Automatizări industriale: istorie, caracteristici, tipuri și aplicații

Automatizarea industrială este tehnologia utilizată, prin sisteme de control cum ar fi computerele, roboții și tehnologiile informaționale, pentru a permite funcționarea automată a diferitelor mașini și procese într-o industrie, fără a fi nevoie de operatori umani.

Acesta urmărește să înlocuiască procesul decizional al ființelor umane și activitățile de intervenție manuală cu ajutorul echipamentelor mecanizate și comenzilor logice de programare.

Anterior, scopul automatizării a fost creșterea productivității, deoarece sistemele automate pot funcționa 24 de ore pe zi și pot reduce costurile asociate cu operatorii umani, cum ar fi salariile și beneficiile.

Această automatizare a fost realizată prin diverse mijloace, cum ar fi dispozitivele mecanice, hidraulice, pneumatice, electrice, electronice și computerizate, în general combinate unul cu celălalt.

Printre controlerele de uz general pentru procesele industriale se numără: controlere logice programabile, module I / O independente și computere.

Situația actuală

Recent, automatizarea industrială a înregistrat o creștere a gradului de acceptare de către diferite tipuri de industrii, datorită avantajelor sale enorme în procesul de fabricație, precum creșterea productivității, a calității, a flexibilității și a siguranței la costuri reduse.

De asemenea, beneficiază de economii de forță de muncă, costuri de energie electrică și costuri materiale, precum și o mai mare precizie a măsurătorilor.

O tendință importantă este utilizarea mai intensă a viziunii artificiale pentru a oferi funcții de inspecție automată. O altă tendință este creșterea continuă a utilizării roboților.

Eficiența energetică în procesele industriale a devenit una dintre cele mai importante priorități.

De exemplu, companiile de semiconductori oferă aplicații de microcontroler pe 8 biți, găsite în comenzile pentru motoare și pompe de uz general, pentru a reduce consumul de energie și, astfel, pentru a spori eficiența.

Raportul privind dezvoltarea mondială a Băncii Mondiale din 2018 arată dovezi că, deși automatizarea industrială îi îndepărtează pe lucrători, inovarea creează noi industrii și locuri de muncă.

istorie

De la începuturile sale, automatizarea industrială a făcut pași mari între activitățile care au fost realizate anterior manual.

Revoluția industrială

Introducerea primelor motoare și a motorului cu abur a creat o nouă cerință pentru sistemele automate de control, cum ar fi regulatoarele de temperatură și regulatoarele de presiune.

În 1771 a fost inventată prima moară de spin complet automată, alimentată cu energie hidraulică. În 1785 a fost dezvoltată o moară de făină automată, devenind primul proces industrial complet automatizat.

Ford Motor

În 1913, Ford Motor Company a introdus o linie de asamblare pentru producția de automobile, care este considerată unul dintre tipurile de pionierat de automatizare în industria prelucrătoare.

Înainte de aceasta, o mașină a fost construită de o echipă de muncitori calificați și necalificați. Automatizarea producției a îmbunătățit ratele de producție ale Ford și a sporit profiturile.

Linia de asamblare și producția în masă a automobilelor au fost primele de acest fel la nivel mondial. Reducerea timpului de asamblare a mașinii de la 12 ore pe mașină la aproximativ o oră și jumătate.

Avansuri în secolul XX

Camerele de control au devenit obișnuite în anii 1920. Până la începutul anilor 1930, controlul procesului era doar pornit / oprit.

În anii 1930, au început să se introducă controlorii, cu capacitatea de a efectua modificări calculate ca răspuns la deviațiile de la o cifră de control.

Camerele de control au utilizat luminile colorate codate pentru a trimite semnale lucrătorilor din fabrică pentru a efectua anumite modificări manual.

În anii 1930, Japonia a fost un lider în dezvoltarea componentelor. Au fost dezvoltate primul micro-comutator, releele de protecție și cronometrul electric de înaltă precizie.

În 1945, Japonia a inițiat un program de reconstrucție industrială. Programul sa bazat pe tehnologii noi, spre deosebire de metodele vechi folosite de restul lumii.

Japonia a devenit lider mondial în domeniul automatizării industriale. Companiile de automobile precum Honda, Toyota și Nissan ar putea produce numeroase automobile fiabile și de înaltă calitate.

caracteristici

Mecanizarea este operația manuală a unei sarcini folosind un echipament motorizat, dar în funcție de luarea deciziilor la om.

Automatizarea reprezintă un pas suplimentar către mecanizare, deoarece înlocuiește participarea umană cu utilizarea comenzilor de programare logică și a mașinilor puternice.

Costuri de operare mai mici

Cu automatizarea industrială, costurile vacanțelor, îngrijirilor medicale și bonusurilor asociate unui lucrător uman sunt eliminate. De asemenea, nu este nevoie de alte beneficii pe care angajații le au, cum ar fi acoperirea pensiilor, bonusuri etc.

