Доклад на тему «Автоматизация производства»

Введение

В 1913 году на заводе Генри Форда в Хайленд-Парке запустили движущийся сборочный конвейер. До этого бригада собирала шасси знаменитой «Модели Т» больше двенадцати часов, а после — примерно за полтора. Автомобиль, который раньше могли позволить себе только богатые, стал доступен рабочим того же завода.

Конвейер Форда ещё нельзя назвать автоматизацией в полном смысле: на нём работали люди, просто каждый выполнял одну короткую операцию. Но он показал, насколько производство может ускориться, если правильно организовать движение деталей. Следующим шагом стало убрать человека с самых однообразных операций и передать их машинам, которые работают сами по заданной программе.

Сегодня автоматизация окружает нас повсюду, даже если мы этого не замечаем. Хлеб в магазине испекли на автоматической линии, бутылки с водой разлили и закрыли без участия людей, а смартфон собрали на заводе, где большую часть мелких операций выполняют роботы. Нам было интересно разобраться, как всё это устроено и к чему приводит.

Таблица 1 – Вехи автоматизации производства

Примечание — даты приведены по книгам и статьям по истории техники; для ранних изобретений указан год создания или первого применения.

Слово «автоматизация» в обиход ввели в 1940-е годы на заводах компании Ford, где так назвали отдел, занимавшийся передачей деталей между прессами без участия рабочих. А спор о том, отнимают ли машины работу у людей, гораздо старше: в 1811–1816 годах английские ткачи-луддиты по ночам ломали новые станки на фабриках. Этот спор мы разберём во второй главе.

Цифры о роботах мы брали из ежегодного доклада World Robotics Международной федерации робототехники (IFR), остальное — из учебника технологии для 8 класса и книг по истории техники.

Глава 1. Основные принципы и виды автоматизации производства

1.1 Понятие и принципы автоматизации

В учебниках автоматизацию определяют как применение технических средств, которые выполняют работу без непосредственного участия человека. Чтобы почувствовать разницу с механизацией, удобно вспомнить экскаватор: он копает за сотню землекопов, но без машиниста не сдвинется с места. Автоматическое устройство, в отличие от него, само решает, когда и что делать.

Одно из первых таких устройств в России придумал алтайский механик Иван Ползунов. В 1765 году в его паровой машине уровень воды в котле поддерживал поплавок: вода опускалась, поплавок шёл вниз и открывал клапан подачи, вода поднималась, и клапан закрывался. Человек у котла больше не был нужен.

Через двадцать с небольшим лет шотландец Джеймс Уатт поставил на свою паровую машину центробежный регулятор. Два тяжёлых шара на вращающемся валу при разгоне расходились в стороны и прикрывали заслонку пара, а при замедлении опускались и открывали её. Машина сама держала постоянную скорость, и регулятор Уатта потом сто лет крутился на фабриках всего мира.

В обоих случаях работает один и тот же принцип, который инженеры называют обратной связью. Устройство измеряет результат своей работы и само себя поправляет. Так же устроен термостат в утюге или духовке, а на заводе по тому же принципу поддерживают температуру печей и давление в трубах, только датчиков там сотни, а решения принимает контроллер.

Ещё один принцип — программное управление. Здесь история удивительно старая. В 1804 году француз Жозеф Мари Жаккар сделал ткацкий станок, который ткал сложные узоры по набору картонных карт с дырочками. Где была дырочка, нить поднималась, где не было — оставалась на месте. Через полтора века похожие перфоленты стали управлять металлорежущими станками.

Рисунок 1 – Плотность роботизации в промышленности, 2022 год: роботов на 10 000 работников

Примечание — по данным доклада World Robotics 2023 Международной федерации робототехники (IFR); учитываются только промышленные роботы-манипуляторы на предприятиях обрабатывающей промышленности.

На рисунке 1 видно, насколько по-разному страны используют роботов. В Южной Корее на каждые десять тысяч работников промышленности приходится больше тысячи роботов, а в среднем по миру — около ста пятидесяти. Больше всего роботов работает в электронике и автомобилестроении, где нужны точность и одинаковое качество тысяч одинаковых изделий.

1.2 Виды автоматизации

Производственная автоматизация

Под производственной автоматизацией понимают автоматизацию самих операций, то есть резки, сварки, сборки, окраски и упаковки. Раньше всего, ещё в 1930-е годы, появились автоматические линии, в которых деталь по транспортёру переходит от одного станка к другому, а рабочему остаётся следить за ними и вовремя менять инструмент.

В СССР одну из первых таких линий собрал в 1939 году на Сталинградском тракторном заводе наладчик Иван Инякин. За это изобретение он получил Сталинскую премию. А в 1950 году в Ульяновске заработал целый завод-автомат по выпуску автомобильных поршней, где почти весь путь от слитка до упакованной детали проходил без рабочих рук.

У таких линий есть слабое место: они умеют делать только одну деталь. Захотел завод выпускать другую модель, и линию приходится перестраивать месяцами. Инженеры называют это жёсткой автоматизацией.

Гибкость дали станки с ЧПУ и роботы. Им достаточно загрузить новую программу. Первый промышленный робот, Unimate, поставили на завод General Motors в 1961 году, и работа ему досталась тяжёлая: доставать раскалённые отливки из литейной машины, куда людям лучше было не соваться.

Автоматизация управления производством

Автоматизировать можно и само управление заводом. В 1960-е годы советский академик Виктор Глушков предлагал создать ОГАС, общегосударственную автоматизированную систему, которая связала бы вычислительной сетью все предприятия страны. Проект целиком так и не осуществили, но на отдельных заводах появились АСУП (автоматизированные системы управления предприятием), одна из первых — на Львовском телевизионном заводе.

Нынешние наследники АСУП называются ERP-системами, в России широко распространена «1С:ERP». В них ведут склад, планируют загрузку станков и считают сроки выполнения заказов.

Интеллектуальная автоматизация

Выражение «Индустрия 4.0» впервые прозвучало в 2011 году на промышленной выставке в Ганновере, где его предложили немецкие инженеры и экономисты. Имелось в виду, что после пара, электричества и компьютеров наступает четвёртый этап, когда станки, датчики и программы связаны в одну сеть и обмениваются данными. На таких заводах камеры с нейросетями проверяют качество деталей, а датчики вибрации заранее предупреждают о поломке подшипника.

Россия в мировой статистике роботизации пока заметно отстаёт: в докладах IFR плотность роботов у нас исчисляется единицами и первыми десятками на десять тысяч работников, то есть в десятки раз меньше, чем в Южной Корее. Сейчас эту задачу пытаются решать государственными программами, и школьные кружки робототехники, которые есть теперь почти в каждом городе, тоже отчасти об этом.