Классификация систем автоматики

Категория:

   Автоматизация строительных машин

Публикация:

   Классификация систем автоматики

Читать далее:

   Классификация средств автоматизации

Классификация систем автоматики

Автоматические системы, используемые в строительных машинах и оборудовании для контроля, регулирования и управления, можно классифицировать по ряду признаков.

По характеру алгоритма управления различают системы по разомкнутому и замкнутому (с обратной связью) циклам, а также комбинированные системы. В первом случае в системе отсутствует обратная связь и управление является жестким. В такой системе (рис. 10.2, а) задающий сигнал X поступает в управляющее устройство УУ, из которого сигнал управляющего воздействия УВ направляется к объекту управления ОУдля получения выходных координат Y с учетом возможного воздействия сторонних помех F. При управлении по замкнутому циклу (рис. 10.2, б) в случае отклонения выходного параметра от заданного значения сигнал возвращается объектом управления на управляющее устройство для корректировки. Такие системы работают с изменяемыми структурой и законом управления. Комбинированное управление (рис. 10.2, в) характеризуется наличием в системе обратной связи и резервного управляющего устройства, подключаемого параллельно первому через элемент сравнения (анализатор). Установленные на схемах знаки «плюс» и «минус» характеризуют положительные или отрицательные значения задающего воздействия.

В зависимости от числа каналов обратной связи различают одноконтурные и многоконтурные системы. В последних всегда более одной замкнутой цепи воздействия.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Дополнительные материалы по теме:

По характеру применяемых сигналов различают непрерывные и дискретные (импульсные, релейные) системы.

По характеру изменения сигналов задатчика системы делят на стабилизирующие, программного управления и следящие. В стабилизирующих системах по поступающим постоянным сигналам выходные параметры поддерживаются практически с постоянными значениями (например, стабилизация температуры двигателя). В системах программного управления сигналы из задающего устройства меняются по заранее установленным законам и выходные параметры также изменяются во времени и пространстве. В следящих системах значения заранее неизвестны и из блока задающего устройства поступают случайно изменяющиеся сигналы, измеряемые соответствующими датчиками. Эти системы, в свою очередь, делятся на автономные, копирные и комбинированные.

По количеству выходных параметров различают одномерные и многомерные системы.

По расположению измерительных и сигнальных устройств относительно управляемого объекта и по его расположению относительно пульта автоматические контроль и управление разделяют на местные и дистанционные. Местный контроль и управление наибольшее распространение получили в передвижных, в том числе в строительных машинах. Дистанционный контроль и управление используют при одновременной работе с несколькими машинами или для приближения его к месту выполнения технологических операций рабочим органом машины. При этом значительно увеличивается роль каналов связи, осуществляющих передачу сигналов на расстояние. В качестве каналов связи используются механические, гидравлические, пневматические, электрические и комбинированные (смешанные) передачи.

Для лучшего усвоения материала рассмотрим блок-схемы основных автоматических систем, используемых для контроля, управления и регулирования.

При использовании в качестве конечного элемента сигнального преобразователя (рис. 10.3, 6) система автоматического контроля усложняется. В этом случае контролируемая величина а объекта О также подается на датчик Д. Однако в дальнейшем сигнал си от датчика поступает в сравнивающее устройство (анализатор) А. В анализаторе происходит сравнение сигнала а\ с сигналом сц, который должен быть равен сигналу а\ в соответствии с заданным значением величины а. При несовпадении сигналов а\ и аг анализатор посылает сигнал Аа об отклонении контролируемой величины а от заданного параметра. После прохождения усилителя У сигнал Aai поступает на сигнальный преобразователь СП. В отличие от рассмотренных схем автоматического контроля в системах прямого действия отсутствует усилитель.

По числу контролируемых величин различают единичный и множественный автоматический контроль, в одном из которых осуществляется контроль только одного параметра рабочего процесса и только в одном месте, а во втором — контроль нескольких параметров или одного параметра в нескольких местах при выполнении определенного технологического процесса. Множественный контроль, в свою очередь, делится на параллельный, последовательный и смешанный, представляющий сочетание из двух основных. При параллельном контроле используется необходимое количество каналов, обеспечивающих контроль всех измеряемых параметров во всех местах их расположения. Последовательный контроль позволяет получить информацию от нескольких датчиков к одному сигнальному преобразователю или же датчик имеет возможность перемещаться поочередно к различным местам получения информации.

