מהי אוטומציה חלקית, מורכבת ומלאה

ההתקדמות הטכנולוגית מאופיינת בהתרחבות מתמשכת של אוטומציה בייצור - מאוטומציה חלקית, כלומר, ביצוע אוטומטי של הפקות בודדות, פעולות, לאוטומציה מורכבת, ממורכבת - לאוטומציה מלאה עם מעבר הולך וגובר לבתי מלאכה ומפעלים אוטומטיים, המספקים היעילות הטכנית והכלכלית הגבוהה ביותר. …

אוטומציה חלקית

תנאי מוקדם לאוטומציה של ייצור הוא מיכון של כל הפעולות הבסיסיות והעזר של התהליך הטכנולוגי. אוטומציה חלקית היא מאפיין ייחודי של כל ייצור.

העברת הפונקציות האנושיות למכונה מניעת הכלים הסירה את המגבלות שהטילו היכולות הפיזיות האנושיות על התפתחות הייצור וגרמה לזינוק חד ברמתו ובקנה המידה שלו, הידועה כמהפכה התעשייתית של סוף המאה ה-18 ותחילת המאה ה-19.

מאז יצירת המכונות האוטומטיות הראשונות, אוטומציית הייצור התפתחה באופן רציף ואיכותי.החלפת מנוע קיטור מגושם עם קל לתפעול וקטן בגודלו מנועים חשמליים שינה מהיסוד את עקרונות הפעולה והתכנון של מכונות עובדות ושינה את עקרונות הניהול.

ההנעה האינדיבידואלית של גופי עבודה נפרדים של המכונות והכנסת חיבורים חשמליים ביניהן פישטו מאוד את הקינמטיקה של המכונות, הפכו אותן לפחות מסורבלות ואמינות יותר.

בהשוואה לחיבורים מכניים, גמישים ונוחים יותר בתפעול, חיבורים חשמליים אפשרו ליצור בקרה מתוכנתת חשמלית ומכאנית משולבת, אשר הבטיחה ביצוע אוטומטי של פעולות מורכבות לאין שיעור ממכונות אוטומטיות עם מכשיר תכנות מכני (היתרונות של מערכות אוטומציה חשמלית).

עם החיבורים החשמליים, לא רק רצף התנועה ההכרחי של איברי העבודה מושג בקלות, אלא רצף זה משתנה בקלות כדי לשחזר את המכונה העובדת לעיבוד מוצר חדש. לדוגמה, מכונה אוטומטית מודרנית הנשלטת על ידי מחשב (ראה. מכונת CNC) יכול להתמודד עם חלקים מכל צורה. כדי לשחזר מכונה כזו, יש צורך רק לשנות את התוכנית.

בקרה מתוכנתת חשמלית יכולה לא רק לבצע את מחזור התנועה הדרוש של גופים עובדים ללא התערבות אנושית, אלא גם להבטיח התחלה אוטומטית של מחזור כזה כאשר מתקיימים תנאים מסוימים, למשל, כאשר המכונה משתחררת ממוצר שכבר מעובד, שם הוא חלק חדש של חומר והחללים המתאימים לו, הממוקם ביחס לאיברים הפועלים...

כדי לבצע פעולה כזו באופן אוטומטי, המכונה חייבת להיות מצוידת באלמנטים רגישים - חיישנים המנטרים את מילוי התנאים האישיים. בנוסף, מערכת הבקרה עצמה חייבת להיות מסוגלת לבדוק את מערך מילוי התנאים הללו, כלומר לפתור בעיה לוגית כלשהי (ראה:פעולה הגיונית).

הרגולטורים האוטומטיים הפכו נפוצים, אשר מבצעים את תפקידיהם הרבה יותר מהר ומדויק ממה שאדם יכול, סיפקו שיפור משמעותי באינדיקטורים הטכניים והכלכליים של תעשיות ותהליכים רבים. הם משמשים לשמירה על מתח קבוע של הגנרטור, מהפכות של המנוע, לחץ קיטור וטמפרטורה בדוודים, עובי רצועה במפעלי גלגול, טמפרטורה בתנורים חשמליים וכו'.

אין ייצור שבו לא משתמשים בבקרים אוטומטיים - מכשירים לשליטה במערכות בקרה אוטומטיות. במקרים מסוימים, מערכות אלו אפשרו ליצור תהליכים ויחידות חדשות שלא ניתן היה ליישם באופן ידני (למשל תחנות כוח גרעיניות).

