Среди инженеров-автоматчиков бытует такой вот анекдот: суть нашей профессии в том, чтобы упросить работу мужчины до такой степени, чтобы её могли выполнять женщины. И если с такой точки зрения взглянуть на автоматизацию - то так оно и есть, автоматизация производства и предназначена для упрощения труда, в первую очередь тяжелого производства. Необходимость в упрощении и без того простых задач - второстепенная и третьестепенная задача автоматчиков. Однако и на автоматизации простых вещей трудятся миллионы людей по всему миру.

Множество фирм, работают над созданием так называемых «умных домов». Задумывались ли Вы, что автоматизация повсюду? Она в каждом нашем движении. В каждом действии. И в каждом желании. Не будем далеко ходить: стиральная машина в Вашем доме - автоматизирует процесс стирки белья; для чего предназначен пульт дистанционного управления телевизором? Неспроста его в народе называют "лентяйка" - он автоматизирует процесс управления телевизором.

Но если постирать можно и вручную - пускай придется немного попотеть, да и встать с кресла, чтобы переключить канал тоже вполне нам под силу, есть вещи, которые без автоматизации выполнить уже очень сложно - сборка автомобилей к примеру. Степень автоматизации производства автомобилей дошла до полного исключения человека-оператора из процесса сборки. Фактически этот процесс уже является не автоматизированным, а автоматическим - человек-оператор лишь следит за мониторами и не участвует непосредственно в процессе сборки. И хотя на украинсикий производственный рынок полная автоматизация производства скорее подкрадывается, чем врывается (как это произошло в Японии), однако она и в Украине на данный момент вносит огромный вклад.

ЛЕКЦИЯ №2

НАИБОЛЕЕ ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ УПРАВЛЕНИЯ

Обобщенные структуры неавтоматической и автоматической

Систем управления

Объект управления – это та часть окружающего мира (среды), состояние которой интересует субъекта и на состояние которой он может и хочет воздействовать для достижения определенных целей. Субъект (человек, группа людей и т.д.) – это часть среды, но качественно иная, способная к целеполаганию, т.е. субъект формулирует цель управления, задавая вектор .

Рис. 2.1 – Выделение ОУ из среды (условно)

Вектор – воздействие среды на объект (входы объекта), вектор – воздействие объекта на среду (выходы объекта). Между и существует причинно-следственная связь: . Наличие времени t говорит о том, что объект является динамическим, и и – динамические процессы.

В процессе управления необходимо обеспечить близость вектора текущего фактического состояния объекта вектору желаемого состояния .

Вектор содержит в себе:

1) управляющие воздействия – такие компоненты вектора , которые могут изменяться целенаправленно (по желанию субъекта) – .

2) возмущающие воздействия – такие компоненты, которые изменяются произвольно, вне зависимости от желания субъекта – . Эти входные воздействия нарушают соответствие между и . Часть из них мы можем учесть при разработке САУ, т.к. можем померить – это т.н. контролируемые возмущения . Эта группа возмущений, как правило, сильно влияет на работу ОУ. Остальными, т.н. неконтролируемыми возмущениями , просто пренебрегаем.

Таким образом, вектор разделяется на две принципиально различные составляющие: = + , где – вектор управляющих воздействий, – вектор возмущающих воздействий.

С учетом вышесказанного: .

Необходимость управления ОУ, т.е. необходимость изменения , возникает из-за изменений и (или) .

На рис. 2 представлена структурная схема системы неавтоматического управления. Наличие в ней датчиков (Д) и подвод внешней энергии к исполнительному устройству (ИУ) не обязательны, т.к. реализует управление субъект, и необходимую информацию он может получить за счет своих органов чувств, а управляющее воздействие реализовать за счет своей мышечной энергии.

Рис. 2.2 – Структурная схема системы неавтоматического управления

И субъектом и техническим устройством управляющее воздействие вычисляется на основе специальных правил. Для технических средств управления это правило должно быть формализовано в виде алгоритма – алгоритма управления.

Алгоритм управления φ(…) – это формализованное правило достижения цели, т.е. правило расчета (выработки) текущего значения управляющего воздействия на основе информации о цели управления и контролируемых возмущений.