Системы автоматической защиты (САЗ) также работают по разомкнутому циклу и в большинстве случаев являются системами непрямого действия, так как для подачи звуковых и световых предупреждающих сигналов, а также для отключения энергоснабжения машины или отдельных ее узлов мощность сигнала, получаемого от датчика, недостаточна. В отличие от блок-схемы системы автоматического контроля здесь в конце цепи обычно используют реле или контактор, отключающие управляющие цепи привода объекта, а также применяют параллельное включение различных датчиков на один сигнальный прибор или устройство релейной защиты.

Рис. 10.4. Блок-схема САУ

В блок-схеме этого управления (рис. 10.4) задающий сигнал а поступает в управляющее устройство УУ, из которого сигнал а\ о необходимости управления объектом поступает в усилитель У. Усиленный сигнал аг поступает в исполнительный орган ИО, оказывающий требуемое воздействие аз на объект управления ОУ.

Автоматическое управление бывает непрерывным и дискретным, по количеству управляемых объектов — единичным и множественным, а также местным и дистанционным. Примером местного единичного управления является работа однозубого рыхлителя по заданной программе. Дистанционное множественное управление широко используется в асфальто- и цементобетонных установках и заводах. В основном это программное управление различными технологическими процессами.

Системы автоматического регулирования (САР) являются разновидностью автоматического управления и предназначены для сопоставления действительного значения параметров выполняемого процесса с заданным и с дальнейшим управлением объектом в зависимости от результатов сопоставления (т. е. управление с использованием информации о результатах управления).

В соответствии с этим система автоматического регулирования осуществляет не только управление объектом, но и одновременный контроль за его правильной работой. Следует также отметить, что в системах автоматического регулирования рассматривается совместная работа регулируемого объекта и регулирующих устройств.

К регулирующим устройствам относятся автоматические регуляторы, позволяющие без участия человека выдерживать заданные параметры с требуемой степенью точности. Так как автоматический регулятор воздействует на регулируемый объект, а регулируемые параметры воздействуют на регулятор, вызывая в нем требуемое управляющее воздействие, цепь воздействия оказывается замкнутой и система работает с обратной связью.

В соответствии с используемой, по характеру изменения сигналов задатчика, системой (стабилизирующая, программная, следящая) изменяется и состав автоматического регулятора. Однако в общем случае блок-схема практически не изменяется. Рассмотрим состав и работу блок-схемы системы автоматического регулирования для ее различных видов.

При значительном расхождении параметров а\ и аг анализатор подает о полученной разнице сигнал Да = с в усилитель У. Усиленный сигнал с\ поступает в исполнительный орган ИО, изменяющий рассогласованный сигнал и передающий отрегулированное воздействие сг на объект регулирования ОР.
При различных видах систем автоматического регулирования в них вводятся дополнительные устройства.

В стабилизирующей САР вводится задатчик 3, подающий постоянный сигнал аг (соответствующий такому сигналу а\, который появляется в датчике Д при соразмерности регулируемого параметра а заданному постоянному значению) в анализатор А.

В программной САР сигнал аг, изменяющийся по заданному закону во времени, подается в анализатор А также от задатчика. Однако для перемещающихся во время работы машин, регулируемые параметры которых изменяются по заданной функции пути, сигнал задатчика связан с длиной пройденного пути, измеряемого дополнительным датчиком времени или пройденного пути Д2.

Различают САР прямого и непрямого действия, непрерывные и дискретные, одно- и многоконтурные и т. д.

Наряду с вышерассмотренными, в системе автоматического регулирования используется и самонастраивающая (адаптивная) система, определяющая путем автоматического поиска такое значение регулируемого параметра, которое обеспечивает наивыгоднейший режим работы регулируемого объекта при изменяющихся условиях его работы.

В качестве рабочих элементов в автоматических системах управления, регулирования, контроля и защиты используются датчики и устройства контроля и регулирования, усилители, микропроцессоры и исполнительные механизмы.

Классификации автоматизированных систем: категории, уровни и типы

Автоматизированные системы сегодня все больше применяются в разнообразных сферах деятельности. Высокую актуальность приобретает возможность внедрения автоматизированных систем управления для малых и больших производств.

Содержание

Общие понятия автоматизированной системы

Автоматизированная система, сокращенно АС – это система, в состав которой входит объект управления и управляющие системы, некоторые функции в таких системах отведены выполнению человеком. АС – это организационно-техническая система, которая гарантирует выработку решений, основанных на автоматизации информационных процессов во всевозможных отраслях деятельности (производство, управление, проектирование, экономика).

