Тел. / факс (343) 262-92-76,
(343) 262-92-78,
(343) 262-92-87.
Новые горизонты автоматизации
Новые горизонты автоматизации: её роль и задачи в ближайшем будущем
Автоматизация c каждым днём приобретает всё большую роль в производственной деятельности и жизни человеческого общества, в удовлетворении его растущих потребностей. В последние годы в связи с заметным уменьшением природных ресурсов, тревожными глобальными изменениями климата и ростом численности населения Земли роль автоматизации всё больше усиливается, а сферы её применения непрерывно расширяются.
По мнению авторитетных экспертов, автоматизация должна внести в ближайшем будущем существенный вклад в решение следующих актуальных задач человечества:
- экономное использование ресурсов и энергии;
- удовлетворение потребностей населения Земли в более высоком уровне
жизненного стандарта, в мобильности, питании и обеспечении водой; - повышение экономической эффективности производства и улучшение качества продукции.
Автоматизация является важной инженерной наукой и охватывает технические концепции, методы и средства управления и регулирования автоматизированного производства, включая его разработку, проектирование и модернизацию. Целью автоматизации является разработка и реализация концепций управления как простыми, так и сложными объектами. Автоматика обеспечивает: оптимизацию процессов по определённым заданным критериям (например, таких как максимально возможная экономия ресурсов, минимально возможный ущерб окружающей среде или возможно лучшее качество продукции), защиту человека от опасных, непредвиденных или вредных для здоровья ситуаций, а также поддержку и помощь человеку при выполнении им профессиональных функций и в его повседневной жизни.
Сегодня практически не существует технических процессов, которые обходятся без автоматики – начиная от простых систем, используемых в быту, и кончая сложнейшими промышленными процессами производства. Многие технические устройства, без которых сегодня невозможно представить себе комфортную и безопасную повседневную жизнь, стали таковыми только благодаря используемой в них автоматикe.
Автоматизация является ведущей дисциплиной при разработке, оптимизации и применении новых промышленных продуктов, методов и технологий. Новые продукты и технологии базируются на возможностях, которые прежде без автоматики были вообще нереализуемы. Автоматизация благоприятствует более лёгкой модернизации и улучшению качества новых продуктов и технологий и тем самым приспосабливать их к новым потребностям.
Автоматизация изначально является связующей платформой между разработчиками, продуцентами и пользователями приборов и систем автоматики, в том числе в таких отраслях, как энергетика, машиностроение, химическая технология, вычислительная техника, информатика, коммукационная техника, жилищно-коммунальное хозяйство.
В условиях постоянно усложняющихся технических систем автоматика выполняет сегодня не только задачи управления объектом в целом, но и помогает анализировать функционирование объекта и системы управления и принимать соответствующие решения по его улучшению. Использование интеллектуальных, гибких систем автоматики и взаимодействие с ними повы-шают компетенцию людей-пользователей.
Автоматизаци из сугубо технического средства развилась в партнёра человека, играет важную роль в его защите от опасностей, служит повышению качества жизни, предлагает незаменимые решения для обеспечения здоровья человека и качества жизни в его старости.
Важная экономическая роль автоматизации подтверждается следующими статистическими данными. Мировой объём производства только электрических средств автоматизации составляет около 230 млрд. евро, которые распределяются по странам следующим образом:
- США – 23 %
- Япония – 19 %
- Германия – 14 %
- Китай – 9 %
- 24 страны ЕС (без Германии) – 20 %
- остальные стран – 15 %
Этот объём производимых электрических средств автоматизации использовался странами в следующих долях:
- США – 26 %
- Япония – 15 %
- Германия – 9 %
- Китай – 8 %
- ЕС – 17 %
- остальные – 25 %
Роль автоматизации в жизни общества заключатся также и в том, что производство технических средств автоматики создаёт большой рынок труда. Например, в Германии в производстве электрических средств автоматики занято более 200 тысяч работников. Кроме того, на всех промышленных предприятиях-пользователях автоматизация дополнительно обеспечивает рабочие места по обслуживанию её средств.
Автоматизация может внести существенный вклад в решение фундаментальных потребностей человеческого общества, которые связаны с ростом населения Земли и тем самым с необходимостью эффективного использования ресурсов и энергии, а также с растущими запросами на повышающиеся жизненные стандарты и с последствиями глобализации. В отдельных регионах Земли демографическая миграция становится существенным фактором, дополнительно увеличивающим потребности общества.
Перед человеческим обществом стоят такие вызовы, как рост населения, урбанизация, появление мегаполисов, изменение климата, истощение природных ресурсов, запрос на растущие жизненные стандарты, демографическая миграция и стареющее население, глобализация. Чисто рыночные проблемы индустриальных стран, доминировавшие в экономике второй половины 20-го столетия, будут поэтому проявляться в тесной связи с существующими гло-бальными проблемами.
