AUTOMATYKA PRZEMYSŁOWA: HISTORIA, CECHY I RODZAJE - TECHNOLOGIA - 2026

Automatyki przemysłowej jest technologia wykorzystywana przez systemy kontroli, takich jak komputery, robotów i technologii informacyjnych, aby umożliwić automatyczne wykonywanie różnych procesów i maszyn w przemyśle, bez potrzeby operatorów człowieka.

Ma na celu zastąpienie podejmowania decyzji przez człowieka i wykonywanych ręcznie czynności typu polecenie-reakcja przy użyciu sprzętu zmechanizowanego i logicznych poleceń programistycznych.

Źródło: pixabay.com

Wcześniej celem automatyzacji było zwiększenie produktywności, ponieważ zautomatyzowane systemy mogą działać 24 godziny na dobę i zmniejszyć koszty związane z ludzkimi operatorami, takie jak płace i świadczenia.

Ta automatyzacja została osiągnięta za pomocą różnych środków, takich jak urządzenia mechaniczne, hydrauliczne, pneumatyczne, elektryczne, elektroniczne i komputerowe, ogólnie łączone między nimi.

Sterowniki ogólnego przeznaczenia do procesów przemysłowych obejmują: programowalne sterowniki logiczne, niezależne moduły I / O i komputery.

Obecna sytuacja

Ostatnio automatyka przemysłowa znalazła coraz większą akceptację w różnych gałęziach przemysłu, ze względu na ogromne korzyści w procesie produkcyjnym, takie jak zwiększona produktywność, jakość, elastyczność i bezpieczeństwo przy niskich kosztach.

Przynosi również korzyści w postaci oszczędności pracy, kosztów energii elektrycznej i kosztów materiałów, a także większej dokładności pomiarów.

Ważnym trendem jest zwiększone wykorzystanie widzenia komputerowego w celu zapewnienia funkcji automatycznej inspekcji. Kolejnym trendem jest ciągły wzrost wykorzystania robotów.

Efektywność energetyczna w procesach przemysłowych stała się obecnie jednym z najwyższych priorytetów.

Na przykład firmy zajmujące się półprzewodnikami oferują aplikacje mikrokontrolerów 8-bitowych, które można znaleźć w sterowaniu pompami i silnikami ogólnego przeznaczenia, aby zmniejszyć zużycie energii, a tym samym zwiększyć wydajność.

World Development Report 2018 Banku Światowego pokazuje, że podczas gdy automatyzacja przemysłowa wypiera pracowników, innowacje tworzą nowe branże i miejsca pracy.

Historia

Od momentu powstania automatyka przemysłowa poczyniła ogromne postępy wśród czynności, które wcześniej były wykonywane ręcznie.

Rewolucja przemysłowa

Wprowadzenie pierwszych silników i silnika parowego stworzyło nowe wymagania dotyczące automatycznych systemów sterowania, takich jak regulatory temperatury i regulatory ciśnienia.

W 1771 roku wynaleziono pierwszą w pełni zautomatyzowaną przędzalnię napędzaną siłą hydrauliczną. W 1785 roku powstał automatyczny młyn do mąki, który stał się pierwszym w pełni zautomatyzowanym procesem przemysłowym.

Ford Motor

W 1913 roku Ford Motor Company wprowadził linię montażową samochodów, która jest uważana za jeden z pionierskich rodzajów automatyzacji w przemyśle wytwórczym.

Wcześniej samochód był budowany przez zespół wykwalifikowanych i niewykwalifikowanych pracowników. Automatyzacja produkcji poprawiła tempo produkcji Forda i zwiększyła jego zyski.

Linia montażowa i masowa produkcja samochodów były pierwszymi tego typu na świecie. Skróciło to czas montażu auta z 12 godzin do około półtorej godziny.

Postęp w XX wieku

Pomieszczenia kontrolne stały się powszechne w latach 20. XX w. Do wczesnych lat 30. sterowanie procesami było tylko włączane / wyłączane.

W latach trzydziestych XX wieku zaczęto wprowadzać kontrolery z możliwością dokonywania obliczonych zmian w odpowiedzi na odchylenia od wartości kontrolnej.

W sterowniach zastosowano kolorowe światła, aby zasygnalizować pracownikom zakładu, aby ręcznie wprowadzili pewne zmiany.