Все функции автоматизированных систем направлены на достижения определенной цели посредством определенных действий и мероприятий. Основополагающая цель АС – наиболее эффективное использование возможностей и функций объекта управления.

Выделяют следующие цели:

• Обеспечение релевантных данных, необходимых для принятия решения.
• Более быстрый и качественных сбор информации и ее обработке.
• Уменьшение числа решений, которые обязано принимать лицо, принимающее решения (ЛПР).
• Увеличение контроля и дисциплинарного уровня.
• Оперативное управление.
• Уменьшение затрат ЛПР на реализацию процессов.
• Четко обоснованные принимаемые решения.

Классификация автоматизированных систем

Основные выделяемые признаки, по которым осуществляется классификация автоматизированных систем:

• Сфера, в которой функционирует объект управления: строительство, промышленность, непромышленная сфера, сельское хозяйство.
• Вид рабочего процесса: организационный, экономический, промышленный.
• Уровень в системе государственного управления.

Категории автоматизированных систем

Классификация структур автоматизированных систем в промышленной сфере разделяется на такие категории:

Децентрализованная структура. Система с данной структурой применяется для автоматизации независимых объектов управления и является наиболее эффективной для этих целей. В системе имеется комплекс независимых друг от друга систем с индивидуальным набором алгоритмов и информации. Каждое выполняемое действие осуществляется исключительно для своего объекта управления.

Централизованная структура. Реализует все необходимые процессы управления в единой системе, осуществляющей сбор и структурирование информации об объектах управления. На основании полученной информации, система делает выводы и принимает соответствующее решение, которое направлено на достижение первоначальной цели.

Централизованная рассредоточенная структура. Структура функционирует по принципам централизованного способа управления. На каждый объект управления вырабатываются управляющие воздействия на основании данных обо всех объектах. Некоторые устройства могут быть общими для каналов.

Алгоритм управления основывается на комплексе общих алгоритмов управления, реализующиеся с помощью набора связанных объектов управления. При работе каждый орган управления принимает и обрабатывает данные, а также передает управляющие сигналы на объекты. Достоинством структуры является не столь строгие требования относительно производительности центров обработки и управления, не причиняя ущерба процессу управления.

Иерархическая структура. В связи с возрастанием количества поставленных задач в управлении сложными системами значительно усложняются и отрабатывающиеся алгоритмы. В результате чего появляется необходимость создания иерархической структуры. Подобное формирование значительно уменьшает трудности по управлению каждым объектом, однако, требуется согласовать принимаемые ими решения.

Типы автоматизированных систем

В зависимости от выполняемых функций АИС различают следующие типы автоматизированных систем:

• АСУП – системы управления предприятием.
• АСУТП – системы управления технологическими процессами.
• АСУПП – системы подготовки производства.
• ОАСУ – отраслевые системы управления.
• организационно-административные.
• АСК – системы контроля качества продукции.
• ГПС— гибкие производственные системы.
• ЧПУ – системы управления станками с числовым программным обеспечением.
• группы систем или интегрированные системы.

Автоматизированная информационная система – это комплекс аппаратных и программных средств, необходимых для реализации функций хранения данных и управления ими, а также для вычислительных операций.

Главная цель АИС – это хранение данных, обеспечение качественного поиска и передачи данных в зависимости от запросов для наибольшего соответствия запросов пользователей.

Выделяют наиболее важные принципы автоматизации процессов:

1. надежность;
2. окупаемость;
3. гибкость;
4. безопасность;
5. соответствие стандартам;
6. дружественность.

Классификация автоматизированных информационных систем имеет следующую структуру:

1. Система, охватывающая один процесс в организации.
2. Осуществляется несколько процессов с организации.
3. Нормальная работа одного процесса сразу в нескольких взаимосвязанных организациях.
4. Система, организующая функционирование нескольких процессов в нескольких взаимосвязанных системах.

Классификация по степени автоматизации

Информационные системы классифицируются также по степени автоматизации проводимых операций:

• ручные;
• автоматизированные;
• автоматические.

Ручные – в них отсутствуют современные средства для обработки информации, и все операции осуществляются человеком в ручном режиме.

Автоматические – абсолютно все операции по обработке информации осуществляются с применением технических средств без участия человека.

Автоматизированные информационные системы производят операции как с помощью технических средств, так и с помощью человека, однако, основная роль передается компьютеру. ИС классифицируются по степени автоматизации, а также по сфере применения и характеру деятельности.

