Автоматизация

Для управления многими крупными объектами, такими как эта электростанция, требуется минимальное вмешательство человека.

Часть серии по
Автоматизация
Робототехника Кибернетика
Торговые выставки
ASP-DAC ЦАП ДАТА ICCAD
Награды
Премия IEEE в области робототехники и автоматизации
Роботы
Промышленный робот Автономный исследовательский робот Домашний робот
Общее назначение
Домашняя автоматизация Автоматизация банковской деятельности Автоматизация лабораторий Интегрированная библиотечная система Автоматизация вещания Автоматизация консоли Автоматизация зданий
Особая цель
Автоматизированный помощник Автоматизированная управляемая машина Автоматизированная система шоссе Автоматическая уборка бассейна Автоматизированное рассуждение Банкомат Автоматическая покраска (робот) Автоматизация поп-музыки Газонокосилка- робот Телефонный коммутатор Торговый автомат
Социальные движения
Движение технократии Проект Венера Zeitgeist движение
v т е

Автоматизация описывает широкий спектр технологий, которые сокращают вмешательство человека в процессы. Вмешательство человека сокращается за счет предопределения критериев принятия решений, взаимосвязей подпроцессов и связанных действий - и воплощения этих предопределений в машинах. ^[1]

Автоматизация ^[2] или автоматическое управление включает использование различных систем управления для рабочего оборудования, такого как машины , процессы на заводах , котлы и печи для термообработки , включение телефонных сетей , управление и стабилизация судов , самолетов и т. Д. другие приложения и автомобили с минимальным вмешательством человека.

Автоматизация охватывает самые разные приложения: от бытового термостата, управляющего котлом, до крупной промышленной системы управления с десятками тысяч входных измерений и выходных управляющих сигналов. По сложности управления он может варьироваться от простого двухпозиционного управления до высокоуровневых алгоритмов с несколькими переменными.

В простейшем типе автоматического контура управления контроллер сравнивает измеренное значение процесса с желаемым заданным значением и обрабатывает полученный сигнал ошибки, чтобы изменить некоторые входные данные для процесса таким образом, чтобы процесс оставался на заданном точка, несмотря на беспорядки. Это управление с обратной связью представляет собой приложение отрицательной обратной связи к системе. Математическая основа теории управления была начата в 18 веке и быстро развивалась в 20-м.

Автоматизация достигается с помощью различных средств, включая механические , гидравлические , пневматические , электрические , электронные устройства и компьютеры , обычно в комбинации. В сложных системах, таких как современные заводы, самолеты и корабли, обычно используются все эти комбинированные методы. Преимущество автоматизации включает экономию рабочей силы, экономию затрат на электроэнергию , экономию материальных затрат и повышение качества, точности и точности.

Отчет Всемирного банка о мировом развитии за 2019 год свидетельствует о том, что новые отрасли и рабочие места в технологическом секторе перевешивают экономические последствия вытеснения рабочих из-за автоматизации. ^[3]

Потеря рабочих мест и нисходящая мобильность, в которой виновата автоматизация, были названы одним из многих факторов возрождения националистической , протекционистской и популистской политики в США, Великобритании и Франции, а также в других странах с 2010-х годов. ^{[4] [5] [6] [7] [8]}

Термин « автоматизация» , навеянный более ранним словом « автомат» (от слова « автомат» ), не использовался широко до 1947 года, когда Форд основал отдел автоматизации. ^[2] Именно в это время промышленность быстро внедрила контроллеры с обратной связью , которые были представлены в 1930-х годах. ^[9]

Управление без обратной связи и с обратной связью [ править ]

По сути, существует два типа контура управления; управление без обратной связи и управление с обратной связью с обратной связью .

При управлении без обратной связи управляющее воздействие контроллера не зависит от «выхода 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 в здании. (Управляющим действием является выключение и включение котла. Выходной сигнал процесса - это температура здания).

При управлении с обратной связью управляющее действие контроллера зависит от выходного сигнала процесса. В случае аналогии с котлом, это будет включать датчик температуры для контроля температуры в здании и тем самым подавать сигнал обратно на контроллер, чтобы гарантировать, что он поддерживает в здании температуру, установленную на термостате. Следовательно, контроллер с обратной связью имеет контур обратной связи, который гарантирует, что контроллер выполняет управляющее действие, чтобы обеспечить выходной сигнал процесса, равный «эталонному входу» или «уставке». По этой причине контроллеры с обратной связью также называют контроллерами с обратной связью. ^[10]

Определение системы управления с обратной связью в соответствии с Британским институтом стандартов - это `` система управления, обладающая обратной связью по мониторингу, сигнал отклонения, формируемый в результате этой обратной связи, используется для управления действием конечного элемента управления таким образом, чтобы стремиться уменьшить отклонение до нуля ». ^[11]

Аналогичным образом, система управления с обратной связью - это система, которая стремится поддерживать заданное отношение одной системной переменной к другой путем сравнения функций этих переменных и использования разницы в качестве средства контроля. ^[11] Усовершенствованный тип автоматизации, который произвел революцию в производстве, авиастроении, связи и других отраслях, - это управление с обратной связью, которое обычно является непрерывным и включает в себя выполнение измерений с помощью датчика и выполнение расчетных корректировок для поддержания измеряемой переменной в заданном диапазоне. ^{[12] [13]} Теоретической основой автоматизации с обратной связью является теория управления .

Управляющие действия [ править ]

Дискретное управление (вкл / выкл) [ править ]

Один из самых простых видов управления - двухпозиционный . Примером может служить термостат, используемый в бытовых приборах, который либо размыкает, либо замыкает электрический контакт. (Термостаты изначально разрабатывались как настоящие механизмы управления с обратной связью, а не как обычные термостаты для бытовых приборов.)

Управление последовательностью, при котором выполняется запрограммированная последовательность дискретных операций, часто основанная на системной логике, которая включает состояния системы. Система управления лифтом является примером управления последовательностью.

ПИД-регулятор [ править ]

Пропорционально-интегрально-производный регулятор (ПИД-регулятор) представляет собой механизм ( контроллер ) обратной связи контура управления, широко используемый в промышленных системах управления .

В контуре ПИД-регулятора контроллер непрерывно вычисляет значение ошибки как разность между желаемой уставкой и измеряемой переменной процесса и применяет поправку на основе пропорциональных , интегральных и производных членов соответственно (иногда обозначаемых P , I и D ), которые дать свое имя типу контроллера.${\ Displaystyle е (т)}$

Теоретическое понимание и применение восходят к 1920-м годам, и они реализованы почти во всех аналоговых системах управления; первоначально в механических контроллерах, затем с использованием дискретной электроники, а затем и в промышленных компьютерах.

Последовательный контроль и логическая последовательность или контроль состояния системы [ править ]

Последовательное управление может быть либо фиксированной, либо логической, которая будет выполнять разные действия в зависимости от различных состояний системы. Примером регулируемой, но в остальном фиксированной последовательности является таймер оросителя газона.

