Komponenty mechaniczne do inżynierii automatyki

Inżynieria automatyzacji obejmuje szeroką gamę komponentów i technologii, które współpracują ze sobą w celu automatyzacji i optymalizacji procesów i maszyn. Komponenty mechaniczne stanowią jeden z podstawowych elementów do wdrożenia zautomatyzowanych systemów. Komponenty te obejmują siłowniki, czujniki, systemy przekładni mechanicznej i inne elementy mechaniczne wymagane do ruchu, sterowania i monitorowania systemów i maszyn. W tym artykule przedstawiono podstawy automatyzacji i inżynierii automatyki oraz wyjaśniono, gdzie wykorzystywane są komponenty mechaniczne.

Czym jest automatyzacja?

Automatyzacja lub automatyka odnosi się do ogólnego procesu przekształcania zadań ręcznych lub powtarzalnych w zautomatyzowane procesy, które mogą być wykonywane bez interwencji człowieka, tj. samo-sterowne. Można to osiągnąć za pomocą technologii takich jak maszyny, programy komputerowe czy roboty.

Cele automatyzacji

W przeszłości wysiłki w zakresie automatyzacji koncentrowały się na tym, aby maszyna wykonywała sztywne i powtarzalne procesy produkcyjne. Głównym celem było zwiększenie produktywności poprzez zastąpienie pracy ludzkiej maszynami. Te sztywne systemy automatyzacji zostały zaprojektowane do obsługi określonych zadań przy niewielkim wymogu elastyczności i zdolności adaptacyjnych. Obecnie skupiono się na optymalizacji procesów produkcyjnych. Istnieje rosnące zainteresowanie rozwojem elastycznych systemów produkcyjnych, które są w stanie opanować przepływy pracy z różnymi zadaniami. Te elastyczne systemy mają na celu nie tylko zwiększenie produktywności, ale także zapewnienie elastyczności i ogólnej zwiększonej wydajności. Rozwój ten jest napędzany między innymi przez następujące aspekty:

• Zmienność produktów: W coraz bardziej zglobalizowanej gospodarce i na rynkach o szybko zmieniających się preferencjach klientów ważne jest, aby systemy produkcyjne były w stanie wytwarzać szeroką gamę produktów bez konieczności kosztownych zmian lub adaptacji.
• Małe serie produkcyjne: Zapotrzebowanie na produkty dostosowane do indywidualnych potrzeb i rozwiązania prowadzi do zwiększenia produkcji małych serii. Elastyczne systemy produkcyjne umożliwiają firmom wydajną i ekonomiczną produkcję mniejszych partii.
• Szybki czas wprowadzenia produktu na rynek: Umiejętność szybkiego reagowania na zmiany rynkowe i wprowadzania nowych produktów ma kluczowe znaczenie dla sukcesu firmy. Elastyczne systemy produkcyjne umożliwiają szybkie opracowywanie nowych produktów i wprowadzanie ich do produkcji.
• Efektywność i opłacalność: Dzięki większej elastyczności produkcji firmy mogą wydajniej wykorzystywać swoje zasoby i obniżać koszty. Możliwość adaptacji systemów pozwala na optymalne dostosowanie produkcji do aktualnego zapotrzebowania i uniknięcie nadprodukcji.

Czym jest inżynieria automatyzacji?

inżynieria automatyzacji (Automation Engineering) to dyscyplina inżynierska, która obejmuje planowanie, rozwój, wdrażanie i obsługę systemów automatyki. Systemy te służą do automatyzacji procesów lub maszyn poprzez połączenie czujników, siłowników, sterowników i oprogramowania w celu umożliwienia automatycznego sterowania i monitorowania. W kontekście inżynierii przemysłowej inżynieria automatyki zajmuje się integracją systemów automatyki w dużych zakładach przemysłowych. Producenci wykorzystują inżynierię automatyzacji do bardziej wydajnego i bezpiecznego zarządzania złożonymi zakładami produkcyjnymi. W inżynierii mechanicznej inżynieria automatyzacji ma kluczowe znaczenie w rozwoju i integracji zautomatyzowanych procesów z poszczególnymi maszynami i liniami produkcyjnymi w celu zwiększenia zdolności produkcyjnych i poprawy jakości.

Cyfryzacja produkcji ma znaczący wpływ na automatyzację w branży. Dzięki integracji technologii cyfrowych, takich jak Przemysł 4.0, Przemysłowy Internet Rzeczy (IoT), Sztuczna Inteligencja (AI), Big Data i przetwarzanie w chmurze, systemy automatyki stają się coraz bardziej wydajne i inteligentne. Otwiera to nowe możliwości automatyzacji, ponieważ dane mogą być gromadzone, analizowane i wykorzystywane w czasie rzeczywistym w celu optymalizacji procesów i wspierania decyzji.

