Automazione industriale: storia, caratteristiche, tipi e applicazioni
L'automazione industriale è la tecnologia utilizzata, attraverso sistemi di controllo come computer, robot e tecnologie informatiche, per consentire il funzionamento automatico di diverse macchine e processi in un settore, senza la necessità di operatori umani.
Cerca di sostituire il processo decisionale degli esseri umani e le attività manuali di risposta ai comandi con l'uso di attrezzature meccanizzate e comandi di programmazione logica.
In precedenza, lo scopo dell'automazione era aumentare la produttività, poiché i sistemi automatizzati possono funzionare 24 ore al giorno e ridurre i costi associati agli operatori umani, come salari e benefit.
Questa automazione è stata realizzata con vari mezzi, come dispositivi meccanici, idraulici, pneumatici, elettrici, elettronici e informatici, generalmente combinati tra loro.
Tra i controllori di scopo generale per i processi industriali vi sono: controllori logici programmabili, moduli I / O indipendenti e computer.
Situazione attuale
Recentemente, l'automazione industriale ha trovato crescente accettazione da parte di diversi tipi di industria, a causa dei suoi enormi benefici nel processo di produzione, come aumento della produttività, qualità, flessibilità e sicurezza a costi contenuti.
Offre inoltre vantaggi in termini di risparmio di manodopera, costi dell'elettricità e dei materiali, oltre a una maggiore precisione nelle misurazioni.
Una tendenza importante è il maggiore uso della visione artificiale per fornire funzioni di ispezione automatica. Un'altra tendenza è il continuo aumento nell'uso dei robot.
L'efficienza energetica nei processi industriali è ormai diventata una delle massime priorità.
Ad esempio, le società di semiconduttori offrono applicazioni di microcontrollore a 8 bit, che si trovano nei controlli di motori e pompe di uso generale, per ridurre il consumo di energia e quindi aumentare l'efficienza.
Il Rapporto sullo sviluppo mondiale 2018 della Banca mondiale dimostra che, sebbene l'automazione industriale allontani i lavoratori, l'innovazione crea nuove industrie e posti di lavoro.
storia
Fin dalla sua nascita, l'automazione industriale ha fatto passi da gigante tra le attività precedentemente eseguite manualmente.
Rivoluzione industriale
L'introduzione dei primi motori e del motore a vapore ha creato un nuovo requisito per i sistemi di controllo automatici, come regolatori di temperatura e regolatori di pressione.
Nel 1771 fu inventato il primo mulino completamente automatizzato, alimentato da energia idraulica. Nel 1785 fu sviluppato un mulino per la farina automatica, diventando il primo processo industriale completamente automatizzato.
Ford Motor
Nel 1913, Ford Motor Company introdusse una catena di montaggio per la produzione di automobili che è considerata uno dei pionieri nell'automazione dell'industria manifatturiera.
Prima di questo, una macchina è stata costruita da una squadra di lavoratori qualificati e non qualificati. L'automazione della produzione ha migliorato i tassi di produzione di Ford e aumentato i suoi profitti.
La catena di montaggio e la produzione di massa di automobili sono state le prime al mondo nel suo genere. Ridotto il tempo di assemblaggio della vettura da 12 ore per auto a circa un'ora e mezza.
I progressi nel 20 ° secolo
Le sale di controllo divennero comuni negli anni 1920. Fino ai primi anni '30, il controllo di processo era solo on / off.
Negli anni '30, i controllori cominciarono a essere introdotti, con la capacità di fare cambiamenti calcolati in risposta a deviazioni da una figura di controllo.
Le sale di controllo utilizzavano luci colorate codificate per inviare segnali ai lavoratori dell'impianto per effettuare determinate modifiche manualmente.
Durante gli anni '30, il Giappone era un leader nello sviluppo di componenti. Sono stati sviluppati il primo microinterruttore, i relè di protezione e il timer elettrico ad alta precisione.
Nel 1945, il Giappone ha avviato un programma di ricostruzione industriale. Il programma era basato su nuove tecnologie, a differenza dei metodi antiquati usati dal resto del mondo.
Il Giappone è diventato il leader mondiale nell'automazione industriale. Aziende automobilistiche come Honda, Toyota e Nissan potrebbero produrre numerose automobili affidabili e di alta qualità.
lineamenti
La meccanizzazione è l'operazione manuale di un compito che utilizza un meccanismo motorizzato, ma dipende dal processo decisionale umano.
L'automazione rappresenta un ulteriore passo verso la meccanizzazione, poiché sostituisce la partecipazione umana con l'uso di comandi di programmazione logica e macchinari potenti.
Minori costi operativi
Con l'automazione industriale, i costi delle vacanze, dell'assistenza medica e dei bonus associati a un lavoratore umano vengono eliminati. Allo stesso modo, non richiede altri benefici che i dipendenti hanno, come la copertura previdenziale, i bonus, ecc.