Уровни автоматизированных систем

Выделяют три уровня автоматизированных систем управления:

Нижний уровень. Оборудование. На этом уровне внимание отводится датчикам, измерительным и исполнительным устройствам. Здесь производится согласование сигналов с входами устройств и команд с исполнительными устройствами.

Средний уровень. Уровень контроллеров. Контроллеры получают данные с измерительного оборудования, а после передает сигналы для команд управления, в зависимости от запрограммированного алгоритма.

Верхний уровень – промышленных серверов и диспетчерских станций. Здесь осуществляется контроль производства. Для этого обеспечивается связь с низшими уровнями, сбор информации и мониторинг протекания технологического процесса. Этот уровень взаимодействует с человеком. Человек здесь производит контроль оборудования с помощью человеко-машинного интерфейса: графические панели, мониторы. Контроль за системой машин обеспечивает SCADA система, которая устанавливается на диспетчерские компьютеры. Данная программа собирает информацию, архивирует ее и визуализирует. Программа самостоятельно сравнивает полученные данные с заданными показателями, а в случае несоответствия проводит оповещение человека-оператора об ошибке. Программа производит запись всех операций, в том числе и действия оператора, которые необходимы в случае нештатной ситуации. Так обеспечивается контроль ответственности оператора.

Существуют также критичные автоматизированные системы. Это системы, которые реализуют различные информационные процессы в критичных системах управления. Критичность представляет собой вероятную опасность нарушения их стабильности, а отказ системы чреват значительными экономическими, политическими или другими ущербами.

Что же относится к критичным автоматизированным процессам? К критичным относят следующие системы управления: опасными производствами, объектами атомной отрасли, управления космическими полетами, железнодорожным движением, воздушным движением, управление в военных и политических сферах. Почему они критичны? Потому что решаемые ими задачи имеют критичный характер: использование информации с ограниченным доступом, использование биологических и электронных средств обработки информации, сложность технологических процессов. Следовательно, информационные автоматизированные системы становятся элементом критичных систем управления и в результате этого, получили принадлежность к этому классу.

Выводы

Подводя итоги, можно отметить важность автоматизации систем управления в различных сферах. На сегодняшний день внедрение подобных систем обеспечивает более качественное управление производством, сводя к минимуму участие человека в этих процессах и исключая тем самым, ошибки, связанные с человеческим фактором. Развитие и разработка автоматизированных систем управления дает возможность улучшать многие сферы: производство, экономику, энергетику, транспортную сферу и другие.

Четыре типа автоматизации, которые вам нужно знать

Когда мы говорим об автоматизации, мы склонны представлять передовые технологии, такие как беспилотные автомобили и сложные роботы. Но автоматизация существовала в той или иной форме на протяжении столетий, и многие автоматизированные технологии в настоящее время стали обычным явлением. Основная история автоматизации восходит к промышленной революции, хотя мы можем проследить корни еще дальше. Водяные мельницы для помола зерна существовали со времен Древней Греции; ветряные мельницы существуют с 12 века.

Однако во время промышленной революции автоматизация действительно закрепилась благодаря множеству новых производственных технологий, которые были изобретены для уменьшения зависимости от человеческого труда. Такие устройства, как конвейерные ленты, механизированные ткацкие станки, паровые двигатели и многое другое, привели к быстрому увеличению количества фабрик, которые могли производить продукцию в таких массовых масштабах, как никогда раньше. Электрификация в начале 1900-х годов и достижения в области обработки сигналов в начале и середине 20-го века привели к дальнейшей автоматизации и произвели революцию во всех аспектах жизни общества, от связи до производства.

Сегодня это не так просто, как говорить об «автоматизации», потому что этот термин может означать многое. Промышленная автоматизация может выглядеть как конвейер, перемещающий продукцию по сборочной линии; это может выглядеть как станок с ЧПУ, фрезерующий деталь из металлической заготовки; он может выглядеть как роботизированная рука, манипулирующая объектами; и это может выглядеть как целая фабрика без света, работающая независимо от какого-либо вмешательства человека. Из-за этой универсальности полезно классифицировать различные типы автоматизации.

Рекомендуемое чтение: 6 Тенденции промышленной автоматизации на 2022 год

Автоматизация — это универсальная тема. В промышленном производстве существует четыре основных типа автоматизации.

Четыре типа систем промышленной автоматизации

В контексте промышленного применения автоматизированных процессов существует четыре основных типа автоматизации: фиксированная автоматизация, программируемая автоматизация, гибкая автоматизация и интегрированная автоматизация. Рассмотрим, что собой представляет каждый вид автоматизации.

