику повышенной автоматизации бытовых приборов и функций в жилых домах, в частности, с помощью электронных средств, которые позволяют делать вещи, которые были непрактичны, слишком дороги или просто невозможны в последние десятилетия. Рост использования решений для домашней автоматизации принял поворот, отражающий возросшую зависимость людей от таких решений для автоматизации. Однако повышенный комфорт, который добавляется с помощью этих решений для автоматизации, примечателен. [110]
Автоматизация необходима для многих научных и клинических приложений. [111] Поэтому автоматизация широко применяется в лабораториях. Уже с 1980 года полностью автоматизированные лаборатории работают. [112] Однако автоматизация не получила широкого распространения в лабораториях из-за ее высокой стоимости. Это может измениться с возможностью интеграции недорогих устройств со стандартным лабораторным оборудованием. [113] [114] Автосамплеры являются распространенными устройствами, используемыми в лабораторной автоматизации.
Автоматизация логистики — это применение компьютерного программного обеспечения или автоматизированного оборудования для повышения эффективности логистических операций. Обычно это относится к операциям на складе или в распределительном центре , а более широкие задачи выполняются системами проектирования цепочек поставок и системами планирования ресурсов предприятия .
Промышленная автоматизация в первую очередь занимается автоматизацией процессов производства , контроля качества и обработки материалов . Контроллеры общего назначения для промышленных процессов включают программируемые логические контроллеры , автономные модули ввода-вывода и компьютеры. Промышленная автоматизация заключается в замене действий человека и ручных действий по командам-ответам на использование механизированного оборудования и логических программных команд. Одной из тенденций является более широкое использование машинного зрения [115] для обеспечения функций автоматического контроля и управления роботом, другой — постоянное увеличение использования роботов. Промышленная автоматизация просто необходима в отраслях.
Рост промышленной автоматизации напрямую связан с « Четвертой промышленной революцией », которая сейчас более известна как Промышленность 4.0. Возникшая в Германии, Промышленность 4.0 охватывает многочисленные устройства, концепции и машины, [116] , а также развитие промышленного Интернета вещей (IIoT). « Интернет вещей — это бесшовная интеграция различных физических объектов в Интернете через виртуальное представление». [117] Эти новые революционные достижения привлекли внимание к миру автоматизации в совершенно новом свете и показали пути его развития для повышения производительности и эффективности машин и производственных предприятий. Промышленность 4.0 работает с IIoT и программным обеспечением/аппаратным обеспечением для подключения таким образом, чтобы (с помощью коммуникационных технологий ) добавлять усовершенствования и улучшать производственные процессы. Возможность создания более интеллектуального, безопасного и более передового производства теперь возможна с этими новыми технологиями. Это открывает производственную платформу, которая является более надежной, последовательной и эффективной, чем раньше. Внедрение таких систем, как SCADA, является примером программного обеспечения, которое имеет место в промышленной автоматизации сегодня. SCADA — это программное обеспечение для сбора данных надзора, одно из многих, используемых в промышленной автоматизации. [118] Индустрия 4.0 охватывает многие области производства и будет продолжать это делать с течением времени. [116]
Промышленная робототехника — это подраздел промышленной автоматизации, который помогает в различных производственных процессах. Такие производственные процессы включают в себя обработку, сварку, покраску, сборку и обработку материалов, и это лишь некоторые из них. [119] Промышленные роботы используют различные механические, электрические, а также программные системы, чтобы обеспечить высокую точность, аккуратность и скорость, которые намного превосходят любые человеческие возможности. Рождение промышленных роботов произошло вскоре после Второй мировой войны, когда США увидели необходимость в более быстром способе производства промышленных и потребительских товаров. [120] Сервоприводы, цифровая логика и твердотельная электроника позволили инженерам создавать более совершенные и быстрые системы, и со временем эти системы были улучшены и пересмотрены до такой степени, что один робот способен работать 24 часа в сутки с минимальным обслуживанием или без него. В 1997 году использовалось 700 000 промышленных роботов, а в 2017 году их число возросло до 1,8 млн. [121] В последние годы ИИ с робототехникой также используется для создания автоматического решения по маркировке, используя роботизированные руки в качестве автоматического аппликатора этикеток, а ИИ — для обучения и обнаружения продуктов, подлежащих маркировке. [122]
