Automatizácia základné pojmy

Transcript

1 Automatizácia základné pojmy auto- (starogrécky αὐτός) -prvá časť slov s významom samoautomat technické zariadenie vykonávajúce určitú vopred stanovenú činnosť bez ľudského zásahu (samočinne) automatický činný bez cudzej pomoci (samočinný) automatika vedecko-technická disciplína zaoberajúca sa analýzou a syntézou samočinných systémov, teda systémov riadených samočinne bez účasti človeka s výnimkou zadávania cieľov riadenia resp. dozoru nad postupom ich realizácie automatizácia proces zavádzania automatických strojov a zariadení (v užšom slova zmysle nahrádzania ľudského činiteľa strojmi) či už vo výrobnom procese, v sektore služieb, domácnosti a pod. Pozn. automatizáciu možno považovať za ďalší stupeň v procese náhrady ľudského činiteľa v prípade mechanizácie išlo o náhradu fyzickej sily človeka resp. jej znásobenie mechanickými zariadeniami, v prípade automatizácie už ide aj o náhradu človeka v procese riadenia príslušných činností Automatizácia súvisiace pojmy Kybernetika veda o riadení a prenose informácií v živých organizmoch a strojoch Pozn. názov kybernetika (odvodený z gréckeho slova κυβερνήτης - kybernétés, čo označuje lodivod kormidelník) bol pôvodne použitý fyzikom André-Marie Ampère v prvej polovici 19.st. pre pomenovanie vedy o riadení. Pojem znovuobjavil a publikoval v roku 1948 Norbert Wiener Robotika vedeckotechnická disciplína zaoberajúca sa konštrukciou a riadením robotov Robot zložité mechanické zariadenie vybavené snímačmi na získavanie informácií z okolitého prostredia a akčnými členmi na manipuláciu s predmetmi resp. vlastné premiestňovanie, ktoré je riadené počítačovým systémom Pozn. názov robotika prvýkrát použil Isaac Asimov v SF poviedke Liar! (1941), samotné slovo robot pochádza z divadelnej hry Karla Čapka R.U.R - Rossum's Universal Robots (1920) a slovo vymyslel jeho brat Josef namiesto pôvodne navrhovaného slova Labor

2 Ručné a diaľkové riadenie Metalickývodič,optickýkábel alebobezdrôtovýprenos Energia Vplyvyokolia (poruchy) Zmena parametrov Rozhranie človek-stroj Riadiaci systém Akčný subsystém riadený proces Vizuálnaaleboinázmyslováspätnáväzba Príklady: ručné riadenie: napúšťanie vane, varenie mlieka, udržiavanie rýchlosti automobilu resp. pilotovanie lietadla bez použitia prístrojov, riadenie žeriavu alebo robota v ručnom režime diaľkové riadenie: ovládanie domácich spotrebičov pomocou diaľkového ovládača, riadenie RC modelov Ručné riadenie na základe informácií z prístrojov alebo teleovládanie Metalickévodiče,optické káble alebobezdrôtovýprenos Energia Vplyvyokolia (poruchy) Zmena parametrov Rozhranie človek-stroj Riadiaci systém Akčný subsystém Senzorický subsystém riadený proces Príklady: ručné riadenie s použitím prístrojov: udržiavanie rýchlosti automobilu s použitím tachometra, pilotovanie lietadla s použitím palubných prístrojov, hustenie pneumatiky automobilu teleovládanie: riadenie bezpilotných lietadiel (UAV), riadenie prieskumných mobilných robotov (UGV) a bezposádkových ponoriek (UUV)

3 Príklad na teleovládanie riadenie UAV Bezpilotné lietadlo HERMES 450 Plne automatické riadenie Metalické vodiče,optickékáble alebobezdrôtovýprenos Energia Vplyvyokolia (poruchy) Zmena parametrov Rozhranie človek-stroj Riadiaci systém Akčný subsystém Senzorický subsystém riadený proces Príklady: lokálne riadené zariadenia: obsluha osobného výťahu, automatickej práčky, CNC stroja alebo robotického manipulátora, riadenie automatickej výrobnej linky, udržiavanie rýchlosti automobilu pomocou tempomatu, riadenie lietadla pomocou autopilota diaľkovo riadené zariadenia: riadenie kozmických sond vo väčšej vzdialenosti od Zeme, ovládanie výrobnej linky, riadenie vzdialeného teleskopu cez internet

