Tööstusautomaatika ajalugu, omadused, tüübid ja rakendused



The tööstusautomaatika on tehnoloogia, mida kasutatakse juhtimissüsteemide, näiteks arvutite, robotite ja infotehnoloogiate kaudu, et võimaldada tööstuses erinevate masinate ja protsesside automaatset töötamist, ilma et oleks vaja inimesi käitada.

Selle eesmärk on asendada inimeste otsustusprotsess ja käsitsemismeetmete manuaalne tegevus mehhaniseeritud seadmete ja loogilise programmeerimise käskude abil..

Varem oli automatiseerimise eesmärk suurendada tootlikkust, kuna automatiseeritud süsteemid võivad töötada 24 tundi ööpäevas ja vähendada inimettevõtjatega seotud kulusid, nagu palgad ja hüvitised..

See automaatika on saavutatud mitmesuguste vahenditega, nagu mehaanilised, hüdraulilised, pneumaatilised, elektrilised, elektroonilised ja arvuti seadmed, mis on üldiselt omavahel ühendatud.

Tööstuslike protsesside üldotstarbeliste kontrollerite hulka kuuluvad: programmeeritavad loogilised kontrollerid, sõltumatud I / O moodulid ja arvutid.

Indeks

  • 1 Praegune olukord
  • 2 Ajalugu
    • 2.1 Tööstusrevolutsioon
    • 2.2 Ford Motor
    • 2.3 Edasiminek 20. sajandil
  • 3 Omadused
    • 3.1 Madalamad tegevuskulud
    • 3.2 Suur tootlikkus
    • 3.3 Kõrge kvaliteet
    • 3.4 Suur paindlikkus
    • 3.5 Teabe suur täpsus
    • 3.6 Kõrge turvalisus
    • 3.7 Kõrge alghind
  • 4 tüübid
    • 4.1 Fikseeritud automaatika
    • 4.2 Programmeeritav automaatika
    • 4.3 Paindlik automatiseerimine
  • 5 Rakendused
    • 5.1 Tööstus 4.0
    • 5.2 Tööstuslik robotika
    • 5.3 Programmeeritavad loogilised kontrollerid
  • 6 Näited
    • 6.1 Automatiseerimine Audis
    • 6.2 Automatiseeritud tootmisliin
  • 7 Viited

Praegune olukord

Hiljuti on tööstusautomaatika leidnud, et eri tööstusharud on üha enam aktsepteerinud tänu oma tohutule kasule tootmisprotsessis, nagu tootlikkuse, kvaliteedi, paindlikkuse ja madalate kuludega turvalisus..

Samuti on see kasulik tööjõu kokkuhoidu, elektrikulude ja materjalikulude osas, samuti mõõtmiste suurem täpsus.

Oluline suundumus on kunstliku nägemise suurem kasutamine automaatsete kontrollide tegemiseks. Teine trend on robotite kasutamise pidev suurenemine.

Energiatõhusus tööstusprotsessides on muutunud üheks kõige olulisemaks prioriteediks.

Näiteks pooljuhtseadised pakuvad 8-bitisi mikrokontrolleri rakendusi, mis on leitud üldotstarbeliste mootorite ja pumba juhtimisseadmetes, et vähendada energiatarbimist ja seega suurendada tõhusust.

Maailmapanga maailmaarengu aruanne 2018 näitab, et kuigi tööstusautomaatika viib töötajaid välja, loob innovatsioon uusi tööstusharusid ja töökohti.

Ajalugu

Alates selle loomisest on tööstusautomaatika teinud suuri edusamme eelnevalt käsitsi teostatud tegevuste vahel.

Tööstusrevolutsioon

Esimeste mootorite ja aurumootorite kasutuselevõtt lõi uue nõudluse automaatjuhtimissüsteemidele, nagu temperatuuri regulaatorid ja rõhuregulaatorid.

Aastal 1771 leiutati esimene täisautomaatne tsentrifuugimisveski, mis töötati hüdraulilise võimsusega. Aastal 1785 töötati välja automaatne jahujaam, millest sai esimene täielikult automatiseeritud tööstusprotsess.

Ford Motor

1913. aastal tutvustas Ford Motor Company autotööstuse kokkupanemisliini, mida peetakse üheks teedrajatiseks automatiseerimisliigiks töötlevas tööstuses..