Stopnie automatyzacji

Zgodnie z normą DIN IEC 60050-351, międzynarodową normą dotyczącą definicji pojęć z dziedziny elektrotechniki, elektroniki i dziedzin pokrewnych, stopień automatyzacji odnosi się do stopnia automatyzacji systemu lub procesu. Jest to miara stopnia, w jakim praca ludzka jest zastępowana lub wspierana przez automatyczne sterowanie i monitorowanie. Wyższy stopień automatyzacji oznacza większą niezależność od interwencji człowieka i większą zdolność systemu do samodzielnego wykonywania zadań. Stopień automatyzacji można zmierzyć w skali od sterowania ręcznego do pełnej automatyzacji:

• Sterowanie ręczne: System lub proces jest kontrolowany i monitorowany całkowicie poprzez interakcję człowieka bez automatyzacji. Wszystkie decyzje i działania są podejmowane i wykonywane przez ludzi.
• Częściowa automatyzacja: W częściowej automatyzacji niektóre podprocesy lub podfunkcje są zautomatyzowane, podczas gdy inne są sterowane ręcznie. Interakcja między ludźmi jest nadal wymagana do wykonywania określonych zadań lub podejmowania decyzji.
• Półautomatyzacja: Półautomatyzacja odnosi się do systemów, w których większość zadań jest zautomatyzowanych, ale interwencja człowieka jest nadal wymagana do rozwiązania niektórych złożonych zadań lub radzenia sobie z nieprzewidzianymi zdarzeniami.
• Pełna automatyzacja: W tym przypadku system lub proces jest w pełni zautomatyzowany i nie wymaga interakcji człowieka podczas normalnej pracy. System jest w stanie podejmować wszystkie niezbędne decyzje i wykonywać wszystkie działania w celu wydajnego i bezpiecznego wykonywania operacji.

Piramida automatyzacji

Piramida automatyzacji to koncepcja stosowana w automatyce przemysłowej do opisania hierarchicznej struktury systemów automatyki. Ta piramida służy jako model reprezentujący różne poziomy automatyzacji. Piramida automatyzacji zazwyczaj składa się z następujących poziomów:

• (1) Poziom pola: Urządzenia fizyczne, które bezpośrednio wchodzą w interakcję ze zmiennymi procesowymi w świecie rzeczywistym, znajdują się na poziomie pola. Ten poziom stanowi podstawę do gromadzenia danych i kontroli procesu produkcyjnego. Czujniki są odpowiedzialne za gromadzenie danych, a siłowniki wykonują działania.
• (2) Poziom sterowania: Poziom sterowania obejmuje sprzęt i oprogramowanie używane do sterowania i monitorowania sprzętu polowego. Przechowywane sterowniki programowe (SPC) i programowalne sterowniki logiczne (PLC) są typowymi przedstawicielami tego poziomu. Gromadzą dane z czujników poziomu pola, przetwarzają je i wysyłają sygnały sterujące do siłowników.
• (3) Poziom sterowania procesem: Na tym poziomie cała produkcja jest monitorowana i kontrolowana. Systemy kontroli nadzorczej i gromadzenia danych (SCADA) są typowe dla tego poziomu. Umożliwiają wizualizację danych procesowych, monitorowanie stanu systemu oraz możliwość ręcznej interwencji w procesie. Systemy SCADA często oferują możliwości gromadzenia i raportowania danych.
• (4) Poziom zarządzania operacyjnego: Na tym poziomie różne obszary procesu są koordynowane, a informacje są wymieniane między działami. Systemy realizacji produkcji (MES) wspierają decyzje operacyjne i kontrolę wydajności produkcji.
• (5) Poziom zarządzania firmą: Poziom zarządzania firmą obejmuje zarządzanie wyższego szczebla i administrację firmy. Systemy planowania zasobów przedsiębiorstwa (ERP) są typowe dla tego poziomu. Wspierają planowanie i kontrolę wszystkich zasobów firmy, w tym produkcji, zaopatrzenia, sprzedaży, finansów i zasobów ludzkich.

Komponenty mechaniczne w inżynierii automatyki

W inżynierii automatyki komponenty mechaniczne są wykorzystywane do różnych celów. Są one wykorzystywane do realizacji zautomatyzowanych systemów w różnych obszarach zastosowań, takich jak przemysł wytwórczy, logistyka, transport i robotyka. Umożliwiają kontrolę ruchu, generowanie siły, przenoszenie materiałów i zapewniają bezpieczeństwo ludzi i sprzętu.

Przykłady automatyzacji

Inżynieria automatyzacji optymalizuje procesy, zwiększa wydajność i zwalnia ludzką pracę z powtarzalnych zadań. Poniżej przedstawiono kilka konkretnych przykładów automatyzacji: