История развития автоматизации

Глубокий вакуум, высокие и сверхвысокие давления, очень низкие и чрезвычайно  высокие температуры, большие скорости реакций, высокая влажность, агрессивность  среды, огне- и взрывоопасность  и другие особые свойства перерабатываемых веществ и транспортируемых сред нередко крайне неблагоприятны для работы устройств автоматики. В этих условиях особенно хорошо работают приборы пневматической автоматики и, в частности, агрегатный комплекс средств контроля и регулирования «Старт», сочетаемый с другими устройствами. Безопасность работы обеспечивается также системами предупредительной и аварийной сигнализации и различными быстродействующими защитными устройствами. Управление компрессорными и насосными станциями и задвижками трубопроводов большой протяжённости осуществляется устройствами телемеханики.

Контроль основных производственных комплексов и сооружений и управление ими централизуются в диспетчерских  пунктах, где на пультах управления или на мнемонических схемах наблюдают эксплуатационные ситуации (работа оборудования, направление потоков, аварийное состояние). Плановые и оперативные расчёты режимов, затрат и выработки ведутся средствами вычислительной техники. При участии технико-экономических служб осуществляются анализ и прогнозирование деятельности предприятия. Наиболее полно автоматизируются заводы взрывчатых веществ, заводы, производящие ракетное топливо, радиоактивные материалы и высокотоксичные химикалии.

К предприятиям с непрерывной технологией относятся также цементное, бетонное, целлюлозно-бумажное производства, где автоматизация наилучшим образом объединяет все процессы в общий поток, стабилизирует качество продукции, повышает коэффициент использования оборудования. Успешно автоматизируются элеваторные зернохранилища, мукомольные мельницы и другие подобные предприятия. Здесь приборы контроля и регулирования повышают качество и бесперебойность работы оборудования, а вычислительная техника способствует улучшению экономических показателей.

Изыскание прогрессивной технологии, которая даёт возможность осуществить  комплексную автоматизацию, – главная  задача при осуществлении ускоренного  развития производства. Так, в горном деле одновременно с дальнейшим совершенствованием механических способов разрушения горных пород развиваются термический, электрический и акустический способы разрушения, создающие условия для эффективной автоматизации. Исключительно велико значение организации непрерывных потоков выемки и транспортирования породы на открытых разработках при достижении больших глубин. Развитие механических комплексов с многоковшовыми экскаваторами, транспортно-отвальными мостами и цепью ленточных конвейеров и элеваторов, объединённых единой системой автоматического управления, наиболее полно отвечает требованиям поточной технологии добычи полезных ископаемых. Создание комплекса надёжных машин непрерывного действия с высокой степенью механизации для открытых горных разработок связано с решением многих сложных задач материаловедения, горной механики, гидравлики и электротехники, динамики горных машин, конструирования и синтеза их приводных и исполнительных механизмов. Комплексная автоматизация подземной добычи угля в шахтах, оборудованных гидрофицированными крепями, проходческими комбайнами, конвейерными линиями и другими механизмами, обеспечивает высокую производительность труда и существенно улучшает его условия. Автоматизация производства охватывает не только подвижные, но также и стационарные механизмы и установки – подъёмные машины грузового ствола, вентиляторы проветривания, насосы водоотлива, электроподстанции, котельные, механизмы разгрузки вагонеток в околоствольном дворе и погрузки угля в железнодорожные вагоны. Диспетчерская служба с высокочастотной сетью шахтной сигнализации повышает безопасность работы. Применение ЭВМ даёт возможность быстро решать сложные инженерные и экономические задачи и улучшить оперативное управление шахтой.

Физические и технические принципы, на которых основана работа горных автоматических агрегатов непрерывного действия, используются также и при создании комплексов машин для строительства каналов, тоннелей, железных и шоссейных дорог, линий труботранспорта, кабельных линий электропередач и связи и других сооружений с большим объёмом земляных работ. В результате существенно сокращается разнотипность землеройного и отвально-транспортного оборудования, унифицируются электро- и гидроприводы, а также многие механизмы, узлы и детали горных и земляных строительных машин, что имеет большое значение при Автоматизация производства

Технология обогащения полезных ископаемых при Автоматизация производства также становится непрерывнопоточной. Объединение отдельных процессов  дробления, измельчения, сортировки, обезвоживания  и других операций в единый непрерывный  поток с автоматическим управлением и контролем основывается на изменениях физико-химических свойств минералов при различных механических, акустических, гидромеханических, тепловых, магнитных и электрических воздействиях. На этой базе создаётся экономичное высокопроизводительное оборудование автоматических обогатительных фабрик, выпускающих сырьё высокого качества, что намного сокращает потери на последующих стадиях его переработки.

В металлургии при сложившейся  технологии процессы переработки полезных ископаемых осуществляются главным образом циклически. Доменный и мартеновский процессы выплавки чугуна и стали, применявшиеся ещё в 19 в., до сих пор составляют основу чёрной металлургии. Однако и в этих случаях комплексная Автоматизация производства металла существенно повышает экономические показатели. В доменном производстве практически все основные параметры измеряются и регулируются автоматически. Управление вращающимся распределителем шихты, её взвешивание, распределение газа по фурмам идут автоматически. В системе управления тепловым режимом применяются ЭВМ. В мартеновских печах обеспечивается автоматическая стабилизация расхода газов (соотношения топливо – воздух) и осуществляется автоматическое реверсирование пламени. Все действующие конверторы оборудованы автоматическими системами регулирования давления и расхода кислорода. Автоматизация конверторов с применением в системе управления вычислительных машин оптимизирует тепловой режим и увеличивает количество плавок, попадающих в заданные пределы по составу. Дуговые печи оборудованы автоматическими системами регулирования подачи кислорода, управления электродами и контроля температуры металла. Все установки электрошлакового переплава, а также вакуумные печи оснащены автоматическими регуляторами перемещения электродов. Установки непрерывной разливки стали снабжаются системами регулирования уровней металла в промежуточном устройстве и кристаллизаторе, теплового режима непрерывного слитка, мерной резки и системами управления нестационарными режимами работы. Непрерывный спектральный анализ продуктов плавки автоматическими квантометрами непосредственно у печей не зависит от косвенных показателей или запаздывающих результатов лабораторного анализа и позволяет вести процесс в оптимальном режиме. Вычислительные устройства, сопоставляя информацию, получаемую от квантометра и датчиков других показателей хода плавки, воздействуют на него, постоянно обеспечивая высокое качество металла.

На прокатных станах автоматизировано управление главным приводом, приводами  нажимных устройств и вспомогательных механизмов. Применяется система безотходного раскроя металла с помощью вычислительных машин. На сортопрокатных станах автоматизированы посадка и выдача заготовок из методических печей, управление рольгангами, кантующими устройствами и другими механизмами. Автоматизация процесса регулирования петли на проволочных станах значительно увеличивает скорость прокатки. На непрерывных станах горячей прокатки установлены автоматические средства контроля размеров и температуры проката. В трубопрокатном производстве автоматизированы нагрев и выдача заготовок, большинство операций на обкатках, калибровочных и редукционных станах. Особо ответственные трубопрокатные производства оснащаются автоматизированными системами, которые осуществляют на движущихся трубах контроль качества без разрушения материала изделий. Кроме увеличения объёма выпуска продукции, повышения производительности труда и улучшения его условий, комплексная автоматизация металлургического производства повышает и стабилизирует качество металла.

Комплексная Автоматизация производства на основе сплошной механизации, научной организации труда, широкого применения прогрессивной технологии и вычислительной техники – основное направление технического прогресса в современном машиностроении. Автоматизируются складские и транспортные операции, входной контроль, резка и раскрой материалов, рабочие и вспомогательные операции на станках (установка и фиксация заготовки, подвод и замена инструментов, перемещение на позициях обработки и отвод готовых деталей, подналадка станков). Осуществляются автоматическое регулирование режимов обработки и активный контроль изделий на станках. Создаются станки-автоматы, в том числе с программным управлением, автоматические линейные и роторные многооперационные агрегаты, жёсткие и гибкие автоматические поточные линии с гидравлическими, пневматическими, электрическими или комбинированными системами управления.

Технический прогресс связан обычно с частым обновлением выпускаемых  изделий. Жёсткие автоматические линии  не допускают смену номенклатуры изделий, поэтому получают распространение секционные линии, составляемые из независимых агрегатных многооперационных станков, которые объединяются транспортёрами, элеваторами и конвейерами, оснащёнными механическими «пальцами» и «руками». Группы таких станков образуют секции и параллельные линии. При этом у каждого станка создаётся некоторый запас деталей для постоянной загрузки главного конвейера линии; уход за станками и смена инструмента производятся без её остановки. Станки делают блочными, с взаимосвязанными узлами, у которых сохраняются силовые установки, каретки и заменяются только приспособления, инструмент и некоторые блоки, зависящие от конструктивных особенностей изделия. У металлообрабатывающих станков с программным управлением полный автоматизм рабочего цикла достигается при сохранении универсальности станка: при обработке деталей различной конфигурации заменяется лишь программа, записанная на перфорированной или магнитной ленте. Сочетание программного управления с динамическим регулированием режимов резания исключает необходимость подналадки станка вследствие неточности установки инструмента или по мере его износа, повышает производительность станка и позволяет полнее использовать мощность его двигателя.

Эффективность машиностроительного производства определяется, помимо резкого сокращения трудовых затрат, также и полнотой использования материалов и энергии. Основные процессы существующей технологии обработки металлов вследствие больших припусков в литье, при прессовке и штамповке из заготовок, при обработке резанием и термообработке сопряжены с большими отходами металла и непроизводительными расходом энергии. Средства автоматики позволяют переходить к более совершенным методам производства, при которых эти потери значительно уменьшаются, а общая производительность растёт. Технологическая перестройка машиностроения преследует цель совмещения процессов нагрева, литья, пластической деформации, термических, механических, электрических и других видов обработки и сборки с транспортными и контрольными процессами для осуществления непрерывного автоматизированного производства. Электрофизические и электрохимические процессы, применение порошковой металлургии, металлокерамики, пластобетонов, полимеров, стекловолокна и других неметаллических материалов в молекулярном сцеплении с металлами стали базой прогрессивной технологии, обеспечивающей повышение непрерывности производства и способствующей Автоматизация производства.

Большой интерес представляет применение электронного и плазменного нагрева  для быстрого плавления материалов, синтеза монокристаллов сверхтвёрдых веществ, термической обработки деталей в строго ограниченных объёмах и на малых участках поверхности при значительных температурах кратковременными тепловыми импульсами высокочастотного индукционного нагрева. Управляемая кристаллизация обеспечивает получение готовых изделий непосредственно из материалов в жидкой фазе. Применение электрогидравлического эффекта для образования импульсов высокого давления позволяет осуществлять быструю пластическую деформацию материалов при изготовлении деталей путём высадки, а также холодную сварку металлов. Электроэрозионные процессы во многих случаях (особенно для специальных сплавов, плохо поддающихся обработке резанием) заменяют механическую обработку: они существенно увеличивают скорость и точность обработки и значительно сокращают непроизводительный отход металла в стружку и расход энергии. Обработка методами пластической деформации, электротехническими, электрохимическими, химическими, гидравлическими и другими, более эффективными процессами, хотя и вытесняет в машиностроительной технологии обработку резанием, но не исключает необходимости её совершенствования. Развитие процессов резания на автоматическом оборудовании требует научного обоснования повышения скоростей и точности токарной, фрезерной, строгальной, шлифовальной и других видов обработки. Изучение динамических и тепловых факторов взаимодействия материала с инструментом определяет оптимальные режимы, которые должны устанавливаться автоматическими устройствами.

Окончательная отделка готовых  изделий и нанесение на них  защитных покрытий в потоке автоматического  производства связаны с технологией  электрического полирования, анодирования, катодного распыления металлов, химического  нанесения металлов, электрической окраски. Современные комплексы оборудования для нанесения гальванических покрытий представляют собой цехи-автоматы.

Автоматизация сборочных процессов  – одна из наиболее сложных и  актуальных проблем машиностроения. Она не только даёт большой экономический эффект, но и способствует значительному повышению надёжности изготовляемых машин, аппаратов и приборов, т. к. в этом случае процесс сборки не зависит от квалификации сборщика. Однако автоматизация сборки требует высокой степени взаимозаменяемости деталей и узлов, при условии, что особенности технологии автоматизированной сборки учитываются уже в процессе конструирования изделий, проектирования машин, аппаратов и приборов. В наибольшей степени условиям автоматизации отвечают модульные и блочные конструкции, печатный монтаж электрических схем, широкое применение неразъёмных соединений на основе запрессовки, холодной сварки и склеивания, а также замены болтовых и винтовых соединений технологически прогрессивными и более удобными в эксплуатации разъёмными соединениями. Качество собранных узлов и изделий в целом непрерывно контролируется в ходе автоматической сборки.

В машиностроении, как и в других отраслях, Автоматизация производства охватывает не только технологию, но и  технико-экономическую деятельность предприятия: планирование, материально-техническое снабжение, подготовку производства, учёт и оперативное управление. Так, в сфере оперативного управления автоматизируются учёт и обработка документов для составления календарного плана, сменного задания, контроля за сохранением уровня нормативных запасов деталей, материалов, инструмента и т.д. Автоматизируется также составление оптимальных квартальных, годовых и перспективных планов производства с учётом всех технико-экономических показателей.

К машиностроению по характеру производства примыкают электротехническая, электронная и радиопромышленность, а также приборостроение, представляющие собой разновидности дискретного производства со специфическими особенностями, свойственными технологии обработки магнитных, проводниковых, полупроводниковых и изоляционных материалов, а также электровакуумной технологии. Обмоточные и изоляционные работы, занимающие особое место в этих отраслях, в значительной мере автоматизированы; многие изделия изготовляются специализированными автоматами, сборка ведётся на автоматических линиях.