RŪPNIECISKĀ AUTOMATIZĀCIJA: VĒSTURE, RAKSTURLIELUMI UN VEIDI - TEHNOLOĢIJAS - 2025

Rūpnieciskā automatizācija ir tehnoloģija, ko kontroles sistēmas, piemēram, datori, roboti un informācijas tehnoloģijas izmanto, lai nodrošinātu automātisku izpildi dažādus procesus un automātu nozares, bez nepieciešamības cilvēka operatoriem.

Tā mērķis ir aizstāt cilvēku lēmumu pieņemšanu un manuālas komandu reakcijas darbības ar mehanizēta aprīkojuma un loģiskas programmēšanas komandu izmantošanu.

Avots: pixabay.com

Iepriekš automatizācijas mērķis bija palielināt produktivitāti, jo automatizētās sistēmas var darboties 24 stundas diennaktī un samazināt ar operatoriem saistītās izmaksas, piemēram, algas un pabalstus.

Šī automatizācija ir panākta ar dažādiem līdzekļiem, piemēram, mehāniskām, hidrauliskām, pneimatiskām, elektriskām, elektroniskām un datoru ierīcēm, kuras parasti apvieno.

Universālajiem kontrolieriem rūpnieciskos procesos ietilpst: programmējami loģiskie kontrolleri, neatkarīgi I / O moduļi un datori.

Pašreizējā situācija

Nesen rūpniecības automatizācija ir pamanījusi aizvien lielāku dažādu nozaru atbalstu, ņemot vērā tās milzīgos ieguvumus ražošanas procesā, piemēram, paaugstinātu produktivitāti, kvalitāti, elastību un drošību par zemām izmaksām.

Tam ir arī priekšrocības darbaspēka ietaupījumos, elektrības un materiālu izmaksās, kā arī lielāka mērījumu precizitāte.

Svarīga tendence ir biežāka datora redzes izmantošana, lai nodrošinātu automātiskas pārbaudes funkcijas. Vēl viena tendence ir nepārtraukts robotu lietošanas pieaugums.

Energoefektivitāte rūpniecības procesos tagad ir kļuvusi par vienu no augstākajām prioritātēm.

Piemēram, pusvadītāju uzņēmumi piedāvā 8 bitu mikrokontrolleru lietojumprogrammas, kas atrodamas vispārējas nozīmes sūkņu un motoru vadības ierīcēs, lai samazinātu enerģijas patēriņu un tādējādi palielinātu efektivitāti.

Pasaules Bankas 2018. gada pasaules attīstības ziņojums parāda pierādījumus, ka, kamēr rūpniecības automatizācija pārvieto darbiniekus, jauninājumi rada jaunas nozares un darba vietas.

Vēsture

Kopš darbības uzsākšanas rūpnieciskā automatizācija ir guvusi ievērojamus panākumus to darbību starpā, kuras iepriekš tika veiktas manuāli.

Industriālā revolūcija

Pirmo dzinēju un tvaika dzinēju ieviešana radīja jaunu prasību automātiskām vadības sistēmām, piemēram, temperatūras regulatoriem un spiediena regulatoriem.

1771. gadā tika izgudrotas pirmās pilnībā automatizētās vērpšanas dzirnavas, kuras darbina ar hidraulisko piedziņu. 1785. gadā tika izstrādāta automātiska miltu dzirnavas, kļūstot par pirmo pilnībā automatizēto rūpniecības procesu.

Ford Motor

1913. gadā Ford Motor Company ieviesa automobiļu ražošanas montāžas līniju, kas apstrādes rūpniecībā tiek uzskatīta par vienu no progresīvajiem automatizācijas veidiem.

Pirms tam automašīnu būvēja kvalificētu un nekvalificētu darbinieku komanda. Ražošanas automatizācija uzlaboja Ford ražošanas apjomus un palielināja tā peļņu.

Automašīnu montāžas līnija un masveida ražošana bija pirmie šāda veida pasākumi pasaulē. Tas samazināja automašīnas salikšanas laiku no 12 stundām uz automašīnu līdz apmēram pusotrai stundai.

Attīstība 20. gadsimtā

Vadības telpas kļuva izplatītas 1920. gados. Līdz 30. gadu sākumam procesa kontrole bija tikai ieslēgta / izslēgta.

Kontrolierus sāka ieviest pagājušā gadsimta 30. gados ar iespēju veikt aprēķinātas izmaiņas, reaģējot uz novirzēm no kontroles skaitļiem.