אוטומציה מורכבת

ההשפעה הגדולה ביותר של השימוש במערכות בקרה אוטומטיות מושגת עם כיסוי מקיף של האוטומציה של כל המכונות והיחידות הטכנולוגיות של בית מלאכה או מדור.

אוטומציה משולבת היא שלב של אוטומציה של ייצור בו כל מערך פעולות עיבוד החומרים, כולל הובלתם, מתבצע באמצעות מערכת של מכונות וטכנולוגיות אוטומטיות, יחידות על פי תוכניות ומצבים קבועים מראש, תוך שימוש במכשירים אוטומטיים שונים המאוחדים על ידי משותף מערכת ניהול.

עם אוטומציה מורכבת, פונקציות אנושיות בבקרת התהליך הטכנולוגי מצטמצמות לניטור מהלך התהליך, ניתוח האינדיקטורים שלו ובחירת מצבי הפעולה של הציוד כמכלול משימות לרגולטורים אוטומטיים והתקני תוכנה בהם האינדיקטורים הטובים ביותר. מושגות בתנאים אלה.

האוטומציה המשולבת בקלות רבה ביותר מתבצעת בייצור מתמשך, תהליכים, שחלקים נפרדים מהם מחוברים בכוח באמצעות זרימת חומר אחת.

דוגמה לאוטומציה של תהליכים מורכבים היא קו אוטומטי, שבו כל מכונה אוטומטית, באמצעות התקן תוכנה, מבצעת רצף קבוע מראש של תנועות של איברי העבודה שלה כדי לבצע שלב נתון של עיבוד החומר, וכל מערך המכונות הליניאריות מחוברות על ידי הפעלה אוטומטית של מכשירי הובלה - רצף כללי של שלבי עיבוד עד לקבלת המוצר המוגמר.

עסקים אוטומטיים לחלוטין הם הכל תחנת כוח (תחנת כוח גרעינית, תחנת כוח תרמית, תחנת כוח הידרואלקטרית). ניהול הציוד החשמלי והמכני העיקרי בתחנות אלו מתבצע באופן אוטומטי, והשליטה על פעולתו מתרכזת, ככלל, בנקודה אחת, משם קובע סדרן המשמרות את המצבים הדרושים.

הניהול התפעולי חייב להיות מרוכז ומרוכז בידיו של אדם אחד. הצורך בריכוזיות כזו נובע מהעובדה שכדי לקבל החלטה על בחירת מצבים של יחידות טכנולוגיות בודדות, תמונה מלאה של כל הייצור, התהליך, כלומר, עיבוד כל המידע המגיע מכל חלקי התהליך, נחוץ.

לכן, בין מערכות הבקרה תופסים התקנים מקום נכבד שתפקידם לארגן תקשורת בין אדם למכונות, להקל על האדם לשלוט בתהליכים, להקל על מערכת העצבים שלו, לשחרר את המוח ממלחיצים ושגרה. עֲבוֹדָה.

בנוסף, לעתים קרובות אדם אינו יכול לעבד זרימה גדולה של מידע על התקדמות התהליכים ללא עזרה של מכשירים נוספים.

לדוגמה, בתנאים של ניהול ריכוזי של מערכות כוח מסועפות, הפונקציות של השולח של נקודת הבקרה המרכזית הופכות מורכבות יותר ויותר, וקבלת החלטות, ככלל, מתבצעת בתנאים של מחסור חריף בזמן. כל זה דורש איסוף מהיר של מידע מגוון כדי להראות לאדם בצורה של תוצאה בולטת בקלות, הנחוצה לקבלת החלטות.

עם בקרה מרוכזת, כל מידע סטטוס הייצור והתהליך מרוכז אצל שולחי משמרות או מפעילים.

כדי להעביר מידע לאדם, ישנם מכשירי חיווי והקלטה רבים הממוקמים על לוחות מרכז הבקרה מול המפעיל או השולח. בנוסף למכשירים, יש בחדר הבקרה מכשירים טכניים המאפשרים מעקב אחר אזורי ייצור קריטיים שונים.

התמונה מציגה את חדר הבקרה. זהו הלוח/ים האנכיים שעליו הם ממוקמים תוכניות זיכרון תעשיות מבוקרות, תהליכים, מכשירי מדידה ומחווני אזעקה שונים ופאנלים של מכשירי בקרה אוטומטיים, לעיתים גם מפתחות וכפתורים בשלט רחוק.

מכיוון שבמפעלים ותעשיות עם שטח גדול, חילופי המידע בין אובייקטי הבקרה והניהול לבין מרכז השיגור מתבצעים בעזרת אמצעים טכניים של טלמכניקה, התקנים לשחזור מערכות אלו ממוקמים בלוח השיגור.

