Teollisuuden automaatiohistoria, ominaisuudet, tyypit ja sovellukset



teollinen automaatio on tekniikka, jota käytetään valvontajärjestelmien, kuten tietokoneiden, robottien ja tietotekniikan, avulla eri koneiden ja prosessien automaattiseen toimintaan teollisuudessa ilman ihmisoperaattoreiden tarvetta.

Sillä pyritään korvaamaan ihmisten päätöksenteko ja käsikirjoitusten manuaalinen toiminta mekanisoitujen laitteiden ja loogisten ohjelmointikomentojen avulla..

Aiemmin automaation tarkoituksena oli lisätä tuottavuutta, koska automatisoidut järjestelmät voivat toimia 24 tuntia vuorokaudessa ja pienentää ihmisoperaattoreihin liittyviä kustannuksia, kuten palkat ja edut..

Tämä automaatio on saavutettu erilaisin keinoin, kuten mekaanisilla, hydraulisilla, pneumaattisilla, sähköisillä, elektronisilla ja tietokonelaitteilla, jotka yleensä yhdistetään toisiinsa.

Teollisten prosessien yleiskäyttöön tarkoitetut ohjaimet ovat: ohjelmoitavat logiikkaohjaimet, itsenäiset I / O-moduulit ja tietokoneet.

indeksi

  • 1 Nykytilanne
  • 2 Historia
    • 2.1 Teollisuuden vallankumous
    • 2.2 Ford Motor
    • 2.3 Edistyminen 20. vuosisadalla
  • 3 Ominaisuudet
    • 3.1 Alemmat käyttökustannukset
    • 3.2 Korkea tuottavuus
    • 3.3 Korkea laatu
    • 3.4 Suuri joustavuus
    • 3.5 Tietojen suuri tarkkuus
    • 3.6 Korkea turvallisuus
    • 3.7 Korkeat alkuperäiset kustannukset
  • 4 tyypit
    • 4.1 Kiinteä automaatio
    • 4.2 Ohjelmoitava automaatio
    • 4.3 Joustava automaatio
  • 5 Sovellukset
    • 5.1 Teollisuus 4.0
    • 5.2 Teolliset robotit
    • 5.3 Ohjelmoitavat logiikkaohjaimet
  • 6 Esimerkkejä
    • 6.1 Automaatio Audissa
    • 6.2 Automaattinen tuotantolinja
  • 7 Viitteet

Nykyinen tilanne

Viime aikoina teollisuusautomaatio on löytänyt kasvavan hyväksynnän erilaisilla teollisuudenaloilla, koska sillä on valtavia etuja valmistusprosessissa, kuten tuottavuuden, laadun, joustavuuden ja turvallisuuden alentaminen alhaisin kustannuksin..

Sillä on myös hyötyä työvoiman säästöihin, sähkön kustannuksiin ja materiaalikustannuksiin sekä mittausten tarkkuuteen.

Tärkeä suuntaus on keinotekoisen näkemyksen suurempi käyttö automaattisten tarkastustoimintojen tarjoamiseksi. Toinen suuntaus on robottien käytön jatkuva kasvu.

Teollisuuden prosessien energiatehokkuus on nyt tullut yksi tärkeimmistä painopisteistä.

Esimerkiksi puolijohdeyritykset tarjoavat 8-bittisiä mikrokontrolleriohjelmia, jotka löytyvät yleiskäyttöisistä moottoreista ja pumpun säätimistä, energiankulutuksen vähentämiseksi ja siten tehokkuuden lisäämiseksi.

Maailmanpankin World Development Report 2018 osoittaa, että vaikka teollisuusautomaatio syrjäyttää työntekijät, innovaatio luo uusia toimialoja ja työpaikkoja.

historia

Teollisuuden automaatio on edistynyt merkittävästi aikaisemmin manuaalisesti suoritettujen toimintojen välillä.

Teollisuuden vallankumous

Ensimmäisten moottoreiden ja höyrykoneen käyttöönotto loi uuden vaatimuksen automaattisille ohjausjärjestelmille, kuten lämpötilansäätimille ja paineensäätimille.

Vuonna 1771 keksittiin ensimmäinen täysin automatisoitu pyöräytysmylly, joka oli varustettu hydraulisella teholla. Vuonna 1785 kehitettiin automaattinen jauhotehdas, josta tuli ensimmäinen täysin automatisoitu teollinen prosessi.

Ford Motor

Vuonna 1913 Ford Motor Company esitteli autoteollisuuden kokoonpanolinjan, jota pidetään yhtenä edelläkävijänä valmistusteollisuuden automatisointityypeistä..

Ennen sitä rakensi ammattitaitoisten ja ammattitaitoisten työntekijöiden tiimi. Tuotannon automatisointi paransi Fordin tuotantonopeuksia ja lisäsi voittoja.

Autojen kokoonpanolinja ja massatuotanto olivat ensimmäinen laatuaan maailmassa. Vähennettiin auton kokoonpanoaikaa 12 tunnista autoon noin puoleen tuntiin.

Kehitys 20. vuosisadalla

Ohjaushuoneet yleistyivät 1920-luvulla, mutta 1930-luvun alkuun saakka prosessinhallinta oli vain päällä / pois.

1930-luvulla valvojat alkoivat ottaa käyttöön, ja niillä oli kyky tehdä laskennallisia muutoksia vastauksena poikkeamiin ohjausluvusta.

Ohjaushuoneissa käytettiin koodattuja värivaloja lähettääkseen signaaleja kasvien työntekijöille tiettyjen muutosten tekemiseen käsin.

1930-luvulla Japani oli johtava osa komponenttien kehittämisessä. Ensimmäinen mikrokytkin, suojareleet ja erittäin tarkka sähköinen ajastin kehitettiin.

Vuonna 1945 Japani aloitti teollisen jälleenrakentamisen ohjelman. Ohjelma perustui uusiin teknologioihin, toisin kuin muualla maailmassa käytetyt vanhentuneet menetelmät.

Japanista tuli maailman johtava teollisuusautomaatio. Honda, Toyota ja Nissan autoyhtiöt voisivat tuottaa lukuisia luotettavia ja laadukkaita autoja.

piirteet

Mekanisointi on tehtävän käsikäyttö moottorikoneella, mutta riippuu ihmisen päätöksenteosta.

Automaatio edustaa lisävaihetta koneellistamiseen, koska se korvaa ihmisten osallistumisen logiikkaohjelmointikomentojen ja tehokkaiden koneiden avulla.

Alemmat käyttökustannukset

Teollisen automaation avulla poistetaan ihmisen työntekijään liittyvät lomat, sairaanhoito ja bonukset. Samoin se ei edellytä muita etuja, joita työntekijöillä on, kuten eläketurva, bonukset jne..

Vaikka se liittyy suuriin alkukustannuksiin, se säästää työntekijöiden kuukausipalkkaa, mikä johtaa huomattaviin säästöihin yritykselle..

Teollisuuden automaatioon käytettäviin laitteisiin liittyvä ylläpitokustannus on pienempi, koska ne eivät yleensä hajoa. Jos ne epäonnistuvat, vain tietokoneen ja huoltoinsinöörien tulisi korjata se.

Korkea tuottavuus

Vaikka monet yritykset palkkaavat satoja valmistusyrityksiä käyttämään laitosta kolmessa vuorossa enintään 24 tuntia, se on vielä suljettu lomien ja huollon yhteydessä.

Teollisuuden automaatio täyttää yrityksen tavoitteen, jonka ansiosta tuotantolaitos voi toimia 24 tuntia vuorokaudessa, 7 päivää viikossa ja 365 päivässä vuodessa. Tämä parantaa merkittävästi organisaation tuottavuutta.

Korkea laatu

Automaatio tuo ihmiseen liittyvän virheen. Lisäksi robotteilla ei ole minkäänlaista sammumista, mikä johtaa tasalaatuisiin tuotteisiin, jopa valmistukseen eri aikoina.

Suuri joustavuus

Jos kokoonpanolinjaan lisätään uusi tehtävä, sitä tarvitaan koulutuksen ihmisoperaattorille.

Toisaalta robotteja voidaan ohjelmoida tekemään mitään työtä. Tämä tekee valmistusprosessista joustavamman.

Tietojen korkea tarkkuus

Kerätyt automatisoidut tiedot mahdollistavat tärkeiden valmistustietojen analysoinnin näiden tietojen tarkkuudella ja sen kustannusten pienentämisen.

Näin voidaan tehdä oikeita päätöksiä prosessien parantamiseksi ja jätteiden vähentämiseksi.

Korkea turvallisuus

Teollisuusautomaatio voi tehdä tuotantolinjan turvalliseksi työntekijöille ottamalla käyttöön robotteja vaarallisten tilanteiden ohjaamiseksi.

Korkeat alkuperäiset kustannukset

Alkuperäinen investointi, joka liittyy muutokseen ihmisen tuotantolinjasta automaattiseen, on erittäin korkea.

Lisäksi työntekijöiden kouluttaminen tämän hienostuneen uuden laitteen käsittelyyn aiheuttaa huomattavia kustannuksia.

tyyppi

Kiinteä automaatio

Sitä käytetään toistuvien ja kiinteiden toimintojen suorittamiseen korkean tuotannon saavuttamiseksi.