Промышленная автоматизация включает программируемые логические контроллеры в производственный процесс. Программируемые логические контроллеры (ПЛК) используют систему обработки, которая позволяет изменять элементы управления входами и выходами с помощью простого программирования. ПЛК используют программируемую память, сохраняя инструкции и функции, такие как логика, последовательность, синхронизация, подсчет и т. д. Используя логический язык, ПЛК может получать различные входы и возвращать различные логические выходы, причем входными устройствами являются датчики, а выходными устройствами — двигатели, клапаны и т. д. ПЛК похожи на компьютеры, однако, в то время как компьютеры оптимизированы для вычислений, ПЛК оптимизированы для задач управления и использования в промышленных средах. Они построены таким образом, что требуются только базовые знания логического программирования и для обработки вибраций, высоких температур, влажности и шума. Наибольшее преимущество, которое предлагают ПЛК, — это их гибкость. С теми же базовыми контроллерами ПЛК может управлять целым рядом различных систем управления. ПЛК делают ненужным перемонтаж системы для изменения системы управления. Эта гибкость приводит к экономически эффективной системе для сложных и разнообразных систем управления. [123]
ПЛК могут варьироваться от небольших «кирпичиков» устройств с десятками входов/выходов в корпусе, встроенном в процессор, до больших монтируемых в стойку модульных устройств с количеством входов/выходов в тысячи, которые часто объединяются в сеть с другими системами ПЛК и SCADA .
Они могут быть разработаны для множественных конфигураций цифровых и аналоговых входов и выходов (I/O), расширенных температурных диапазонов, устойчивости к электрическим помехам и устойчивости к вибрации и ударам. Программы для управления работой машины обычно хранятся в резервной или энергонезависимой памяти .
Именно в автомобильной промышленности США родился ПЛК. До появления ПЛК логика управления, последовательности и блокировки безопасности для производства автомобилей в основном состояла из реле , кулачковых таймеров , барабанных секвенсоров и специализированных контроллеров с обратной связью. Поскольку их могло быть сотни или даже тысячи, процесс обновления таких объектов для ежегодной смены модели был очень трудоемким и дорогим, поскольку электрикам приходилось индивидуально перемонтировать реле, чтобы изменить их рабочие характеристики.
Когда цифровые компьютеры стали доступны, будучи программируемыми устройствами общего назначения, они вскоре стали применяться для управления последовательной и комбинаторной логикой в промышленных процессах. Однако эти ранние компьютеры требовали специалистов-программистов и строгого контроля рабочей среды для температуры, чистоты и качества электроэнергии. Чтобы справиться с этими проблемами, был разработан ПЛК с несколькими ключевыми атрибутами. Он мог бы выдерживать условия цеха, он мог бы поддерживать дискретный (битовый) ввод и вывод легко расширяемым образом, он не требовал бы многолетнего обучения для использования и позволял бы контролировать свою работу. Поскольку многие промышленные процессы имеют временные шкалы, легко решаемые миллисекундным временем отклика, современная (быстрая, маленькая, надежная) электроника значительно облегчает создание надежных контроллеров, и производительность могла быть принесена в жертву надежности. [124]
Автоматизация с помощью агента относится к автоматизации, используемой агентами колл-центра для обработки запросов клиентов. Ключевым преимуществом автоматизации с помощью агента является соответствие требованиям и защита от ошибок. Агенты иногда не полностью обучены или забывают или игнорируют ключевые шаги в процессе. Использование автоматизации гарантирует, что то, что должно произойти во время вызова, действительно происходит, каждый раз. Существует два основных типа: автоматизация рабочего стола и автоматизированные голосовые решения.
По сути, существует два типа контура управления: управление с разомкнутым контуром (прямая связь) и управление с замкнутым контуром (обратная связь).
При управлении с открытым контуром управляющее воздействие контроллера не зависит от «выходного сигнала процесса» (или «регулируемой переменной процесса»). Хорошим примером этого является котел центрального отопления, управляемый только таймером, так что тепло подается в течение постоянного времени, независимо от температуры здания. Управляющим воздействием является включение/выключение котла, но управляемой переменной должна быть температура здания, но это не так, поскольку это управление котлом с открытым контуром, которое не дает замкнутого контура управления температурой.
