Historia

Termin „automatyka” używany w języku polskim pochodzi wprost od starożytnego, greckiego słowa „αὐτόματος” (autómatos), które znaczy tyle co „samoczynny” (czyli działający bez udziału człowieka). Podobnie jest w wielu innych językach nowożytnych, w których napotykamy na takie słowa jak „automation” (język angielski), „Automatisierung” (język niemiecki), „automazione” (język włoski) czy „automatizálás” (język węgierski). Nic zatem dziwnego, że to właśnie starożytna Grecja jest powszechnie uważana za miejsce narodzin współczesnej automatyki. To tam zaczęto budować stosunkowo proste, samoczynne urządzenia służące do podkreślenia rangi rozmaitych ceremonii o charakterze religijnym i/lub społecznym.

Przypuszcza się, że jednym z pierwszych (V wiek p.n.e.) urządzeń tego typu była tzw. wieczna lampka olejowa, z automatycznie dostarczanym knotem, zainstalowana w świątyni ateńskiej. Zdaniem historyków paliła się ona nieprzerwanie przez 500 lat. Do utrzymania jej płomienia wystarczały proste czynności obsługowe podejmowane tylko raz w roku.

Do szczególnie imponujących osiągnięć pochodzących z najwcześniejszego etapu rozwoju automatyki zalicza się zwykle zegar wodny Ktesibiosa (z pierwszym w historii ludzkości regulatorem automatycznie utrzymującym poziom wody w zbiorniku - III wiek p.n.e.) oraz liczne dokonania Herona, który zaprojektował m.in. automat do sprzedaży wody świątynnej służącej celom rytualnym czy miniaturowy teatrzyk z automatycznie poruszającymi się figurkami (I wiek n.e.).

Warto zauważyć, że wszystkie wspomniane powyżej, nowatorskie urządzenia jedynie w bardzo niewielkim stopniu wpływały na codzienne życie ówczesnych społeczeństw. Patrząc z dzisiejszej perspektywy moglibyśmy nawet określić je mianem tzw. gadżetów. Na zautomatyzowane maszyny czy urządzenia, które miałyby realne znaczenie gospodarcze trzeba było poczekać jeszcze wiele stuleci.

Jednym z pierwszych obiektów technicznych mających rzeczywiste znaczenie produkcyjne był zautomatyzowany młyn, który dodatkowo mógł służyć do napędu maszyny tartacznej. Zbudowano go w Filadelfii, w USA (1784). Kluczowe znaczenie dla rozwoju automatyki przemysłowej miał jednak dopiero wynalazek Jamesa Watta jakim był regulator odśrodkowy, zastosowany po raz pierwszy w 1788. To właśnie słynny regulator Watta (pozwalający na stabilizowanie prędkości obrotowej napędu parowego) w decydującym stopniu przyczynił się do wybuchu pierwszej rewolucji przemysłowej, dzięki której ludzkość dokonała niespotykanego we wcześniejszych dziejach skoku cywilizacyjnego.

Przez setki lat nie zmieniała się jednak pewna zasadnicza kwestia - za kolejnymi, trzeba uczciwie przyznać, coraz bardziej imponującymi osiągnięciami z zakresu automatyzacji stali pomysłowi ludzie o bardzo różnych kompetencjach i zainteresowaniach zawodowych. Realizowali oni swoje koncepcje posługując się czystą intuicją i ogólną wiedzą techniczną, a nie jakąś specyficzną wiedzą z zakresu automatyki bo taka wiedza po prostu jeszcze nie istniała. Bardzo długo (być może nawet do lat 40-tych XX wieku) dominowała w automatyce metoda prób i błędów. Na ogół nie dostrzegano potrzeby wyodrębnienia automatyki jako oddzielnej dziedziny nauki. Co gorsza wydaje się, że nie próbowano nawet kumulować i  integrować doświadczeń zgromadzonych w różnych obszarach techniki. Sytuacja zaczęła się zmieniać stopniowo po roku 1900. Kluczowa dla rozwoju automatyki, jako odrębnej dyscypliny naukowej, okazała się jednak dopiero II wojna światowa. Ściślej rzecz biorąc nie chodziło o sam fakt podjęcia działań wojennych, ale o związany z nadchodzącą wojną wyścig zbrojeń, który, jak powszechnie wiadomo, nie skończył się z chwilą zawarcia traktatu pokojowego w 1945 roku. W zasadzie można uznać, że wyścig ten trwa nieprzerwanie do dnia dzisiejszego.

