Автоматизàция (наричана още автомàтика) се нарича използването на автоматични или автоматизирани технически средства Думата в РБЕ, икономико-математически методи и системи за управление, освобождаващи човека частично или пълно от участие в процесите на получаване, преобразуване, предаване и използване на енергия, материали или информация, както и съществено намаляващи степента на това участие или трудоемкостта на изпълняемите операции. Терминът „автоматичен“ означава пълна замяна на човешката дейност от техниката, а понятието „автоматизиран“ означава частична замяна и относително голяма степен на участие на човека в процеса.
В процеса на автоматизация участват технически средства с различно предназначение: датчици (сензори), въвеждащи устройства, управляващи устройства (контролери), изпълнителни устройства, извеждащи устройства, сървъри, работни станции. Те използват електронна техника и методи за изчисления, понякога копиращи нервните и мисловните функции на човека.
Автоматизацията е едно от направленията на научно-техническия прогрес. Тя има за цел облекчаване на човешката дейност и повишаване на нейната ефективност. Обхваща много области от човешката дейност: производство, технологии, проектиране, планиране, управление, научни изследвания и други.
Определение и примери Съгласно DIN V 19233 автоматизацията се определя като „Оборудване на съоръжение, така че да работи по предназначение, изцяло или частично, без човешка намеса.“ DIN V 19233: Leittechnik – Prozessautomatisierung – Automatisierung mit Prozessrechensystemen, Begriffe. Deutsches Institut für Normung e. V.
В по-тесен смисъл автоматизацията характеризира присъщите усилия на системите да постигат цели чрез автоматично или независимо (автономно) действие, да следват променливи цели, да формират и поддържат цели или, когато целите са постигнати, да развиват дейности за стабилизиране на системата въпреки съществуващите смущения. Wolfgang Weller: Automatisierungstechnik im Überblick. Was ist, was kann Automatisierungstechnik? Beuth Verlag, Berlin / Wien / Zürich 2008, ISBN 978-3-410-16760-0, S. 5–29, sowie als E-Book.
Примери за автоматизация: процесът на преобразуване на една компания в технически производствени съоръжения за самостоятелно производство с изключване на човешкия труд; в бизнес администрацията автоматизация се нарича състоянието на завършена автоматизация; комбинацията от повтарящи се функционални последователности при електронна обработка на данни в макроси или нови програмни функции, например при обработка на текст, при обработка на изображения или в географски информационни системи. По същия начин, необслужваната инсталация автоматизира процеса на конфигуриране.
Когато процесът на ръчна работа използва машини за извършване на напрегната физическа работа, той е механизиран и потокът на процеса все още се контролира от хората. За разлика от това, при автоматизацията потокът на процеса също се контролира от машини (автоматизирани машини), а хората наблюдават цялостния автоматизиран процес и изпълняват неавтоматизираните стъпки на процеса.
Цел, решения и области на използване Целта на автоматизацията е повишаване на производителността на труда, подобряване на качеството на продукцията, оптимизация на управлението, отстраняване на човека от производства, опасни за здравето. Автоматизират се: Първото правило на всяка технология в бизнеса е, че автоматизирането на ефективните дейности повишава ефективността. Второ правило: автоматизирането на неефективни дейности увеличава неефективността. Цит. по: IEEE Engineering Management Review, vol. 35, no. 2, second quarter 2007
Бил Гейтс производствени процеси; технологии; проектиране, планиране; организация, управление; обучение, образование; научни изследвания; бизнес-процеси
и други области на човешката дейност.
Автоматизацията, с изключение на най-простите случаи, изисква комплексен, системен подход към решаване на задачите. Затова решенията на задачите, стоящи пред автоматизацията, обикновено се наричат системи, като: система за автоматично управление (САУ); система за автоматично регулиране (САР); система за автоматизация на проектни работи (САПР); автоматизирана система за управление на технологични процеси (АСУ). Основните типове автоматизация според приложението са: Автоматизация на производството Автоматизация на технологичните процеси Автоматизация на проектирането Автоматизация на обучението Автоматизация на програмирането Автоматизация на дома Автоматизация на обслужването
Нивото на автоматизация може да бъде различно. Кузьмин Ю. Б. – Моделирование степени автоматизации иерархических систем управления на примере АСУ ТП предприятия. // Промышленные АСУ и контроллеры, № 6, 2017.
Видове автоматизация Един от опростените видове управление при автоматизацията е „включен-изключен“. Пример за такъв са термостатите, използвани в домакинските уреди. Електромеханичните термостати в уреди за отопление, вентилация и климатизация (ОВК) могат да осигуряват само включено и изключено състояние при управление на отопляващи или охлаждащи системи. Електронното управляващо устройство (контролер), позволява регулиране на степените и добавянето на различна вариация при отопление, като позволява и контролиране на скоростта на вентилаторите.
Автоматизация, в която програмирана поредица от обособени операции е изпълнена, често се основава на системна логика, която преминава през различен системен стадий.
Съвременният тип автоматизация е революционизирал производството, самолетостроенето, комуникациите както и много голяма част от другите индустрии. Той е управление с обратна връзка, която обикновено е непрекъсната и включва вземането на определени мерки, използвайки датчици (сензори) и изпълнява изчислени корекции, за да запази измерваната променлива величина в зададен диапазон.