Состояния относятся к различным условиям, которые могут возникнуть в сценарии использования или последовательности действий системы. Примером является лифт, который использует логику, основанную на состоянии системы, для выполнения определенных действий в ответ на его состояние и ввод оператора. Например, если оператор нажимает кнопку этажа n, система будет реагировать в зависимости от того, остановился ли лифт или движется, поднимается или опускается, открыта или закрыта дверь, а также от других условий. ^[14]

Ранним развитием последовательного управления была релейная логика , с помощью которой электрические реле включали электрические контакты, которые либо запускали, либо прерывали питание устройства. Реле были впервые использованы в телеграфных сетях, прежде чем они были разработаны для управления другими устройствами, например, при запуске и остановке электродвигателей промышленных размеров или открытии и закрытии электромагнитных клапанов . Использование реле для целей управления позволило управлять событиями, когда действия могут запускаться вне очереди в ответ на внешние события. Они были более гибкими в своей реакции, чем жесткие кулачковые таймеры одинарной последовательности.. Более сложные примеры включали поддержание безопасных последовательностей для таких устройств, как органы управления поворотным мостом, где стопорный болт должен был быть отключен, прежде чем мост может быть перемещен, а стопорный болт не мог быть выпущен, пока предохранительные ворота уже не были закрыты.

Общее количество реле и кулачковых таймеров на некоторых заводах может исчисляться сотнями или даже тысячами. Чтобы сделать такие системы управляемыми, были необходимы ранние методы программирования и языки, одной из первых была релейная логика , в которой схемы взаимосвязанных реле напоминали ступеньки лестницы. Позднее были разработаны специальные компьютеры, называемые программируемыми логическими контроллерами , для замены этих наборов оборудования одним, более легко перепрограммируемым устройством.

В типичной проводной схеме запуска и остановки двигателя (называемой схемой управления) двигатель запускается нажатием кнопки «Пуск» или «Пуск», которая активирует пару электрических реле. Реле блокировки замыкает контакты, которые поддерживают цепь управления под напряжением, когда кнопка отпускается. (Кнопка пуска представляет собой нормально разомкнутый контакт, а кнопка остановки - нормально замкнутый контакт.) Другое реле активирует переключатель, который приводит в действие устройство, которое переводит переключатель стартера двигателя (три набора контактов для трехфазного промышленного питания) в основное питание. схема. В больших двигателях используется высокое напряжение и высокий пусковой ток, поэтому скорость важна для замыкания и размыкания контакта. Это может быть опасно для персонала и имущества с ручными переключателями. "Запирание"Контакты в цепи пуска и основные силовые контакты двигателя удерживаются в контакте с помощью соответствующих электромагнитов до тех пор, пока не будет нажата кнопка «стоп» или «выключение», которая обесточит реле блокировки.^[15]

Обычно в цепь управления добавляются блокировки . Предположим, что двигатель в данном примере приводит в действие оборудование, которому критически необходима смазка. В этом случае можно добавить блокировку, чтобы масляный насос работал до запуска двигателя. Таймеры, концевые выключатели и электрические глаза - другие общие элементы в цепях управления.

Электромагнитные клапаны широко используются на сжатом воздухе или гидравлической жидкости для питания приводов на механических компонентов. В то время как двигатели используются для обеспечения непрерывного вращательного движения , приводы обычно являются лучшим выбором для периодического создания ограниченного диапазона движения для механического компонента, такого как перемещение различных механических рычагов, открытие или закрытие клапанов , подъем тяжелых прижимных валков, приложение давления к прессы.

Компьютерное управление [ править ]

Компьютеры могут выполнять как последовательное управление, так и управление с обратной связью, и обычно один компьютер выполняет 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 релейной логики . Компьютеры управления технологическим процессом общего назначения все чаще заменяют автономные контроллеры с помощью одного компьютера, способного выполнять операции сотен контроллеров. Компьютеры управления технологическим процессом могут обрабатывать данные из сети ПЛК, приборов и контроллеров, чтобы реализовать типичное (например, PID) управление многими отдельными переменными или, в некоторых случаях, реализовать сложные алгоритмы управления.с использованием нескольких входов и математических манипуляций. Они также могут анализировать данные и создавать графические дисплеи в реальном времени для операторов, а также создавать отчеты для операторов, инженеров и руководства.

Управление банкоматом (ATM) является примером интерактивного процесса, в котором компьютер будет выполнять логический ответ на выбор пользователя на основе информации, полученной из сетевой базы данных. Процесс банкомата имеет сходство с другими процессами онлайн-транзакций. Различные логические ответы называются сценариями . Такие процессы обычно разрабатываются с помощью сценариев использования и блок-схем , которые направляют написание программного кода. Первым механизмом управления с обратной связью были водяные часы, изобретенные греческим инженером Ктесибием (285–222 гг. До н.э.).

История [ править ]

Ранняя история [ править ]

Греки и арабы (в период между 300 г. до н.э. и примерно 1200 г. н.э.) занимались точным отслеживанием времени. В Египте Птолемея , около 270 г. до н.э., Ктесибий описал поплавковый регулятор для водяных часов , устройство, мало чем отличающееся от шара и крана в современном туалете со смывом. Это был самый ранний механизм с обратной связью. ^[16] Появление механических часов в 14 веке сделало водяные часы и их систему управления с обратной связью устаревшими.

В персидском Бане Муса братий, в своей книге хитроумных устройств (850 г. н.э.), описали ряд автоматического управления. ^[17] Двухступенчатые регуляторы уровня для жидкостей, форма прерывистых регуляторов переменной структуры , были разработаны братьями Бану Муса. ^[18] Они также описали контроллер обратной связи . ^{[19] [20]}

Промышленная революция в Западной Европе [ править ]

Внедрение первичных двигателей , или самоходных машин, усовершенствовало зерновые мельницы, печи, котлы и паровую машину, создало новые требования к системам автоматического управления, включая регуляторы температуры (изобретенные в 1624 году; см. Корнелиус Дреббель ), регуляторы давления (1681), поплавковые регуляторы (1700) и устройства регулирования скорости . Другой механизм управления использовался для шатания парусов ветряных мельниц. Он был запатентован Эдмундом Ли в 1745 году. ^[21] Также в 1745 году Жак де Вокансонизобрел первый автоматизированный ткацкий станок. Разработка систем управления с обратной связью вплоть до промышленной революции создавалась методом проб и ошибок вместе с большой инженерной интуицией. Таким образом, это было скорее искусство, чем наука. В середине 19 века математика впервые была использована для анализа устойчивости систем управления с обратной связью. Поскольку математика является формальным языком теории автоматического управления, мы могли бы назвать период до этого времени предысторией теории управления.

