AUTOMAZIONE INDUSTRIALE: STORIA, CARATTERISTICHE E TIPOLOGIE - TECNOLOGIA - 2024

L' automazione industriale è la tecnologia utilizzata dai sistemi di controllo come computer, robot e tecnologie dell'informazione per consentire l'esecuzione automatica di diversi processi e macchine in un settore, senza la necessità di operatori umani.

Cerca di sostituire il processo decisionale umano e le attività manuali di risposta ai comandi con l'uso di apparecchiature meccanizzate e comandi di programmazione logica.

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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 stipendi e benefit.

Questa automazione è stata ottenuta con vari mezzi, quali dispositivi meccanici, idraulici, pneumatici, elettrici, elettronici e informatici, generalmente combinati tra loro.

I controllori generici per processi industriali includono: controllori logici programmabili, moduli I / O indipendenti e computer.

Situazione attuale

Recentemente, l'automazione industriale ha trovato una crescente accettazione da parte di diversi tipi di industria, grazie ai suoi enormi vantaggi nel processo di produzione, come maggiore produttività, qualità, flessibilità e sicurezza a costi contenuti.

Ha anche vantaggi in termini di risparmio di manodopera, costi dell'elettricità e costi dei materiali, nonché una maggiore precisione nelle misurazioni.

Una tendenza importante è l'aumento dell'uso della visione artificiale per fornire funzioni di ispezione automatica. Un'altra tendenza è il continuo aumento dell'uso dei robot.

L'efficienza energetica nei processi industriali è ormai diventata una delle massime priorità.

Ad esempio, le aziende di semiconduttori offrono applicazioni per microcontrollori a 8 bit, che si trovano nei controlli generici di pompe e motori, per ridurre il consumo energetico e quindi aumentare l'efficienza.

Il Rapporto sullo sviluppo mondiale 2018 della Banca mondiale mostra prove che mentre l'automazione industriale sostituisce 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 che prima venivano eseguite manualmente.

Rivoluzione industriale

L'introduzione dei primi motori e del motore a vapore ha creato un nuovo requisito per i sistemi di controllo automatico, come regolatori di temperatura e regolatori di pressione.

Nel 1771 fu inventata la prima filatura completamente automatizzata, alimentata da energia idraulica. Nel 1785 fu sviluppato un mulino automatico per farina, diventando il primo processo industriale completamente automatizzato.

Ford Motor

Nel 1913, Ford Motor Company ha introdotto una linea di assemblaggio per la produzione di automobili che è considerata uno dei tipi pionieristici di automazione nell'industria manifatturiera.

Prima di allora, un'auto è stata costruita da un team di lavoratori qualificati e non qualificati. L'automazione della produzione ha migliorato i tassi di produzione di Ford e ha aumentato i suoi profitti.

La catena di montaggio e la produzione in serie di automobili sono state le prime al mondo nel loro genere. Ha ridotto il tempo di assemblaggio dell'auto da 12 ore per auto a circa un'ora e mezza.

Progressi nel 20 ° secolo

Le sale di controllo divennero comuni negli anni 1920. Fino all'inizio degli anni '30, il controllo del processo era solo on / off.

I controller iniziarono ad essere introdotti negli anni '30, con la capacità di apportare modifiche calcolate in risposta a deviazioni da una cifra di controllo.

Le sale di controllo utilizzavano luci con codice colore per segnalare ai lavoratori dell'impianto di apportare manualmente determinate modifiche.

Durante gli anni '30, il Giappone era un leader nello sviluppo di componenti. Vengono sviluppati il ​​primo microinterruttore, relè di protezione e temporizzatore elettrico ad alta precisione.

Nel 1945 il Giappone iniziò un programma di ricostruzione industriale. Il programma si basava su nuove tecnologie, in contrasto con i metodi antiquati utilizzati nel resto del mondo.

Il Giappone è diventato il leader mondiale nell'automazione industriale. Case automobilistiche come Honda, Toyota e Nissan sono state in grado di produrre numerose auto affidabili e di alta qualità.

caratteristiche

La meccanizzazione è l'operazione manuale di un'attività che utilizza macchinari motorizzati, 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 potenti macchinari.