W latach trzydziestych XX wieku Japonia była liderem w rozwoju komponentów. Opracowano pierwszy mikroprzełącznik, przekaźniki zabezpieczeniowe i precyzyjny elektryczny zegar sterujący.

W 1945 roku Japonia rozpoczęła program odbudowy przemysłu. Program był oparty na nowych technologiach, w przeciwieństwie do przestarzałych metod, z których korzystała reszta świata.

Japonia stała się światowym liderem w automatyce przemysłowej. Firmy samochodowe, takie jak Honda, Toyota i Nissan, były w stanie wyprodukować wiele wysokiej jakości, niezawodnych samochodów.

cechy

Mechanizacja to ręczne wykonywanie zadania przy użyciu maszyn silnikowych, ale zależne od decyzji człowieka.

Automatyzacja stanowi dodatkowy krok w kierunku mechanizacji, ponieważ zastępuje udział człowieka za pomocą poleceń programowania logicznego i potężnych maszyn.

Niższe koszty eksploatacji

Dzięki automatyzacji przemysłowej eliminowane są urlopy, opieka zdrowotna i dodatkowe koszty związane z pracownikiem ludzkim. Podobnie nie wymaga innych świadczeń, które mają pracownicy, takich jak ubezpieczenie emerytalne, premie itp.

Chociaż wiąże się to z wysokim kosztem początkowym, oszczędza miesięczne wynagrodzenie pracowników, co prowadzi do znacznych oszczędności dla firmy.

Koszty utrzymania związane ze sprzętem używanym do automatyki przemysłowej są niższe, ponieważ nie mają tendencji do awarii. Jeśli zawiodą, tylko inżynierowie IT i konserwatorzy powinni je naprawiać.

Wysoka wydajność

Podczas gdy wiele firm zatrudnia setki pracowników produkcyjnych do prowadzenia zakładu na trzy zmiany przez maksymalnie 24 godziny, nadal musi on być zamknięty z powodu wakacji i prac konserwacyjnych.

Automatyka przemysłowa spełnia cel firmy, pozwalając zakładowi produkcyjnemu działać 24 godziny na dobę, 7 dni w tygodniu i 365 dni w roku. Daje to znaczną poprawę produktywności organizacji.

Wysoka jakość

Automatyzacja łagodzi błędy ludzkie. Ponadto roboty nie mają żadnego rodzaju wyczerpania, dzięki czemu powstają produkty o jednakowej jakości, nawet wytwarzające je w różnym czasie.

Wysoka elastyczność

Jeśli na linii montażowej zostanie dodane nowe zadanie, wymagane będzie przeszkolenie operatora.

Z drugiej strony roboty można zaprogramować do wykonywania każdego rodzaju pracy. To sprawia, że ​​proces produkcji jest bardziej elastyczny.

Wysoka dokładność informacji

Zebrane zautomatyzowane dane pozwalają analizować kluczowe informacje produkcyjne z dużą precyzją tych danych, zmniejszając koszty kompilacji.

Umożliwia to podejmowanie właściwych decyzji przy próbie usprawnienia procesów i zmniejszenia ilości odpadów.

Wysoki poziom bezpieczeństwa

Automatyka przemysłowa może uczynić linię produkcyjną bezpieczną dla pracowników, wdrażając roboty do manewrowania w niebezpiecznych sytuacjach.

Wysoki koszt początkowy

Początkowa inwestycja związana z przejściem z ludzkiej linii produkcyjnej na automatyczną jest bardzo wysoka.

Ponadto szkolenie pracowników w zakresie obsługi tego wyrafinowanego nowego sprzętu wiąże się ze znacznymi kosztami.

Rodzaje

Naprawiono automatyzację

Służy do wykonywania powtarzalnych i stałych operacji w celu osiągnięcia wysokich wydajności produkcyjnych.

Zatrudnij zespół specjalnego przeznaczenia, aby zautomatyzować procesy o ustalonej kolejności lub operacje montażowe. Kolejność operacji zależy od konfiguracji sprzętu.

Zaprogramowane polecenia są zawarte w maszynach w postaci kół zębatych, okablowania i innego sprzętu, których nie można łatwo zmienić z jednego produktu na inny.