Рис. 2.3 – Структурная схема системы автоматического управления

Вычислительное устройство, предназначенное для расчета управляющего воздействия совместно с исполнительным устройством будем называть управляющим устройством (УУ). Совокупность ОУ и УУ будем называть САУ.

В САУ (рис. 3) субъект «отодвинут» от задач непосредственного управления объектом. Его задачами остаются задание у зд и алгоритма управления.

В условиях развивающейся экономики уже невозможно представить себе предприятия без автоматизированных производственных линий и без высокотехнологичного оборудования. Оно позволяет предприятиям повышать объемы изготовляемой продукции, выполнять даже технологически сложные задания за более короткий срок, сокращать сырьевые расходы, справляться с задачами, недоступными человеческим рукам.

Суть автоматизации производства – это передача функций управления и контроля от человека к оборудованию.

Принципы, виды и методы автоматизации процессов

Выделяют следующие принципы работы автоматизированных процессов, среди них такие как:

• принцип согласованности – он заключается в том, что все процессы должны быть связаны между собой, четко регламентированы и проходить без сбоев;
• принцип интеграции – основан на том, что автоматизированный процесс должен гармонично вписываться в другие производственные операции;
• принцип независимости исполнения – основан на том, что процесс должен быть выполнен непосредственно программой или автоматом, без участия человека.

Перечисленные выше принципы являются достаточно общими и в зависимости от конкретных операций и уровня автоматизации могут уточняться и детализироваться.

Поскольку ход внедрения автоматизированных процессов достаточно сложный и трудоемкий, выделяют такие методы автоматизации производства:

1. Производственного уровня, при котором происходит автоматизация простых производственных ежедневных процессов: поддержания установленных параметров, сохранения указанных режимов роботы и других.
2. Тактический метод включает в себя автоматизацию распределения задач между производственными процессами.
3. Стратегический метод, при котором происходит автоматизация процессов, необходимых для управления предприятием. Это могут быть сбор и решение аналитических задач, составление прогнозов и т.д.

В зависимости от финансового состояния и потребностей предприятия принимается решение о методе внедрения автоматизации на предприятии.

Поскольку проведение подобных мероприятий – процесс широко направленный, рассмотрим цель автоматизации производства. Она заключается в повышении качества производственного процесса, сокращении расходов, снижении стоимости изготовленной продукции и увеличении точности выполняемых операций.

В зависимости от того, для какой именно отрасли планируют провести данные мероприятия, выделяют следующие виды автоматизации производства:

• сельскохозяйственных предприятий;
• производственных предприятий;
• сервисных организаций;
• исследовательских центров.

Для предприятий, создающих продукт, актуальна автоматизация учета затрат на производство. Это комплекс мероприятий по генерации и систематизации всех производственных затрат. Перспективными направлениями в развитии производственной автоматизации также являются автоматизация учета производства и автоматизация контроля производства. Сократив затраты и увеличив точность собранных данных в этих двух направлениях, компании будут развиваться эффективнее и увеличат собственную прибыль.

Преимущества автоматизации

Благодаря автоматизации различных производственных процессов увеличивается скорость выполняемых задач. К тому же данным путем удается исключить человеческий фактор, количество общих ошибок значительно снижается, что дает возможность улучшить качество процесса. Благодаря развитию новых технологий автоматизация производства способствует сохранению и обработке большего количество данных, чем при ручном методе. Данный способ организации производства позволяет выполнять несколько задач в параллельном режиме без потери в качестве и точности работы.

Несмотря на все перечисленные преимущества, необходимо помнить, что сам процесс автоматизации дорогостоящий и требует серьезных подготовительных усилий. Следовательно, он может быть не всегда экономически целесообразен.

Узнать подробно об автоматизации производства можно на специализированных тематических выставках ЦВК «Экспоцентр».

Лекция 1 –4 часа.

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОИЗВОДСТВА В МАШИНОСТРОЕНИИ.

ОБЩИЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ.

Определение производства .

БЭС: П – процесс создания материальных благ и услуг

БТС: П – работа по непосредственному изготовлению продукции; само предприятие (фабрика, завод), на котором производится продукция

На рубеже 50-х годов ХХ столетия началась НТР. Главная цель НТР – устранение ручного труда, замена его на труд машин. Способами достижения целей НТР стали механизация и автоматизация производственных процессов. На более позднем этапе переход к автоматическим производственным процессам.

