История, характеристики, типы и применение промышленной автоматизации

промышленная автоматизация это технология, которая используется через системы управления, такие как компьютеры, роботы и информационные технологии, чтобы обеспечить автоматическое управление различными машинами и процессами в промышленности без необходимости участия людей-операторов.

Он стремится заменить принятие решений людьми и ручные действия командно-ответных действий с использованием механизированного оборудования и команд логического программирования..

Ранее целью автоматизации было повышение производительности, поскольку автоматизированные системы могут работать 24 часа в сутки и снижать затраты, связанные с работой оператора, такие как заработная плата и льготы..

Эта автоматизация была достигнута с помощью различных средств, таких как механические, гидравлические, пневматические, электрические, электронные и компьютерные устройства, как правило, в сочетании друг с другом..

Среди контроллеров общего назначения для промышленных процессов: программируемые логические контроллеры, независимые модули ввода / вывода и компьютеры.

индекс

• 1 Текущая ситуация
• 2 История
  • 2.1 Промышленная революция
  • 2.2 Форд Мотор
  • 2.3 Достижения в 20 веке
• 3 Характеристики
  • 3.1 Снижение эксплуатационных расходов
  • 3.2 Высокая производительность
  • 3.3 Высокое качество
  • 3.4 Высокая гибкость
  • 3.5 Высокая точность информации
  • 3.6 Высокая безопасность
  • 3.7 Высокая начальная стоимость
• 4 Типа
  • 4.1 Фиксированная автоматизация
  • 4.2 Программируемая автоматизация
  • 4.3 Гибкая автоматизация
• 5 приложений
  • 5.1 Индустрия 4.0
  • 5.2 Промышленная робототехника
  • 5.3 Программируемые логические контроллеры
• 6 примеров
  • 6.1 Автоматизация в Audi
  • 6.2 Автоматизированная производственная линия
• 7 ссылок

Текущая ситуация

В последнее время промышленная автоматизация находит все большее признание в различных отраслях промышленности благодаря ее огромным преимуществам в производственном процессе, таким как повышение производительности, качества, гибкости и безопасности при низких затратах..

Он также имеет преимущества в экономии рабочей силы, в затратах на электроэнергию и материальные затраты, а также в большей точности измерений.

Важной тенденцией является более широкое использование искусственного зрения для обеспечения функций автоматического контроля. Еще одной тенденцией является постоянное увеличение использования роботов.

Энергоэффективность в промышленных процессах стала одним из важнейших приоритетов..

Например, полупроводниковые компании предлагают 8-разрядные микроконтроллеры, используемые в системах управления двигателями и насосами общего назначения, для снижения энергопотребления и, следовательно, повышения эффективности..

Доклад Всемирного банка о мировом развитии за 2018 год свидетельствует о том, что, хотя промышленная автоматизация вытесняет работников, инновации создают новые отрасли и рабочие места.

история

С момента своего создания промышленная автоматизация добилась больших успехов между видами деятельности, которые ранее выполнялись вручную..

Промышленная революция

Внедрение первых двигателей и парового двигателя создало новое требование к системам автоматического управления, таким как регуляторы температуры и регуляторы давления..

В 1771 году была изобретена первая полностью автоматизированная прядильная фабрика с гидравлическим приводом. В 1785 году была разработана автоматическая мельница, став первым полностью автоматизированным производственным процессом..

Форд Мотор

В 1913 году компания Ford Motor представила сборочную линию для производства автомобилей, которая считается одним из первых видов автоматизации в обрабатывающей промышленности..

До этого машина была построена командой квалифицированных и неквалифицированных рабочих. Автоматизация производства улучшила темпы производства Ford и увеличила прибыль.

Сборочная линия и серийное производство автомобилей были первыми в мире. Сокращено время сборки автомобиля с 12 часов на автомобиль до примерно полутора часов.

Достижения в 20 веке

Контрольные комнаты стали обычными в 1920-х годах. До начала 1930-х годов управление процессом было только вкл / выкл.

В 1930-х годах начали вводить контроллеры, способные производить расчетные изменения в ответ на отклонения от контрольной цифры..

В диспетчерских пунктах использовались кодированные цветные огни для отправки сигналов работникам завода для внесения определенных изменений вручную..

В 1930-х годах Япония была лидером в разработке компонентов. Первый микропереключатель, реле защиты и высокоточный электрический таймер были разработаны.

В 1945 году Япония инициировала программу промышленной реконструкции. Программа была основана на новых технологиях, в отличие от устаревших методов, которые использовали остальной мир.

Япония стала мировым лидером в области промышленной автоматизации. Автомобильные компании, такие как Honda, Toyota и Nissan, могут производить множество надежных и качественных автомобилей..

черты

Механизация - это ручное управление заданием с использованием моторизованного оборудования, но в зависимости от принятия человеком решения..