Фиксированная автоматизация

Фиксированная автоматизация, также известная как жесткая автоматизация, относится к производственной технологии, разработанной для автоматизации конкретной задачи. Стационарные решения автоматизации обычно просты и создаются для одной цели, например, для сборки конкретной детали или обработки материалов. Стационарные системы автоматизации очень эффективны и идеально подходят для выполнения фиксированных, повторяющихся производственных операций на производственных линиях массового производства.

Автоматизированный ленточный конвейер является примером стационарной автоматизации: система работает независимо на протяжении всего производственного процесса и предназначена для перемещения продукции по сборочной линии. Другими распространенными формами стационарной автоматизации являются автоматизированные сборочные машины, которые запрограммированы на сборку определенных деталей, или автоматизированные процессы окраски, предназначенные для покрытия определенного продукта финишной краской или герметиком.

В отличие от некоторых других типов автоматизации, которые мы рассмотрим ниже, стационарные системы автоматизации имеют внутреннее программирование. Другими словами, ими управляет аппаратное обеспечение, а не программное обеспечение. Это затрудняет внедрение стационарных систем автоматизации для различных типов продуктов или внесение изменений в продукт. Вместо этого стационарная автоматизация лучше всего подходит для массового производства одного типа продукта или сборки деталей. Стационарные решения для автоматизации широко распространены в промышленном производстве: эти системы повышают ценность за счет повышения производительности и эффективности, а также снижения затрат на рабочую силу.[1]

Программируемая автоматизация

Следующим типом промышленной автоматизации является программируемая автоматизация. Эта подкатегория средств автоматизации характеризуется способностью выполнять одну и ту же задачу, но разными способами. Например, в то время как стационарная автоматизация может перемещаться только из точки А в точку Б, технология программируемой автоматизации может быть запрограммирована на перемещение из точки А в точку В, а затем может быть запрограммирована на перемещение из точки А в точку С.  

обычно используется для серийного производства: оборудование запрограммировано на выполнение определенной задачи, которая повторяется в течение одной партии. Затем его можно снова запрограммировать, чтобы учесть изменения, необходимые для новой партии. Примерами программируемой автоматизации являются станки с ЧПУ, которые получают инструкции от компьютерной программы, промышленные роботы, движения и действия которых можно запрограммировать, и сталепрокатные станы, которые можно запрограммировать на производство металла различной толщины.

Этот тип автоматизации лучше всего подходит для партий до нескольких тысяч деталей, а не для единичного производства, поскольку перепрограммирование оборудования требует времени. Это означает, что любое переключение между сортами продукции потребует простоя машины, что замедлит темпы производства.[2]

Роботизированные руки являются ключом к внедрению интегрированной автоматизации на заводе.

Гибкая автоматизация

Гибкая автоматизация, иногда называемая программной автоматизацией, относится к производственному оборудованию, которое управляется компьютерной программой и способно выполнять разнообразные задачи на основе введенного в него кода. В отличие от программируемой автоматизации, которую можно запрограммировать для разных продуктов, но для этого требуется значительное время простоя, гибкие решения автоматизации можно адаптировать быстро и часто автоматически. В большинстве случаев гибкая автоматизация требует только изменений программного обеспечения (т. е. через удаленный компьютер), а не аппаратных изменений, что сводит к минимуму время простоя оборудования и упрощает смену продукта.

Гибкая автоматизация позволяет производить детали партиями или последовательно манипулировать различными типами деталей. Например, 6-осевой манипулятор можно запрограммировать на выполнение ряда задач на производственной линии, включая сверление отверстий, соединение компонентов и многое другое. Его также можно запрограммировать на выполнение чего-то совершенно другого на следующий день или неделю, если это необходимо. Промышленный 3D-принтер также можно использовать для гибкой автоматизации: технические специалисты могут легко изменить настройки принтера и отправить другой файл САПР, чтобы приступить к созданию нового дизайна.

Основное преимущество гибкой автоматизации заключается в том, что она обеспечивает многокомпонентное производство и гибкие производственные рабочие процессы, легко приспосабливаясь к изменениям в конструкции продукта, а также к разнообразию продуктов. Однако одной из текущих проблем на пути более широкого внедрения гибких решений в области автоматизации является их высокая стоимость: роботизированные руки и другое гибкое оборудование для автоматизации требуют значительных предварительных инвестиций.