Se käyttää erityistä tarkoitusta varten tarkoitettuja laitteita kiinteän jakson prosessien tai kokoonpanotoimintojen automatisoimiseksi. Toimintojen järjestys määräytyy laitteen kokoonpanon mukaan.

Ohjelmoidut komennot sisältyvät koneisiin vaihteiden, johdotusten ja muiden laitteiden muodossa, joita ei voida helposti muuttaa yhdestä tuotteesta toiseen.

Tämä automaatiomuoto on luonteeltaan korkea alkuinvestointi ja korkeat tuotantomäärät. Siksi se soveltuu tuotteille, jotka on valmistettu suuria määriä.

Ohjelmoitava automaatio

Se on eräänlainen automatisointi tuotteiden valmistuksessa erissä. Tuotteet valmistetaan erissä, jotka vaihtelevat useita kymmeniä ja useita tuhansia yksiköitä kerrallaan.

Jokaisen uuden erän osalta tuotantolaitteet on ohjelmoitava uudelleen sen mukauttamiseksi uuteen tuotteeseen. Tämä uudelleenohjelmointi vaatii aikaa, jolla on ei-tuottava ajanjakso, jota seuraa jokaisen erän tuotantoajo.

Tuotantomäärät ovat yleensä alhaisemmat kuin kiinteässä automaatiossa, koska laite on suunniteltu helpottamaan tuotteen vaihtamista sen sijaan, että tuote olisi erikoistunut..

Esimerkkejä tästä automaatiojärjestelmästä ovat numeerisesti ohjattavat koneet, teollisuusrobotit, teräsmyllyt jne..

Joustava automaatio

Tällä järjestelmällä tarjotaan automaattinen ohjauslaite, joka tarjoaa suurta joustavuutta jokaisen tuotteen muutosten tekemiseen. Se on ohjelmoitavan automaation laajennus.

Ohjelmoitavan automaation haittana on aika, joka tarvitaan tuotantolaitteiden uudelleenohjelmoimiseksi jokaiselle uudelle tuotesarjalle. Tämä on menetetty tuotantoaika, joka on kallista.

Joustavassa automaatiossa ohjelmointi tehdään nopeasti ja automaattisesti tietokonepäätelaitteessa ilman, että tuotantolaitteistoa tulisi käyttää sellaisenaan.

Nämä muutokset tehdään ohjeiden avulla, jotka annetaan ihmisten toimijoiden antamien koodien muodossa.

Näin ollen tuotteita ei tarvitse ryhmitellä erissä. Se voi tuottaa sekoitus eri tuotteita toistensa jälkeen.

sovellukset

Teollisuus 4.0

Teollisuusautomaation nousu liittyy suoraan "neljänteen teolliseen vallankumoukseen", joka tunnetaan paremmin nimellä Industry 4.0. Alun perin Saksasta toimiva Industry 4.0 kattaa lukuisia laitteita, käsitteitä ja koneita.

Teollisuus 4.0 toimii teollisen esineiden internetin kanssa, joka on erilaisten fyysisten kohteiden täydellinen integrointi Internetiin virtuaalisen esityksen kautta ja ohjelmistojen / laitteiden yhdistämiseen, jotta voidaan lisätä valmistusprosesseja..

Näiden uusien tekniikoiden avulla on mahdollista luoda älykkäämpi, turvallisempi ja kehittyneempi valmistus. Avaa entistä luotettavampi, johdonmukaisempi ja tehokkaampi valmistusalusta.

Teollisuus 4.0 kattaa monia valmistuksen osa-alueita, ja se toimii edelleen ajan myötä.

Teollisuuden robotti

Teollisuusrobotiikka on teollisuusautomaation ala, joka auttaa erilaisissa valmistusprosesseissa, kuten koneistuksessa, hitsauksessa, maalauksessa, materiaalien kokoonpanossa ja käsittelyssä..

Teolliset robotit käyttävät erilaisia ​​mekaanisia, sähköisiä ja ohjelmistojärjestelmiä, jotka mahdollistavat suuren tarkkuuden ja nopeuden, mikä ylittää paljon ihmisen suorituskyvyn.

Näitä järjestelmiä tarkistettiin ja parannettiin siihen pisteeseen, että yksi robotti voi toimia 24 tuntia vuorokaudessa vähän tai ei lainkaan huoltoa. Vuonna 1997 käytössä oli 700 000 teollisuusrobotia, joiden määrä on kasvanut 1,8 miljoonaan vuonna 2017.

Ohjelmoitavat logiikkaohjaimet

Teollinen automaatio sisältää ohjelmoitavat logiikkaohjaimet (PLC) valmistusprosessissa. Näissä käytetään prosessointijärjestelmää, joka mahdollistaa syöttö- ja lähtöohjauksen vaihtamisen yksinkertaisen ohjelmoinnin avulla.