В 1771 году Ричард Аркрайт изобрел первую полностью автоматизированную прядильную фабрику с приводом от воды, известную в то время как водяной каркас . ^[22] Автоматическая мукомольная мельница была разработана Оливером Эвансом в 1785 году, что сделало ее первым полностью автоматизированным производственным процессом. ^{[23] [24]}

Центробежный регулятор , который был изобретен Христиана Гюйгенса в семнадцатом веке, был использован для регулировки зазора между жерновами . ^{[25] [26] [27]} Другой центробежный регулятор использовался мистером Бансом из Англии в 1784 году как часть модели парового крана . ^{[28] [29]} Центробежный регулятор был принят Джеймсом Ваттом для использования в паровой машине в 1788 году после того, как партнер Ватта Бултон увидел его на мукомольной мельнице, которую строила Boulton & Watt . ^[21]

Губернатор не мог удерживать заданную скорость; двигатель примет новую постоянную скорость в ответ на изменения нагрузки. Регулятор смог справиться с меньшими отклонениями, например, вызванными колебаниями тепловой нагрузки на котел. Кроме того, при изменении скорости наблюдалась тенденция к колебаниям. Как следствие, двигатели, оснащенные этим регулятором, не подходили для операций, требующих постоянной скорости, таких как прядение хлопка. ^[21]

Несколько улучшений регулятора, а также усовершенствования времени отсечки клапана на паровом двигателе сделали двигатель пригодным для большинства промышленных применений до конца XIX века. Достижения в области паровой машины значительно опередили науку, как термодинамику, так и теорию управления . ^[21]

Губернатору уделялось относительно мало внимания со стороны ученых, пока Джеймс Клерк Максвелл не опубликовал статью, заложившую начало теоретической основы для понимания теории управления. Разработка электронного усилителя в 1920-е годы, что было важно для междугородной телефонной связи, потребовала более высокого отношения сигнал / шум, что было решено путем подавления шума отрицательной обратной связи. 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 навигационных системах самолетов .^[12]

20 век [ править ]

Релейная логика была введена с электрификацией заводов , которая претерпела быструю адаптацию с 1900 по 1920-е годы. Центральные электростанции также переживали быстрый рост, и эксплуатация новых котлов высокого давления, паровых турбин и электрических подстанций вызвала большой спрос на приборы и средства управления. Центральные диспетчерские стали обычным явлением в 1920-х годах, но уже в начале 1930-х годов большинство средств управления технологическим процессом было включено-выключено. Операторы обычно отслеживали графики, составленные самописцами, которые отображали данные с инструментов. Чтобы внести исправления, операторы вручную открывали или закрывали клапаны или включали или выключали переключатели. В диспетчерских также использовались цветные огни, чтобы посылать сигналы рабочим на заводе, чтобы вручную внести определенные изменения. ^[30]

Контроллеры, которые могли производить расчетные изменения в ответ на отклонения от заданного значения, а не на двухпозиционное управление, начали внедряться в 1930-х годах. Контроллеры позволили производству продолжить рост производительности, чтобы компенсировать снижающееся влияние электрификации заводов. ^[31]

Производительность фабрики была значительно увеличена в результате электрификации в 1920-х годах. Рост производительности труда в обрабатывающей промышленности США упал с 5,2% в год 1919–29 до 2,76% в год 1929–1941 годов. Александр Филд отмечает, что расходы на немедицинские инструменты значительно увеличились с 1929 по 1933 год и после этого оставались высокими. ^[31]

Первая и Вторая мировые войны привели к значительным достижениям в области массовой коммуникации и обработки сигналов . Другие ключевые достижения в области автоматического управления включают в себя дифференциальные уравнения , теория устойчивости и теории систем (1938), анализ в частотной области (1940), корабль управления (1950), и стохастический анализ (1941).

Начиная с 1958 года, различные системы, основанные на твердотельных ^{[32] [33]} модулях цифровой логики для жестко запрограммированных логических контроллеров (предшественников программируемых логических контроллеров (ПЛК)), появились на смену электромеханической релейной логике в промышленных системах управления. для управления процессами и автоматизации, включая ранние версии Telefunken / AEG Logistat , Siemens Simatic , Philips / Mullard / Valvo  [ de ] Norbit , BBC Sigmatronic , ACEC Системы Logacec , Akkord  [ de ] Estacord , Krone Mibakron, Bistat, Datapac, Norlog, SSR или Procontic. ^{[32] [34] [35] [36] [37] [38]}

В 1959 году Texaco «S Порт - Артур НПЗ стал первым химзавод использовать цифровое управление . ^[39] Перевод фабрик на цифровое управление стал быстро распространяться в 1970-х годах, когда упала цена на компьютерное оборудование .

Важные приложения [ править ]

АТС был введен в 1892 году вместе с телефонными номерами. ^[40] К 1929 году 31,9% системы Bell была автоматической. Автоматическая телефонная коммутация первоначально использовала ламповые усилители и электромеханические переключатели, которые потребляли большое количество электроэнергии. Количество звонков в конечном итоге выросло так быстро, что возникли опасения, что телефонная система будет потреблять все производство электроэнергии, что побудило Bell Labs начать исследования транзистора . ^[41]

Логика, выполняемая телефонными коммутирующими реле, послужила источником вдохновения для цифрового компьютера. Первой коммерчески успешной выдувной машиной для стеклянных бутылок была автоматическая модель, представленная в 1905 году. ^[42] Машина, управляемая бригадой из двух человек, работающей в 12-часовую смену, могла производить 17 280 бутылок за 24 часа, по сравнению с 2 880 бутылками, произведенными на заводе. бригада из шести мужчин и мальчиков, работающих в магазине в течение дня. Стоимость изготовления бутылок машинным способом составляла от 10 до 12 центов за брутто по сравнению с 1,80 доллара за брутто для ручных стеклодувов и помощников.

Секционные электроприводы разработаны с использованием теории управления. Секционные электроприводы используются на разных участках машины, где необходимо поддерживать точный дифференциал между секциями. При прокатке стали металл удлиняется, проходя через пары роликов, которые должны двигаться со все более высокой скоростью. При изготовлении бумаги лист сжимается при прохождении через сушку с подогревом паром, организованную группами, которые должны проходить постепенно с меньшей скоростью. Первое применение секционного электропривода было на бумагоделательной машине в 1919 году. ^[43] Одним из наиболее важных достижений в сталелитейной промышленности в 20-м веке была непрерывная прокатка широкой полосы, разработанная Armco в 1928 году ^[44].

До автоматизации многие химикаты производились партиями. В 1930 году, когда стали широко использоваться инструменты и контроллеры, основатель Dow Chemical Co. выступал за непрерывное производство . ^[45]

Самодействующие станки, заменившие ловкость рук, чтобы ими могли управлять мальчики и неквалифицированные рабочие, были разработаны Джеймсом Нэсмитом в 1840-х годах. ^[46] Станки были автоматизированы с числовым программным управлением (ЧПУ) с использованием перфорированной бумажной ленты в 1950-х годах. Вскоре это превратилось в компьютеризированное числовое управление (ЧПУ).

Сегодня обширная автоматизация практикуется практически во всех типах производственных и сборочных процессов. Некоторые из более 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, установки по разделению природного газа, продукты питания и напитки. обработка, розлив и розлив, а также изготовление различных деталей. Роботы особенно полезны в опасных областях, таких как окраска автомобилей распылением. Роботы также используются для сборки электронных плат. В автомобильной сварке используются роботы, а сварочные автоматы используются в таких областях, как трубопроводы.

Космический / компьютерный век [ править ]

С наступлением космической эры в 1957 году при разработке средств управления, особенно в Соединенных Штатах, отказались от частотных методов классической теории управления и использовались методы дифференциальных уравнений конца 19 века, которые были сформулированы в то время. домен. В 1940-х и 1950-х годах немецкий математик Ирмгард Флюгге-Лотц разработал теорию прерывистого автоматического управления, которая стала широко использоваться в системах управления гистерезисом, таких как навигационные системы , системы управления огнем и электроника . Благодаря Флюгге-Лотцу и другим, в современную эпоху наблюдалось проектирование нелинейных систем во временной области (1961 г.), навигации (1960 г.),теория оптимального управления и оценивания (1962 г.), теория нелинейного управления (1969 г.), теория цифрового управления и фильтрации (1974 г.) и персональный компьютер (1983 г.).