Интегрированная автоматизация

Интегрированная автоматизация означает сквозной автоматизированный производственный процесс, не требующий вмешательства человека. В интегрированном автоматизированном рабочем процессе компьютерная система программного обеспечения управляет и соединяет различные части производственного оборудования на производственном участке. После того, как инженер или техник установил настройки и параметры, интегрированное решение для автоматизации выполняет инструкции самостоятельно и может реагировать, если возникают какие-либо несоответствия, благодаря технологиям искусственного интеллекта и машинного обучения.

В то время как вышеупомянутые типы автоматизации описывают конкретные системы или части оборудования, возможно, полезнее рассматривать интегрированную автоматизацию как своего рода структуру. Он поддерживает различное автоматизированное оборудование и связывает каждый шаг в производственной цепочке, в результате чего получается единый связный процесс, а не несколько отдельных шагов.

Световое производство является примером комплексной автоматизации в действии. Это относится к тому, когда производственное предприятие может работать без участия человека и даже без надзора. Роботы и автоматизированное оборудование отвечают за каждый этап процесса, а также за обработку материалов и деталей. Сегодня многие производители стремятся обеспечить производство без отключения света, чтобы повысить производительность, достичь высоких показателей производительности и свести к минимуму зависимость от квалифицированных операторов-людей, которых часто не хватает.

Производство без освещения — это полностью автоматизированная производственная линия, не требующая вмешательства или контроля со стороны человека.

Преимущества и недостатки автоматизации

Автоматизация является ключевой частью того, что провозглашается «Индустрия 4.0» или Четвертая промышленная революция. Благодаря сочетанию интеллектуальных машин, систем управления и инструментов автоматизации производственные операции могут функционировать более независимо, при этом различные этапы процесса взаимодействуют друг с другом, а данные процесса информируют о решениях компьютерной системы в режиме реального времени. [3]

Всякий раз, когда мы говорим о новой производственной или промышленной структуре, у истории есть две стороны. Автоматизация, особенно интегрированная автоматизация, представляет собой масштабный сдвиг парадигмы в производстве, который вызывает у многих людей оптимизм и тревогу. Важно взглянуть на обе стороны, чтобы понять, в чем заключаются преимущества и недостатки, и как их устранить.

Преимущества:

• Производительность: Одна из основных причин, по которой производители все больше инвестируют в автоматизацию, заключается в том, что она позволяет повысить производительность. Благодаря автоматизации задачи по всей производственной цепочке или по цепочке в целом могут выполняться независимо и с большей эффективностью.

• Стабильность: Благодаря автоматизированным технологиям производители могут получить выгоду от большей согласованности процессов благодаря данным всестороннего мониторинга процесса. Меньшая зависимость от человеческого труда также сводит к минимуму риск человеческой ошибки в производственном процессе.

• Труд: Это, по общему признанию, сложно (вы также найдете его в разделе «Недостатки»). Когда дело доходит до промышленной автоматизации, преимущества есть как для работодателей, так и для работников. Во-первых, автоматизация позволяет производителям смягчить последствия нехватки рабочей силы, особенно квалифицированных технических специалистов. Они могут поддерживать темпы производства и даже масштабироваться без поиска и найма дополнительных работников. Во-вторых, автоматизация избавляет людей от необходимости выполнять множество утомительных повторяющихся задач. Это создает больше пространства для более сложных и ценных задач, требующих решения проблем, таких как разработка продукта, контроль процессов и разработка общей стратегии.

Недостатки:

• Затраты: несмотря на то, что интеграция автоматизации в производственные рабочие процессы обеспечивает долгосрочную экономическую выгоду, переход к автоматизации и Индустрии 4.0 сопряжен со значительными первоначальными затратами из-за высокой стоимости автоматизированного оборудования и программного обеспечения. инструменты. Эта стоимость может быть непомерно высокой для мелких производителей и может быть оправдана только для крупных производственных компаний.

• Трудовые ресурсы. С этой стороны автоматизация угрожает существующей рабочей силе и может привести к увольнению работников. Если целый сегмент рабочих мест вдруг будет автоматизирован, эти работники рискуют потерять работу, а их навыки могут обесцениться. Повышение квалификации и тренинги являются важной стратегией смягчения этого эффекта. Они снаряжают работников для новых ролей и дают им новые востребованные навыки.