До НТР производство носило признаки человекоориентированного , рассчитанного на высококвалифицированных исполнителей. Сейчас современное производства является машиноориентированным (программное управление, оборудование с системами ЧПУ). Основная особенность современного производства – это противоречие между человекоориентированным и машиноориентированным способами производства.

Структура современного производства.

1. Роль и значение автоматизации

В последние десятилетия автоматизация производственных про­цессов остается одним из главных направлений развития маши­ностроения. Эффективность автоматизации проявляется прежде все­го в росте производительности труда.

Производительность П труда представляет собой выпуск изделий в единицу времени, приходя­щийся на одного работающего:

П = Q/f,

где Q - число изделий, выпускаемых в единицу времени (произ­водительность процесса); f- число работающих, занятых произ­водством изделия.

Например, технологический процесс механической обработки деталей автомобиля имеет производительность Q = 60 шт./ч. В про­цессе принимают участие 10 рабочих. Тогда производительность труда при таком процессе составит шесть изделий в час.

Рост производительности труда в автоматизированном произ­водстве по сравнению с неавтоматизированным достигается за счет двух основных факторов:

сокращения численности работающих. В автоматизированном производстве значительная часть функций рабочих, техников, инженеров выполняется машинами;

сокращения продолжительности рабочих циклов выпуска изделий.

Рабочим циклом называется повторяющийся отрезок времени, в течение которого в технологическом процессе осуществляется выпуск одного изделия. В поточно-массовом производстве рабо­чий цикл t ц состоит из времени рабочих t р.х и холостых t х.х ходов:

t ц =t р.х + t х.х .

Рабочие ходы не зависят от степени автоматизации и выпол­няются технологическими машинами (станками, прессами, стен­дами). В течение рабочих ходов происходит снятие стружки, окраска, штамповка, запрессовка подшипников и т.д. Время рабо­чих ходов зависит от методов и режимов их выполнения. Этим занимается технология машиностроения.

Холостые ходы представляют собой вспомогательные движе­ния, которые подготавливают выполнение рабочих ходов. К ним относятся установка и снятие деталей на станках, транспортиров­ка, контроль, подналадка оборудования и другие действия, кото­рые в автоматизированном производстве выполняются машина­ми без рабочих, и поэтому на их выполнение затрачивается мень­ше времени, чем в неавтоматизированном производстве.

Холостые ходы в норме штучного времени, определяющем тру­доемкость операции, учитываются в виде вспомогательного вре­мени t в и времени технического обслуживания t т.об:

t = t о + t в + t т.об + t орг .+ t отд

где t о - основное время, которое учитывает время рабочих хо­дов, t о = t р.х ; t в - вспомогательное время, включает отвод и подвод инструмента, загрузку оборудования и контроль; (t т.об - время технического обслуживания, затрачиваемое на смену ин­струмента, наладку оборудования, устранение отходов и управ­ление; t орг - время обслуживания оборудования; t отд - время отдыха рабочего.

За время холостых ходов не производится продукция, поэтому они и называются холостыми. Однако без них невозможно выпол­нить рабочие ходы. Вот почему холостые ходы оказывают влияние на производительность и входят в состав рабочего цикла.

Сокращение времени рабочего цикла приводит к уменьшению времени производства каждого объекта и, следовательно, снижа­ются трудоемкость и себестоимость изготовления продукции. В этом состоит главное значение автоматизации. Кроме того, в автомати­зированном производстве стабилизируется качество выпускаемой продукции, повышается ритмичность ее выпуска, так как умень­шается влияние на производство субъективных факторов. Автомати­зированное производство предъявляет более высокие требования к квалификации рабочего персонала и способствует ее росту. С по­вышением уровня автоматизации улучшаются условия труда (ком­фортность, безопасность), он становится более интеллектуальным.

Исследования говорят о том, что 47% людей, работающих в США, могут быть заменены машинами, а в Великобритании под угрозой может быть около 35% рабочих мест - и в развивающихся странах степень угрозы еще выше, поскольку две трети рабочих мест могут быть автоматизированы.

Но машины, крадущие рабочие места, — это не ново. «Автоматизация уже происходила раньше», говорит Бхагван Чоудхри, профессор финансов Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе. Чоудхри указывает на сдвиги, которые произошли на заводах во время промышленной революции, когда автоматические ткацкие станки и другие машины переняли ткацкое дело у людей.