4 Príklady automatických systémov Automatické prieskumné vozidlo Opportunity/Spirit na Marse Príklady automatických systémov servopohon obrábacieho stroja udržiavanie rýchlosti resp. realizácia definovanej dráhy v závislosti na čase obrábací stroj realizácia synchronizovaných pohybov Viacerých servopohonov s cieľom vykonania určitej technologickej operácie výrobná linka synchronizácia skupiny (obrábacích) strojov so zabezpečením medzioperačnej dopravy výrobný závod skupina výrobných liniek s automatizovanou dopravou materiálu zo skladu a hotových výrobkov do skladu

5 Príklady automatických systémov Automatická umyváreň automobilov Príklady automatických systémov Automatická práčka Prevzaté z howitworksdaily.com

6 Odvetvia vhodné pre zavádzanie automatizácie priemysel automatizácia jednotlivých komponentov strojov, celých výrobných strojov alebo celých výrobných liniek logistika automatizované sklady poľnohospodárstvo a potravinárstvo triedenie plodín, závlahové systémy,starostlivosť o dobytok a iné hospodárske zvieratá oblasť služieb predajné automaty, informačné služby doprava asistenčné systémy automobilov, lodí a lietadiel resp. úplne bezobslužné dopravné prostriedky bývanie automatizované domáce spotrebiče, inteligentné obytné a administratívne budovy a hotely zdravotníctvo systémy udržiavania životných funkcií, laboratórne testy vzoriek kozmický výskum družice obiehajúce okolo Zeme, medziplanetárne sondy vojenstvo automatické zbraňové systémy Automatizovaná domácnosť Predstava o automatizovanej domácnosti z konca 19.storočia

7 Automatizovaná domácnosť Prvky automatizácie v dnešnej domácnosti: -regulácia teploty v miestnosti (kúrenie, klimatizácia) a vody v bojleri -bezpečnostné systémy (alarm, kamerové systémy, bezkľúčové otváranie dverí) -zatváranie vstupných a garážových brán -automatické spúšťanie svetiel -automatické zalievanie záhrady -udržiavanie správnych parametrov vody v bazéne -automatizované domáce spotrebiče (práčka, umývačka riadu, chladnička...) Prvky automatického riadenia v automobiloch -riadenie procesu spaľovania palivovej zmesi resp. aj riadenia toku energie v prípade hybridných automobilov - činnosť automatickej prevodovky -stabilizačné systémy: ABS, ASR, ESP... -airbagy, predpínače bezpečnostných pásov -brzdný asistent -automatická klimatizácia -klasický tempomat, adaptívny tempomat, protikolízne systémy -udržiavanie hlasitosti rádia v závislosti na hluku vo vozidle -udržiavanie uhla náklonu xenónových reflektorov -aktívne pruženie -upozornenie na opustenie pruhu, sledovanie dopravných značiek -automatické spúšťanie svetiel a stieračov, stmievanie spätného zrkadla -bezkľúčové auto, imobilizér, alarm -parkovací asistent