PLC voi vastaanottaa erilaisia ​​tuloja ja palauttaa erilaisia ​​logiikkalähtöjä. Syöttölaitteet ovat antureita ja lähtölaitteet ovat moottorit, venttiilit jne..

PLC: t ovat samanlaisia ​​kuin tietokoneet. Vaikka tietokoneet on optimoitu laskutoimituksiin, PLC: t on optimoitu ohjaustehtäviin ja käyttöön teollisuusympäristöissä.

Ne on rakennettu siten, että tärinöiden, korkeiden lämpötilojen, kosteuden ja melun käsittelemiseen tarvitaan vain logiikkaan perustuva ohjelmointi..

Suurin PLC: n tarjoama etu on niiden joustavuus. Ne voivat käyttää erilaisia ​​ohjausjärjestelmiä. Niiden vuoksi ei ole tarpeellista uudistaa järjestelmää ohjausjärjestelmän muuttamiseksi. Tämä joustavuus tekee niistä kannattavia monimutkaisissa ja monipuolisissa järjestelmissä.

esimerkit

Autoteollisuudessa mäntien asentaminen moottoriin suoritettiin manuaalisesti, ja virhetaso oli 1-1,6%. Tällä hetkellä sama tehtävä tehdään automatisoidulla koneella, jonka virhetaso on 0,0001%.

Teknistä älyä (AI) käytetään robotiikan kanssa automaattisen merkinnän tekemiseen käyttäen robottihaaroja automaattisina tarra-applikaattoreina ja AI: tä tunnistettavien tuotteiden tunnistamiseksi.

Automaatio Audissa

Audin tehtaalla Saksassa robottien määrä on lähes 800 työntekijää. He tekevät suurimman osan raskaasta työstä ja mahdollisesti vaarallisista hitseista, samoin kuin tylsää toistuvia testejä.

Audin automaation edut ovat paljon korkeampi tuottavuus ja alhaisemmat vaatimukset työntekijöille ilman koulutusta.

Audissa käytettävät robotit eivät ole vain vastuussa kouluttamattomien työntekijöiden aiemmin tekemästä vaarallisesta työstä, vaan myös keräävät paljon tietoa, jota voidaan analysoida ja käyttää tehtaan toiminnan parantamiseen..

On kuitenkin vielä tehtäviä, joita robotit eivät pysty suorittamaan ja ihmiset ovat paremmin valmistautuneita käsittelemään.

Audi voi houkutella vaarallisimpia tehtäviä ja parantaa näiden tehtävien tehokkuutta ja tuottavuutta, ja se voi houkutella enemmän koulutettuja ja erikoistuneita työntekijöitä suorittamaan ihmisille suunnattuja tehtäviä.

Automatisoitu tuotantolinja

Se koostuu sarjasta työasemia, jotka on kytketty siirtojärjestelmällä osien siirtämiseksi asemien välillä.

Se on esimerkki kiinteästä automaatiosta, koska nämä linjat on yleensä määritetty pitkiä tuotantoa varten.

Jokainen asema on suunniteltu suorittamaan tietty käsittely, jotta kappale tai tuote tehdään vaiheittain, kun se liikkuu linjaa pitkin.

Linjan normaalissa toiminnassa kussakin asemassa käsitellään pala, niin että monta kappaletta käsitellään samanaikaisesti, jolloin valmistetaan jokainen linjan jokainen sykli..

Erilaiset toiminnot on järjestettävä ja koordinoitava oikein, jotta linja toimii tehokkaasti.

Nykyaikaisia ​​automatisoituja linjoja ohjaa ohjelmoitavat logiikkaohjaimet. Nämä voivat suorittaa niiden toiminnan edellyttämät ajoitus- ja sekvensointitoiminnot.

viittaukset

  1. Terry M. Brei (2018). Mikä on teollinen automaatio? Sure Controls Inc. Otettu: surecontrols.com.
  2. Wikipedia, vapaa tietosanakirja (2018). Automaatio. Otettu: en.wikipedia.org.
  3. Sähkötekniikka (2018). Mikä on teollisuusautomaatio Teollisuuden automaation tyypit. Otettu: electricaltechnology.org.
  4. Unitronics (2018). Mikä on teollinen automaatio? Otettu: unitronicsplc.com.
  5. Encyclopaedia Britannica (2018). Automaation ja robotiikan sovellukset. Otettu: britannica.com.
  6. Adam Robinson (2014). Teollisuusautomaatio: lyhyt historia tuotantosovelluksesta ja nykytilasta ja tulevaisuuden näkymistä. Cerasis. Otettu: cerasis.com.
  7. Eagle Technologies (2013). Factory Automation, Saksan esimerkki. Otettu: eagletechnologies.com.