Что изменилось в этот раз? «Это затронет не только синие воротнички, но и много белых», говорит Чоудхри. Под «синим воротничком» имеется в виду рабочий класс, под белым - служащие, чиновники, администраторы, менеджеры.

Зачастую мы считаем, что самые низкооплачиваемые рабочие места с низкой квалификацией больше других подвержены риску. Например, работники склада или кассиры. Однако автоматизация также может повлиять на работу людей со средним доходом, например, клерков, поваров, офисных работников, охранников, младших юристов, инспекторов.

Понятно, что находящиеся на линии огня люди обеспокоены. «Опасения касаются не только переходного периода», говорит Карл Бенедикт Фрей, соучредитель Oxford Martin Programme on Technology and Employment. «Большинство рабочих мест, которые будут автоматизированы, требуют иных навыков, в отличие от вновь созданных. Важно будет обеспечить, чтобы оставшиеся без работы люди смогли найти себе занятие».

Итак, должны ли компании, которые стремятся к автоматизации, нести моральную ответственность и помогать персоналу обучаться новым навыкам?

Проверка будущим

Ответ может затронуть не только компании - поиск ответа может начаться со школы.

Наше современное структурированное образование, возможно, теряет смысл в мире, где технологии меняются так быстро.

«Озабоченность заключается в том, что мы не обновляем наши образовательные, учебные и политические институты, чтобы не отставать», предупреждает Эрик Брюнхолфссон, директор Инициативы по цифровой экономике Массачусетского технологического института. «Мы можем в конечном счете бросить многих людей».

Брюнхолффсон и Пол Кларк, технический директор Ocado, сходятся в том, что образование в школах и колледжах должно лучше подготовить учеников к миру, в котором искусственный интеллект и робототехника будут широко распространены.

На рабочих местах от сотрудников также будет требоваться постоянное обновление навыков вместо использования одних и тех же на протяжении всей карьеры.

«Разница между работой и обучением может стать расплывчатой», говорит Чоудхри. «В настоящее время мы привыкли к разделению, когда работающим не нужно учиться, а те, кто учится, не работают. Нам нужно подумать о том, чтобы уйти от традиционной пятидневной рабочей недели к той, где я трачу 60% своего времени на выполнение своей работы и 40% - на постоянное обучение».

Для большинства из нас это может стать решающим фактором в мышлении.

Исследование консультантов по менеджменту McKinsey and Company показало, что менее 5% профессий могут быть полностью автоматизированы существующими технологиями. Просто потому, что наши рабочие места слишком разнообразны и изменчивы, чтобы роботы могли выполнять все задачи.

Вместо этого, по их прогнозам, около 60% профессий станут автоматизированы на треть. Значит, большинство из нас сможет уцепиться за свои рабочие места, но изменится сам процесс нашей работы.

Роботы будут дополнять, а не заменять

Изучение того, как работать бок о бок с роботами, будет крайне важно.

«Бывают случаи, когда машины забирают на себя часть повторяющихся работ, чтобы освободить людей, чтобы они могли выполнять другие, более полезные аспекты своей работы», объясняет Джеймс Манника, старший партнер McKinsey, который провел большую часть своих исследований в области влияния автоматизации. «Это может существенно изменить процесс определения заработной платы, потому что машина будет делать всю тяжелую работу. Из этого также следует, что больше людей сможет выполнять эту работу при помощи технологий, поэтому конкуренция возрастет».

Есть также и более широкие проблемы. С понижением доходов среднего класса, правительства могут столкнуться с такими фундаментальными проблемами, как упущенные налоги и неудовлетворенный электорат.

К счастью, есть много дел, которые машины пока делать не в силах.

Одним из хороших примеров стала работа исследователей из Сингапура, которые пытаются обучить два автономных роботизированных манипулятора собирать плоские стулья из «Икеи». Несмотря на применение современного оборудования, машины не могут справиться с простейшими задачами.

Даже вычленение разных объектов из хаотической смеси частей представляет собой сложную задачу для роботов. В последних тестах двум роботам потребовалось больше полутора минут, чтобы успешно вставить кусок шпунта в одну из ножек стула.

И это только одна часть предмета мебели. «Настоящие проблемы начинаются, когда вы хотите, чтобы робот собрал несколько предметов мебели. Робот мог бы собрать комод «Икеи», но не сможет собрать гардероб из той же серии, поскольку детали будут другими, даже если некоторые этапы сборки останутся такими же. У людей нет такой проблемы».

Преимущество человека

От повышенной гибкости до лучших личностных качеств, всегда будут оставаться вещи, в которых мы лучше роботов.

«По мере того, как мы автоматизируем повторяющуюся работу, мы видим растущий спрос на творческие навыки», говорит Брюнхолфссон. «Мы также видим растущий спрос на людей с социальными навыками, навыками межличностного общения, которые воспитывают, заботятся, учат, навязывают свои убеждения, имеют навыки ведения переговоров и хорошо продают».

Фрей считает, что есть несколько областей, в которых у людей будет преимущество.

«Первая - это социальные взаимодействия», говорит Фрей. «Если задуматься о многообразии сложных социальных взаимодействий, которые мы встречаем каждый день, когда ведем переговоры или пытаемся убедить людей, помочь другим или позаботиться о клиентах… Мы управляем командами и все такое. Просто невероятно, что компьютеры смогут заменить людей-работников, которые все это делают».

Еще одна - творчество. Компьютеры отлично справляются с проблемами и не скучая выполняют повторяющиеся действия. Тем не менее люди находят такую монотонную работу утомительной.

Инициатива Массачусетского технологического института поставила задачу на 1 миллион долларов, направленную на то, чтобы побудить предприятия максимально использовать эти «человеческие черты» наряду с технологиями.

«Сумма, которую мы в настоящее время выплачиваем нянькам и сиделкам для пожилых людей, очень низкая», говорит Маниика из McKinsey. «Точно так же есть много художественных и творческих работ, которые никогда не оплачивались. Задача состоит в том, чтобы оплачивать и ценить творческую работу по заслугам, потому что машина никогда не будет способна на нее в полной мере».

Алекс Харви, научный руководитель в Ocado Technology, которая разрабатывает программное обеспечение и технологии для розничного подразделения компании, отмечает, что мир был спроектирован и построен для людей, и заставить роботов функционировать в этой сложной естественной среде - серьезная техническая задача.

Один из проектов Ocado - это робот-помощник по техническому обслуживанию под названием SecondHands. Он показывает, как люди и роботы могли бы сотрудничать.

«Например, у него есть способность поднимать вещи на большую высоту, чем у человека», объясняет Харви. «Это довольно простой робот с точки зрения его поведенческого репертуара, но он может сформировать прекрасную команду, в которой человек-техник будет лидером и они смогут использовать мышечную силу робота».

Но чем теснее люди и машины будут работать вместе, тем мрачнее будет этическая сторона.

Проблемы этики

Около 1,7 миллиона роботов уже используются по всему миру, но чаще всего в промышленных условиях, где людям практически воспрещен вход. Числа растут и роли, которые исполняют роботы, тоже. Выходит, людям придется работать с ними бок о бок, и риск вырастет соответственно.

«Должно быть больше прозрачности, чтобы мы могли понять, как эти штуки делают то, что делают, и как ведут себя», считает Мэди Дельво, заместитель председателя комитета по правовым вопросам Европейского парламента.

Недавно призвала парламент к созданию правил для робототехники и искусственного интеллекта.

В докладе, подготовленном для Европарламента, подчеркивалась настоятельная необходимость в новом законодательстве об ответственности в случае аварий. Аналогичные вопросы ответственности возникают, если робот предпринимает действия, нарушающие закон. Алгоритм искусственного интеллекта, например, может пропустить серию финансовых транзакций в обход запутанной сети правил, управляющих сектором.

Дельво и ее коллеги также призывают к созданию этического кодекса, который урегулирует наши отношения с роботами.

«Должны быть пункты, требующие уважения, вроде автономии человека и неприкосновенности частной жизни», считает Дельво.

Все это выдвигает на первый план еще одну проблему, которая беспокоит многих разработчиков искусственного интеллекта: предубеждение. Системы машинного обучения хороши ровно настолько, насколько хороши данные, которые даются им для изучения. Недавние исследования показали, что искусственный интеллект может развивать сексистские и расистские тенденции.

Между тем Билл Гейтс недавно предложил обложить роботов налогом, чтобы компенсировать упущенные сборы с дохода от сотрудников. Другие предположили, что поскольку роботы берут на себя все больше задач, может возникнуть необходимость в универсальном базовом доходе, чтобы каждый получал государственное пособие.

Машины движутся вперед

На примере мебели из «Икеи» становится очевидно, что ИИ еще нужно долго развиваться.

Возможно, одной из самых больших проблем, стоящих перед машинным обучением и искусственным интеллектом, является понимание того, как работают их алгоритмы. «Такие вещи, как искусственный интеллект и машинное обучение, по большей части остаются черными ящиками», утверждает Маниика. «Мы не можем открыть их, чтобы узнать, как они получили ответ, который получили».

Это создает ряд проблем. Системы машинного обучения и современный ИИ обычно обучаются с использованием больших наборов изображений или данных, которые скармливаются системе, чтобы та училась распознавать закономерности и тенденции. Затем их используют для выявления похожих паттернов при вводе новых данных.

Это может быть хорошо, если нам нужно найти КТ-сканы, показывающие признаки болезни. Но если мы используем подобную систему для идентификации подозреваемого из фрагмента оперативной съемки, нам необходимо понимание работы алгоритма, чтобы обеспечить неопровержимые доказательства.

Даже в области автономных транспортных средств эта способность к обобщению остается серьезной проблемой.

Такео Канаде, профессор робототехники в Университете Карнеги — Меллона, является экспертом в области самоуправляемых автомобилей и компьютерного зрения. Он говорит, что предоставление роботам «подлинного понимания» окружающего их мира по-прежнему представляет собой техническую проблему, которую необходимо преодолеть.

«Дело не только в идентификации местоположения объектов», объясняет он. «Технология должна понимать, что делает мир вокруг нее. К примеру, хочет ли человек перейти дорогу или нет?».

Поверьте, как только вы поймёте и почувствуете весь вкус автоматизации, вы начнёте автоматизировать всё, что нужно и не нужно. Главное - не увлечься этим, иначе вы будете тратить на автоматизацию больше времени, чем на выполнение задач.

Но с чего-то же нужно начать? Давайте познакомимся с автоматизацией поближе. Существует несколько основополагающих принципов. Если будете им следовать, сможете понять, что такое автоматизация и как эффективно её применять.

1. Обращайте внимание на тенденции

Вам нужно начать обращать внимание на то, чем вы занимаетесь в течение дня. Записывайте абсолютно все вещи, на которые вы тратите своё время в течение недели, каждую мелочь. Да, вы потратите на это какое-то время. Но, поверьте, результат того стоит.

Среди записанных дел вам нужно найти те задачи, которые повторяются изо дня в день. Пока вы не начали записывать дела, вам будет сложно выявить подобную тенденцию. Но, когда перед вами лежит лист бумаги со списком дел, задача становится вполне выполнимой.

2. Не пытайтесь автоматизировать задачи, которые постоянно меняются

Когда люди знакомятся с автоматизацией, они попадают в ловушку: начинают автоматизировать всё подряд. Но для наилучшего эффекта автоматизация должна использоваться в меру.

После выполнения предыдущего пункта у вас должен получиться список кандидатов на автоматизацию. Взгляните на него и подумайте, сколько вы потратите на автоматизацию каждой задачи. Затем сравните это со временем, которое вы тратите на выполнение задачи в течение дня, недели, месяца, года. И подумайте, рационально ли тратить столько времени на автоматизацию.

3. Автоматизируйте тестирование

Кстати, автоматизацию можно применить уже в первом пункте нашей статьи. Например, если ваша работа связана с компьютером, вы можете установить , который будет следить за вами во время работы за компьютером.

Затем вы получите удобные графики, которые покажут, на что вы тратите время. Подобные существуют и для смартфонов. Эти приложения и программы помогут сэкономить ваше время.

4. Автоматизируйте сначала простые вещи

Так же и с автоматизацией. Не пытайтесь сразу автоматизировать самые сложные ваши задачи. Начинайте с простого. Попробуйте отобрать простые задачи, которые сильно влияют на ваш график. Автоматизируйте их в первую очередь.