אדם השולט בתהליך על סמך הכרתו את תכונותיו ומאפייניו משתמש בראיית הנולד נרחבת ולכן מסוגל לשפר משמעותית את בקרת התהליך. במסגרת הצרה של תהליך זה, הידע הוא מודל של התהליך במוח האנושי.

לפני בחירת פעולת בקרה כזו או אחרת, אדם, המשתמש ב"מודל" זה, בודק באופן ספקולטיבי מה יהיו תוצאות הפעולות על פרמטרי הפלט של התהליך.

רק לאחר שהשתכנעו שהשפעה זו תאלץ את התהליך להשתנות לכיוון הרצוי או להשאיר את מהלכו ללא שינוי, מעבירים את ההשפעה הזו לתהליך האמיתי, משווים ללא הרף את מהלכו עם התוצאות הספקולטיביות שהתקבלו ומשכללים את המודל.

בדומה לאופן שבו אדם עושה זאת, מערכת בקרה חיזוי אוטומטית יכולה לעבוד. למערכת כזו צריך להיות מודל תהליך, התקנים המספקים כוונון עצמי של פרמטרי המודל כך שיתאימו לתהליך בפועל, ומכשיר המחפש אוטומטית במודל פעולות בקרה כאלה המספקות את ביצועי התהליך הטובים ביותר. השפעות שזוהו צריכות להיות מועברות אוטומטית לתהליך בפועל.

דוגמה למערכת בקרה אוטומטית מורכבת היא תנור רציף לחימום החומר, המצויד בווסת טמפרטורה בחלל העבודה ובווסת זרימת הדלק והאוויר המסופקים למבערי התנור.

חימום החומר היוצא מהכבשן נקבע על פי הטמפרטורה של חלל העבודה שלו, מהירות התנועה של החומר ועוד מספר גורמים. בתורו, הטמפרטורה של חלל העבודה נקבעת על ידי כמות צריכת הדלק והיחס בין צריכת דלק - אוויר, ותלויה גם במהירות התנועה של החומר המחומם.

לא ניתן לפתור את בעיית תחזוקת טמפרטורת החומר בדוגמה זו על ידי התקנת בקרי טמפרטורה וזרימה נפרדים, שאינם קשורים.

יש צורך שההתייחסות לבקר הטמפרטורה בכבשן תגדל אוטומטית ככל שמהירות התנועה של החומר בכבשן עולה, וההתייחסות לבקר זרימת האוויר תגדל ככל שצריכת הדלק עולה.

משימות קשות מתעוררות גם ביצירת מערכות לבקרת תהליכים עם המרות אנרגיה מרובות. דוגמה להתכה בכבשן פיצוץ. כאן, חוק הבקרה קובע סדרה של ערכים נדרשים של פרמטרים בודדים של תהליך (טמפרטורה, לחץ, קצב זרימה וכו'), שכל אחד מהם מושפע מהפרעות רבות הנגרמות מגורמים חיצוניים ופנימיים לתהליך זה.

הצלחת אוטומציה משולבת של אזורי ייצור קיימים נקבעת כמעט לחלוטין על ידי עמידה של הציוד והטכנולוגיה הקיימים בדרישות הבקרה האוטומטית.

הציוד של רוב הארגונים הפועלים מיועד לשליטה ידנית.לכן, אוטומציה מורכבת, ככלל, חייבת להיות מלווה במודרניזציה או החלפה מלאה של ציוד, שינוי בטכנולוגיה וארגון הייצור, שבו האפשרויות של בקרה אוטומטית מבחינת מהירות ודיוק ינוצלו במלואן.

לאוטומציה מלאה של כל אזור ייצור יש להקדים ניתוח טכני וכלכלי יסודי של מכלול האמצעים לקביעת היעילות הכלכלית. אוטומציה מלאה מאפשרת לך לרכז את ניהול הייצור והתהליכים, לצמצם כוח אדם, להגדיל את תפוקת הציוד, לשפר את איכות המוצר ולהפחית עלויות.

לתהליכים מורכבים, ריכוזיות הניהול מחייבת שימוש במערכות ניהול אוטומטיות המאפשרות איסוף מידע על התקדמות תהליך מבוקר והעברתו לאדם בצורה הנוחה לו.

אוטומציה משולבת היא צעד לקראת אוטומציה מלאה, המסתיים בהקמת סדנאות ומפעלים אוטומטיים.