8 Rozdelenie výrobných systémov Diskrétne (udalostné) systémy pracujúce s diskrétnymi výrobkami počítanými na kusy. Príklady: montáž elektrických spotrebičov a dopravných prostriedkov, výroba mechanických súčiastok, balenie výrobkov, automatické sklady, logistika Dávkové systémy, v ktorých sa špecifické množstvo surovín (hmotnosť, objem) kombinuje v určenom poradí a počas určeného času do výsledného produktu. Príklady: výroba potravín, nápojov a liekov Spojité -systémy prezentované spojite sa meniacimi veličinami (tlak, teplota, prietok) bez časového obmedzenia. Príklady: výroba palív, chemikálií a plastov. Hybridné systémy obsahujúce kombináciu skôr spomínaných typov Rozdelenie výrobných systémov Diskrétne výrobné systémy možno ďalej deliť na: - zmiešané systémy kombinujúce automatické stroje s ľudskou pracovnou silou realizujúcou ťažko automatizovateľné výrobné úkony, prísun materiálu, odoberanie hotových výrobkov a pod. Príklad aplikácia CNC obrábacieho stroja, zváracieho robota alebo automatickej baliacej linky v menších a stredne veľkých výrobných podnikoch - špecializované (jednoúčelové) automatické systémy určené na výrobu konkrétneho výrobku ( hard alebo fixed automation). Pri zmene typu výrobku je potrebné úplné prebudovanie výrobnej linky. Príklad: výroba kalkulačiek, žiaroviek, batérií, umelohmotných obalov, elektronických čipov... - pružné automatické systémy schopné po vyrábať rôzne varianty výrobku daného druhu (flexible automation). Pre tento typ výroby je typické použitie automatických strojov obsluhovaných robotickými manipulátormi a automatickými vozíkmi. Príklad: linka na výrobu automobilov schopná súčasnej výroby rôznych variantov karosérie resp. v krátkom čase (po preprogramovaní resp. malej úprave mechanických prípravkov) aj úplnú zmenu typu vyrábaného automobilu

9 Porovnanie nákladovosti pre rôzne typy výroby Náklady na 1výrobok Jednoúčelové automaty Ručnávýroba Pružnésystémy malosériová a kusovávýroba strednosériová výroba veľkosériová výroba Objemvýroby Porovnanie rôznych typov výroby z hľadiska výrobných nákladov Porovnanie rôznych druhov automatizácie Porovnanie rôznych typov výroby z hľadiska vhodnosti aplikácie

10 Výhody automatizácie výrobnej technológie -zvýšenie produktivity práce a objemu výroby -zníženie mzdových nákladov resp. výrobných nákladov ako takých (v prepočte na jednotku výroby) -zmiernenie problémov pri nedostatku pracovných síl (v špecifickej oblasti) -redukcia alebo úplné odstránenie rutinných manuálnych alebo kancelárskych činností -zlepšenie kvality výroby (resp. zníženie miery jej kolísania) a zníženie nepodarkovosti, zníženie spotreby materiálu a energie -redukcia času potrebného na prípravu výroby -realizácia procesov, ktoré nemôžu byť realizované ručne (obmedzené fyzické schopnosti a schopnosti zmyslov) resp. ich realizácia človekom by bola vzhľadom na potrebu jeho ochrany nákladná resp. riskantná (práca v kozme, na morskom dne) -odstránenie práce v zdraviu škodlivom prostredí (jedovaté látky, riziko nákazy, prítomnosť rádioaktivity), zvýšenie bezpečnosti práce Dôvody pre zachovanie manuálnej práce -technologické operácie sú príliš zložité na automatizáciu -krátky životný cyklus jednotlivých vyrábaných produktov (častá zmena výroby) -výrobky sú vyrábané na zákazku, častokrát vo veľmi malých sériách či dokonca jednotlivo po kuse -extrémne rýchlo sa meniace požiadavky trhu Porovnanie človek automatický stroj Výhody človeka: -schopnosť vysporiadať sa s neočakávanými situáciami -tvorba nových postupov pri riešení problémov -riešenie abstraktných problémov -dobrá adaptácia na zmeny -zovšeobecňovanie poznatkov, učenie sa z vlastnej skúsenosti -rozhodovanie sa na základe nekompletných informácií Výhody strojov: -rovnomerné vykonávanie opakujúcich sa úloh -ukladanie veľkého množstva informácií do pamäte -spoľahlivé obnovovanie informácií z pamäti -súčasné vykonávanie množstva paralelných činností -vyvinutie veľkých síl a výkonov -práca v zdraviu škodlivom resp. rizikovom prostredí -rýchla realizácia jednoduchých výpočtov a rutinných rozhodnutí

