Автоматизация как одно из направлений научно-технического прогресса

Размещено на http://www.allbest.ru/

Введение

Известно, что автоматизация является инженерной наукой и охватывает программные и технические концепции, методы, средства, продукты и решения по управлению и регулированию автоматизированного производства, включая его разработку, проектирование и модернизацию.

Инженерные науки - область человеческой интеллектуальной деятельности, дисциплина, профессия, задачей которой является применение достижений науки, техники, использование законов и природных ресурсов для решения конкретных проблем, целей и задач человечества. Совет американских Инженеров по Профессиональному Развитию дал следующее определение термину «инженерия» :

Творческое применение научных принципов для проектирования или разработки структур, машин, аппаратуры, производственных процессов, или работа по использованию их отдельно или в комбинации; конструирование или управление тем же самым с полным знанием их дизайна; предсказание их поведения под определёнными эксплуатационными режимами.

Инженеры в каждой отрасли получают знания и умения, которые могут быть применены в различных областях. В своей работе они все чаще прибегают к помощи компьютерных систем при проверке и испытаниях различных производственных продуктов, проектировании технических и технологических систем, их производстве и анализе. Сложные комплексные проекты требуют всестороннего подхода в изучении, поэтому над ними могут трудиться группы инженеров разных специальностей, каждый из которых выполняет свою часть работы. Инженеры-контролеры ответственны за определенный участок, за людей, технику, оборудование и процесс производства.

Цель доклада изучить специальность автоматизация и управления как отрасль науки, ознакомится с техническими науками. Автоматизация -- одно из направлений научно-технического прогресса, использующее саморегулирующие технические средства и математические методы с целью освобождения человека от участия в процессах получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов, изделий или информации, либо существенного уменьшения степени этого участия или трудоёмкости выполняемых операций.

1. Краткая история развития автоматики

автоматизация производство научный технический

Развитие мировой техники шло в трех направлениях:

1. Создание машин двигателей (водяные, ветряные, паровые, дизельные и электрические), которые освободили человека от тяжелого физического труда;

2. Создание машин-орудий, т.е. станков и технологического оборудования различного назначения.

3. Создание машин для контроля и управления производственными процессами. Развитие этого направления было вызвано необходимостью надежно, точно и быстро управлять машинами-двигателями, машинами-орудиями и сложными технологическими процессами.

Идея создания машин и механизмов, которые бы работали без участия человека, возникла в древности. Первые автоматические действующие устройства, созданные людьми, создавались и использовались в религиозных или развлекательных целях. Практического значения автоматы древности и средневековья, за редким исключением, не имели.

С необходимостью построения управляющих устройств первыми столкнулись создатели высокоточных механизмов, в первую очередь, часов. Даже очень небольшие, но действующие непрерывно, помехи, накапливаясь, приводили, в конечном итоге, к отклонениям от нормального хода, недопустимым по условиям точности. Противодействовать им чисто конструктивными методами, например, улучшая точность и чистоту обработки деталей, повышая их массу или увеличивая полезные усилия, не всегда удавалось. И для повышения точности, в состав часов стали вводить регуляторы. На рубеже нашей эры арабы снабдили поплавковым регулятором уровня водяные часы.

Первое автоматическое устройство практического назначения было изобретено Гюйгенсом в 1657г автоматический регулятор маятникового типа для стабилизации скорости хода часового механизма.

Первые автоматические устройства промышленного назначения появились в связи с изобретением и развитием паровых машин и турбин в 18 и 19 веках в эпоху промышленного переворота в Европе.

Началом развития автоматики как науки считают 1765 г., когда талантливый русский механик И. И. Ползунов создал первую в мире замкнутую автоматическую систему для регулирования уровня воды в паровом котле. Применение автоматов в промышленности сыграло важную роль в развитии техники. Этот период можно назвать периодом формирования принципов автоматики: в 1784 году английский механик Джеймс Уатт получил патент на центробежный регулятор скорости паровой машины, используемый для поддержания постоянства частоты вращения. Принцип работы этих регуляторов оказался одним и тем же: они поддерживают заданное значение физического параметра не точно, а в некотором заданном диапазоне, поэтому такой принцип регулирования, широко применяемый в настоящее время, ( принцип регулирования по отклонению (Ползунова - Уатта), принцип регулирования по нагрузке (Понселе), метод регулирования по производной (братьев Сименсов). Именно в это время появляются первые теоретические исследования, посвященные изучению процессов регулирования машин.

Со второй половины шестидесятых годов в связи с развитием ЭВМ и появлением достаточно дешёвых, надёжных и быстродействующих ЭВМ в мире появились первые автоматизированные системы управления (АСУ).

Это особенно стало необходимым в связи с появлением и развитием высокопроизводительных агрегатов большой единичной мощности и быстродействующих технологических процессов. В металлургии были созданы 350-ти тонные кислородные конвертеры, прокатные станы производительностью более 5 млн. тонн проката в год и др., поэтому существенно возросли требования к качеству продукции и экономичности производства.