Ta forma automatyzacji charakteryzuje się wysokimi nakładami początkowymi i wysokimi wskaźnikami produkcji. Dlatego nadaje się do produktów wytwarzanych w dużych ilościach.

Programowalna automatyzacja

Jest to forma automatyzacji wytwarzania produktów w partiach. Produkty wytwarzane są jednorazowo w partiach od kilkudziesięciu do kilku tysięcy sztuk.

Dla każdej nowej partii sprzęt produkcyjny musi zostać przeprogramowany, aby pasował do nowego typu produktu. To przeprogramowanie wymaga czasu, z okresem nieprodukcyjnym, po którym następuje seria produkcyjna dla każdej partii.

Wskaźniki produkcji są generalnie niższe niż w przypadku stałej automatyzacji, ponieważ sprzęt jest zaprojektowany tak, aby ułatwiać zmianę produktu, a nie specjalizować się w produkcie.

Przykładami tego systemu automatyzacji są maszyny sterowane numerycznie, roboty przemysłowe, huty itp.

Elastyczna automatyzacja

W tym systemie zapewniony jest automatyczny sprzęt sterujący, który zapewnia dużą elastyczność w zakresie wprowadzania zmian dla każdego produktu. Jest to rozszerzenie programowalnej automatyki.

Wadą programowalnej automatyzacji jest czas potrzebny na przeprogramowanie sprzętu produkcyjnego dla każdej nowej partii produktu. To strata czasu produkcji, która jest kosztowna.

W elastycznej automatyzacji przeprogramowanie odbywa się szybko i automatycznie na terminalu komputerowym, bez konieczności używania sprzętu produkcyjnego jako takiego.

Zmiany te są dokonywane za pomocą instrukcji podanych w formie kodów przez operatorów.

W konsekwencji nie jest konieczne grupowanie produktów w partie. Można wytwarzać mieszankę różnych produktów jeden po drugim.

Aplikacje

Przemysł 4.0

Rozwój automatyki przemysłowej jest bezpośrednio związany z „czwartą rewolucją przemysłową”, znaną lepiej jako Przemysł 4.0. Pochodzący z Niemiec Przemysł 4.0 obejmuje liczne urządzenia, koncepcje i maszyny.

Przemysł 4.0 współpracuje z przemysłowym Internetem rzeczy, który jest doskonałą integracją różnych obiektów fizycznych w Internecie, poprzez wirtualną reprezentację oraz z oprogramowaniem / sprzętem do łączenia w celu usprawnienia procesów produkcyjnych.

Te nowe technologie umożliwiają tworzenie inteligentniejszej, bezpieczniejszej i bardziej zaawansowanej produkcji. Otwiera bardziej niezawodną, ​​spójną i wydajną platformę produkcyjną niż wcześniej.

Przemysł 4.0 obejmuje wiele dziedzin produkcji i będzie tak postępował w miarę upływu czasu.

Robotyka przemysłowa

Robotyka przemysłowa to gałąź automatyki przemysłowej, która pomaga w różnych procesach produkcyjnych, takich jak obróbka skrawaniem, spawanie, malowanie, montaż i przenoszenie materiałów.

Roboty przemysłowe wykorzystują różne systemy mechaniczne, elektryczne i oprogramowanie, aby zapewnić wysoką precyzję i szybkość, znacznie przewyższającą ludzkie możliwości.

Systemy te zostały poddane przeglądowi i ulepszone do tego stopnia, że ​​pojedynczy robot może pracować 24 godziny na dobę przy niewielkiej lub żadnej konserwacji. W 1997 roku było w użyciu 700 000 robotów przemysłowych, w 2017 liczba ta wzrosła do 1,8 miliona.

Programowalne sterowniki logiczne

Automatyka przemysłowa obejmuje programowalne sterowniki logiczne (PLC) w procesie produkcyjnym. Wykorzystują one system przetwarzania, który pozwala zmieniać sterowanie wejściami i wyjściami poprzez proste programowanie.

PLC może odbierać różne wejścia i zwracać różne wyjścia logiczne. Urządzeniami wejściowymi są czujniki, a urządzeniami wyjściowymi są silniki, zawory itp.

PLC są podobne do komputerów. Jednak podczas gdy komputery są zoptymalizowane pod kątem obliczeń, sterowniki PLC są zoptymalizowane pod kątem zadań sterowania i stosowania w środowiskach przemysłowych.

