1.

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.

2.

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.

3.

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.

4.

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.

5.

L'automazione nell'industria

Alcune industrie sono altamente automatizzate, altre adottano specifiche tecniche di automazione soltanto in alcuni settori operativi. Nelle telecomunicazioni, e in particolar modo nel settore dei telefoni, la selezione, la trasmissione e la tariffazione sono processi ormai completamente automatizzati. Il traffico ferroviario è controllato da dispositivi automatici di segnalazione, dotati di sensori che rilevano il passaggio dei convogli, in modo da controllare il movimento e la posizione dei treni.

Non tutti i settori richiedono lo stesso grado di automazione e in alcuni l'intervento umano resta comunque determinante. L'agricoltura, il commercio e la produzione di alcuni servizi non si prestano a essere automatizzati. Al contrario, l'industria alimentare può essere ampiamente meccanizzata, specialmente nella fase del confezionamento. Molti servizi di distribuzione, quali ad esempio, nei supermercati, le casse e i processi di riempimento degli scaffali e dei magazzini, potrebbero essere completamente automatizzati. Provvedimenti simili, tuttavia, avrebbero pesanti conseguenze sul piano sociale.

Il concetto di automazione è in continua, rapidissima evoluzione. Le applicazioni variano molto da settore a settore e, all'interno di uno stesso settore, da azienda ad azienda. Le industrie chimiche e petrolifere, ad esempio, hanno sviluppato metodi di produzione a flusso continuo, adatti alla natura del materiale trattato. Nelle raffinerie, il petrolio grezzo entra nell'impianto e scorre con continuità attraverso i condotti, verso dispositivi di cracking e distillazione, fino alla trasformazione nei prodotti finali, quali gasolio e benzina. Una rete di dispositivi di controllo automatico, governati da microprocessori e coordinati da un elaboratore centrale, comanda i sistemi di regolazione dei flussi e delle velocità di reazione.

Nelle industrie siderurgiche, in quelle di produzione delle bevande e dei cibi in scatola, d'altra parte, la produzione è spesso organizzata a lotti. Un altoforno, ad esempio, dopo essere stato caricato con i minerali e il combustibile e riscaldato, produce un lotto di pani di acciaio; in questa fase, la possibilità di automazione è piuttosto modesta. I pani, tuttavia, possono essere lavorati in modo automatico in lastre o altri elementi strutturali con operazioni di laminazione e trafilazione, fino al raggiungimento delle forme desiderate (vedi Lavorazione dei metalli).

L'industria automobilistica e altre industrie di prodotti di largo consumo adottano tecniche di produzione in serie a catena di montaggio che si avvicinano al concetto di produzione a flusso continuo, pur utilizzando macchine trasportatrici, indispensabili per la realizzazione dell'automazione.

6.

Automazione e società

All'automazione della produzione industriale vanno riconosciuti numerosi meriti sociali: ha velocizzato i processi, permettendo un aumento del tempo libero a disposizione dei lavoratori; ha incrementato la produttività, consentendo l'aumento dei salari, la riduzione dei costi e quindi la diffusione di importanti beni di consumo, oggi di uso comune, quali l'automobile, il frigorifero e il televisore. Inoltre, ha sollevato l'uomo da compiti talvolta pericolosi nelle fabbriche, riservandogli funzioni più critiche, di coordinamento e supervisione.

Non mancano tuttavia le conseguenze negative. Secondo alcune teorie, l'automazione è all'origine di sovrapproduzione e spreco, alienazione tra i lavoratori e crescita della disoccupazione.

Il problema connesso più discusso è certamente l'aumento della disoccupazione. Alcuni studiosi affermano che lo sviluppo dei sistemi d'automazione genera più lavoro di quanto ne sottragga ed evidenziano come, benché alcuni settori possano registrare una crescita della disoccupazione, ne nascano altri per la produzione dei macchinari automatizzati, che offrono possibilità di lavoro molto più qualificanti. Altri esperti tuttavia contestano queste tesi prevedendo che non appena le nuove aree di occupazione saranno sature, come già accade in alcuni paesi, i programmi di occupazione verranno ridotti e il legame tra automazione e disoccupazione risulterà drammaticamente evidente.

7.

Sviluppi recenti

Negli ultimi anni, l’automazione è entrata in campi disparati, oltre a quello industriale. La guida delle automobili, ad esempio, oggi è resa più sicura da dispositivi che gestiscono la frenata (ABS), la stabilità (ESP), il cambio, o addirittura l’intero “stile” di guida grazie alla possibilità di selezionare programmi di guida più o meno sportivi. I cosiddetti “edifici intelligenti” sono un altro esempio di gestione automatica da parte di programmi software delle funzioni di climatizzazione, controllo accessi, allarme antincendio ecc. Da ultimo, l’avvento recente della telematica e lo sviluppo della rete cellulare GSM hanno dato un ulteriore impulso all’automazione grazie alla possibilità di comandare da località remote l’esecuzione di alcuni compiti, per i quali è ovviamente richiesto un sistema automatico. Un esempio è l’accensione del riscaldamento delle case di villeggiatura tramite telefono, o i sistemi di telecontrollo di acquedotti, dighe, antenne e ripetitori o comunque di impianti situati in località remote.