Enne seda ehitas autosse kvalifitseeritud ja kvalifitseerimata töötajate meeskond. Tootmise automatiseerimine parandas Fordi tootmist ja suurendas kasumit.

Autode kokkupanemisliini ja masstootmine oli esimene omataoline kogu maailmas. Vähendati auto kokkupaneku aega 12 tunnilt autole umbes poolteist tundi.

Edasiminek 20. sajandil

Juhtimiskohad muutusid tavapäraseks 1920. aastatel, kuni 1930. aastate alguseni oli protsessi juhtimine ainult sisse / välja lülitatud.

1930-ndatel aastatel hakkasid kontrollerid kasutusele võtma, et oleks võimalik teha arvutuslikke muudatusi vastuseks kontrollarvust.

Juhtimisruumid kasutasid kodeeritud värvivalgustusi, et saata töötajatele signaale teatud muudatuste tegemiseks käsitsi.

1930. aastatel oli Jaapan komponentide arendamisel liider. Töötati välja esimene mikro-lüliti, kaitsereleed ja suure täpsusega elektriline taimer.

1945. aastal algatas Jaapan tööstusliku rekonstrueerimise programmi. Programm põhines uutel tehnoloogiatel, erinevalt ülejäänud maailmast kasutatud vananenud meetoditest.

Jaapanist sai maailma juhtiv tööstusautomaatika. Autofirmad nagu Honda, Toyota ja Nissan võivad toota mitmeid usaldusväärseid ja kvaliteetseid autosid.

Omadused

Mehhaniseerimine on ülesande käsitsi juhtimine mootori abil, kuid sõltub inimese otsustusprotsessist.

Automaatika on mehhaniseerimise täiendav samm, kuna see asendab inimeste osalemise loogilise programmeerimise käskude ja võimsate masinate abil.

Madalamad tegevuskulud

Tööstusautomaatika puhul kõrvaldatakse inimtöötajaga seotud puhkuste, arstiabi ja lisatasude kulud. Samuti ei nõua see muid hüvitisi, mida töötajatel on, näiteks pensionikindlustus, preemiad jne..

Ehkki see on seotud algse kõrge maksumusega, säästab see töötajate kuupalka, mis toob ettevõttele kaasa märkimisväärse kokkuhoiu..

Tööstuslikuks automatiseerimiseks kasutatavate seadmetega seotud hoolduskulud on väiksemad, kuna need tavaliselt ei lagune. Kui need ei õnnestu, peaksid selle parandama ainult arvuti- ja hooldustehnikud.

Kõrge tootlikkus

Kuigi paljud firmad palgavad sadu töötlevaid inimesi, et juhtida tehast kolmeks vahetuks maksimaalselt 24 tunniks, peab see siiski puhkuse ja hoolduse jaoks suletud olema.

Tööstusautomaatika vastab ettevõtte eesmärgile, mis võimaldab tootmisettevõttel tegutseda 24 tundi ööpäevas, 7 päeva nädalas ja 365 päeva aastas. See suurendab oluliselt organisatsiooni tootlikkust.

Kõrge kvaliteet

Automaatika lisab inimega seotud vea. Lisaks ei ole robotitel mingit ammendumist, mille tulemuseks on ühtlase kvaliteediga tooted, isegi valmistamine erinevatel aegadel.

Suur paindlikkus

Kui konveierile lisatakse uus ülesanne, on see vajalik koolituse inimese operaatorile.

Teisest küljest saab robotid programmeerida mis tahes töö tegemiseks. See muudab tootmisprotsessi paindlikumaks.

Teabe suur täpsus

Kogutud automatiseeritud andmed võimaldavad analüüsida võtmetootmisandmeid nende andmete suure täpsusega, vähendades selle koostamise kulusid.

See võimaldab teha õigeid otsuseid protsesside parandamisel ja jäätmete vähendamisel.

Kõrge turvalisus

Tööstusautomaatika võib muuta tootmisliini töötajatele ohutuks, rakendades roboteid ohtlike olukordade manööverdamiseks.

Kõrge alghind

Esialgne investeering, mis on seotud inimese tootmisliini automaatse vahetamisega, on väga suur.

Lisaks sellele toob töötajate koolitamine selle keerulise uue seadme käsitsemiseks kaasa märkimisväärseid kulusid.