В управлении с замкнутым контуром управляющее воздействие контроллера зависит от выходного сигнала процесса. В случае аналогии с котлом это будет включать термостат для контроля температуры здания и, таким образом, обратной связи сигнала, чтобы гарантировать, что контроллер поддерживает температуру здания на уровне, установленном на термостате. Таким образом, контроллер с замкнутым контуром имеет контур обратной связи, который гарантирует, что контроллер применяет управляющее воздействие для выдачи выходного сигнала процесса, такого же, как «опорный вход» или «заданное значение». По этой причине контроллеры с замкнутым контуром также называются контроллерами с обратной связью. [125]
Определение замкнутой системы управления согласно Британскому институту стандартов : «система управления, обладающая обратной связью мониторинга, причем сигнал отклонения, сформированный в результате этой обратной связи, используется для управления действием конечного элемента управления таким образом, чтобы стремиться свести отклонение к нулю». [126]
Аналогично; « Система управления с обратной связью — это система, которая стремится поддерживать заданное соотношение одной системной переменной к другой путем сравнения функций этих переменных и использования разницы в качестве средства управления». [127]Одним из самых простых типов управления является управление включением-выключением . Примером может служить термостат, используемый в бытовых приборах, который либо размыкает, либо замыкает электрический контакт. (Изначально термостаты были разработаны как настоящие механизмы управления с обратной связью, а не как обычный термостат для бытовых приборов, работающий по принципу включения-выключения.)
Управление последовательностью, при котором выполняется запрограммированная последовательность дискретных операций, часто на основе системной логики, которая включает состояния системы. Система управления лифтом является примером управления последовательностью.
Пропорционально-интегрально-дифференциальный регулятор (ПИД-регулятор) — это механизм обратной связи контура управления ( регулятор ), широко используемый в промышленных системах управления .
В контуре ПИД контроллер непрерывно вычисляет значение ошибки как разницу между требуемой уставкой и измеренной переменной процесса и применяет коррекцию на основе пропорциональных , интегральных и производных членов соответственно (иногда обозначаемых как P , I и D ), которые и дали название типу контроллера.
Теоретическое понимание и применение датируются 1920-ми годами, и они реализованы практически во всех аналоговых системах управления; первоначально в механических контроллерах, затем с использованием дискретной электроники и, наконец, в промышленных технологических компьютерах.
Последовательное управление может быть либо фиксированной последовательностью, либо логической, которая будет выполнять различные действия в зависимости от различных состояний системы. Примером регулируемой, но в остальном фиксированной последовательности является таймер на газонном разбрызгивателе.
Состояния относятся к различным условиям, которые могут возникнуть в сценарии использования или последовательности системы. Примером является лифт, который использует логику, основанную на состоянии системы, для выполнения определенных действий в ответ на свое состояние и ввод оператора. Например, если оператор нажимает кнопку этажа n, система будет реагировать в зависимости от того, остановлен ли лифт или движется, идет вверх или вниз, открыта или закрыта дверь, и других условий. [128]
Раннее развитие последовательного управления было релейной логикой , с помощью которой электрические реле задействуют электрические контакты, которые либо запускают, либо прерывают питание устройства. Реле впервые использовались в телеграфных сетях, прежде чем были разработаны для управления другими устройствами, например, при запуске и остановке промышленных электродвигателей или открытии и закрытии соленоидных клапанов . Использование реле для целей управления позволило реализовать управление, управляемое событиями, где действия могли запускаться вне последовательности в ответ на внешние события. Они были более гибкими в своем ответе, чем жесткие однопоточные кулачковые таймеры . Более сложные примеры включали поддержание безопасных последовательностей для таких устройств, как управление поворотным мостом, где задвижка замка должна была быть отсоединена, прежде чем мост мог быть перемещен, и задвижка замка не могла быть отпущена, пока защитные ворота не были закрыты.
Общее количество реле и кулачковых таймеров может исчисляться сотнями или даже тысячами на некоторых заводах. Для того, чтобы сделать такие системы управляемыми, требовались ранние методы и языки программирования , одним из первых была релейная логика , где схемы взаимосвязанных реле напоминали ступеньки лестницы. Специальные компьютеры, называемые программируемыми логическими контроллерами, были позже разработаны для замены этих наборов оборудования одним, более легко перепрограммируемым блоком.