Автоматизация представляет собой дополнительный шаг к механизации, поскольку она заменяет участие человека с использованием команд логического программирования и мощного механизма..

Более низкие эксплуатационные расходы

С помощью промышленной автоматизации исключаются расходы на отпуск, медицинское обслуживание и премии, связанные с работой человека. Кроме того, он не требует от сотрудников других льгот, таких как пенсионное обеспечение, премии и т. Д..

Хотя это связано с высокой первоначальной стоимостью, оно экономит месячную заработную плату работников, что приводит к существенной экономии для компании..

Затраты на обслуживание, связанные с оборудованием, используемым для промышленной автоматизации, ниже, поскольку они обычно не выходят из строя. Если они выходят из строя, только компьютер и инженеры по обслуживанию должны ремонтировать его.

Высокая производительность

Несмотря на то, что многие компании нанимают сотни производственных рабочих для управления заводом в три смены в течение максимум 24 часов, его все равно необходимо закрыть для проведения отпуска и технического обслуживания..

Промышленная автоматизация отвечает целям компании, позволяя заводу работать 24 часа в сутки, 7 дней в неделю и 365 дней в году. Это приносит значительное улучшение производительности организации.

Высокое качество

Автоматизация устраняет ошибку, связанную с человеком. Кроме того, роботы не имеют какого-либо типа истощения, что приводит к получению продуктов одинакового качества даже при производстве в разное время..

Высокая гибкость

Если к сборочной линии добавлено новое задание, оно будет необходимо для человека-оператора обучения.

С другой стороны, роботов можно запрограммировать на любую работу. Это делает производственный процесс более гибким.

Высокая точность информации

Автоматизированный сбор данных позволяет анализировать ключевую производственную информацию с большой точностью, снижая затраты на компиляцию..

Это позволяет принимать правильные решения при попытке улучшить процессы и уменьшить количество отходов.

Высокая безопасность

Промышленная автоматизация может сделать производственную линию безопасной для рабочих, используя роботов для маневрирования в опасных ситуациях..

Высокая начальная стоимость

Первоначальные инвестиции, связанные с переходом с производственной линии на автоматическую, очень высоки.

Кроме того, обучение сотрудников работе с этим сложным новым оборудованием сопряжено с существенными затратами..

тип

Фиксированная автоматизация

Он используется для выполнения повторяющихся и фиксированных операций с целью достижения высоких показателей производительности.

Он использует оборудование специального назначения для автоматизации процессов с фиксированной последовательностью или сборочных операций. Последовательность операций определяется конфигурацией оборудования.

Запрограммированные команды содержатся в машинах в виде зубчатых колес, электропроводки и другого оборудования, которое не может быть легко переключено с одного продукта на другой..

Эта форма автоматизации характеризуется высокими начальными инвестициями и высокими темпами производства. Поэтому он подходит для продуктов, которые производятся в больших объемах.

Программируемая автоматизация

Это форма автоматизации производства изделий партиями. Продукция производится партиями от нескольких десятков до нескольких тысяч единиц одновременно..

Для каждой новой партии производственное оборудование должно быть перепрограммировано, чтобы адаптировать его к новому типу продукции. Это перепрограммирование требует времени с непроизводительным периодом времени, за которым следует запуск производства для каждой партии.

Производительность, как правило, ниже, чем при стационарной автоматизации, потому что оборудование предназначено для облегчения смены продукта, а не для специализации продукта..

Примерами этой системы автоматизации являются станки с числовым программным управлением, промышленные роботы, сталелитейные заводы и т. Д..

Гибкая автоматизация

С этой системой предоставляется оборудование автоматического управления, которое обеспечивает большую гибкость для внесения изменений для каждого продукта. Это расширение программируемой автоматизации.

Недостатком программируемой автоматизации является время, необходимое для перепрограммирования производственного оборудования для каждой новой партии продукта. Это потерянное время производства, которое дорого.

При гибкой автоматизации перепрограммирование выполняется быстро и автоматически в компьютерном терминале без использования производственного оборудования как такового..

Эти изменения делаются с помощью инструкций, данных в виде кодов операторами-людьми.

Следовательно, нет необходимости группировать продукты по партиям. Он может производить смесь различных продуктов, один за другим.

приложений

Индустрия 4.0

Рост промышленной автоматизации напрямую связан с «четвертой промышленной революцией», которая более известна как Индустрия 4.0. Индустрия 4.0, родом из Германии, охватывает множество устройств, концепций и машин..

Industry 4.0 работает с промышленным Интернетом вещей, который представляет собой идеальную интеграцию различных физических объектов в Интернете через виртуальное представление и с программным и аппаратным обеспечением для подключения, чтобы добавить улучшения в производственные процессы..