Tüübid

Fikseeritud automaatika

Seda kasutatakse korduvate ja fikseeritud toimingute sooritamiseks, et saavutada kõrge tootmistase.

See kasutab kindla otstarbega seadmeid fikseeritud järjestuse protsesside või montaažitegevuse automatiseerimiseks. Toimingute järjestus määratakse seadme konfiguratsiooni alusel.

Programmeeritud käskud sisalduvad masinates käikude, juhtmete ja muu riistvara kujul, mida ei saa ühest tootest teise vahetada..

Seda automatiseerimise vormi iseloomustab kõrge alginvesteering ja kõrge tootmistase. Seetõttu sobib see suurtes kogustes valmistatud toodetele.

Programmeeritav automaatika

See on automatiseerimise vorm toodete valmistamiseks partiidena. Tooted on valmistatud partiidena, mis ulatuvad korraga mitmest kümnest kuni tuhandeni.

Iga uue partii puhul tuleb tootmisvahendid ümber kujundada, et kohandada seda uue tooteliigiga. See ümberprogrammeerimine nõuab aega, millel on mitteproduktiivne ajavahemik, millele järgneb iga partii tootmisprotsess.

Tootmismäärad on üldiselt madalamad kui fikseeritud automaatika puhul, sest seadmed on mõeldud toote vahetamise hõlbustamiseks, selle asemel, et toote spetsialiseerumine toimuda..

Selle automatiseerimissüsteemi näited on arvjuhtimisega masinad, tööstusrobotid, terasetehased jne..

Paindlik automaatika

Selle süsteemiga luuakse automaatne juhtimisseade, mis annab iga toote jaoks muudatuste tegemiseks suure paindlikkuse. See on programmeeritava automaatika laiendus.

Programmeeritava automaatika puuduseks on aeg, mis kulub iga uue tootepartii tooteseadme ümberprogrammeerimiseks. See on kaotatud tootmisaeg, mis on kallis.

Paindlikul automatiseerimisel toimub ümberplaneerimine kiiresti ja automaatselt arvutiterminalis, ilma et peaks kasutama tootmisseadmeid sellisena.

Need muudatused tehakse inimeste poolt koodide vormis antud juhiste kaudu.

Järelikult ei ole vaja grupeerida tooteid partiidena. See võib üksteise järel toota erinevate toodete segu.

Rakendused

Tööstus 4.0

Tööstusautomaatika tõus on otseselt seotud "neljanda tööstusrevolutsiooniga", mis on paremini tuntud kui tööstus 4.0. Saksamaalt pärinev tööstus 4.0 hõlmab mitmeid seadmeid, kontseptsioone ja masinaid.

Tööstus 4.0 töötab tööstusliku asjade internetiga, mis on erinevate füüsiliste objektide täiuslik integreerimine internetis, virtuaalse esitusviisi kaudu ning ühendamiseks vajaliku tarkvara / riistvara abil, et lisada tootmisprotsesside täiustusi.

Nende uute tehnoloogiate abil on võimalik luua arukamat, turvalisemat ja arenenumat tootmist. Avage usaldusväärsem, järjepidevam ja tõhusam tootmisplatvorm kui varem.

Tööstus 4.0 hõlmab mitmeid tootmisvaldkondi ja jätkab seda ka aja möödudes.

Tööstuslik robotika

Tööstusrobotika on tööstusautomaatika haru, mis aitab kaasa erinevatele tootmisprotsessidele, nagu töötlemine, keevitamine, värvimine, montaaž ja materjalide käitlemine..

Tööstusrobotid kasutavad mitmesuguseid mehaanilisi, elektrilisi ja tarkvarasüsteeme, et võimaldada suurt täpsust ja kiirust, mis ületab palju inimese jõudlust.

Neid süsteeme korrigeeriti ja täiustati selliselt, et üks robot saab 24 tundi ööpäevas töötada vähe või üldse mitte. 1997. aastal kasutati 700 000 tööstusrobotit, see arv kasvas 2017. aastal 1,8 miljonini.

Programmeeritavad loogilised kontrollerid

Tööstusautomaatika hõlmab tootmisprotsessis programmeeritavaid loogilisi kontrollereid (PLC). Need kasutavad töötlemissüsteemi, mis võimaldab sisend- ja väljundjuhtimist lihtsate programmide abil muuta.