Kontroles telpas izmantoja krāsu kodētas gaismas, lai signalizētu augu darbiniekiem veikt noteiktas izmaiņas manuāli.

30. gados Japāna bija līdere sastāvdaļu izstrādē. Tika izstrādāts pirmais mikroslēdzis, aizsardzības releji un augstas precizitātes elektriskais taimeris.

1945. gadā Japāna sāka rūpniecības rekonstrukcijas programmu. Programma bija balstīta uz jaunām tehnoloģijām pretstatā novecojušajām metodēm, kuras izmantoja pārējā pasaule.

Japāna kļuva par pasaules līderi rūpnieciskās automatizācijas jomā. Tādi auto uzņēmumi kā Honda, Toyota un Nissan spēja ražot daudzas augstas kvalitātes, uzticamas automašīnas.

raksturojums

Mehanizācija ir uzdevuma manuāla vadīšana, izmantojot motorizētu mašīnu, bet atkarībā no cilvēka lēmumu pieņemšanas.

Automatizācija ir papildu solis mehanizācijā, jo tā cilvēka dalību aizstāj ar loģiskās programmēšanas komandu un jaudīgu mašīnu izmantošanu.

Zemākas ekspluatācijas izmaksas

Izmantojot rūpniecisko automatizāciju, tiek novērstas atvaļinājuma, veselības aprūpes un prēmiju izmaksas, kas saistītas ar cilvēku strādnieku. Tāpat tas neprasa citus pabalstus, kas ir darbiniekiem, piemēram, pensijas segšanu, piemaksas utt.

Lai arī tas ir saistīts ar augstām sākotnējām izmaksām, tas ietaupa strādnieku mēneša algu, kas uzņēmumam rada ievērojamus ietaupījumus.

Uzturēšanas izmaksas, kas saistītas ar iekārtām, kuras izmanto rūpnieciskajā automatizācijā, ir zemākas, jo tām nav tendence sadalīties. Ja tie neizdodas, to vajadzētu salabot tikai IT un apkopes inženieriem.

Augsta produktivitāte

Lai gan daudzi uzņēmumi pieņem darbā simtiem ražošanas cilvēku, lai ražotni darbinātu trīs maiņās ne ilgāk kā 24 stundas, tā joprojām ir jāslēdz brīvdienām un uzturēšanai.

Rūpnieciskā automatizācija atbilst uzņēmuma mērķim, ļaujot ražotnei darboties 24 stundas diennaktī, 7 dienas nedēļā un 365 dienas gadā. Tas ievērojami uzlabo organizācijas produktivitāti.

Augstas kvalitātes

Automatizācija novērš ar cilvēkiem saistītas kļūdas. Turklāt robotiem nav nekāda veida izsīkuma, kā rezultātā tiek iegūti vienveidīgas kvalitātes produkti, pat ražojot tos dažādos laikos.

Augsta elastība

Ja montāžas līnijā tiek pievienots jauns uzdevums, operatoram cilvēkam būs nepieciešama apmācība.

No otras puses, robotus var ieprogrammēt jebkura veida darbu veikšanai. Tas padara ražošanas procesu elastīgāku.

Augsta informācijas precizitāte

Savāktie automatizētie dati ļauj ļoti precīzi analizēt galveno ražošanas informāciju, samazinot apkopošanas izmaksas.

Tas ļauj pieņemt pareizus lēmumus, mēģinot uzlabot procesus un samazināt atkritumu daudzumu.

Augsta drošība

Rūpnieciskā automatizācija var padarīt ražošanas līniju drošu darba ņēmējiem, ieviešot robotus bīstamu situāciju manevrēšanai.

Augstas sākotnējās izmaksas

Sākotnējie ieguldījumi, kas saistīti ar pāreju no cilvēku ražošanas līnijas uz automātisko, ir ļoti lieli.

Turklāt darbinieku apmācība darboties ar šo sarežģīto jauno aprīkojumu ir saistīta ar ievērojamām izmaksām.

Veidi

Fiksēta automatizācija

To izmanto atkārtotu un fiksētu darbību veikšanai, lai sasniegtu augstus ražošanas apjomus.

Izmantojiet īpaša mērķa komandu, lai automatizētu fiksētas secības procesus vai montāžas darbības. Darbību secību nosaka iekārtas konfigurācija.

Ieprogrammētās komandas mašīnās ir pārnesumu, vadu un citas aparatūras veidā, kuras nevar viegli mainīt no viena produkta uz citu.

