Automazione

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Introduzione

Automazione Insieme di tecniche e sistemi di produzione industriale ad alto livello tecnologico, che prevede l'impiego di macchine e robot in sostituzione di operatori umani. Il termine automazione viene usato anche per indicare sistemi non necessariamente destinati alla produzione industriale, nei quali dispositivi programmati operano in parziale o totale assenza di controllo umano. Ne sono esempi, nel campo delle comunicazioni, dell'aviazione e dell'astronautica, gli apparati automatici di commutazione telefonica, i piloti automatici e i sistemi automatizzati di guida e controllo.

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Premesse

La produzione automatizzata è il risultato di un concorso di innovazioni tecniche e organizzative, introdotte nel sistema industriale a partire dalla rivoluzione industriale del XVIII-XIX secolo. Tra queste, la divisione scientifica del lavoro, lo sfruttamento delle diverse forme di energia, la meccanizzazione delle fabbriche e lo sviluppo delle macchine trasportatrici (macchine transfer) e dei sistemi di controllo a retroazione.

La divisione scientifica del lavoro, cioè la frammentazione di un processo di lavorazione in una serie di specifici passaggi indipendenti, fu messa a punto nella seconda metà del XVIII secolo a partire da un'idea dell'economista britannico Adam Smith, esposta nel trattato Ricerche sopra la natura e le cause della ricchezza delle nazioni (1776). Questo nuovo sistema nell'organizzazione del lavoro, che comportava una restrizione del campo di competenze di ogni singolo lavoratore e quindi una maggiore specializzazione, permise un notevole aumento della produttività.

Il passo successivo in direzione dell'automazione fu la meccanizzazione dei processi: la suddivisione delle catene di produzione in operazioni semplici, determinata dalla divisione scientifica del lavoro, rese possibile la progettazione di macchine specializzate capaci di eseguire in modo autonomo tali operazioni. L'evoluzione delle tecnologie per la trasformazione delle diverse forme di energia disponibili in natura in energia utile permise di motorizzare le macchine e determinò la nascita della fabbrica intesa in senso moderno: un luogo centralizzato di produzione, in cui lavoratori e macchine sono concentrati in edifici o strutture situati nei pressi delle fonti energetiche.

Per collegare stadi di produzione diversi nacquero le macchine trasportatrici (macchine transfer), dispositivi capaci di spostare e posizionare correttamente un pezzo in lavorazione da una macchina utensile a un'altra. Quello automobilistico fu il primo settore che, negli anni Dieci, realizzò un sistema di produzione a catena di montaggio. L'obiettivo era una consistente riduzione del costo delle automobili che ne rendesse possibile un'ampia diffusione. Questo metodo di produzione fu rapidamente adottato dalla maggior parte dei produttori di auto e, in seguito, da ogni tipo di industria.

I robot industriali, progettati in origine soltanto per svolgere funzioni semplici in ambienti pericolosi per l'uomo, col tempo furono perfezionati e abilitati alle più disparate funzioni. Oggi permettono la produzione industriale in quasi totale assenza di operatori umani.

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Retroazione

Il principio di retroazione è uno dei cardini dell'automazione, oltre che dei sistemi di intelligenza artificiale. L'applicazione del principio della retroazione ai sistemi di produzione consiste nella realizzazione di macchine capaci di autocorrezione. Un sistema dotato di 'anello di retroazione' è munito di dispositivi in grado di rilevare il valore delle grandezze fisiche su cui il sistema agisce (posizione, temperatura, dimensione, velocità) e di confrontarle con uno standard prestabilito; il risultato del confronto produce nel sistema le azioni necessarie per mantenere la grandezza di uscita vicina, entro limiti determinati, allo standard di riferimento. Mediante dispositivi di retroazione, le macchine possono partire, fermarsi, accelerare, rallentare, contare, ispezionare, controllare, confrontare e misurare; in altre parole esse svolgono operazioni fondamentali in una grande varietà di processi di produzione (vedi Cibernetica).

Il principio di retroazione trova vastissime applicazioni in diversi settori. Uno dei primi esempi significativi di macchina a retroazione fu il regolatore centrifugo, inventato nel 1788 dall'ingegnere scozzese James Watt con l'obiettivo di controllare la velocità delle macchine a vapore. In questo dispositivo, una coppia di sfere pesanti è sospesa, mediante due bracci oscillanti, all'estremità superiore di un perno verticale, collegato tramite ingranaggi all'albero rotante della macchina. Le sfere ruotano con velocità proporzionale a quella dell'albero stesso e, per effetto della forza centrifuga, si allontanano dal perno, sollevandosi. I bracci a cui le sfere sono sospese comandano, con un sistema di leve, la valvola che immette il vapore nella macchina: al sollevarsi delle sfere, il vapore immesso diminuisce. Perciò, se la macchina tende a ruotare a velocità diversa da quella desiderata, il regolatore interviene aumentando o riducendo il flusso di vapore. Un esempio attuale di sistema di retroazione è fornito dagli impianti di riscaldamento domestico controllati da un termostato.

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L'uso del computer

L'avvento dei computer rese notevolmente più semplice l'impiego della retroazione nei processi produttivi, promuovendo dapprima lo sviluppo di macchine a controllo numerico (il cui movimento viene comandato mediante nastri di carta perforata o nastri magnetici), poi di veri e propri robot programmabili per l'esecuzione di compiti specifici. L'introduzione del microprocessore permise anche lo sviluppo delle tecniche di progettazione e lavorazione assistite da computer: CAD e CAM (Computer-Aided Manufacture). Usando sistemi di questo tipo, un progettista può effettuare al computer il disegno completo di un pezzo meccanico, con l'aiuto di un opportuno dispositivo d'ingresso, quale il mouse o la penna ottica; il computer genera automaticamente le istruzioni che dirigono un centro di lavorazione nella realizzazione del pezzo.

Con l'introduzione dei sistemi di produzione flessibili (Flexible Manufacturing Systems, FMS), l'uso dell'automazione venne esteso alle aziende in cui i piccoli volumi di produzione non rendono economicamente sostenibile un sistema completo di automazione. In essi, un computer supervisiona e controlla il funzionamento complessivo dell'azienda, svolgendo un gran numero di funzioni, dalla catalogazione di ciascun passo della produzione, alla redazione dell'inventario dei pezzi e del consumo di utensili.

Lo sviluppo delle tecniche di automazione influenza anche campi dell'economia diversi dalla produzione. I moderni uffici sono ormai dotati di raffinati sistemi che permettono di svolgere compiti di carattere amministrativo, di reperimento e gestione di dati e di elaborazione testi in modo rapido ed efficiente, attraverso l'uso di computer e periferiche connesse.