PLC saab vastu võtta erinevaid sisendeid ja tagastada mitmesuguseid loogilisi väljundeid. Sisendseadmed on andurid ja väljundseadmed on mootorid, ventiilid jne..

PLC-d sarnanevad arvutitega. Kuigi arvutid on arvutusteks optimeeritud, on PLC-d optimeeritud juhtimisülesanneteks ja kasutamiseks tööstuskeskkonnas.

Need on konstrueeritud nii, et vibratsiooni, kõrge temperatuuri, niiskuse ja müra käsitlemiseks on vaja ainult loogikal põhineva programmeerimise põhiteadmisi..

PLC pakutav suurim eelis on nende paindlikkus. Nad võivad kasutada erinevaid kontrollisüsteeme. Nende tõttu ei ole vaja süsteemi uuendada. See paindlikkus muudab need kasumlikuks keeruliste ja mitmekesiste süsteemide jaoks.

Näited

Autotööstuses viidi kolbide paigaldamine mootorisse käsitsi, kusjuures veamäär oli 1–1,6%. Praegu tehakse sama ülesanne automatiseeritud masinaga, mille veamäär on 0,0001%.

Tehisintellekti (AI) kasutatakse koos robootikaga, et teha automaatne märgistamine, kasutades roboti relvi automaatsete etikettide aplikaatoritena ja AI märgistatavate toodete tuvastamiseks.

Automatiseerimine Audis

Audi tehases Saksamaal on robotite arv peaaegu 800 töötajat. Nad teevad suuremat osa rasketest töödest ja potentsiaalselt ohtlikest keevisõmblustest, nagu ka tüütu korduvad testid.

Audi automaatika eelised on palju kõrgemad tootlikkus ja madalamad nõuded töötajatele ilma koolituseta.

Audi juures kasutatavad robotid ei vastuta mitte ainult koolitamata töötajate varem tehtud ohtlike tööde eest, vaid koguvad ka palju andmeid, mida saab analüüsida ja kasutada tehase toimimise parandamiseks..

Siiski on ikka veel ülesandeid, mida robotid ei suuda täita ja inimesed on paremini ette valmistatud.

Võttes arvesse kõige ohtlikumad ülesanded ja parandades nende ülesannete tõhusust ja tootlikkust, võib Audi meelitada rohkem kõrgelt koolitatud ja spetsialiseerunud töötajaid, kes täidavad inimestele suunatud ülesandeid.

Automatiseeritud tootmisliin

See koosneb reast tööjaamadest, mis on ühendatud ülekandesüsteemiga, et liikuda osad jaamade vahel.

See on fikseeritud automaatika näide, kuna need liinid on tavaliselt konfigureeritud pika tootmise ajaks.

Iga jaam on kavandatud konkreetse töötlemistoimingu teostamiseks, nii et tükk või toode tehakse samm-sammult, kui see liigub mööda joont.

Liini tavapärases töös töödeldakse igas jaamas töödeldavat tükki, nii et paljusid tükki töödeldakse üheaegselt, valmistades iga rea ​​tsükliga valmis tükk..

Erinevad toimingud tuleb järjestada ja nõuetekohaselt koordineerida, et liin toimiks tõhusalt.

Kaasaegseid automatiseeritud ridu juhivad programmeeritavad loogilised kontrollerid. Need võivad täita nende tööks vajalikke ajastamise ja sekveneerimise funktsioone.

Viited

  1. Terry M. Brei (2018). Mis on tööstusautomaatika? Sure Controls Inc. on võetud: surecontrols.com.
  2. Vikipeedia, vaba entsüklopeedia (2018). Automaatika Vastu võetud: en.wikipedia.org.
  3. Elektrotehnika (2018). Mis on tööstusautomaatika Tööstusautomaatika tüübid. Välja võetud: electricaltechnology.org.
  4. Unitronics (2018). Mis on tööstusautomaatika? Välja võetud: unitronicsplc.com.
  5. Encyclopaedia Britannica (2018). Automaatika ja robootika rakendused. Välja võetud: britannica.com.
  6. Adam Robinson (2014). Tööstusautomaatika: tootmisprotsessi lühike ajalugu ja praegune olukord ja tulevikuväljavaated. Keraas Tagasi: cerasis.com.
  7. Eagle Technologies (2013). Factory Automation, Saksa näide. Tagasi: eagletechnologies.com.