אוטומציה מלאה

אוטומציה מלאה היא שלב של אוטומציה של ייצור בו מערכת של מכונות אוטומטיות מבצעת, ללא השתתפות אנושית ישירה, את כל מגוון הפעולות של ייצור, תהליך נתון, לרבות בחירה והקמת מצבי עבודה המספקים את הביצועים הטובים ביותר בתנאים נתונים. .

חובותיו של אדם מצטמצמות למעקב אחר תפקוד תקין של מערכת הניהול ויחידותיה, וכן הכנסת משימות וקריטריונים למערכת זו שעל התהליך לעמוד בהן.

עבור תהליכים פשוטים הפועלים בתנאים קבועים, לאחר שנבחרו והתכוונו, ניתן לשמור על המצב האופטימלי לאורך זמן, והתפיסה של אוטומציה מלאה עולה בקנה אחד עם הרעיון של אוטומציה מורכבת.

עבור רוב התהליכים הנתונים להפרעות חיצוניות, ההבדל העיקרי בין אוטומציה מלאה לאוטומציה מורכבת הוא העברת הפונקציה של בחירה ותיאום של מצבי הפעולה של מכונות ויחידות בודדות (כולל במצבי חירום) מאדם למערכת בקרה אוטומטית.

הבסיס למעבר לאוטומציה מלאה הוא חיפוש אוטומטי והקמת מצבי תפעול אופטימליים של ציוד ואוטומציה של ניהול תפעולי, כלומר, תיאום מצבי מכונות ויחידות בודדות.

כדי לפתור בעיות אלו, נעשה שימוש נרחב בטכנולוגיות מחשב, במיוחד מכונות בקרה (בקרים, מחשבים תעשייתיים), ניתוח מהלך הייצור, התהליך, סינתזה של חוקי הבקרה וקביעת הקריטריונים האופטימליים. הניתוח האוטומטי של הזרימה הטכנולוגית והסינתזה של חוקי הבקרה קובעים מראש את יכולת ההסתגלות העצמית של המערכות לאוטומציה מלאה.

למערכות אוטומציה מלאה יש עיקרון בנייה היררכי:

• בשלב 1 קיימות מערכות תוכנה ובקרה לוגית וכן מערכות בקרה אוטומטיות;
• בשלב השני - מערכות לאופטימיזציה אוטומטית של מכונות ואגרגטים בודדים;
• בשלב 3 - מערכות אוטומטיות לניהול תפעולי.

היררכיית הבקרה בת שלוש הרמות מגדירה את המבנה הפונקציונלי של מערכות אוטומציה מלאה.רזולוציית החומרה של מערכת זו יכולה להיות שונה, ניתן לבנות את המערכת כפי שמוצג לעיל, אך ניתן לבנות אותה ללא הפרדה ברורה של הפונקציות המבוצעות על ידי מכשירים בודדים.

המורכבות ההולכת וגוברת של משימות הבקרה מביאה לעלייה במספר ומורכבות הציוד וכתוצאה מכך לעלייה בסבירות לשיבוש פעולתה התקינה של המערכת.

התעצמותם המתמשכת של תהליכים והגידול בהיקפם והאיום הגובר בהתאם לתאונות הופכים את בעיית האמינות לחשובה עוד יותר באוטומציה של הייצור. לכן, מפותחים יותר ויותר אלמנטים ושיטות אמינות לחיבור שלהם, וכן מחפשים שיטות לבניית מערכות אמינות מאלמנטים לא אמינים מספיק.

מערכת האוטומציה המלאה היא מערכת בקרה אוטומטית מורכבת ומסועפת, הדורשת את אמינותה הגבוהה, הניתנת הן מאמינות אלמנטים בודדים והן מאמינות המבנה.

המשימה של אוטומציה מלאה היא יצירת סדנאות ומפעלים אוטומטיים (מפעלים אוטומטיים). ההשפעה הכלכלית הגדולה של אוטומציה מלאה מושגת על ידי שיפור השימוש בציוד, הבטחת קצב התהליך עם פרודוקטיביות ואיכות מוצר אופטימלית בתנאים הנתונים.

תראה: אוטומציה של תהליכים טכנולוגיים, רובוטים תעשייתיים בייצור מודרני,  אוטומציה של מערכות ניהול אספקת חשמל

פיתוח טכנולוגיית הבקרה האוטומטית בלתי אפשרי ללא התקדמות בציוד ובמיוחד באותם אלמנטים מהם בנויים מכשירי בקרה.הבעיה החשובה ביותר בפיתוח ציוד ומערכות בקרה אוטומטיים היא הגדלת האמינות שלהם.