Costi operativi inferiori

Con l'automazione industriale vengono eliminati i costi di ferie, assistenza sanitaria e bonus associati a un lavoratore umano. Allo stesso modo, non richiede altri benefici che i dipendenti hanno, come copertura pensionistica, bonus, ecc.

Nonostante sia correlato ad un alto costo iniziale, fa risparmiare lo stipendio mensile dei lavoratori, il che porta ad un notevole risparmio per l'azienda.

Il costo di manutenzione associato alle apparecchiature utilizzate per l'automazione industriale è inferiore, perché non tendono a rompersi. Se falliscono, solo i tecnici IT e di manutenzione dovrebbero ripararlo.

Elevata produttività

Sebbene molte aziende assumano centinaia di addetti alla produzione per far funzionare l'impianto per tre turni per un massimo di 24 ore, deve comunque essere chiuso per ferie e manutenzione.

L'automazione industriale soddisfa l'obiettivo di un'azienda, consentendo allo stabilimento di produzione di funzionare 24 ore al giorno, 7 giorni alla settimana e 365 giorni all'anno. Ciò porta un significativo miglioramento della produttività dell'organizzazione.

Alta qualità

L'automazione placa l'errore umano. Inoltre i robot non presentano alcun tipo di esaurimento, risultando in prodotti di qualità uniforme, anche fabbricandoli in momenti diversi.

Elevata flessibilità

Se una nuova attività viene aggiunta alla catena di montaggio, sarà richiesta una formazione per l'operatore umano.

D'altra parte, i robot possono essere programmati per eseguire qualsiasi tipo di lavoro. Ciò rende il processo di produzione più flessibile.

Elevata accuratezza delle informazioni

I dati automatizzati raccolti consentono di analizzare le informazioni chiave di produzione, con grande precisione di questi dati, riducendo i costi di compilazione.

Ciò consente di prendere 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 implementando robot per manovrare situazioni pericolose.

Costo iniziale elevato

L'investimento iniziale associato al passaggio da una linea di produzione umana a una automatica è molto elevato.

Inoltre, la formazione dei dipendenti per utilizzare questa nuova e sofisticata attrezzatura comporta costi notevoli.

tipi

Automazione fissa

Viene utilizzato per eseguire operazioni ripetitive e fisse al fine di ottenere elevate velocità di produzione.

Impiegare un team specializzato per automatizzare processi a sequenza fissa o 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 altro hardware che non può essere facilmente modificato da un prodotto all'altro.

Questa forma di automazione è caratterizzata da un elevato investimento iniziale e alti ritmi di produzione. Pertanto, è adatto per prodotti realizzati in grandi volumi.

Automazione programmabile

È una forma di automazione per la fabbricazione di prodotti in lotti. I prodotti sono fabbricati in lotti che vanno da diverse dozzine a diverse migliaia di unità alla volta.

Per ogni nuovo lotto, l'attrezzatura di produzione deve essere riprogrammata per adattarsi al nuovo tipo di prodotto. Questa riprogrammazione richiede tempo, con un periodo di tempo non produttivo seguito da un ciclo di produzione per ogni lotto.

I tassi di produzione sono generalmente inferiori rispetto all'automazione fissa, perché l'apparecchiatura è progettata per facilitare il cambio di prodotto, piuttosto che 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 fornita un'apparecchiatura di controllo automatico, che fornisce una grande flessibilità per apportare modifiche per ogni prodotto. È un'estensione dell'automazione programmabile.

Lo svantaggio dell'automazione programmabile è il tempo necessario per riprogrammare le apparecchiature di produzione per ogni nuovo lotto di prodotto. Questo è tempo di produzione perso, che è costoso.

Nell'automazione flessibile, la riprogrammazione viene eseguita rapidamente e automaticamente da un terminale di computer, senza dover utilizzare le apparecchiature di produzione in quanto tali.

Queste modifiche vengono apportate tramite istruzioni fornite sotto forma di codici da operatori umani.

Di conseguenza, non è necessario raggruppare i prodotti in lotti. È possibile 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. Originariamente dalla Germania, l'Industria 4.0 comprende numerosi dispositivi, concetti e macchine.