Преимущества, недостатки и ограничения [ править ]

Возможно, наиболее упоминаемым преимуществом автоматизации в промышленности является то, что она связана с более быстрым производством и более дешевыми затратами на рабочую силу. Еще одним преимуществом может быть то, что он заменяет тяжелую физическую или монотонную работу. ^[47] Кроме того, задачи, которые выполняются в опасных средах 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 дороже автоматизировать, чем другие. Первоначальные затраты на установку оборудования в заводских условиях высоки, а отказ от обслуживания системы может привести к потере самого продукта.

Более того, некоторые исследования, по-видимому, указывают на то, что промышленная автоматизация может вызвать вредные последствия, выходящие за рамки эксплуатационных проблем, включая перемещение работников из-за систематической потери рабочих мест и совокупного ущерба окружающей среде; тем не менее, эти результаты являются одновременно запутанными и противоречивыми по своей природе, и потенциально их можно обойти. ^[48]

Основные преимущества автоматизации:

• Повышенная пропускная способность или производительность
• Повышенное качество
• Повышенная предсказуемость
• Повышенная надежность (согласованность) процессов или продукта
• Повышенная согласованность вывода
• Снижение прямых затрат и затрат на человеческий труд
• Сокращенное время цикла
• Повышенная точность
• Избавление людей от монотонно повторяющейся работы ^[49]
• Необходимая работа по разработке, развертыванию, обслуживанию и эксплуатации автоматизированных процессов - часто структурированных как «рабочие места»
• Повышение свободы человека заниматься другими делами

Автоматизация в первую очередь описывает машины, заменяющие процесс принятия решений человеком, но она также слабо связана с механизацией - машинами, заменяющими человеческий труд. В сочетании с механизацией, расширением возможностей человека с точки зрения размера, силы, скорости, выносливости, дальности и остроты зрения, частоты и точности слуха, электромагнитного зондирования и воздействия и т. Д., Преимущества включают:

• Избавление людей от опасного рабочего стресса и производственных травм (например, уменьшение напряжения спины при поднятии тяжелых предметов)
• Удаление людей из опасной среды (например, пожара, космоса, вулканов, ядерных объектов, подводного мира и т. Д.)

Основными недостатками автоматизации являются:

• Высокая начальная стоимость
• Более быстрое производство без вмешательства человека может означать более быстрое неконтролируемое производство дефектов, когда автоматизированные процессы являются дефектными.
• Увеличение мощностей может означать увеличение масштабов проблем, когда системы выходят из строя - высвобождение опасных токсинов, сил, энергии и т. Д. С увеличенной скоростью.
• Инициаторы автоматизации часто плохо понимают адаптивность человека. Часто бывает трудно предвидеть все непредвиденные обстоятельства и разработать полностью заранее спланированные автоматизированные меры реагирования для каждой ситуации. Открытия, присущие автоматизации процессов, могут потребовать непредвиденных итераций для решения, вызывая непредвиденные расходы и задержки.
• Люди, ожидающие получения дохода от работы, могут серьезно пострадать из-за того, что другие внедряют автоматизацию, когда аналогичный доход недоступен.

Парадокс автоматизации [ править ]

Парадокс автоматизации говорит , что более эффективная автоматизированная система, тем более важен , человеческий вклад операторов. Люди менее вовлечены, но их участие становится более важным. Лизанн Бейнбридж , когнитивный психолог, выявила эти проблемы, в частности, в своей широко цитируемой статье «Иронии автоматизации». ^[50] Если в автоматизированной системе есть ошибка, она будет увеличивать эту ошибку до тех пор, пока не будет исправлена ​​или отключена. Здесь и появляются люди-операторы. ^[51] Роковым примером этого был рейс 447 авиакомпании Air France , где отказ автоматизации поставил пилотов в ручную ситуацию, к которой они не были готовы. ^[52]

Ограничения [ править ]

• Современные технологии не способны автоматизировать все желаемые задачи.
• Многие операции с использованием автоматизации требуют больших вложений капитала и производят большие объемы продукции, что делает неисправности чрезвычайно дорогостоящими и потенциально опасными. Следовательно, необходим некоторый персонал для обеспечения правильного функционирования всей системы и поддержания безопасности и качества продукции.
• По мере того, как процесс становится все более автоматизированным, становится все меньше и меньше трудозатрат или улучшения качества. Это пример убывающей доходности и логистической функции .
• По мере того, как все больше и больше процессов становятся автоматизированными, остается все меньше неавтоматизированных процессов. Это пример исчерпания возможностей. Однако новые технологические парадигмы могут устанавливать новые пределы, которые превосходят прежние.

Текущие ограничения [ править ]

Многие роли людей в промышленных процессах в настоящее время выходят за рамки автоматизации. Распознавание образов на человеческом уровне , понимание языка и способность к языку намного превосходят возможности современных механических и компьютерных систем (но посмотрите на компьютер Watson ). Задачи, требующие субъективной оценки или синтеза сложных сенсорных данных, таких как запахи и звуки, а также задачи высокого уровня, такие как стратегическое планирование, в настоящее время требуют человеческого опыта. Во многих случаях использование людей более рентабельно, чем механические подходы, даже если автоматизация промышленных задач возможна. Преодоление этих препятствий - теоретический путь к экономике пост-дефицита .

Социальное влияние и безработица [ править ]

Повышенная автоматизация часто заставляет рабочих беспокоиться о потере работы, поскольку технологии делают их навыки или опыт ненужными. В начале промышленной революции , когда такие изобретения, как паровая машина, делали некоторые категории рабочих мест расходными, рабочие решительно сопротивлялись этим изменениям. Луддиты , например, были английскими текстильщиками, которые протестовали против внедрения ткацких станков , уничтожая их. ^[53] Совсем недавно некоторые жители Чандлера, штат Аризона , резали шины и забрасывали камнями автомобили без водителя в знак протеста против предполагаемой угрозы безопасности людей и перспектив трудоустройства. ^[54]

Относительное беспокойство по поводу автоматизации, отраженное в опросах общественного мнения, похоже, тесно коррелирует с силой организованного труда в этом регионе или стране. Например, в то время как исследование исследовательского центра Pew Research Center показало, что 72% американцев обеспокоены увеличением автоматизации на рабочем месте, 80% шведов считают автоматизацию и искусственный интеллект хорошей вещью из-за все еще сильных профсоюзов страны и более надежная национальная система безопасности . ^[55]

Согласно исследованию экспертов Карла Бенедикта Фрея и Майкла Осборна , 47% всех текущих рабочих мест в США могут быть полностью автоматизированы к 2033 году . Более того, заработная плата и уровень образования, по-видимому, сильно отрицательно коррелируют с риском автоматизации профессии. ^[56] Даже высококвалифицированные профессиональные должности, такие как юрист , врач , инженер , журналист , подвержены риску автоматизации. ^[57]

Перспективы особенно безрадостны для профессий, для которых в настоящее время не требуется высшее образование, таких как вождение грузовика. ^[58] Даже в коридорах высоких технологий, таких как Кремниевая долина , растет беспокойство по поводу будущего, в котором значительный процент взрослых будет иметь мало шансов на получение оплачиваемой работы. ^[59] Однако, как показывает пример Швеции, переход к более автоматизированному будущему не должен вызывать панику, если есть достаточная политическая воля для содействия переподготовке рабочих, должности которых становятся устаревшими.

Согласно исследованию 2020 года, опубликованному в Журнале политической экономии , автоматизация оказывает сильное негативное влияние на занятость и заработную плату: «Еще один робот на тысячу рабочих снижает соотношение занятости к общей численности населения на 0,2 процентных пункта, а заработную плату - на 0,42%». ^[60]

Исследование, проведенное Карлом Бенедиктом Фреем и Майклом Осборном из Oxford Martin School, показало, что сотрудники, выполняющие «задачи в соответствии с четко определенными процедурами, которые могут быть легко выполнены с помощью сложных алгоритмов», подвергаются риску увольнения, а 47% рабочих мест в США были заняты. риск. В исследовании, выпущенном в качестве рабочего документа в 2013 году и опубликованном в 2017 году, было предсказано, что автоматизация подвергнет наибольшему риску низкооплачиваемые физические занятия, путем опроса группы коллег на предмет их мнения. ^[61] Однако, согласно исследованию, опубликованному в McKinsey Quarterly ^[62] в 2015 году, влияние компьютеризации в большинстве случаев заключается не в замене сотрудников, а в автоматизации части задач, которые они выполняют.^[63] методология исследования McKinsey была подвергнута резкой критике за точто непрозрачными и полагаться на субъективные оценки. ^[64] Методология Фрея и Осборна подвергалась критике за недостаток доказательств, исторической осведомленности или достоверной методологии. ^{[65] [66]} Кроме того, ОЭСР обнаружила, что в 21 стране ОЭСР 9% рабочих мест можно автоматизировать. ^[67]

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 добавляется несколько больший процент рабочих мест». ^[68] Недавняя экономика MITИсследование автоматизации в США с 1990 по 2007 год показало, что внедрение роботов в промышленность может оказать негативное влияние на занятость и заработную плату. Когда один робот добавляется на тысячу рабочих, соотношение занятости к населению уменьшается на 0,18–0,34 процента, а заработная плата снижается на 0,25–0,5 процентных пункта. В течение исследуемого периода времени в экономике США не было много роботов, что ограничивало влияние автоматизации. Однако ожидается, что автоматизация утроится (консервативная оценка) или в четыре раза (большая оценка), что приведет к значительному увеличению этих показателей. ^[69]

Согласно формуле Жиля Сен-Поля , экономиста из Университета Тулузы 1 , спрос на неквалифицированный человеческий капитал снижается медленнее, чем растет спрос на квалифицированный человеческий капитал. ^[70] В долгосрочной перспективе и для общества в целом это привело к более дешевым продуктам, снижению средней продолжительности рабочего времени.и формирование новых отраслей (например, робототехники, компьютерной индустрии, индустрии дизайна). Эти новые отрасли предоставляют экономике множество рабочих мест с высокой заработной платой и квалификацией. К 2030 году от 3 до 14 процентов глобальной рабочей силы будут вынуждены сменить категорию должностей из-за автоматизации, которая приведет к сокращению рабочих мест во всем секторе. Хотя количество рабочих мест, потерянных из-за автоматизации, часто компенсируется рабочими местами, полученными благодаря технологическому прогрессу, тот же тип потери рабочих мест не заменяется тем же, что приводит к увеличению безработицы в нижнем среднем классе. Это происходит в основном в США и развитых странах, где технический прогресс способствует более высокому спросу на высококвалифицированную рабочую силу, но спрос на рабочую силу со средней оплатой труда продолжает падать. Экономисты называют эту тенденцию «поляризацией доходов».где заработная плата неквалифицированной рабочей силы снижается, а квалифицированная рабочая сила растет, и, согласно прогнозам, эта тенденция сохранится в развитых странах.^[71]

Безработица становится проблемой в Соединенных Штатах из-за экспоненциального роста автоматизации и технологий. По словам Ким, Ким и Ли (2017: 1), «плодотворное исследование, проведенное Фреем и Осборном в 2013 году, показало, что 47% из 702 изученных профессий в США столкнутся с высоким риском снижения уровня занятости в течение следующего года. 10–25 лет в результате компьютеризации ». Поскольку многие рабочие места устаревают, что приводит к сокращению рабочих мест, одним из возможных решений может быть помощь правительства в обеспечении всеобщего базового дохода.(UBI) программа. UBI будет гарантированным, не облагаемым налогом доходом в размере около 1000 долларов в месяц, выплачиваемым всем гражданам США старше 21 года. UBI поможет тем, кто вынужден покинуть свои дома, найти работу, которая платит меньше денег и все же позволяет жить. Это также даст тем, кто занят на рабочих местах, которые, вероятно, будут заменены автоматизацией и технологиями, дополнительные деньги, которые они могут потратить на образование и обучение новым востребованным навыкам трудоустройства. Однако UBI следует рассматривать как краткосрочное решение, поскольку оно не полностью решает проблему неравенства доходов, которое будет усугубляться увольнением с работы.

Производство без света [ править ]

Производство без света - это производственная система, в которой нет работников, что исключает затраты на рабочую силу.

Производство Lights Out приобрело популярность в США, когда в 1982 году General Motors внедрила производство без участия человека, чтобы «заменить не склонную к риску бюрократию автоматизацией и роботами». Однако фабрика так и не достигла полного статуса «отключение света». ^[72]

Для расширения производства световых приборов необходимо: ^[73]

• Надежность оборудования
• Долгосрочные возможности механика
• Плановое профилактическое обслуживание
• Обязательства со стороны персонала

Здоровье и окружающая среда [ править ]

Этот раздел, возможно, содержит оригинальные исследования . Пожалуйста, улучшите его , проверив сделанные утверждения и добавив встроенные цитаты . Заявления, содержащие только оригинальные исследования, следует удалить. ( Март 2018 г. ) ( Узнайте, как и когда удалить этот шаблон сообщения )

Затраты на автоматизацию для окружающей среды различаются в зависимости от автоматизированной технологии, продукта или двигателя. Есть автоматизированные двигатели, которые потребляют больше энергетических ресурсов Земли по сравнению с предыдущими двигателями, и наоборот. ^{[ необходима цитата ]} Опасные операции, такие как нефтепереработка , производство промышленных химикатов и все формы металлообработки , всегда были первыми претендентами на автоматизацию. ^{[ сомнительно - обсудить ] [ необходима ссылка ]}

Автоматизация транспортных средств может оказать существенное влияние на окружающую среду, хотя характер этого воздействия может быть полезным или вредным в зависимости от нескольких факторов. Поскольку автоматизированные транспортные средства гораздо реже попадут в аварии по сравнению с управляемыми людьми, некоторые меры предосторожности, встроенные в текущие модели (такие как антиблокировочная система тормозов или многослойное стекло ), не потребуются для автономных версий. Удаление этих средств безопасности также значительно снизит вес автомобиля, тем самым увеличив экономию топлива.и сокращение выбросов на милю. Беспилотные автомобили также более точны в отношении ускорения и торможения, что может способствовать снижению выбросов. Беспилотные автомобили также потенциально могут использовать функции экономии топлива, такие как картографирование маршрутов, которое может рассчитывать и выбирать наиболее эффективные маршруты. Несмотря на этот потенциал по сокращению выбросов, некоторые исследователи предполагают, что увеличение производства беспилотных автомобилей может привести к буму владения и использования транспортных средств. Этот бум потенциально может свести на нет любые экологические преимущества беспилотных автомобилей, если достаточно большое количество людей начнет чаще водить личные автомобили. ^[74]

Считается, что автоматизация домов и бытовая техника также влияют на окружающую среду, но преимущества этих функций также подвергаются сомнению. Исследование энергопотребления автоматизированных домов в Финляндии показало, что умные домаможет снизить потребление энергии, отслеживая уровни потребления в различных частях дома и регулируя потребление для уменьшения утечек энергии (например, автоматически сокращая потребление в ночное время, когда активность низкая). Это исследование, наряду с другими, показало, что способность умного дома контролировать и регулировать уровни потребления снизит ненужное потребление энергии. Однако новое исследование показывает, что умные дома могут быть не такими эффективными, как неавтоматизированные дома. Более недавнее исследование показало, что, хотя мониторинг и регулировка уровней потребления действительно снижает ненужное использование энергии, для этого процесса требуются системы мониторинга, которые также потребляют значительное количество энергии. Это исследование показало, что энергия, необходимая для работы этих систем, настолько велика, что сводит на нет любые преимущества самих систем.приводя к незначительной или нулевой экологической выгоде.^[75]

Конвертируемость и время выполнения работ [ править ]

Еще один существенный сдвиг в области автоматизации является повышенный спрос на гибкость и конвертируемости в производственных процессах . Производители все чаще требуют возможности легко переключаться с производства продукта A на производство продукта B без необходимости полностью перестраивать производственные линии . Гибкость и распределенные процессы привели к появлению автоматизированных транспортных средств с естественной навигацией.

Помогла и цифровая электроника. 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 в области полевых шин, которая предоставила сетевые (т. Е. По одному кабелю) средства связи между системами управления и приборами полевого уровня, устранив проводку.

Заводы по производству дискретных элементов быстро освоили эти технологии. Более консервативные перерабатывающие отрасли с более длительным жизненным циклом предприятий внедряют их медленнее, а аналоговые измерения и контроль по-прежнему доминируют. Растущее использование Industrial Ethernet в производственных цехах еще больше продвигает эти тенденции, позволяя производственным предприятиям более тесно интегрироваться в рамках предприятия, при необходимости через Интернет. Глобальная конкуренция также увеличила спрос на реконфигурируемые производственные системы .

Инструменты автоматизации [ править ]

Теперь инженеры могут иметь числовой контроль над автоматизированными устройствами. Результатом стал быстро расширяющийся спектр приложений и человеческой деятельности. Компьютерные технологии (или CAx) теперь служат основой для математических и организационных инструментов, используемых для создания сложных систем. Известные примеры CAx включают автоматизированное проектирование (программное обеспечение CAD) и автоматизированное производство (программное обеспечение CAM). Усовершенствованный дизайн, анализ и производство продуктов, обеспечиваемые CAx, были полезны для промышленности. ^[76]

Информационные технологии вместе с промышленным оборудованием и процессами могут помочь в разработке, внедрении и мониторинге систем управления. Одним из примеров промышленной системы управления является программируемый логический контроллер (ПЛК). ПЛК - это специализированные компьютеры с усиленной защитой, которые часто используются для синхронизации потока входных данных от (физических) датчиков и событий с потоком выходных сигналов исполнительным механизмам и событиям. ^[77]

Человеко-машинные интерфейсы (HMI) или компьютерно-человеческие интерфейсы (CHI), ранее известные как человеко-машинные интерфейсы , обычно используются для связи с ПЛК и другими компьютерами. Обслуживающий персонал, который контролирует и управляет через HMI, может называться разными именами. В производственных процессах и производственных средах их называют операторами или чем-то подобным. В котельных и центральных коммунальных службах их называют стационарными инженерами . ^[78]

Существуют разные типы средств автоматизации:

• ИНС - искусственная нейронная сеть
• DCS - Распределенная система управления
• HMI - человеко-машинный интерфейс
• RPA - Роботизированная автоматизация процессов
• SCADA - диспетчерский контроль и сбор данных
• PLC - Программируемый логический контроллер
• Приборы
• Управления движением
• Робототехника

Программное обеспечение для моделирования хоста (HSS) - это широко используемый инструмент тестирования, который используется для тестирования программного обеспечения оборудования. HSS используется для проверки производительности оборудования в соответствии со стандартами автоматизации производства (таймауты, время отклика, время обработки). ^[79]

Когнитивная автоматизация [ править ]

Когнитивная автоматизация, как разновидность искусственного интеллекта , представляет собой новый вид автоматизации, обеспечиваемый когнитивными вычислениями . Его основная задача - автоматизация канцелярских задач и рабочих процессов, которые состоят из структурирования неструктурированных данных . ^[80] Когнитивная автоматизация основана на нескольких дисциплинах: обработка естественного языка , вычисления в реальном времени , алгоритмы машинного обучения , анализ больших данных и обучение на основе фактов . ^[81]

Согласно Deloitte , когнитивная автоматизация позволяет воспроизводить человеческие задачи и суждения «с большой скоростью и в значительном масштабе». ^[82] К таким задачам относятся:

• Редактирование документа
• Извлечение данных и синтез / отчетность документов
• Управление контрактами
• Поиск на естественном языке
• Подключение клиентов, сотрудников и заинтересованных сторон
• Ручные действия и проверки
• Последующие действия и электронная почта

Недавние и новые приложения [ править ]

Автоматизированное производство электроэнергии [ править ]

Такие технологии, как солнечные панели , ветряные турбины и другие возобновляемые источники энергии - вместе с интеллектуальными сетями , микросетями , аккумуляторными батареями - могут автоматизировать производство электроэнергии.

Розничная торговля [ править ]

Многие супермаркеты и даже небольшие магазины быстро внедряют системы самообслуживания , уменьшая потребность в найме работников касс. В США по состоянию на 2017 год в розничной торговле было занято 15,9 миллиона человек (примерно каждый девятый американец в составе рабочей силы). Согласно исследованию Eurasia Group, во всем мире автоматизация может затронуть около 192 миллионов рабочих . ^[83]

Интернет - магазин может рассматриваться как форма автоматизированной розничной торговли в качестве оплаты и проверок являются посредством автоматизированной онлайновой обработки транзакций системы, с долей онлайн учетом розничных прыжков с 5,1% в 2011 году до 8,3% в 2016 г. ^{[ править ]} . Однако теперь две трети книг, музыки и фильмов покупаются в Интернете. Кроме того, автоматизация и онлайн-покупки могут снизить спрос на торговые центры и торговую недвижимость, на долю которых в настоящее время в Америке приходится 31% всей коммерческой недвижимости или около 7 миллиардов квадратных футов. В последние годы Amazon добился значительного роста объемов онлайн-покупок, что составляет половину роста онлайн-торговли в 2016 году. ^[83]Другие формы автоматизации также могут быть неотъемлемой частью онлайн-покупок, например, развертывание автоматизированной складской робототехники, такой как применяемая Amazon с использованием Kiva Systems .

Еда и напитки

В пищевой отрасли начали автоматизировать процесс заказа; McDonald's внедрила системы заказа и оплаты с сенсорным экраном во многих своих ресторанах, уменьшив потребность в таком количестве сотрудников-кассиров. ^[84] Техасский университет в Остине представил полностью автоматизированные торговые точки в кафе. ^[85] Некоторые кафе и рестораны использовали мобильные и планшетные « приложения », чтобы сделать процесс заказа более эффективным, поскольку клиенты делают заказы и оплачивают их со своих устройств. ^{[86] В} некоторых ресторанах есть автоматическая доставка еды к столам клиентов с помощью конвейерной ленты . Использование роботов иногда используется для заменыобслуживающий персонал . ^[87]

Строительство [ править ]

Горное дело [ править ]

Автоматизированная добыча предполагает исключение человеческого труда из процесса добычи . ^[88] В настоящее время горнодобывающая промышленность находится в процессе перехода к автоматизации. В настоящее время для этого все еще может потребоваться большой объем человеческого капитала , особенно в третьем мире, где затраты на рабочую силу низкие, поэтому меньше стимулов для повышения эффективности за счет автоматизации.

Видеонаблюдение [ править ]

Агентство перспективных оборонных исследовательских проектов ( DARPA ) начало исследования и разработку программы автоматического визуального наблюдения и мониторинга (VSAM) в период с 1997 по 1999 год и программ воздушного видеонаблюдения (AVS) с 1998 по 2002 год. усилия, предпринимаемые в сообществе специалистов по визуализации, по разработке полностью автоматизированного отслеживаниясистема. Автоматизированное видеонаблюдение отслеживает людей и транспортные средства в режиме реального времени в загруженной среде. Существующие автоматизированные системы наблюдения основаны на среде, для наблюдения за которой они в первую очередь предназначены, т. Е. В помещении, на улице или в воздухе, количестве датчиков, с которыми может работать автоматизированная система, и мобильности датчиков, т. Е. Стационарная камера или мобильная камера. Целью системы наблюдения является запись свойств и траекторий объектов в заданной области, генерация предупреждений или уведомление уполномоченных органов в случае возникновения определенных событий. ^[89]

Системы шоссе [ править ]

По мере роста требований к безопасности и мобильности и умножения технологических возможностей интерес к автоматизации растет. Стремясь ускорить разработку и внедрение полностью автоматизированных транспортных средств и автомагистралей, Конгресс США выделил более 650 миллионов долларов в течение шести лет на интеллектуальные транспортные системы (ИТС) и демонстрационные проекты в Законе об эффективности интермодальных наземных перевозок 1991 года (ISTEA). Конгресс постановил в АЭСТ следующее: ^[90]

[T] он Министр транспорта должен разработать автоматизированную автомагистраль и прототип транспортного средства, на основе которых могут быть разработаны будущие полностью автоматизированные интеллектуальные системы транспортного средства-шоссе. Такое развитие должно включать исследование человеческого фактора для обеспечения успеха взаимоотношений между человеком и машиной. Цель этой программы - ввести в действие первую полностью автоматизированную проезжую часть или автоматизированный испытательный полигон к 1997 году. Эта система должна предусматривать установку оборудования на новые и существующие автомобили.

Полная автоматизация, обычно определяемая как не требующая контроля или очень ограниченного контроля со стороны водителя; такая автоматизация будет достигнута за счет комбинации датчиков, компьютеров и систем связи в транспортных средствах и вдоль проезжей части. Полностью автоматизированное вождение теоретически позволит сократить расстояние между транспортными средствами и увеличить скорость, что может повысить пропускную способность в местах, где строительство дополнительных дорог физически невозможно, политически неприемлемо или чрезмерно дорого. Автоматизированное управление также может повысить безопасность дорожного движения за счет уменьшения вероятности ошибки водителя, которая вызывает большую долю автомобильных аварий. Другие потенциальные преимущества включают улучшение качества воздуха (в результате более эффективных транспортных потоков), повышенную экономию топлива,и побочные технологии, полученные в ходе исследований и разработок, связанных с автоматизированными системами автомобильных дорог.^[91]

Управление отходами [ править ]

Автоматические мусоровозы устраняют потребность в таком большом количестве рабочих, а также сокращают трудозатраты, необходимые для оказания услуги. ^[92]

Бизнес-процесс [ править ]

Автоматизация бизнес-процессов (BPA) - это автоматизация сложных бизнес-процессов с помощью технологий . ^[93] Это может помочь упростить бизнес, добиться цифровой трансформации , повысить качество обслуживания , улучшить предоставление услуг или снизить затраты. BPA состоит из интеграции приложений, реструктуризации трудовых ресурсов и использования программных приложений в масштабах всей организации. Автоматизация роботизированных процессов (RPA; или RPAAI для самоуправляемой RPA 2.0) - это новая область в BPA, в которой используется искусственный интеллект . BPAs могут быть реализованы в ряде бизнес - направлений , включая маркетинг , ^[94] Продажа ^[95]и рабочий процесс . ^[96]

Дом [ править ]

Домофоны (также называемые сигнализации ) обозначает появляющуюся практику повышенной автоматизации бытовой техники и особенность в жилых домах, в частности , с помощью электронных средств, позволяющих вещей неосуществимых, слишком дорогих или просто не возможно в последних последних десятилетиях. Рост использования решений для домашней автоматизации изменился, отражая растущую зависимость людей от таких решений автоматизации. Тем не менее, повышенный комфорт, который достигается за счет этих решений автоматизации, примечателен. ^[97]

Лаборатория [ править ]

Автоматизация важна для многих научных и клинических приложений. ^[98] Поэтому автоматизация широко используется в лабораториях. Уже с 1980 года работают полностью автоматизированные лаборатории. ^[99] Однако автоматизация не получила широкого распространения в лабораториях из-за ее высокой стоимости. Ситуация может измениться с возможностью интеграции недорогих устройств со стандартным лабораторным оборудованием. ^{[100] [101]} Автосэмплеры - распространенные устройства, используемые в автоматизации лабораторий.

Автоматизация логистики [ править ]

Промышленная автоматизация [ править ]

Промышленная автоматизация в первую очередь связана с автоматизацией производства , контроля качества и процессов обработки материалов . Контроллеры общего назначения для промышленных процессов включают программируемые логические контроллеры , автономные модули ввода-вывода и компьютеры. Промышленная автоматизация должна заменить принятие решений людьми и ручную командно-ответную деятельность с использованием механизированного оборудования и команд логического программирования. Одной из тенденций является более широкое использование машинного зрения ^[102] для обеспечения функций автоматического контроля и управления роботами, другой - продолжающееся увеличение использования роботов. Промышленная автоматизация просто необходима в промышленности.

Энергоэффективность в промышленных процессах стала более приоритетной. Компании-производители полупроводников, такие как Infineon Technologies , предлагают приложения для 8-битных микроконтроллеров, например, используемые в системах управления двигателями , насосах общего назначения , вентиляторах и электровелосипедах, чтобы снизить потребление энергии и тем самым повысить эффективность.

Промышленная автоматизация и Индустрия 4.0 [ править ]

Рост промышленной автоматизации напрямую связан с « четвертой промышленной революцией », которая сейчас более известна как «Индустрия 4.0». Индустрия 4.0, зародившаяся в Германии, включает в себя множество устройств, концепций и машин ^[103], а также развитие промышленного Интернета вещей (IIoT). « Интернет вещей - это бесшовная интеграция различных физических объектов в Интернете через виртуальное представление». ^[104]Эти новые революционные достижения привлекли внимание к миру автоматизации в совершенно новом свете и показали пути его роста для повышения производительности и эффективности машин и производственных мощностей. Индустрия 4.0 работает с IIoT и программным / аппаратным обеспечением для связи таким образом, чтобы (с помощью коммуникационных технологий ) вносить улучшения и улучшать производственные процессы. Благодаря этим новым технологиям теперь возможно создание более интеллектуального, безопасного и продвинутого производства. Это открывает более надежную, последовательную и эффективную производственную платформу, чем раньше. Внедрение таких систем как SCADA- это пример программного обеспечения, которое сегодня используется в промышленной автоматизации. SCADA - это программа для сбора данных диспетчерского управления, одна из многих, используемых в промышленной автоматизации. ^[105] Индустрия 4.0 широко охватывает многие области производства и будет продолжать делать это с течением времени. ^[103]

Промышленная робототехника [ править ]

Промышленная робототехника - это отрасль промышленной автоматизации, которая помогает в различных производственных процессах. Такие производственные процессы включают в себя механическую обработку, сварку, окраску, сборку и транспортировку материалов, и это лишь некоторые из них. ^{[106] В} промышленных роботах используются различные механические, электрические и программные системы, обеспечивающие высокую точность, точность и скорость, которые намного превышают возможности человека. Рождение промышленных роботов произошло вскоре после Второй мировой войны, когда Соединенные Штаты увидели потребность в более быстром способе производства промышленных и потребительских товаров. ^[107]Сервоприводы, цифровая логика и твердотельная электроника позволили инженерам создавать более качественные и быстрые системы, и со временем эти системы были усовершенствованы и переработаны до такой степени, что один робот может работать 24 часа в сутки с минимальным обслуживанием или без него. В 1997 году использовалось 700 000 промышленных роботов, в 2017 году их число выросло до 1,8 миллиона ^[108]. В последние годы искусственный интеллект (ИИ) с робототехникой также используется для создания решения для автоматической маркировки, используя роботизированные руки в качестве автоматического аппликатор этикеток и искусственный интеллект для изучения и обнаружения продуктов, которые нужно маркировать. ^[109]

Программируемые логические контроллеры [ править ]

Промышленная автоматизация включает в себя программируемые логические контроллеры в производственный процесс. Программируемые логические контроллеры(ПЛК) используют систему обработки, которая позволяет варьировать управление входами и выходами с помощью простого программирования. В ПЛК используется программируемая память, в которой хранятся инструкции и функции, такие как логика, последовательность, синхронизация, подсчет и т. Д. Используя язык, основанный на логике, ПЛК может принимать различные входные данные и возвращать различные логические выходы, устройства ввода являются датчиками. а устройства вывода - это двигатели, клапаны и т. д. ПЛК похожи на компьютеры, однако, хотя компьютеры оптимизированы для вычислений, ПЛК оптимизированы для задач управления и использования в промышленных средах. Они построены таким образом, что необходимы только базовые знания программирования на основе логики и для работы с вибрациями, высокими температурами, влажностью и шумом. Главное преимущество ПЛК - их гибкость. С теми же базовыми контроллерами,ПЛК может управлять рядом различных систем управления. ПЛК избавляют от необходимости перепрограммировать систему для изменения системы управления. Эта гибкость приводит к созданию экономичной системы для сложных и разнообразных систем управления.^[110]

ПЛК могут варьироваться от небольших устройств типа «кирпичик» с десятками вводов / выводов в корпусе, интегрированном с процессором, до больших монтируемых в стойку модульных устройств с количеством вводов / выводов, насчитывающих тысячи, которые часто подключаются к другим ПЛК и Системы SCADA .

Они могут быть разработаны для различных конфигураций цифровых и аналоговых входов и выходов (I / O), расширенного температурного диапазона, устойчивости к электрическим шумам и устойчивости к вибрации и ударам. Программы для управления работой машины обычно хранятся в энергонезависимой памяти с резервным питанием от батарей .

ПЛК родился в автомобильной промышленности США. До появления ПЛК логика управления, последовательности и защитной блокировки для производства автомобилей в основном состояла из реле , кулачковых таймеров , барабанных секвенсоров и специализированных контроллеров с обратной связью. Поскольку их количество может исчисляться сотнями или даже тысячами, процесс обновления таких устройств для ежегодной смены модели был очень трудоемким и дорогостоящим, поскольку электрикам приходилось индивидуально перемонтировать реле, чтобы изменить их рабочие характеристики.

Когда стали доступны цифровые компьютеры, будучи программируемыми устройствами общего назначения, они вскоре стали применяться для управления последовательной и комбинаторной логикой в ​​промышленных процессах. Тем не менее, эти первые компьютеры требовали наличия специалистов-программистов и строгого экологического контроля температуры, чистоты и качества электроэнергии. Для решения этих задач был разработан ПЛК с несколькими ключевыми атрибутами. Он выдерживал бы производственную среду, он поддерживал бы дискретный (битовый) ввод и вывод легко расширяемым образом, не требовал бы многолетнего обучения для использования и позволял бы контролировать его работу. Поскольку многие промышленные процессы имеют временные рамки, которые легко учесть за счет времени отклика в миллисекунды, современная (быстрая, компактная, надежная) электроника значительно облегчает создание надежных контроллерови производительность может быть принесена в жертву надежности.^[111]

Автоматизация с помощью агента [ править ]

Автоматизация с помощью агента - это автоматизация, используемая агентами центра обработки вызовов для обработки запросов клиентов. Ключевым преимуществом автоматизации с помощью агентов является соответствие требованиям и защита от ошибок. Иногда агенты не полностью обучены или забывают или игнорируют ключевые этапы процесса. Использование автоматизации гарантирует, что то, что должно происходить во время разговора, действительно происходит каждый раз. Существует два основных типа: автоматизация рабочего стола и автоматизированные голосовые решения.

Автоматизация рабочего стола относится к программированию программного обеспечения, которое упрощает работу оператора центра обработки вызовов с несколькими инструментами рабочего стола. Автоматизация будет брать информацию, введенную в один инструмент, и передавать ее другим, так что, например, ее не нужно вводить более одного раза.

Автоматизированные голосовые решения позволяют операторам оставаться на связи, пока раскрытие и другая важная информация предоставляется клиентам в виде предварительно записанных аудиофайлов. Специализированные приложения этих автоматизированных голосовых решений позволяют агентам обрабатывать кредитные карты, даже не видя и не слыша номера кредитных карт или коды CVV ^[112]

См. Также [ править ]

Ссылки [ править ]

Цитаты [ править ]

Источники [ править ]