Są skonstruowane w taki sposób, że do obsługi wibracji, wysokich temperatur, wilgotności i hałasu potrzebna jest tylko podstawowa wiedza programistyczna oparta na logice.

Największą zaletą sterowników PLC jest ich elastyczność. Mogą obsługiwać szereg różnych systemów sterowania. Sprawiają, że nie ma potrzeby ponownego okablowania systemu w celu zmiany systemu sterowania. Ta elastyczność sprawia, że ​​są opłacalne w przypadku złożonych i różnorodnych systemów.

Przykłady

W przemyśle motoryzacyjnym montaż tłoków w silniku wykonywany był niegdyś ręcznie, przy wskaźniku błędu 1-1,6%. Obecnie to samo zadanie jest wykonywane na automatycznej maszynie, która ma wskaźnik błędów 0,0001%.

Sztuczna inteligencja (AI) jest wykorzystywana w robotyce do automatycznego etykietowania przy użyciu ramion robotów jako automatycznych aplikatorów etykiet oraz sztucznej inteligencji do wykrywania produktów do etykietowania.

Automatyzacja w Audi

W fabryce Audi w Niemczech liczba robotów sięga prawie 800 pracowników. Wykonują większość ciężkich prac, a także potencjalnie niebezpieczne spawanie, a także żmudne powtarzalne testy.

Wśród korzyści płynących z automatyzacji w Audi wymienić można znacznie wyższą produktywność i mniejsze zapotrzebowanie na niewykwalifikowanych pracowników.

Roboty wykorzystywane w Audi nie tylko zajmują się niebezpieczną pracą wykonywaną wcześniej przez nieprzeszkolonych pracowników, ale także zbierają bogactwo danych, które można przeanalizować i wykorzystać do usprawnienia pracy fabryki.

Jednak nadal istnieją zadania, których roboty nie są w stanie wykonać, a ludzie są lepiej przygotowani do obsługi.

Podejmując się najbardziej niebezpiecznych zadań i poprawiając wydajność i produktywność tych zadań, Audi może przyciągnąć bardziej wykwalifikowanych pracowników do wykonywania zadań skoncentrowanych na człowieku.

Zautomatyzowana linia produkcyjna

Składa się z szeregu stacji roboczych połączonych systemem transferu w celu przenoszenia części między stacjami.

Jest to przykład stałej automatyzacji, ponieważ linie te są zwykle skonfigurowane do długich serii produkcyjnych.

Każda stacja jest zaprojektowana do wykonywania określonej operacji przetwarzania, dzięki czemu część lub produkt jest wytwarzany krok po kroku, w miarę postępu wzdłuż linii.

Podczas normalnej pracy na linii jedna część jest przetwarzana na każdej stacji, więc wiele części jest przetwarzanych jednocześnie, tworząc gotową część w każdym cyklu linii.

Różne operacje, które mają miejsce, muszą być odpowiednio uporządkowane i skoordynowane, aby linia działała wydajnie.

Nowoczesne linie automatyczne są sterowane przez programowalne sterowniki logiczne. Mogą one wykonywać typy funkcji synchronizacji i sekwencjonowania wymagane dla Twojej operacji.

Bibliografia

1. Terry M. Brei (2018). Co to jest automatyka przemysłowa? Sure Controls Inc. Zaczerpnięte z: surecontrols.com.
2. Wikipedia, wolna encyklopedia (2018). Automatyzacja. Zaczerpnięte z: en.wikipedia.org.
3. Technologia elektryczna (2018). Czym jest automatyka przemysłowa - rodzaje automatyki przemysłowej. Zaczerpnięte z: electrictechnology.org.
4. Unitronics (2018). Co to jest automatyka przemysłowa? Zaczerpnięte z: unitronicsplc.com.
5. Encyclopaedia Britannica (2018). Zastosowania automatyki i robotyki. Zaczerpnięte z: britannica.com.
6. Adam Robinson (2014). Automatyka przemysłowa: krótka historia zastosowań produkcyjnych oraz stan obecny i perspektywy na przyszłość. Cerasis. Zaczerpnięte z: cerasis.com.
7. Eagle Technologies (2013). Automatyka przemysłowa, przykład niemiecki. Zaczerpnięte z: eagletechnologies.com.