Отворени и затворени управляващи вериги Всички елементи, представляващи измерването и управлението на една променлива, се наричат управляващи вериги. Верига, която използва измерен сигнал, захранва сигнала обратно и го сравнява до зададена точка, изчислява и изпраща обратен сигнал, за да направи корекции, се нарича затворена управляваща верига. Ако веригата не включва обратна връзка, изпълняваща определени корекции, се нарича отворена управляваща верига. Управляващата верига е обикновено е завършена с управляващо устройство (контролер).
Автоматизация и логическа последователност Автоматизацията е възможно да бъде фиксирана поредица или логическа такава, която ще изпълни различни действия основаващи се на вариативни системни стадии. Пример за регулируема, но иначе фиксирана поредица, е таймер при тревните пръскачки.
Стадии, насочващи към различни условия, могат да възникнат при употреба на мрежата. Пример за това е асансьор, който е логически основан на системен стадий, отговарящ на възможностите на мрежата и въведените от потребителя данни. Примерно, ако потребителят натисне някой бутон, системата ще отговори в зависимост от това дали асансьорът е спрял, в движение, или се движи нагоре или надолу, дали вратата е отворена или затворена.
Компютърно управление Компютрите имат възможността да изпълняват цялостното управление, използвайки създаден за целта приложен софтуер. Програмируемите логически контролери представляват електронни устройства, управлявяни от специално разработени микропроцесори, които заменят таймерите и секвенторите. Компютрите имат способността да управляват работата на стотици контролери. Също така могат да обработват множество от различни входни данни, математически операции, използвайки сложни алгоритми, създадени за управление. Имат възможността да анализират данните и да ги възпроизвеждат на графични дисплеи, в реално време, за улеснение на обслужващите лица.
Управлението на банкоматите е пример за интерактивни процеси, при които компютър изпълнява логика, достигайки я от свързана в мрежа база данни, получена в отговор на избраната от потребителя операция. Тези процеси имат голяма прилика с други онлайн трансакции. Различните логически отговори се наричат сценарии. Такива процеси са създадени с помощта на блок-схеми, които ръководят писането на софтуерния код.
История Особената грижа на средновековните гърци и араби (между III и XIII век) е точното изчисляване на текущото време. В Птолемеев Египет, около 270 г. сл. н. е., ученият-изобретател Ктесибий изобретил и описал специален регулатор за воден часовник – устройство, наподобяващо контролер на нивото на водата в тоалетна. Това е първото устройство с функция за обратно управление Guarnieri M. – The Roots of Automation Before Mechatronics; статия, изд. IEEE Ind. Electron. M., том 4, № 2, страници 42—43, doi=10.1109/MIE.2010.936772, 2010 г.. Появата на механични часовници през 14 век направи водния часовник с неговото усъвършенствано устройство за автоматично управление остарял.
Изтъкнатите персийски учени, братята Мохамед, Ахмед и Хасан, известни като „синовете на Муса“, в своята „Книга на съоръженията (английски)“ (850 г. сл. н. е.), описват няколко устройства с функцията за автоматично управление наведнъж Ahmad Y Hassan – Transfer Of Islamic Technology To The West, Part II: Transmission Of Islamic Engineering . Един от тях вече осигурява двуфазен контрол на нивото на течността, като всъщност е първото автоматично устройство за управление на непрекъснат процес с променлива структура . Братята описват и типичен контролер с обратна връзка. Otto Mayr – The Origins of Feedback Control, MIT Press, 1970.Donald Routledge Hill, «Mechanical Engineering in the Medieval Near East», Scientific American, May 1991, p. 64-69..
Най-ранният автоматичен механизъм с обратна връзка е бил използван за разпъване на крилата на вятърни мелници. Патентован е от Едмънд Лий през 1745 г.
Центробежният регулатор, който датира от последната четвърт на 18 век, бил използван за регулиране на дистанцията между воденичните камъни. Центробежният регулатор също бил използван в автоматичната мелница за брашно, разработена от Оливър през 1785 г., което я прави първият напълно автоматизиран производствен процес. Регулаторът бил приложен от Джеймс Уат в парната машина през 1788 г., след като партньорът му Болтън видял такъв регулатор по време на строежа на мелница за брашно. Регулаторът всъщност не можел да поддържа установена скорост, защото скоростта зависела от промени в натоварването. Регулаторът обаче бил в състояние да отчита по-малки колебания, като например причинените от колебанията на топлинния товар на котела. Освен това имало тенденция за поява на вибрации при промяна на скоростта. Поради това двигателите, оборудвани с този регулатор, не били подходящи за операции, изискващи постоянна скорост, например при предачната машина.
Преди края на 19 век са направени подобрения на регулатора и на клапата-прекъсвач на парния двигател, го прави подходящ за повечето промишлени цели. Напредъкът в парната машина изпреварва научните постижения в термодинамиката и теорията на управлението.
Регулаторът влиза в полезрението на учените едва когато Джеймс Кларк Максуел публикува статия, положила началото на теоретичното разбиране на теорията на управлението. През 1920 година е разработен електронен усилвател за телефонията на дълги разстояния, при която се изисква по-високо съотношение сигнал-шум, което е решено с отрицателна обратна връзка за анулиране на шума. Тези и други приложения на телефонията спомагат за развитие на теорията на управлението. По време на Втората световна война някои военни приложения, допринесли за теорията на управлението и възползвали се от нея, са противопожарните системи и контролът на въздухоплавателните средства. Думата „автоматизация“ е въведена през 1940 г. от General Electric. Разработването на така наречената класическа теория на управлението датира между 40-те и 50-те години на XX век.