Šo automatizācijas veidu raksturo lieli sākotnējie ieguldījumi un augsti ražošanas apjomi. Tāpēc tas ir piemērots izstrādājumiem, kas tiek izgatavoti lielos apjomos.

Programmējama automatizācija

Tā ir automatizācijas forma produktu ražošanai partijās. Izstrādājumi tiek ražoti partijās, sākot no vairākiem desmitiem līdz vairākiem tūkstošiem vienību vienlaikus.

Katrā jaunā partijā ražošanas aprīkojums jāpārplāno tā, lai tas atbilstu jauna veida produktam. Šai pārplānošanai ir nepieciešams laiks ar neproduktīvu laika periodu, kam seko katras partijas ražošanas cikls.

Ražošanas rādītāji parasti ir zemāki nekā fiksētajā automatizācijā, jo iekārtas ir paredzētas, lai atvieglotu produktu nomaiņu, nevis tām būtu specializācija.

Šīs automatizācijas sistēmas piemēri ir skaitliski kontrolētas mašīnas, rūpnieciski roboti, tērauda rūpnīcas utt.

Elastīga automatizācija

Ar šo sistēmu tiek nodrošināta automātiskā vadības iekārta, kas nodrošina lielu elastību, lai veiktu izmaiņas katram izstrādājumam. Tas ir programmējamas automatizācijas paplašinājums.

Programmējamās automatizācijas negatīvie ir laiks, kas nepieciešams, lai pārprogrammētu ražošanas iekārtas katrai jaunai produktu partijai. Tas pazaudē ražošanas laiku, kas ir dārgs.

Elastīgā automatizācijā pārplānošana tiek veikta ātri un automātiski datora terminālī, neizmantojot ražošanas aprīkojumu kā tādu.

Šīs izmaiņas tiek veiktas, izmantojot instrukcijas, ko operatori sniedz kodu veidā.

Līdz ar to nav nepieciešams produktus grupēt partijās. Viens pēc otra var ražot dažādu produktu maisījumus.

Lietojumprogrammas

Rūpniecība 4.0

Rūpnieciskās automatizācijas pieaugums ir tieši saistīts ar "ceturto rūpniecības revolūciju", kas ir labāk pazīstama kā Industry 4.0. Sākotnēji no Vācijas, rūpniecībā 4.0 ietilpst daudzas ierīces, koncepcijas un mašīnas.

Rūpniecība 4.0 darbojas ar rūpniecisko lietu internetu, kas ir perfekta dažādu fizisko objektu integrācija internetā, izmantojot virtuālo attēlojumu, un ar programmatūru / aparatūru, lai izveidotu savienojumu, lai pievienotu uzlabojumus ražošanas procesos.

Izmantojot šīs jaunās tehnoloģijas, ir iespējams radīt gudrāku, drošāku un modernāku ražošanu. Tas paver ticamāku, konsekventāku un efektīvāku ražošanas platformu nekā iepriekš.

Rūpniecība 4.0 aptver daudzas ražošanas nozares un turpinās to darīt laika gaitā.

Rūpnieciskā robotika

Rūpnieciskā robotika ir rūpniecības automatizācijas nozare, kas palīdz dažādos ražošanas procesos, piemēram, apstrādē, metināšanā, krāsošanā, montāžā un materiālu apstrādē.

Rūpnieciskajos robotos tiek izmantotas dažādas mehāniskās, elektriskās un programmatūras sistēmas, lai nodrošinātu augstu precizitāti un ātrumu, ievērojami pārsniedzot cilvēka sniegumu.

Šīs sistēmas tika pārveidotas un uzlabotas līdz tādam līmenim, ka viens robots var darboties 24 stundas diennaktī ar nelielu apkopi vai bez tās. 1997. gadā tika izmantoti 700 000 rūpniecisko robotu, 2017. gadā to skaits ir palielinājies līdz 1,8 miljoniem.

Programmējami loģiskie kontrolieri

Rūpnieciskā automatizācija ražošanas procesā iekļauj programmējamus loģiskos kontrolierus (PLC). Tie izmanto apstrādes sistēmu, kas ļauj vienkāršot ievades un izvades vadīklas, izmantojot vienkāršu programmēšanu.

PLC var saņemt dažādas ieejas un atgriezt dažādas loģikas izejas. Ievades ierīces ir sensori, un izvades ierīces ir motori, vārsti utt.