Рост населения, возрастающая урбанизация, увеличение количества и размеров мегаполисов и быстрое изменение климата требуют масштабного и оптимизированного менеджмента ограниченными георесурсами (глобально, регионально и локально), который может быть достигнут только с помощью стратегий и решений из арсенала автоматизации. При этом необходимо обеспечить современные условия жизни в следующих сферах: комфортное жильё, инфраструктура мегаполисов и городских агломераций, производство, переработка, хранение и распределение сельхозпродуктов, снабжение питьевой и технической водой, уменьшение и контроль выбросов в атмосферу, эффективные процессы получения, аккумулирования, распределения и использования энергии, добычи, переработки и использования минерального сырья.
Автоматизация должна помочь удовлетворить существующий глобальный запрос на растущие жизненные стандарты (региогнально различающиеся по уровню в индустриальных, новых индустриальных и развивающихся странах). Огромное население азиатских стран ведёт к бурному развитию рынков, что также требует автоматизированных технических решений в следующих областях: здравоохранение, фармацевтика, медицинская техника, инфраструктуры и строительство, жильё и домашнее хозяйство, транспорт, безопасность, коммуникация.
Усиливающийся и необратимый процесс глобализации условий жизни человека предcтавляет собой весьма распределённую, сложнейшую сетевую систему. Для эффективного функционирования такой системы необходимы автоматизированные решения в области производства, логистики, услуг и мобильности на глобальном уровне.
Сегодня автоматизация развивается из самодостаточного средства технических решений в средство решения проблем в качестве партнёра человека под девизом «Техника с человеком для человека» и содействует тем самым повышению качества жизни – выполняет с помощью кооперированных с человеком технических систем соответствующие человеко-машинные функции, например: автономные транспортные средства и системы, автономные сервисные роботы (гуманоиды), системы-ассистенты по уходу, медицинские и биологические системы жизнеобеспечения, экспертные системы по принятию решений.
Автоматизация должна облегчить последствия демографических изменений. Наблюдаемое и предвидимое во всех идустриальных странах старение населения также требует принятия соответствующих автоматизированных решений. Количество людей старшего возраста растёт, следовательно будут требоваться новые решения по автоматизации в областях: здравоохранения, средств ухода и оказания помощи пожилым и соответствующих инфраструктур, мобильности, безопасности, обеспечения качества жизни в старости.
Интерактивная связь с техническими устройствами при этом должна, несмотря на их сложность, быть организована достаточно просто – лишь так может быть реализована полезная кооперация человека с машиной.
Автоматика будет и дальше играть важную роль в защите человека от опасностей. Людям сегодня угрожают серьёзные опасности на транспорте, в производстве и быту. Связанные с этим риски могут быть значительно снижены с помощью методов и средств автоматизации. Оснащение легковых автомобилей системами блокировочной (ABS) и активной (ESP) безопасности значительно снизят риски аварий и тем самым – риски травмирования пассажиров. Аварии и выбросы вредных веществ на технологических установках могут быть устранены с помощью средств автоматической защиты.
Управление защитой данных в распределённых, открытых и беспро-водных системах автоматизации относится к стратегическим темам, значение которых уже в ближайшее время будет сильно возрастать. Спецификация единых методов для анализа опасностей и для классификации рисков, в том числе рисков отказов при смене версий и вариантов или при изменениях условий разработки встроенных систем, интеграция модулей безопасности во встроенные системы и разработка концепций для управления защитой данных, являются важнейшими задачами ближайшего будущего.
Автоматизация интегрирует достижения новых научных областей и дисциплин для своего дальнейшего развития. Под влиянием современных и перспективных инноваций она становится единой технологией – технологией обработки содержания информации по Интернету на центральном сервере (technology push). К этим инновационным технологиям относятся, например, информационные технологии, микросистемная техника, нанотехнология, оптические технологии, специальные/функциональные материалы (smart materials), биотехнология (как технология-продуцент), структурная биология.
Для постоянного улучшения продукции также требуется автоматизация. Требования к продукции и технологии будут постоянно расти и на первом плане стоят следующие требования: расширенная функциональность, повышенная надёжность продуктов и технологий, повышенная производительность и оптимизация технологических процессов, улучшенное качество продуктов посредством более высокого воспроизведения точности, улучшенные условия работы с помощью эргономики и обеспечения безопасности труда, пониженное воздействие на окружающую среду с помощью соответствующего контроля и регулирования технологических процессов, ресурсосберегающие процессы.
На основе опроса, проведённого среди специалистов по автоматике, наилучшие результаты автоматизации в ближайшей перспективе ожидаются в областях машиностроения и транспорта. Далее следуют энергетика и химическая технология. По мнению участников опроса, наибольшие потенциалы для развития автоматизации имеют такие области, как машиностроение и транспортные средства (по мнению более 50 % опрошенных), на последующих позициях – энергетика и различные технологические процессы (40 %), микро- и нанотехника, защита окружающей среды, медицинская техника и здравоохранение, биотехнология (около 30 %), строительное производство, средства сообщения и логистика (менее 20-25 %).