В типичной жесткой схеме запуска и остановки двигателя (называемой схемой управления ) двигатель запускается нажатием кнопки «Пуск» или «Работа», которая активирует пару электрических реле. Реле «блокировки» блокирует контакты, которые поддерживают цепь управления под напряжением при отпускании кнопки. (Кнопка запуска — это нормально открытый контакт, а кнопка остановки — нормально закрытый контакт.) Другое реле активирует переключатель, который питает устройство, которое включает выключатель стартера двигателя (три набора контактов для трехфазного промышленного питания) в главной цепи питания. Большие двигатели используют высокое напряжение и испытывают высокий пусковой ток, что делает скорость важной при замыкании и размыкании контакта. Это может быть опасно для персонала и имущества при использовании ручных переключателей. Контакты «блокировки» в цепи запуска и основные контакты питания двигателя удерживаются во включенном состоянии соответствующими электромагнитами до тех пор, пока не будет нажата кнопка «Стоп» или «Выкл.», которая обесточивает реле блокировки. [129]
Обычно блокировки добавляются в цепь управления. Предположим, что двигатель в примере приводит в действие оборудование, которому критически необходима смазка. В этом случае можно добавить блокировку, чтобы гарантировать, что масляный насос работает до запуска двигателя. Таймеры, концевые выключатели и электрические глаза — другие распространенные элементы в цепях управления.
Электромагнитные клапаны широко используются на сжатом воздухе или гидравлической жидкости для питания приводов на механических компонентах. В то время как двигатели используются для обеспечения непрерывного вращательного движения , приводы, как правило, являются лучшим выбором для периодического создания ограниченного диапазона движения для механического компонента, такого как перемещение различных механических рычагов, открытие или закрытие клапанов , подъем тяжелых пресс-валков, приложение давления к прессам.
Компьютеры могут выполнять как последовательное управление, так и управление с обратной связью, и обычно один компьютер будет выполнять и то, и другое в промышленном приложении. Программируемые логические контроллеры (ПЛК) — это тип микропроцессора специального назначения , который заменил многие аппаратные компоненты, такие как таймеры и барабанные секвенсоры, используемые в системах релейного логического типа. Компьютеры управления технологическими процессами общего назначения все чаще заменяют автономные контроллеры, при этом один компьютер способен выполнять операции сотен контроллеров. Компьютеры управления технологическими процессами могут обрабатывать данные из сети ПЛК, приборов и контроллеров для реализации типичного (например, ПИД) управления многими отдельными переменными или, в некоторых случаях, для реализации сложных алгоритмов управления с использованием нескольких входов и математических манипуляций. Они также могут анализировать данные и создавать графические дисплеи в реальном времени для операторов и запускать отчеты для операторов, инженеров и руководства.
Управление банкоматом ( ATM) является примером интерактивного процесса, в котором компьютер будет выполнять логически выведенный ответ на выбор пользователя на основе информации, полученной из сетевой базы данных. Процесс ATM имеет сходство с другими процессами онлайн-транзакций. Различные логические ответы называются сценариями . Такие процессы обычно разрабатываются с помощью вариантов использования и блок-схем , которые направляют написание программного кода. Самым ранним механизмом управления с обратной связью были водяные часы, изобретенные греческим инженером Ктесибием (285–222 до н. э.).
[…] Другим отмеченным моментом было широкое использование малогабаритных
твердотельных
логических
(таких как "
и
," "
или
," "
не
") и
контрольно-измерительных приборов
(таймеров, усилителей и т. д.) блоков. Казалось бы, здесь есть хороший случай для различных производителей стандартизировать практические детали, такие как монтаж, соединения и источники питания, так что, скажем,
Siemens
"
Simatic
," был напрямую взаимозаменяем с
Ateliers des Constructions Electronique de Charleroi
"
Logacec
,"
Telefunken
" Logistat," или
Mullard
"
Norbit
" или "
Combi-element
. […]
Очень немногие профессии будут полностью автоматизированы в ближайшей или среднесрочной перспективе. Скорее, некоторые виды деятельности с большей вероятностью будут автоматизированы...
Технологическая автоматизация повлияет почти на все профессии и может изменить работу, согласно новому исследованию McKinsey
{{cite journal}}: CS1 maint: DOI неактивен по состоянию на июль 2024 г. ( ссылка )
В этой статье использован текст из свободного контента . Лицензия CC BY-SA 3.0 (лицензионное заявление/разрешение). Текст взят из In Brief to The State of Food and Agriculture 2022 – Leveraging automation in agriculture for Transforming agrifood systems, FAO, FAO.
Определения из Викисловаря
Медиа из Commons
Цитаты из Викицитатника
Ресурсы из Викиверситета