Deși are legătură cu un cost inițial ridicat, economisește salariul lunar al lucrătorilor, ceea ce duce la economii substanțiale pentru companie.

Costul de întreținere care este asociat cu echipamentele utilizate pentru automatizarea industrială este mai mic, pentru că, de obicei, nu se descompune. Dacă acestea nu reușesc, numai inginerii de calculator și de întreținere ar trebui să-l repare.

Productivitate ridicată

În timp ce multe companii angajează sute de oameni de fabricație pentru a conduce fabrica cu trei schimburi timp de maxim 24 de ore, trebuie încă să fie închisă pentru vacanțe și întreținere.

Automatizarea industrială îndeplinește obiectivul unei companii, permițând fabricii să opereze 24 de ore pe zi, 7 zile pe săptămână și 365 de zile pe an. Acest lucru aduce o îmbunătățire semnificativă a productivității organizației.

De înaltă calitate

Automatizarea atestă eroarea legată de ființa umană. În plus, roboții nu au nici un fel de epuizare, rezultând produse de o calitate uniformă, chiar de fabricație la momente diferite.

Flexibilitate ridicată

Dacă se adaugă o nouă sarcină la linia de asamblare, va fi necesară pentru operatorul uman al unui antrenament.

Pe de altă parte, roboții pot fi programați să facă orice fel de muncă. Acest lucru face ca procesul de fabricație să fie mai flexibil.

Acuratețea mare a informațiilor

Datele automate colectate permit analiza informațiilor cheie de fabricație, cu o mare precizie a acestor date, reducând costul compilării.

Acest lucru permite deciziile corecte atunci când încercați să îmbunătățiți procesele și să reduceți pierderile.

Înaltă siguranță

Automatizarea automată poate face linia de producție sigură pentru muncitori, prin implementarea roboților pentru a manevra situații periculoase.

Cost inițial ridicat

Investiția inițială asociată cu schimbarea de la o linie de producție umană la una automată este foarte mare.

În plus, instruirea angajaților pentru a face față acestui echipament sofisticat implică costuri substanțiale.

tip

Automatizare automată

Se utilizează pentru a executa operațiuni repetitive și fixe pentru a atinge rate de producție ridicate.

Utilizează un echipament cu destinație specifică pentru a automatiza procesele de secvență fixă ​​sau operațiile de asamblare. Secvența de operațiuni este determinată de configurația echipamentului.

Comenzile programate sunt conținute în mașini sub formă de unelte, cabluri și alte echipamente care nu pot fi ușor schimbate de la un produs la altul.

Această formă de automatizare se caracterizează printr-o investiție inițială ridicată și rate de producție ridicate. Prin urmare, este potrivit pentru produse care sunt fabricate în volume mari.

Programare automatizare

Este o formă de automatizare pentru fabricarea produselor în loturi. Produsele sunt fabricate în loturi care variază de la câteva zeci la câteva mii de unități la un moment dat.

Pentru fiecare lot nou, echipamentul de producție trebuie să fie reprogramat pentru ao adapta la noul tip de produs. Această reprogramare necesită timp, având o perioadă neproductivă de timp, urmată de un ciclu de producție pentru fiecare lot.

Ratele de producție sunt, în general, mai mici decât în ​​automatizarea fixă, deoarece echipamentul este proiectat pentru a facilita schimbarea produsului, în loc să aibă o specializare a produsului.

Exemple ale acestui sistem de automatizare sunt mașinile cu comandă numerică, roboții industriali, fabricile de oțel etc.

Automatizare flexibilă

Cu acest sistem este prevăzut un echipament automat de control, care oferă o mare flexibilitate pentru a face schimbările pentru fiecare produs. Este o extensie a automatizării programabile.

Dezavantajul automatizării programabile este timpul necesar reprogramării echipamentului de producție pentru fiecare lot nou de produse. Acesta este timpul de producție pierdut, ceea ce este costisitor.

În automatizarea flexibilă, reprogramarea se face rapid și automat într-un terminal de calculator, fără a fi necesară utilizarea echipamentului de producție ca atare.

Aceste modificări se fac prin instrucțiuni furnizate sub formă de coduri de către operatorii umani.

În consecință, nu este necesară gruparea produselor în loturi. Poate produce un amestec de produse diferite, unul după altul.

aplicații

Industria 4.0

Creșterea automatizării industriale este direct legată de "a patra revoluție industrială", care este mai bine cunoscută sub denumirea Industry 4.0. Inițial din Germania, Industria 4.0 acoperă numeroase dispozitive, concepte și mașini.

