Индустриална автоматизация: история, характеристики, видове и приложения
Индустриалната автоматизация е технологията, използвана чрез системи за контрол като компютри, роботи и информационни технологии, за да се позволи автоматичното функциониране на различни машини и процеси в дадена индустрия, без необходимост от човешки оператори.
Тя се стреми да замени процеса на вземане на решения на човешките същества и ръчните дейности с команден отговор с използването на механизирано оборудване и командите за логическо програмиране.
Преди това целта на автоматизацията беше да се увеличи производителността, тъй като автоматизираните системи могат да работят 24 часа в денонощието и да намалят разходите, свързани с човешките оператори, като заплати и обезщетения.
Тази автоматизация е постигната чрез различни средства, като механични, хидравлични, пневматични, електрически, електронни и компютърни устройства, обикновено комбинирани един с друг.
Сред общодостъпните контролери за промишлени процеси са: програмируеми логически контролери, независими I / O модули и компютри.
Настоящо положение
Напоследък индустриалната автоматизация намери все по-голямо одобрение от различни видове промишленост, поради огромните ползи в производствения процес, като повишена производителност, качество, гъвкавост и безопасност при ниски разходи.
Той също така има ползи от спестяванията на труд, разходите за електроенергия и материалните разходи, както и по-голяма точност на измерванията.
Важна тенденция е по-голямото използване на изкуствена визия за осигуряване на автоматични функции за проверка. Друга тенденция е непрекъснатото увеличаване на употребата на роботи.
Енергийната ефективност в промишлените процеси сега е един от най-важните приоритети.
Например, компаниите за полупроводници предлагат 8-битови приложения за микроконтролер, намиращи се в управлението на двигателя и помпата с общо предназначение, за намаляване на консумацията на енергия и по този начин увеличаване на ефективността.
Докладът на Световната банка за световното развитие за 2018 г. показва, че въпреки че индустриалната автоматизация измества работниците, иновациите създават нови индустрии и работни места.
история
От самото си създаване промишлената автоматизация направи големи крачки сред дейностите, които преди това се извършват ръчно.
Индустриална революция
Въвеждането на първите двигатели и парния двигател създаде ново изискване за системи за автоматично управление, като например регулатори на температурата и регулатори на налягането.
През 1771 г. е създадена първата напълно автоматизирана центрофуга, задвижвана от хидравлична енергия. През 1785 г. е разработена автоматична мелница, която става първият напълно автоматизиран промишлен процес.
Ford Motor
През 1913 г. Ford Motor Company представи монтажна линия за производство на автомобили, която се смята за един от пионерските видове автоматизация в преработващата промишленост.
Преди това е построен автомобил от екип от квалифицирани и неквалифицирани работници. Автоматизацията на производството подобри темповете на производство на Ford и увеличи печалбите си.
Производствената линия и масовото производство на автомобили са първите по рода си в света. Намалява времето за сглобяване на автомобила от 12 часа на автомобил до около час и половина.
Напредък през 20-ти век
Контролните зали станаха обичайни през 1920 г. До началото на 30-те години контролът на процесите беше само включен / изключен.
През 30-те години на 20 век започнаха да се въвеждат контролери с възможност да правят изчислени промени в отговор на отклонения от контролната цифра.
Контролните зали използваха кодирани цветни светлини, за да изпращат сигнали на работниците на завода, за да направят някои промени ръчно.
През 1930 г. Япония е лидер в разработването на компоненти. Бяха разработени първите микропревключватели, защитните релета и високоточния електрически таймер.
През 1945 г. Япония инициира програма за промишлена реконструкция. Програмата се основаваше на нови технологии, за разлика от остарелите методи, които останалата част от света използва.
Япония стана световен лидер в индустриалната автоматизация. Автомобилни компании като Honda, Toyota и Nissan могат да произвеждат множество надеждни и висококачествени автомобили.
функции
Механизацията е ръчното действие на дадена задача с използване на моторизирана техника, но в зависимост от вземането на човешки решения.
Автоматизацията представлява допълнителна стъпка към механизацията, тъй като замества човешкото участие с използване на командите за логическо програмиране и мощни машини.
По-ниски оперативни разходи
С индустриалната автоматизация, разходите за ваканции, медицински грижи и бонуси, свързани с човешкия работник, се елиминират. По същия начин, той не изисква други ползи, които служителите имат, като пенсионно осигуряване, бонуси и др.