АСУ построены на базе управляющих вычислительных комплексов (УВК), представляющих собой специализированную промышленную ЭВМ, предназначенную для вычислений и реализации функций автоматизированных систем управления. Именно разнообразие этих функций позволило поднять автоматизацию на качественно новый уровень. Автоматизированные системы управления развиваются в двух основных направлениях: автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП) и автоматизированные системы управления производственными процессами (АСУП).

До АСУТП имели место так называемые “локальные” системы автоматического регулирования (САР), в которых за функционирование отдельно взятого контура регулирования определённого технологического параметра отвечал свой автоматический регулятор (лат.: “локальный”- местный, ограниченный по месту).

Согласованная работа контуров, число которых в технологическом процессе может быть большим, проводилась оперативным персоналом.

В АСУТП насчитываются десятки – тысячи отдельных локальных контуров регулирования, согласование которых также проводит оперативный персонал, но при использовании управляющего вычислительного комплекса. Таким образом, локальные САР входят в АСУТП, как составная часть.

Автоматизированные системы управления производственными процессами выполняет функции: маркетинга, календарного планирования, поставок сырья, сбыта готовой продукции, финансирования и т.д. Объектом управления для АСУП является трудовой процесс непосредственного производства товарной продукции и вся административно-хозяйственная деятельность предприятия, неизбежно сопровождающая основной процесс производства продукции

В настоящее время созданы принципиально новые системы управления – интеллектуальные АСУ, использующие принципы и методы искусственного интеллекта.

Развитие промышленного производства включает в себя три основные составляющие:

· наука;

· проектирование;

· производство (внедрение).

Автоматизация используется не только в промышленном производстве в виде АСУТП и АСУП. В науке создаются автоматизированные системы научных исследований (АСНИ), которые позволяют на порядок увеличить производительность труда ученых.

В промышленности созданы системы автоматизированного проектирования (САПР), которые позволяют увеличить скорость проектирования, значительно уменьшая число ошибок в проекте.

Технический прогресс, осуществляемый на основе автоматизации, включает в себя три основные составляющие: АСНИ и САПР - АСУТП, что позволяет значительно повысить эффективность, как научных разработок, так и конечных производственных результатов.

Современное производство немыслимо без применения средств автоматики. Можно с уверенностью сказать, что степень автоматизации управления различными процессами во многом характеризует общий уровень и культуру производства, но и в тоже время создает фундаментальные проблемы.

2. Автоматизация и управление - область науки и техники

Автоматизация и управление - область науки и техники, которая включает в себя совокупность средств, способов и методов человеческой деятельности, направленных на создание и применение алгоритмического, аппаратного и программного обеспечения систем и средств контроля и управления подвижными объектами, автономными системами, технологическими линиями и процессами, освобождающих человека частично или полностью от непосредственного участия в процессах получения, преобразования, передачи и использования энергии, материалов и информации.

Объекты профессиональной деятельности:

· автоматические и автоматизированные системы и средства контроля и управления, их математическое, информационное, техническое и программное обеспечение;

· способы и методы их проектирования, отладки, производства и эксплуатации в различных отраслях народного хозяйства;

· объекты промышленности, сельского хозяйства, энергетики, транспорта, торговли, медицины и т.д.;

· технологические и производственные процессы;

· техническое диагностирование, научные исследования и производственные испытания.

Виды профессиональной деятельности:

· научно-исследовательская;

· проектно-конструкторская;

· производственно-технологическая;

· организационно-управленченская;

· эксплуатационная.

3. Научные основы автоматизации

Методы автоматизации производства, научные основы автоматизации производства развиваются главным образом по 3 направлениям.

Во-первых, разрабатывают методы эффективного изучения закономерностей объектов управления, их динамики, устойчивости, зависимости поведения от воздействия внешних факторов. Эти задачи решаются исследователями, конструкторами и технологами-специалистами конкретных областей науки и производства. Сложные процессы и объекты изучают методами физического и математического моделирования, исследования операций с использованием аналоговых и цифровых вычислительных машин.

Во-вторых, определяют экономически целесообразные методы управления, тщательно обосновывают цель и оценочную функцию управления, выбор наиболее эффективной зависимости между измеряемыми и управляющими параметрами процесса. На этой основе устанавливают правила принятия решений по управлению и выбирают стратегию поведения руководителей производства с учётом результатов экономических исследований, направленных на выявление рациональных закономерностей системы управления. Конкретные цели управления зависят от технико-экономических, социальных и других условий. Они состоят в достижении максимальной производительности процесса, стабилизации высокого качества выпускаемой продукции, наибольшего коэффициента использования топлива, сырья и оборудования, максимального объёма реализованной продукции и снижении затрат на единицу изделия и др.