Sebbene sia collegato a un costo iniziale elevato, consente di risparmiare lo stipendio mensile dei dipendenti, il che comporta notevoli risparmi per l'azienda.
Il costo di manutenzione associato all'apparecchiatura utilizzata per l'automazione industriale è inferiore, in quanto solitamente non si danneggia. Se falliscono, solo il computer e i tecnici di manutenzione dovrebbero ripararlo.
Alta produttività
Mentre molte aziende assumono centinaia di persone manifatturiere per far funzionare l'impianto su tre turni per un massimo di 24 ore, devono comunque essere chiuse per le vacanze e la manutenzione.
L'automazione industriale incontra l'obiettivo di un'azienda, consentendo all'impianto di produzione di operare per 24 ore al giorno, 7 giorni alla settimana e 365 giorni all'anno. Ciò porta ad un significativo miglioramento della produttività dell'organizzazione.
Alta qualità
L'automazione appaga l'errore relativo all'essere umano. Inoltre, i robot non hanno alcun tipo di esaurimento, risultando in prodotti di qualità uniforme, persino in produzione in momenti diversi.
Alta flessibilità
Se una nuova attività viene aggiunta alla linea di assemblaggio, sarà necessaria per l'operatore umano di un allenamento.
D'altra parte, i robot possono essere programmati per fare qualsiasi tipo di lavoro. Ciò rende il processo di produzione più flessibile.
Alta precisione delle informazioni
I dati automatizzati raccolti consentono l'analisi delle informazioni chiave di produzione, con grande accuratezza di questi dati, riducendo il costo della compilazione.
Ciò consente decisioni corrette quando si cerca di migliorare i processi e ridurre gli sprechi.
Alta sicurezza
L'automazione industriale può rendere la linea di produzione sicura per i lavoratori, utilizzando robot per manovrare situazioni pericolose.
Alto costo iniziale
L'investimento iniziale associato al passaggio da una linea di produzione umana a quella automatica è molto alto.
Inoltre, addestrare i dipendenti a gestire questa nuova sofisticata attrezzatura comporta costi considerevoli.
tipo
Automazione fissa
Viene utilizzato per eseguire operazioni ripetitive e fisse al fine di ottenere elevati tassi di produzione.
Utilizza un'apparecchiatura specifica per automatizzare i processi a sequenza fissa o le operazioni di assemblaggio. La sequenza delle operazioni è determinata dalla configurazione dell'apparecchiatura.
I comandi programmati sono contenuti nelle macchine sotto forma di ingranaggi, cablaggi e altri componenti hardware che non possono essere facilmente modificati da un prodotto all'altro.
Questa forma di automazione è caratterizzata da un elevato investimento iniziale e alti tassi di produzione. Pertanto, è adatto per prodotti realizzati in grandi volumi.
Automazione programmabile
È una forma di automazione per la produzione di prodotti in lotti. I prodotti sono fabbricati in lotti che vanno da diverse decine a diverse migliaia di unità alla volta.
Per ogni nuovo lotto, l'attrezzatura di produzione deve essere riprogrammata per adattarla al nuovo tipo di prodotto. Questa riprogrammazione richiede tempo, con un periodo di tempo non produttivo seguito da un ciclo di produzione per ciascun lotto.
I tassi di produzione sono generalmente inferiori rispetto all'automazione fissa, in quanto l'apparecchiatura è progettata per facilitare il cambio di prodotto, invece di avere una specializzazione del prodotto.
Esempi di questo sistema di automazione sono macchine a controllo numerico, robot industriali, acciaierie, ecc.
Automazione flessibile
Con questo sistema viene fornito un dispositivo di controllo automatico, che offre una grande flessibilità per apportare le modifiche per ciascun prodotto. È un'estensione dell'automazione programmabile.
Lo svantaggio dell'automazione programmabile è il tempo necessario per riprogrammare le apparecchiature di produzione per ogni nuova partita di prodotto. Questo è il tempo di produzione perso, che è costoso.
Nell'automazione flessibile, la riprogrammazione viene eseguita rapidamente e automaticamente in un terminale di computer, senza dover utilizzare l'attrezzatura di produzione in quanto tale.
Queste modifiche sono apportate attraverso istruzioni fornite sotto forma di codici da parte di operatori umani.
Di conseguenza, non è necessario raggruppare i prodotti in lotti. Può produrre una miscela di prodotti diversi, uno dopo l'altro.
applicazioni
Industria 4.0
L'ascesa dell'automazione industriale è direttamente correlata alla "quarta rivoluzione industriale", meglio conosciuta come Industria 4.0. Originario della Germania, Industry 4.0 copre numerosi dispositivi, concetti e macchine.