Въпреки че е свързана с висока начална цена, тя спестява месечната заплата на работниците, което води до значителни икономии за компанията.
Разходите за поддръжка, които са свързани с оборудването, използвано за индустриална автоматизация, са по-ниски, защото обикновено не се разрушават. Ако те се провалят, само компютърните инженери и инженерите по поддръжката трябва да го поправят.
Висока производителност
Докато много компании наемат стотици производствени хора, за да управляват завода три смени за максимум 24 часа, все още трябва да бъдат затворени за почивка и поддръжка.
Индустриалната автоматизация отговаря на целта на една компания, позволявайки на производствения завод да работи 24 часа на ден, 7 дни в седмицата и 365 дни в годината. Това води до значително подобрение на производителността на организацията.
Високо качество
Автоматизацията успокоява грешката, свързана с човешкото същество. В допълнение, роботите нямат никакъв вид изтощение, което води до продукти с еднакво качество, дори и производство в различно време.
Висока гъвкавост
Ако се добави нова задача към поточната линия, тя ще бъде необходима на оператора на обучение.
От друга страна, роботи могат да бъдат програмирани да извършват всякакъв вид работа. Това прави производствения процес по-гъвкав.
Висока точност на информацията
Събраните автоматизирани данни позволяват анализ на ключова производствена информация, с голяма точност на тези данни, намалявайки разходите за компилиране.
Това дава възможност за правилни решения, когато се опитва да подобри процесите и да намали отпадъците.
Висока сигурност
Индустриалната автоматизация може да направи производствената линия безопасна за работниците, като разполага с роботи за маневриране на опасни ситуации.
Висока първоначална цена
Първоначалната инвестиция, свързана с преминаването от човешка производствена линия към автоматична, е много висока.
В допълнение, обучението на служителите, за да се справят с това сложно ново оборудване, включва значителни разходи.
тип
Фиксирана автоматизация
Използва се за изпълнение на повтарящи се и фиксирани операции с цел постигане на високи производствени нива.
Той използва специално предназначение за автоматизиране на процеси с фиксирана последователност или операции по сглобяване. Последователността на операциите се определя от конфигурацията на оборудването.
Програмираните команди се съдържат в машините под формата на зъбни колела, окабеляване и друг хардуер, който не може лесно да се променя от един продукт на друг.
Тази форма на автоматизация се характеризира с висока първоначална инвестиция и високи производствени темпове. Следователно, той е подходящ за продукти, които се произвеждат в големи обеми.
Програмируема автоматизация
Това е форма на автоматизация за производството на продукти в партиди. Продуктите се произвеждат в партиди, които варират от няколко десетки до няколко хиляди единици наведнъж.
За всяка нова партида производственото оборудване трябва да бъде препрограмирано, за да се адаптира към новия вид продукт. Това препрограмиране изисква време, което има непродуктивен период от време, последван от производствен цикъл за всяка партида.
Производствените нива обикновено са по-ниски, отколкото при фиксираната автоматизация, тъй като оборудването е предназначено да улесни промяната на продукта, вместо да има специализация на продукта.
Примери за тази система за автоматизация са цифрово контролирани машини, промишлени роботи, стоманени мелници и др.
Гъвкава автоматизация
С тази система е осигурено оборудване за автоматично управление, което осигурява голяма гъвкавост за извършване на промените за всеки продукт. Това е разширение на програмируемата автоматизация.
Недостатъкът на програмируемата автоматизация е времето, необходимо за препрограмиране на производственото оборудване за всяка нова партида продукт. Това е загубено време за производство, което е скъпо.
В гъвкавата автоматизация, препрограмирането се извършва бързо и автоматично в компютърен терминал, без да се налага използването на производственото оборудване като такова.
Тези промени се правят чрез инструкции, дадени под формата на кодове от човешки оператори.
Следователно не е необходимо продуктите да се групират в партиди. Той може да произвежда смес от различни продукти, една след друга.
приложения
Промишленост 4.0
Нарастването на индустриалната автоматизация е пряко свързано с "четвъртата индустриална революция", която е по-известна като "Индустрия 4.0". Произхождаща от Германия, Industry 4.0 обхваща множество устройства, концепции и машини.