11 Ekonomické aspekty zavádzania automatizácie Ekonomické aspekty zavádzania automatizácie Jednorazové výdavky: -projekčné práce (projektová dokumentácia) -rekonfigurácia výrobného procesu, príprava pracoviska na začlenenie automatických zariadení -obstarávacia cena automatických zariadení a s ním spojených periférnych zariadení (v prípade robotov napr. podávače, polohovadlá, chápadlá, technologické hlavice, bezpečnostné zariadenia na ochranu zdravia obsluhujúceho personálu). -preprava zariadenia od výrobcu do miesta určenia -inštalácia (montáž a oživenie automatických zariadení resp. ich periférií) -zaučenie obsluhy automatizovaného zariadenia a v menšom rozsahu aj ďalších pracovníkov, ktorí sa môžu dostať do kontaktu so zariadením -spúšťanie výroby (vrátane ceny materiálu a súčiastok, ktoré sa znehodnotia pri odlaďovaní technológie a nákladov, ktoré vzniknú vplyvom obmedzenia výroby počas nábehu) -rekvalifikácia uvoľnených pracovníkov resp. odstupné pre prepustených pracovníkov Priebežné výdavky: -energia na prevádzku celého automatizovaného pracoviska (elektrická energia, stlačený vzduch) -pravidelná údržba a malé opravy poplatky externej firme alebo mzdové náklady vlastných pracovníkov údržby + cena spotrebného materiálu a náhradných dielcov -pravidelné preškolovanie obsluhy (bezpečnosť práce) -mzdové náklady obsluhy -poistenie zariadenia -zvýšená daň z príjmu

12 Ekonomické aspekty zavádzania automatizácie Úspory vyplývajúce z nasadenia automatizovaných zariadení -priame mzdové náklady (počet ušetrených pracovníkov x počet smien x mzdové náklady) -prevádzkové náklady (úspora pracovnej plochy, úspora na ventilácii, osvetlení, kúrení...) -zníženie spotreby materiálu a energie na jednotku výroby -zvýšenie kvality (zníženie nepodarkovosti) -zvýšenie bezpečnosti práce (neplatia sa príplatky za prácu v nebezpečnom prostredí, a poistenie pracovníkov resp. kompenzácie v prípade úrazu...) -zníženie nákladov na zaškolenie pracovníkov (zváračské, lakovačské kurzy...) -vyššie odpisy (zníženie daňového základu počas celého obdobia odpisovania) -predaj pôvodného technologického zariadenia používaného pred inštaláciou automatického zariadenia -iné: zvýšenie využitia okolitých výrobných zariadení, zvýšenie pružnosti pri zmene výrobku, zlepšenie image firmy, v prípade podpory štátu novým technológiám nárok na dotáciu... Payback period Ekonomické aspekty zavádzania automatizácie -príklad spojený s nákupom robotov výška investície Doba návratnosti investície = ročný výnos investície Return of investment (ROI) Návratnosť investície = 1/doba návratnosti ročný výnos investície = (ročná úspora ročné prevádzkové náklady)(1-daňová sadzba) -ročný odpis * daňová sadzba Príklad: robot nahrádza v pracovnom procese 2 pracovníkov, ktorých mzdové náklady na 1 pracovníka sú 7 Euro/hod vrátane všetkých osobných nákladov, prevádzkové náklady robota sú Euro za rok. Po zavedení robota nedošlo k zvýšeniu objemu výroby. Posúďte dobu návratnosti investície 230 tisíc Euro za predpokladu 2-smennej prevádzky. Ročná úspora na priamych mzdových nákladoch na 1 smenu: 2 pracovníci x 250 dní x 8 hodín x hod. mzda 7 Euro = tisíc Euro Ročný odpis = výška investície / doba odpisovania v rokoch Typická životnosť robota cca 50 tisíc hodín =12,5 roka pri 2-smennej prevádzke!!! doba návratnosti = = = 5,87rokov 2.0,19 39,2 ( 28-8,3)( 1-0,19) + ( 230 / 6) v tisícoch Euro v rokoch počet smien v tisícoch Euro doba odpisovania v rokoch (odpisová skupina 2)