Industry 4.0 lavora con l'Internet of Things industriale, che è la perfetta integrazione di vari oggetti fisici su Internet, attraverso una rappresentazione virtuale e con software / hardware da connettere per aggiungere miglioramenti nei processi di produzione.
Essere in grado di creare una produzione più intelligente, più sicura e più avanzata è possibile con queste nuove tecnologie. Apre una piattaforma di produzione più affidabile, coerente ed efficiente rispetto a prima.
Industria 4.0 copre molte aree di produzione e continuerà a farlo con il passare del tempo.
Robotica industriale
La robotica industriale è una branca dell'automazione industriale che aiuta in diversi processi di produzione, come la lavorazione, la saldatura, la verniciatura, l'assemblaggio e la movimentazione di materiali.
I robot industriali utilizzano vari sistemi meccanici, elettrici e software per consentire alta precisione e velocità, che supera di gran lunga qualsiasi prestazione umana.
Questi sistemi sono stati rivisti e migliorati al punto che un singolo robot può funzionare 24 ore al giorno con poca o nessuna manutenzione. Nel 1997 c'erano 700.000 robot industriali in uso, il numero è aumentato a 1, 8 milioni nel 2017.
Controllori logici programmabili
L'automazione industriale incorpora controllori logici programmabili (PLC) nel processo di produzione. Questi utilizzano un sistema di elaborazione che consente di variare i controlli di input e output, attraverso una semplice programmazione.
Un PLC può ricevere una varietà di ingressi e restituire una varietà di uscite logiche. I dispositivi di input sono sensori e i dispositivi di uscita sono motori, valvole, ecc.
I PLC sono simili ai computer. Tuttavia, mentre i computer sono ottimizzati per i calcoli, i PLC sono ottimizzati per le attività di controllo e l'uso in ambienti industriali.
Sono costruiti in modo tale che solo una conoscenza di base della programmazione basata sulla logica è necessaria per gestire vibrazioni, alte temperature, umidità e rumore.
Il più grande vantaggio offerto dai PLC è la loro flessibilità. Possono gestire una gamma di diversi sistemi di controllo. Rendono superfluo il ricablaggio di un sistema per modificare il sistema di controllo. Questa flessibilità li rende redditizi per sistemi complessi e vari.
Esempi
Nell'industria automobilistica, l'installazione dei pistoni nel motore è stata eseguita manualmente, con un tasso di errore dell'1, 6%. Attualmente, questa stessa operazione viene eseguita con una macchina automatizzata, con un tasso di errore dello 0, 0001%.
L'intelligenza artificiale (AI) viene utilizzata con la robotica per l'etichettatura automatica, utilizzando bracci robotici come applicatori di etichette automatici e l'intelligenza artificiale per rilevare i prodotti da etichettare.
Automazione ad Audi
Nello stabilimento Audi in Germania, il numero di robot è quasi pari a 800 dipendenti. Fanno la maggior parte del lavoro pesante, così come le saldature potenzialmente pericolose, così come i test noiosamente ripetitivi.
Tra i vantaggi dell'automazione di Audi vi sono una maggiore produttività e minori requisiti per i lavoratori senza formazione.
I robot utilizzati da Audi non sono solo responsabili del lavoro pericoloso che i dipendenti non avevano svolto prima, ma raccolgono anche una grande quantità di dati che possono essere analizzati e utilizzati per migliorare il funzionamento della fabbrica.
Tuttavia, ci sono ancora compiti che i robot non possono eseguire e gli esseri umani sono meglio preparati a gestire.
Assumendo i compiti più pericolosi e migliorando l'efficienza e la produttività di tali compiti, Audi può attrarre personale altamente qualificato e specializzato per svolgere compiti incentrati sull'essere umano.
Linea di produzione automatizzata
Consiste in una serie di postazioni di lavoro collegate da un sistema di trasferimento per spostare parti tra le stazioni.
È un esempio di automazione fissa, poiché queste linee sono solitamente configurate per lunghe esecuzioni di produzione.
Ciascuna stazione è progettata per eseguire una specifica operazione di elaborazione, in modo che il pezzo o il prodotto venga fatto passo dopo passo, mentre si muove lungo la linea.
Nel normale funzionamento della linea, un pezzo viene elaborato in ciascuna stazione, in modo che molti pezzi vengano elaborati contemporaneamente, producendo un pezzo finito con ogni ciclo della linea.
Le varie operazioni che avvengono devono essere sequenziate e adeguatamente coordinate in modo che la linea funzioni in modo efficiente.
Le moderne linee automatizzate sono controllate da controllori logici programmabili. Possono eseguire i tipi di cronometraggio e le funzioni di sequenziamento richieste per il loro funzionamento.