Industria 4.0 funcționează cu Internetul industrial al lucrurilor, care este integrarea perfectă a diferitelor obiecte fizice pe Internet, printr-o reprezentare virtuală și cu software / hardware pentru a se conecta pentru a adăuga îmbunătățiri în procesele de fabricație.

Fiind capabil să creeze o fabricare mai inteligentă, mai sigură și mai avansată este posibilă cu aceste noi tehnologii. Aceasta deschide o platformă de fabricație mai fiabilă, mai consistentă și mai eficientă decât înainte.

Industria 4.0 acoperă multe domenii de producție și va continua să o facă în timp ce trece timpul.

Robotica industrială

Robotica industrială este o ramură a automatizării industriale care ajută în diferite procese de producție, cum ar fi prelucrarea, sudarea, vopsirea, asamblarea și manipularea materialelor.

Roboții industriali folosesc diferite sisteme mecanice, electrice și software pentru a permite o mare precizie și viteză, care depășesc cu mult performanțele umane.

Aceste sisteme au fost revizuite și îmbunătățite până la punctul în care un singur robot poate funcționa 24 de ore pe zi cu întreținere redusă sau deloc. În 1997 au fost utilizate 700.000 de roboți industriali, numărul acestora a crescut la 1, 8 milioane în 2017.

Controlere logice programabile

Automatizarea automată include procesoare logice programabile (PLC) în procesul de fabricație. Acestea utilizează un sistem de procesare care permite variația comenzilor de intrare și ieșire, prin programare simplă.

Un PLC poate primi o varietate de intrări și returnează o varietate de ieșiri logice. Dispozitivele de intrare sunt senzori, iar dispozitivele de ieșire sunt motoare, supape etc.

PLC-urile sunt similare cu calculatoarele. Cu toate acestea, în timp ce computerele sunt optimizate pentru calcule, PLC-urile sunt optimizate pentru sarcini de control și utilizare în medii industriale.

Ele sunt construite astfel încât să fie nevoie doar de o cunoaștere de bază bazată pe logică pentru a face față vibrațiilor, temperaturilor ridicate, umidității și zgomotului.

Cel mai mare avantaj oferit de PLC-uri este flexibilitatea acestora. Ei pot opera o serie de sisteme de control diferite. Acestea fac ca nu este necesar să reintroduceți un sistem de schimbare a sistemului de control. Această flexibilitate le face profitabile pentru sisteme complexe și variate.

Exemple

În industria automobilelor, instalarea pistoanelor în motor a fost efectuată manual, cu o rată de eroare de 1-1, 6%. În prezent, aceeași sarcină se realizează cu o mașină automată, având o rată de eroare de 0, 0001%.

Inteligența artificială (AI) este folosită cu robotică pentru a face etichetarea automată, folosind brațele robotizate ca aplicatoare automate de etichete și AI pentru a detecta produsele care urmează să fie etichetate.

Automatizarea la Audi

La uzina Audi din Germania, numărul de roboți este aproape egal cu 800 de angajați. Ele fac majoritatea lucrărilor grele, precum și sudurile potențial periculoase, la fel ca și testele repetitive.

Printre avantajele automatizării de la Audi se numără productivitatea mult mai ridicată și cerințele mai scăzute pentru lucrătorii fără formare profesională.

Roboții utilizați la Audi nu sunt doar responsabili pentru munca periculoasă pe care au avut-o angajații fără pregătire, ci și pentru a colecta o cantitate mare de date care pot fi analizate și folosite pentru a îmbunătăți funcționarea fabricii.

Cu toate acestea, există încă sarcini pe care roboții nu le pot îndeplini, iar oamenii sunt mai bine pregătiți să se ocupe.

Prin preluarea celor mai periculoase sarcini și îmbunătățirea eficienței și productivității acestor sarcini, Audi poate atrage mai mulți lucrători bine pregătiți și specializați pentru a îndeplini sarcini axate pe ființa umană.

Linie automată de producție

Se compune dintr-o serie de stații de lucru conectate printr-un sistem de transfer pentru a muta piesele între posturi.

Este un exemplu de automatizare fixă, deoarece aceste linii sunt configurate, de obicei, pentru perioade lungi de producție.

Fiecare stație este concepută pentru a efectua o operație specifică de procesare, astfel încât piesa sau produsul să fie făcute pas cu pas, pe măsură ce se deplasează de-a lungul liniei.

În funcționarea normală a liniei, o piesă este procesată în fiecare stație, astfel încât mai multe bucăți sunt procesate simultan, producând o piesă finită cu fiecare ciclu al liniei.

Diferitele operațiuni care au loc trebuie să fie secvențiate și coordonate corespunzător, astfel încât linia să funcționeze eficient.

Liniile automate moderne sunt controlate de controale logice programabile. Aceștia pot efectua tipurile de funcții de sincronizare și secvențiere necesare funcționării lor.