В-третьих, ставится задача создания инженерных методов наиболее простого, надёжного и эффективного воплощения структуры и конструкции средств автоматизации, осуществляющих заданные функции измерения, обработки полученных результатов и управления. При разработке рациональных структур управления и технических средств их осуществления применяют теорию алгоритмов, автоматов, математическую логику и теорию релейных устройств. С помощью вычислительной техники автоматизируют многие процессы расчёта, проектирования и проверки устройств управления. Выбор оптимальных решений по сбору, передаче и обработке данных основывается на методах теории информации. При необходимости многоцелевого использования больших потоков информации применяются централизованные (интегральные) методы её обработки (см. Автоматов теория, Информации теория, Логика).

Структура управления, оптимально выбранная для выполнения заданных целей, в сочетании с комплексом технических средств (измерительных, регулирующих, исполнительных, по сбору и обработке информации всех видов и т.д.), во взаимодействии с объектом управления и человеком (оператором, диспетчером, контролёром, руководителем участка) на основе рационально построенных форм и потоков информации образует автоматизированную систему управления (АСУ). В СССР системный подход к построению и использованию комплекса средств автоматизации измерения и управления, широкое агрегатирование этих средств в рамках государственной системы промышленных приборов и средств автоматизации (ГСП) стал основой государственной политики в области Автоматизация производства

В современную АСУ входят устройства для первичного формирования, автоматического извлечения и передачи, логической и математической обработки информации, устройства для представления полученных результатов человеку, выработки управляющих воздействий и исполнительные устройства. В ГСП все они группируются по функциональному, информационному и конструктивно-технологическому признакам, образуя на унифицированной элементной базе блочные наборы, из которых составляются необходимые агрегатные комплексы средств автоматизации.

4. Процесс автоматизации производства

Техника в период научно-технической революции вступает в новый этап своего развития -- этап автоматизации.

Превращение науки в непосредственную производительную силу и автоматизация производства -- это важнейшие характеристики научно-технической революции. Они изменяют связь человека и техники. Наука играет роль генератора новых идей, а техника выступает их материальным воплощением.

Процесс автоматизации производства ученые делят на ряд ступеней:

§ Первая характеризуется распространением полуавтоматической механики. Рабочий дополняет технологический процесс интеллектуальной и физической силой (загрузка, разгрузка автоматов).

§ Вторая ступень характеризуется появлением станков с программным управлением на основе компьютерной оснащенности процесса производства.

§ Третья ступень связана с комплексной автоматизацией производства. Для этой ступени характерны автоматизированные цехи и заводы-автоматы.

§ Четвертая ступень является периодом завершенной автоматизации хозяйственного комплекса, становящегося саморегулирующейся системой.

Изложенное свидетельствует о том, что научно-техническая революция выражается в качественном преобразовании системы жизнеобеспечения людей.

Научно-техническая революция преобразует не только сферу производства, но и изменяет среду образования,воспитания, быта, расселения и другие сферы общественной жизни.

Заключение

Основная тенденция развития систем автоматизации идет в направлении создания автоматических систем, которые способны выполнять заданные функции или процедуры без участия человека. Роль человека заключается в подготовке исходных данных, выборе алгоритма (метода решения) и анализе полученных результатов.

Целью автоматизации является разработка и реализация концепций управления как простыми, так и сложными объектами. Автоматика обеспечивает оптимизацию процессов по определённым заданным критериям (например, таким, как максимально возможная экономия ресурсов, минимально возможный ущерб окружающей среде или лучшее качество продукции); защиту человека от опасных, непредвиденных или вредных для здоровья ситуаций; поддержку и помощь человеку при выполнении им плановых и исполнительских профессиональных функций и в его индивидуальной жизни.

Список использованной литературы

1. Когаловский М.Р. Энциклопедия технологий баз данных. -- М.: Финансы и статистика, 2002. - 800 с.

2. Б.Н. Пищик, Л.А. Воронцова, П.В. Йосифов, В.Д. Нескородев, В.В. Окольнишников, Т.М. Осокина, А.И. Федоров, Д.В. Чернаков. Разработка автоматизированной системы управления технологическими процессами Северомуйского тоннеля. // Автометрия. - 2008. Т. 44. -- С. 119 - 126.

3. В.В. Гаркуша, Г.М. Собстель, С.П. Суродин, В.В. Яковлев, В.М. Гилев, В.И. Запрягаев, Б.Н. Пищик. АСУ ТП турбокомпрессорной станции ИТПМ СО РАН // Проблемы информатики. - 2009, - № 3. - С. 85-93.

4. Кузнецов М.М. и др. Автоматизация производственных процессов. -М.; Высшая школа, 1978.

5. Майзель Н.М. Автоматика, телемеханика и системы управления произ водственными процессами. -М.: Высшая школа, 1972.

Размещено на Allbest.ru