С помощью этих новых технологий возможно создать более умное, безопасное и передовое производство. Откройте более надежную, последовательную и эффективную производственную платформу, чем раньше.

Индустрия 4.0 охватывает многие области производства и будет продолжать делать это с течением времени.

Промышленная робототехника

Промышленная робототехника - это отрасль промышленной автоматизации, которая помогает в различных производственных процессах, таких как механическая обработка, сварка, окраска, сборка и обработка материалов..

Промышленные роботы используют различные механические, электрические и программные системы для обеспечения высокой точности и скорости, которые намного превосходят любые человеческие качества..

Эти системы были пересмотрены и улучшены до такой степени, что один робот может работать 24 часа в сутки практически без технического обслуживания. В 1997 году было задействовано 700 000 промышленных роботов, в 2017 году их число увеличилось до 1,8 миллиона..

Программируемые логические контроллеры

Промышленная автоматизация включает программируемые логические контроллеры (ПЛК) в производственный процесс. Они используют систему обработки, которая позволяет варьировать элементы управления вводом и выводом посредством простого программирования..

ПЛК может принимать различные входы и возвращать различные логические выходы. Устройства ввода - это датчики, а устройства вывода - двигатели, клапаны и т. Д..

ПЛК похожи на компьютеры. Однако, хотя компьютеры оптимизированы для расчетов, ПЛК оптимизированы для задач управления и использования в промышленных условиях..

Они сконструированы таким образом, что для работы с вибрациями, высокими температурами, влажностью и шумом необходимы только базовые знания программирования на основе логики.

Основным преимуществом ПЛК является их гибкость. Они могут управлять различными системами управления. Они делают ненужным переподключение системы для изменения системы управления. Такая гибкость делает их прибыльными для сложных и разнообразных систем..

примеров

В автомобильной промышленности установка поршней в двигателе осуществлялась вручную, с ошибкой 1-1,6%. В настоящее время эта же задача выполняется с помощью автоматизированной машины с частотой ошибок 0,0001%..

Искусственный интеллект (ИИ) используется роботами для автоматической маркировки, с использованием роботизированных рук в качестве автоматических аппликаторов этикеток и ИИ для обнаружения продуктов, подлежащих маркировке..

Автоматизация в Ауди

На заводе Audi в Германии количество роботов практически равно 800 работникам. Они выполняют большую часть тяжелой работы, а также потенциально опасные сварные швы, как и утомительно повторяющиеся испытания..

Среди преимуществ автоматизации в Audi гораздо более высокая производительность и более низкие требования к работникам без обучения.

Роботы, используемые в Audi, несут ответственность не только за опасную работу, которую ранее выполняли неподготовленные сотрудники, но и за сбор большого количества данных, которые можно проанализировать и использовать для улучшения работы завода..

Тем не менее, есть все еще задачи, которые роботы не могут выполнить, и люди лучше подготовлены к выполнению.

Выполняя самые опасные задачи и повышая эффективность и производительность этих задач, Audi может привлекать более высококвалифицированных и специализированных работников для выполнения задач, ориентированных на человека..

Автоматизированная производственная линия

Он состоит из серии рабочих станций, соединенных системой перемещения для перемещения деталей между станциями.

Это пример фиксированной автоматизации, поскольку эти линии обычно настраиваются на длительные производственные циклы..

Каждая станция предназначена для выполнения определенной операции обработки, так что деталь или изделие изготавливаются шаг за шагом по мере продвижения вдоль линии..

При нормальной работе линии кусок обрабатывается на каждой станции, так что одновременно обрабатывается много частей, получая готовый кусок с каждым циклом линии..

Различные выполняемые операции должны быть упорядочены и должным образом скоординированы, чтобы линия работала эффективно.

Современные автоматизированные линии управляются программируемыми логическими контроллерами. Они могут выполнять типы функций синхронизации и последовательности, необходимые для их работы..

ссылки

1. Терри М. Брей (2018). Что такое промышленная автоматизация? Sure Controls Inc. Взято с: surecontrols.com.
2. Википедия, свободная энциклопедия (2018). Автоматизация. Взято из: en.wikipedia.org.
3. Электротехника (2018). Что такое промышленная автоматизация | Виды промышленной автоматизации. Взято из: electrictechnology.org.
4. Юнитроникс (2018). Что такое промышленная автоматизация? Взято из: unitronicsplc.com.
5. Энциклопедия Британика (2018). Приложения автоматизации и робототехники. Взято из: britannica.com.
6. Адам Робинсон (2014). Промышленная автоматизация: краткая история применения в промышленности и текущее состояние и перспективы на будущее. Cerasis. Взято из: cerasis.com.
7. Eagle Technologies (2013). Заводская автоматизация, по немецкому примеру. Взято с: eagletechnologies.com.