PLC ir līdzīgi datoriem. Kaut arī datori ir optimizēti aprēķiniem, PLC ir optimizēti vadības uzdevumiem un izmantošanai rūpnieciskā vidē.

Tie ir konstruēti tādā veidā, ka, lai apstrādātu vibrācijas, augstu temperatūru, mitrumu un troksni, ir vajadzīgas tikai pamata loģikas balstītas programmēšanas zināšanas.

Lielākā PLC priekšrocība ir to elastība. Viņi var darbināt virkni dažādu vadības sistēmu. Viņi padara nevajadzīgu pārkārtot sistēmu, lai mainītu vadības sistēmu. Šī elastība padara tos rentablus sarežģītām un daudzveidīgām sistēmām.

Piemēri

Automobiļu rūpniecībā virzuļu uzstādīšana motorā tika veikta manuāli, to kļūdu koeficients bija 1–1,6%. Pašlaik tas pats uzdevums tiek veikts ar automatizētu mašīnu, kuras kļūdu līmenis ir 0,0001%.

Mākslīgais intelekts (AI) tiek izmantots kopā ar robotiku, lai veiktu automātisku marķēšanu, izmantojot robotu ieročus kā automātiskus etiķešu aplikatorus, un AI, lai noteiktu marķējamos produktus.

Automatizācija Audi

Audi rūpnīcā Vācijā robotu skaits ir gandrīz vienāds ar 800 darbiniekiem. Viņi veic lielāko daļu smago celšanu, kā arī potenciāli bīstamo metināšanu, kā arī garlaicīgi atkārtojošās pārbaudes.

Starp Audi automatizācijas priekšrocībām var minēt daudz augstāku produktivitāti un zemākas prasības nekvalificētiem darbiniekiem.

Audi izmantotie roboti ne tikai rūpējas par bīstamo darbu, ko iepriekš veikuši neapmācīti darbinieki, bet arī savāc daudz datu, ko var analizēt un izmantot rūpnīcas darbības uzlabošanai.

Tomēr joprojām pastāv uzdevumi, kurus roboti nevar veikt, un cilvēki ir labāk sagatavoti rīkoties.

Veicot visbīstamākos uzdevumus un uzlabojot šo uzdevumu efektivitāti un produktivitāti, Audi var piesaistīt augsti kvalificētus un prasmīgākus darbiniekus, lai veiktu uz cilvēkiem orientētus uzdevumus.

Automatizēta ražošanas līnija

Tas sastāv no virknes darbstaciju, kas savienotas ar pārsūtīšanas sistēmu, lai pārvietotu daļas starp stacijām.

Tas ir fiksētas automatizācijas piemērs, jo šīs līnijas parasti ir izveidotas gariem ražošanas cikliem.

Katra stacija ir paredzēta, lai veiktu noteiktu apstrādes darbību, tāpēc, ka daļa vai izstrādājums tiek ražots soli pa solim, virzoties gar līniju.

Parastā līnijas darbībā katrā stacijā tiek apstrādāta viena daļa, tāpēc daudzas daļas tiek apstrādātas vienlaicīgi, iegūstot gatavu daļu ar katru līnijas ciklu.

Lai līnijas efektīvi darbotos, dažādās operācijas ir pareizi jākomponē un jākoordinē.

Mūsdienu automatizētās līnijas kontrolē programmējamie loģiskie kontrolieri. Tie var veikt jūsu darbībai nepieciešamos laika un secības funkciju veidus.

Atsauces

1. Terija M. Brei (2018). Kas ir rūpniecības automatizācija? Pārliecināts Controls Inc. Pārņemts no: surecontrols.com.
2. Wikipedia, bezmaksas enciklopēdija (2018). Automatizācija. Iegūts no: en.wikipedia.org.
3. Elektrotehnika (2018). Kas ir rūpnieciskā automatizācija - rūpnieciskās automatizācijas veidi. Paņemts no: electrictechnology.org.
4. Unitronics (2018). Kas ir rūpniecības automatizācija? Paņemts no: unitronicsplc.com.
5. Enciklopēdija Britannica (2018). Automatizācijas un robotikas pielietojumi. Paņemts no: britannica.com.
6. Ādams Robinsons (2014). Rūpnieciskā automatizācija: īsa ražošanas procesa vēsture un pašreizējais stāvoklis un nākotnes perspektīvas. Cerasis. Iegūts no: cerasis.com.
7. Eagle Technologies (2013). Rūpnīcas automatizācija, vācu piemērs. Iegūts no: eagletechnologies.com.