L'Industria 4.0 funziona con l'Internet delle cose industriale, che è la perfetta integrazione di vari oggetti fisici su Internet, attraverso una rappresentazione virtuale, e con il software / hardware per connettersi per aggiungere miglioramenti ai 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 di prima.

L'industria 4.0 copre molte aree della produzione e continuerà a farlo nel tempo.

Robotica industriale

La robotica industriale è una branca dell'automazione industriale che aiuta in diversi processi di produzione, come lavorazione, saldatura, verniciatura, assemblaggio e movimentazione dei materiali.

I robot industriali utilizzano vari sistemi meccanici, elettrici e software per consentire alta precisione e velocità, superando di gran lunga qualsiasi prestazione umana.

Questi sistemi sono stati revisionati e migliorati al punto che un singolo robot può funzionare 24 ore al giorno con poca o nessuna manutenzione. Nel 1997 erano in uso 700.000 robot industriali, 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 permette 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 output 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 per l'uso in ambienti industriali.

Sono costruiti in modo tale che per gestire vibrazioni, alte temperature, umidità e rumore è necessaria solo la conoscenza di base della programmazione basata sulla logica.

Il più grande vantaggio offerto dai PLC è la loro flessibilità. Possono azionare una gamma di diversi sistemi di controllo. Non è necessario ricablare un sistema per cambiare il sistema di controllo. Questa flessibilità li rende redditizi per sistemi complessi e vari.

Esempi

Nell'industria automobilistica, l'installazione dei pistoni nel motore veniva eseguita manualmente, con un tasso di errore dell'1-1,6%. Attualmente, questa stessa attività viene eseguita con una macchina automatizzata, con un tasso di errore dello 0,0001%.

L'intelligenza artificiale (AI) viene utilizzata con la robotica per effettuare l'etichettatura automatica, utilizzando bracci robotici come applicatori automatici di etichette e l'intelligenza artificiale per rilevare i prodotti da etichettare.

Automazione in Audi

Nello stabilimento Audi in Germania, il numero di robot è quasi pari a 800 dipendenti. Fanno la maggior parte del sollevamento pesante, oltre a saldature potenzialmente pericolose, nonché test noiosi e ripetitivi.

Tra i vantaggi dell'automazione in Audi ci sono una produttività molto più elevata e una minore richiesta di lavoratori non qualificati.

I robot utilizzati in Audi non solo si occupano del lavoro pericoloso svolto in precedenza da dipendenti non addestrati, 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 attrezzati per gestire.

Assumendo i compiti più pericolosi e migliorando l'efficienza e la produttività di tali compiti, Audi può attrarre lavoratori più altamente qualificati e qualificati per svolgere compiti incentrati sull'uomo.

Linea di produzione automatizzata

Consiste in una serie di stazioni di lavoro collegate da un sistema di trasferimento per spostare le parti tra le stazioni.

È un esempio di automazione fissa, in quanto queste linee sono generalmente predisposte per lunghe produzioni.

Ogni stazione è progettata per eseguire una specifica operazione di lavorazione, in modo che la parte o il prodotto venga fabbricato passo dopo passo, man mano che procede lungo la linea.

Nel normale funzionamento della linea, una parte viene elaborata in ciascuna stazione, quindi molte parti vengono elaborate contemporaneamente, producendo una parte finita con ogni ciclo della linea.

Le varie operazioni che si svolgono devono essere adeguatamente sequenziate e coordinate affinché la linea funzioni in modo efficiente.

Le moderne linee automatizzate sono controllate da controllori logici programmabili. Questi possono eseguire i tipi di funzioni di temporizzazione e sequenza richieste per l'operazione.

Riferimenti

1. Terry M. Brei (2018). Cos'è l'automazione industriale? Sure Controls Inc. Tratto da: surecontrols.com.
2. Wikipedia, l'enciclopedia libera (2018). Automazione. Tratto da: en.wikipedia.org.
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5. Encyclopaedia Britannica (2018). Applicazioni di automazione e robotica. Tratto da: britannica.com.
6. Adam Robinson (2014). Automazione industriale: una breve storia delle applicazioni di produzione e lo stato attuale e prospettive future. Cerasis. Tratto da: cerasis.com.
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