Współczesna teoria sterowania sięga korzeniami lat 20-tych XX wieku ale warto podkreślić, że ugruntowała się w codziennej praktyce inżynierskiej dopiero niemal czterdzieści lat później. Jednym z fundamentów tej teorii było opracowanie niezwykle oryginalnej i pozornie bezsensownej (z intuicyjnego punktu widzenia) koncepcji wzmacniaczy z pętlą sprzężenia zwrotnego, które miały umożliwić międzykontynentalne rozmowy telefoniczne. Chodzi tu o zgłoszenie patentowe Harolda Stephena Blacka z 1928 roku, które zostało zatwierdzone formalnie przez sceptycznych ekspertów dopiero 9 lat później. Potem przyszła kolej na próbę stworzenia teorii stabilności wyżej wspomnianych wzmacniaczy. Pierwsze znaczące dokonania na tym polu prezentuje przełomowa publikacja Harrego Nyquista z 1932 roku. Niezależnie od tego, w zasadzie równolegle (od końca lat 20-tych XX wieku) inna grupa inżynierów pracowała nad teorią i praktyką serwomechanizmów, w których również zasadnicze znaczenie miało sprzężenie zwrotne. Wiele wskazuje na to, że inżynierowie borykający się z problemem stabilności serwomechanizmów bardzo długo nie korzystali z wspomnianej wcześniej, przełomowej publikacji Nyquista (1932) dotyczącej stabilności wzmacniaczy z analogicznym sprzężeniem zwrotnym. Powód takiego stanu rzeczy wydaje się dość oczywisty - nad wzmacniaczami pracowali inżynierowie zatrudnieni przez wielką korporację telekomunikacją (American Telegraph and Telephone - AT&T) a nad serwomechanizmami pracownicy naukowi jednej z uczelni technicznych (Massachusetts Institute of Technology – MIT). Sytuacja zaczęła się zmieniać pod koniec lat 30-tych XX wieku gdy serwomechanizmami zainteresowali się inżynierowie zatrudnieni przez armię USA. Tym razem chodziło jak najszybsze wykorzystanie serwomechanizmów do budowy automatycznych układów naprowadzania na ruchome cele, które miały być niszczone ogniem artyleryjskim.

Niebywale efektywny wkład automatyki w rozwój techniki wojskowej, obserwowany w latach 40-tych XX wieku, sprawił, że automatyka uzyskała wreszcie status odrębnej, wyspecjalizowanej dziedziny nauk technicznych i zaczęła się opierać na coraz bardziej ogólnych, wiarygodnych i ściśle sformalizowanych (a także, nie co ukrywać, coraz bardziej wyrafinowanych i skomplikowanych) podstawach matematycznych. Zainicjowało to niebywale gwałtowny rozwój automatyki zarówno pod względem teoretycznym jak i praktycznym. Zdumiewające tempo tego rozwoju w ogromnym stopniu przyczyniło się do tego, że w drugiej połowie XX wieku doszło do kolejnego w historii ludzkości skoku cywilizacyjnego określanego często mianem trzeciej rewolucji przemysłowej. W ramach tej rewolucji pojawiły się m.in. obrabiarki sterowane numerycznie, roboty, automatycznie naprowadzane na cel pociski rakietowe, drony, autonomiczne samochody dopuszczone do normalnego ruchu drogowego czy bezzałogowe pojazdy kosmiczne. Powoli zaczyna się nawet mówić o czwartej rewolucji przemysłowej. W każdym razie dzięki dynamicznemu rozwojowi automatyki doszło do sytuacji, w której, zarówno w życiu prywatnym, jak i zawodowym, korzystamy ze stale rosnącej liczby zautomatyzowanych urządzeń i trudno by nam było nawet wyobrazić sobie normalne, codzienne funkcjonowanie bez ich istnienia. Z tego właśnie powodu automatyka jest obecnie uznawana za jedną z nauk technicznych szczególnie istotnych z punktu widzenia kształcenia profesjonalnej kadry inżynieryjno-technicznej. Elementarne postawy automatyki pojawiają się w programie wszelkich studiów o charakterze technicznym. W tym także studiów na WTD SGGW.