Industry 4.0 работи с индустриалния интернет на нещата, което е перфектната интеграция на различни физически обекти в интернет, чрез виртуално представяне и със софтуер / хардуер за свързване, за да се добавят подобрения в производствените процеси.
Възможно е да се създаде по-интелигентно, по-безопасно и по-напреднало производство с тези нови технологии. Тя отваря по-надеждна, последователна и ефективна производствена платформа, отколкото преди.
Industry 4.0 обхваща много области на производството и ще продължи да го прави с течение на времето.
Промишлена роботика
Индустриалната роботика е отрасъл на индустриалната автоматизация, който помага в различни производствени процеси, като обработка, заваряване, боядисване, монтаж и обработка на материали.
Индустриалните роботи използват различни механични, електрически и софтуерни системи, за да позволят висока точност и скорост, което далеч надхвърля човешките характеристики.
Тези системи бяха ревизирани и подобрени до такава степен, че един робот може да работи 24 часа на ден с малко или никаква поддръжка. През 1997 г. в експлоатация са били 700 000 промишлени робота, а броят им е нараснал до 1, 8 милиона през 2017 година.
Програмируеми логически контролери
Индустриалната автоматизация включва програмируеми логически контролери (PLC) в производствения процес. Те използват система за обработка, която позволява да се променят входните и изходните контроли чрез просто програмиране.
PLC може да приема различни входове и да връща различни логически изходи. Входните устройства са сензори, а изходните устройства са двигатели, клапани и др.
PLC са подобни на компютрите. Въпреки това, докато компютрите са оптимизирани за изчисления, PLC са оптимизирани за контролни задачи и използване в промишлени среди.
Те са конструирани по такъв начин, че за обработка на вибрациите, високите температури, влажността и шума са необходими само основни познания по програмиране, основани на логиката.
Най-голямото предимство на PLCs е тяхната гъвкавост. Те могат да управляват различни системи за управление. Те правят ненужно да се пренавива система за промяна на системата за управление. Тази гъвкавост ги прави печеливши за сложни и разнообразни системи.
Примери
В автомобилната индустрия монтирането на бутала в двигателя се извършваше ръчно, с коефициент на грешки 1-1, 6%. Понастоящем същата задача се извършва с автоматизирана машина, която има процент на грешки от 0, 0001%.
Изкуственият интелект (AI) се използва с роботиката, за да направи автоматично етикетиране, използвайки роботизирани ръце като автоматични апликатори за етикети, и AI за откриване на продуктите, които трябва да бъдат етикетирани.
Автоматизация в Audi
В завода на Audi в Германия броят на роботите е почти равен на 800 души. Те правят по-голямата част от тежката работа, както и потенциално опасни заварки, както и досадно повтарящите се тестове.
Сред предимствата на автоматизацията в Audi са много по-висока производителност и по-ниски изисквания за работниците без обучение.
Роботите, използвани в Audi, не само са отговорни за опасната работа, която служителите преди това не са имали, но и събират голямо количество данни, които могат да бъдат анализирани и използвани за подобряване на работата на завода.
Въпреки това, все още има задачи, които роботи не могат да изпълняват и хората са по-добре подготвени да се справят.
Като поема най-опасните задачи и подобрява ефективността и производителността на тези задачи, Audi може да привлече по-добре обучени и специализирани работници, за да изпълнява задачи, фокусирани върху човешкото същество.
Автоматизирана производствена линия
Той се състои от поредица от работни станции, свързани чрез преносна система за преместване на части между станции.
Това е пример за фиксирана автоматизация, тъй като тези линии обикновено са конфигурирани за дълги производствени серии.
Всяка станция е проектирана да изпълнява специфична операция по обработка, така че парчето или продуктът да се прави стъпка по стъпка, докато се движи по линията.
При нормалното функциониране на линията, във всяка станция се обработва парче, така че много парчета се обработват едновременно, произвеждайки завършен детайл с всеки цикъл на линията.
Различните операции, които се извършват, трябва да бъдат подредени и правилно координирани, така че линията да работи ефективно.
Модерните автоматизирани линии се управляват от програмируеми логически контролери. Те могат да изпълняват типовете функции на синхронизация и последователност, необходими за тяхната работа.