• Кибербезопасность. По мере того, как производственные процессы становятся более взаимосвязанными, они становятся более эффективными, но при этом повышается их уязвимость для кибератак. Вредоносное ПО, программы-вымогатели и утечки данных могут значительно нарушить бизнес-процессы и дорого обойтись. Создание надежной системы кибербезопасности может помочь свести к минимуму эти риски и обеспечить безопасность ИС и производственных цепочек по мере внедрения автоматизации.[4]

Рекомендуем прочитать: Готово ли ваше производственное предприятие к автоматизации?

Применение автоматизации в производстве

В контексте промышленного производства существует бесчисленное множество приложений для автоматизации. Многие этапы преобразования сырья в готовый продукт могут быть автоматизированы, включая фрезерование с ЧПУ, токарную обработку с ЧПУ, листовую прокатку, штамповку, штамповку, лазерную резку, аддитивное производство, сварку, обработку продукции, обработку материалов, проверку деталей, сборку и т. упаковка и многое другое.

Автоматизированная обработка материалов, сборочные машины и другие автоматизированные производственные системы сегодня являются незаменимыми инструментами на крупных производственных предприятиях, в том числе в автомобильной, пищевой, электронной, фармацевтической и потребительской отраслях промышленности.

Автомобильная промышленность является одной из движущих сил внедрения промышленной автоматизации.

Ключевые выводы

Суть автоматизации заключается в повышении производительности и сокращении потребности в человеческом труде. И это развивалось на протяжении тысячелетий. Тысячи лет назад водяные и ветряные мельницы освободили людей от трудоемкой и трудоемкой задачи ручного измельчения пшеницы и зерна. Сегодня самые передовые автоматизированные решения позволяют управлять целыми производственными цепочками без контроля. Мы много рассказали об автоматизации в этой статье, если вам нужно краткое изложение, вот оно:

• Существует четыре основных типа автоматизации: фиксированная автоматизация, программируемая автоматизация, гибкая автоматизация и интегрированная автоматизация.

• Фиксированная автоматизация — это тип автоматизации, предназначенный для выполнения конкретной задачи и только этой задачи. Например, у автоматизированного конвейера есть только одна функция, которую он выполняет эффективно.

• Программируемая автоматизация — это тип автоматизации, который можно перепрограммировать для выполнения различных вариантов одной и той же задачи. Например, станок с ЧПУ можно перепрограммировать для фрезерования различных конструкций. Программируемая автоматизация идеально подходит для пакетной автоматизации и требует изменений аппаратного и программного обеспечения.

• Гибкая автоматизация — это тип автоматизации, который управляется компьютерной программой и может выполнять разнообразные задачи на основе введенного в нее кода. Программируемая автоматизация часто не требует простоя оборудования.

• Интегрированная автоматизация — это сквозной автоматизированный производственный процесс, не требующий вмешательства человека и поддерживаемый системой управления.

• Основными преимуществами автоматизации являются более высокая производительность и постоянство результатов.

• Основными недостатками автоматизации являются высокие первоначальные затраты и увольнение рабочих.

• Когда дело доходит до автоматизации, вопрос рабочей силы является двусторонним: с одной стороны, работодатели могут уменьшить нехватку рабочей силы, а работники освобождаются от утомительной, повторяющейся работы. С другой стороны, автоматизация может заменить рабочие места и привести к увольнениям и краткосрочной безработице.

Ссылки

[1] «Производство приложений автоматизации и робототехники». Британика. [По состоянию на декабрь 2022 г.]. https://www.britannica.com/technology/automation/Manufacturing-applications-of-automation-and-robotics 

[2] там же.

[3] Марр, Бернар. «Что такое Индустрия 4. 0? Вот супер простое объяснение для всех». Форбс. [Доступ: декабрь 2022 г.]. https://www.forbes.com/sites/bernardmarr/2018/09/02/what-is-industry-4-0-heres-a-super-easy-explanation-for-anyone/

[4] Дэвис , Вики. «Меняющееся лицо автоматизированного производства и риски». Кибер журнал. 3 декабря 2021 г. [По состоянию на декабрь 2022 г.]. https://cybermagazine.com/technology-and-ai/change-face-automated-manufacturing-and-risks 

Общие типы систем автоматизации

Автоматизация, как и механизация, зависит от машин (систем автоматизации) для выполнения функций, которые сначала выполнялись вручную. Механизацию можно рассматривать как ступеньку между ручным трудом и автоматизацией — она устраняет необходимость в физическом труде, но операторы по-прежнему необходимы для наблюдения за работой машин и обеспечения обслуживания и обратной связи. Однако система автоматизации устраняет необходимость в операторе за счет включения обратной связи и сенсорных программ. Результатом являются очень независимые машинные системы, которые могут выполнять задачу от начала до конца без помощи человека.