Из результатов опроса следует, что наибольший толчок для развития автоматизации дают отрасли, требующие повышения энергетической эффек-тивности. Далее идут микросистемная техника и системы беспроводной коммуникации. Задачи автоматизации, связанные с демографическими изменениями, изменениями климата и обеспечением условий жизни человека, назывались участниками опроса недостаточно часто. Но если сравнивать нынешние ответы по этим задачам с опросом 2006 года, то именно по ним произошло наибольшее увеличение оценок – следовательно, переосмысление началось.
В ответах на вопрос «Какие технические и социо-экономические отрас-ли, факторы и требования дадут автоматизации в ближайшие три года наибольшие импульсы к развитию?» на первых позициях отмечаются энергетическая эффективность и минитюаризация (по мнению 50 % участников), беспроводная коммуникация, охрана природы, сбережение ресурсов и оптические технологии (около 40 %), человеко-машинная коммуникация, интернет-технологии и беспроводные датчики (30-35 %) с автономным питанием (Energy Harvesting), функциональная безопасность, радиочастотная идентификация (RFID), биотехнология, демография и изменения климата (20-25 %), робототехника и глобализация (менее 20 %).
Новые области применения автоматизации ставят задачи по разработке и внедрению новых методов и средств. В области сенсорики необходимы: разработка датчиков для обнаружения микроорганизмов, токсических веществ, применение смарт-датчиков, децентрализация обработки результатов измерений и улучшение самодиагностики датчиков, автономное питание датчиков, применение интегрированных датчиков в беспроводных коммуникационных сетях, внедрение для контроля состояния машин и износа деталей недорогих датчиков, позволяющих осуществлять управление качеством, дистанционный диагноз или проактивное техническое обслуживание. Всё более необходи-мыми становятся измерение технологических параметров в режиме реального времени (Inline-Analytics), реконструкция переменных состояния технологических объектов с распределёнными параметрами и наблюдение за процессами в формате 3D.
Для дальнейшего развития акторики большую роль будут играть новые разработки в области микросистемной техники – новые материалы, включая смарт-материалы, методы искусственного интеллекта для самодиагностики и прогнозирования срока службы.
Перспективной задачей в области применения автоматизации являются разработка, моделирование и создание комплексной производственной системы – так называемой «цифровой фабрики», включая единые базы данных, библиотеки стандартов, стандартизованное программное обеспечение, вопросы технического обслуживания и всю цепь логистики от производителя до потребителя.
Большое значение для технологии автоматизации имеют распределённые и сетевые системы, так как именно они явлются основой освоения сложных систем и процессов, и особенно децентрализованных структур.
На системную структуру автоматизации будут всё больше влиять связи и взаимодействие централизованных и децентрализованных функций, смещение задач контроля и управления на уровень менеджмента и дальнейшее резкое расширение баз данных.
Одна из важнейших задач автоматизации в будущем связана с интеграцией управления технологическими процессами и управления всем производством – со всё более усиливающимся слиянием производственных и экономических задач управления, со срастанием технологического управления с системами управления ресурсами (Asset Management) и оперативного управления (Manufacturing Execution System), с планированием и оптимизацией эффективности производства.
Большие возможности для улучшения контроля качества готовой продукции, её продажи, логистики и документального сопровождения поставок (Tracking & Tracing) предоставляет универсальная технология радиочастоной идентификации (RFID).
В связи с дальнейшим усложнением систем автоматизации всё большее значение приобретает проблема взаимодействия человека и машины, возрастает потребность в дружественных интерфейсах с высокой робастностью и пригодных для интуитивного обслуживания. В связи этим растёт и роль новой парадигмы в информационных технологиях – парадигмы, называемой «окружающий разум» (Ambient Intelligence).
Перспективными направлениями развития автоматизации являются применение информацонных технологий и использование встроенных систем, в частности оптических, которые обеспечивают лучшие вычислительные возможности, более высокий уровень интеграции и помехозащищённости.
При использовании встроенных систем в ближайшие годы намечаются два тренда. Первый заключается в том, что будет интенсивно расширяться стандартизация архитектур, интерфейсов и служебных программ и благодаря этому станет возможной разработка прикладного программного обеспечения, менее зависящего от аппаратных решений.
Второй тренд заключается во вхождении в практику базирующейся на моделях технологии разработок, при которой модели используются уже на ранних стадиях (например, при анализе требований или описании архитектуры) и затем непрерывно развиваются с применением их частичной или полностью автоматической трансформации.
Особое требование к встроенным системам предъявляет разделимость функций между приборами различных фирм и персональными компьютерами или программным обеспечением систем управления. Возрастающую важную роль при взаимодействии приборов разных фирм играют стандартизация и согласование баз данных.
Проф. В.А. Лукас
Комментирование отключено.
Комментариев нет.