Типы систем автоматизации

Автоматизированные машины были органично интегрированы в бесчисленное количество отраслей промышленности, при этом несколько типов систем промышленной автоматизации выполняют все, от выполнения производственных задач до управления телефонными коммутаторами. В повседневной жизни мы сталкиваемся с автоматизированными системами каждый раз, когда пользуемся банкоматом. Уровень человеческой зависимости высок, как и функции, которые мы им доверяем — управление нашими финансами, нашими телефонными звонками, нашими компьютерами. При таком наборе функций неудивительно, что не все автоматизированные системы одинаковы. В зависимости от конкретной функции за автоматизированную систему может отвечать один из нескольких различных инструментов: искусственная нейронная сеть, распределенная система управления, человеко-машинный интерфейс, диспетчерское управление и сбор данных или программируемый логический контроллер. Ниже мы перечислим виды автоматизации, а также примеры ручных и автоматизированных систем.

Системы автоматизации машин часто изготавливаются на заказ. Изображение предоставлено Big Sky Engineering

Искусственная нейронная сеть

Искусственная нейронная сеть — это математическая или вычислительная модель, ритмы которой имитируют ритмы биологических нейронов. Структура сети является адаптивной, то есть она может меняться в зависимости от внешнего или внутреннего обмена информацией по сети. Искусственные нейронные сети используются для выявления закономерностей в пулах данных и для классификации отношений (таких как распознавание последовательностей). Приложения включают фильтрацию спама в электронной почте, управление системой (например, в автомобиле), распознавание образов в системах (таких как радары), распознавание образов в речи, движении и тексте, а также финансовые автоматизированные торговые системы.

Распределенная система управления

Распределенная система управления — это система, в которой есть отдельные элементы управления по всей системе. Элементы управления расположены не в центре, а, как правило, разбросаны в зависимости от того, какая область системы нуждается в мониторинге — каждый элемент управления связан с другими в коммуникационной сети. Эти типы автоматизации в производственных процессах обычно используются, особенно когда действие или производство являются непрерывными. Контроллеры могут быть определены для данного процесса и управлять ими для улучшения или мониторинга производительности машины. Распределенные системы управления обычно управляют светофорами, а также могут применяться в нефтепереработке и выработке электроэнергии центральными станциями.

Человеко-машинный интерфейс

Обычно называемая пользовательским интерфейсом, система человеко-машинного интерфейса зависит от взаимодействия человека с системой для функционирования. Пользователь вводит данные, а система, в свою очередь, выдает результат, соответствующий намерениям пользователя. Чтобы это работало, пользователи должны иметь доступ к системе и средства для управления ею. Банкоматы, например, спроектированы таким образом, что пользователи могут легко диктовать, что система должна делать, позволяя ей легко реагировать и предоставлять соответствующие результаты. Кнопки с надписью  » снятие средств» или   «внести депозит» предоставляют пользователю простой способ запустить цепочку команд во внутренней системе. Тогда может быть достигнут желаемый результат, будь то получение депозита или выдача наличных денег.

Диспетчерское управление и сбор данных

Система диспетчерского управления и сбора данных (SCADA) представляет собой более крупную промышленную сеть управления, которая часто состоит из более мелких подсистем, включая системы человеко-машинного интерфейса, подключенные к удаленным терминальным устройствам, которые преобразуют сигналы датчиков в понятные данные. Эти системы могут работать вместе, чтобы контролировать всю производственную площадку или даже весь регион, соединяя несколько разных производственных предприятий. Системы SCADA очень похожи на распределенные системы управления, и иногда бывает трудно отличить их друг от друга. Ключевое отличие заключается в том, что они в конечном итоге делают: системы SCADA не контролируют каждый процесс в режиме реального времени; скорее они координируют процессы. Однако в целом эти две системы очень похожи и часто используются в одинаковых приложениях.

Программируемые логические контроллеры

Программируемые логические контроллеры — это системы реального времени, то есть существует установленный крайний срок и временные рамки, в течение которых должен быть достигнут желаемый результат. Система ПЛК, по сути, представляет собой компьютер, который управляет производственными машинами на промышленной производственной линии, поэтому он имеет множество возможностей, таких как различные диапазоны температур и настройки ввода и вывода, а также способность выдерживать пыль и другие неблагоприятные условия. Программируемые логические контроллеры можно использовать для программирования различных повседневных приложений, таких как аттракционы в парке развлечений.