Automatiseerimine – mõiste, toimimine, tüübid ja eelised tehnikas

Tehnika kontekstis tähendab automatiseerimine seda, et seadet või masinat muudetakse nii, et see suudab täita ülesannet, milleks see on loodud, ilma et inimene peaks sekkuma. Väga sageli tähendab see, et masinale paigaldatakse lisasüsteem, mis võtab selle funktsioonide juhtimise üle. Näiteks tsentrifugaalregulaator juhib aurumasinat.

Automatiseerimise eelised seisnevad selles, et masina või seadme toodang on ühtlasem ja toote kvaliteet paraneb. Süsteem, mis ei ole täielikult automatiseeritud, vajab inimese sekkumist: paljud sellega seotud ülesanded on korduvad ja igavad. Üldiselt on masinad ka konstrueeritud nii, et inimene ei pea enam raskusi tõstma või ohtlikke asju tegema. Automatiseerimise puhul on inimese sekkumine piiratud või puudub.

Kuidas automatiseerimine töötab

Automatiseerimine põhineb anduritel, juhtalgoritmidel ja aktuaatoritel. Andurid mõõdavad protsessi suurusi (temperatuur, rõhk, kiirus, positsioon jms), juhtsüsteem (kontroller või programm) analüüsib neid andmeid ja saadab käsklused aktuaatoritele (mootorid, ventiilid, releed), mis muudavad protsessi olekut. Sellised süsteemid võivad töötada:

avasüsteemina (ilma tagasisideta) — käsk antakse ja süsteem ei kontrolli tulemust;
suletud süsteemina (tagasisidega) — süsteem võrdleb tegelikku tulemust eesmärgiga ja korrigeerib tööd vastavalt (nt PID-juhtimine).

Tüübid ja tasemed

Mehaaniline automatiseerimine — puhtalt hammasrataste, hoobade ja mehaaniliste regulaatorite abil (nt tsentrifugaalregulaatorid).
Elektromehaaniline automatiseerimine — releed, kontaktid, elektromehaanilised ajamid.
Programmipõhine automatiseerimine — programmeeritavad loogikakontrollerid (PLC), tööstuslikud arvutid ja skriptid.
HMI/SCADA-tasandi süsteemid — inim-masin liidesed ja kaugmonitooring, andmete kogumine ning protsesside juhtimine kõrgemal tasemel.
Tark- ja tehisintellektil põhinev automatiseerimine — masinõpe, pildituvastus, optimeerimine ja adaptatiivne juhtimine keerukates olukordades.

Põhilised komponendid

Andurid — koguvad informatsiooni protsessi kohta (temperatuur, rõhk, vool, asend jms).
Kontrollerid — PLC, mikrokontrollerid või tööstuslikud arvutid, mis teevad otsused ja käsklused.
Aktuaatorid — täidavad kontrolleri käske (mootorid, klapid, pumpad).
Tarkvara — juhtimisalgoritmid, püsivara, visualiseerimise ja analüüsi tööriistad.
Kommunikatsioon — bussid ja võrgud (nt Modbus, Profibus, Ethernet) andmete edastamiseks.

Eelised

Suurem töökiirus ja tootlikkus.
Ühtlasem tootekvaliteet ja väiksem viga/materjalikadu.
Paranenud tööohutus — inimesed ei pea tegema ohtlikke või rasketöid.
Vähenenud korduvtöö ja väsituse mõju.
Energia- ja materjalitõhusus tänu optimeeritud juhtimisele.
Võimalus töödelda keerukaid või väga täpseid protsesse, mida käsitsi teha ei saa.

Rakendusvaldkonnad

Tööstusautomaatika (tootmisliinid, montaaž, keevitus, pakendamine).
Transpordisüsteemid (raudtee, lennunduse juhtimine, automatiseeritud laadimissüsteemid).
Energeetika (jaamade juhtimine, generaatorite automaatjuhtimine).
Teenindus- ja tarneahelad (laoautomaatika, robotid).
Igapäevased seadmed (kodumasinad, nutikodu lahendused).

Piirangud, riskid ja majanduslikud kaalutlused

Automatiseerimine ei ole ilma puudusteta. Alginvesteeringud võivad olla suured — seadmete, juhtimis- ja sideinfrastruktuuri ning tarkvara soetamine ja integreerimine nõuab kulutusi. Lisaks:

Vigade korral võivad automaatsüsteemid põhjustada suuri katkestusi.
Nõutakse kvalifitseeritud personali süsteemide kavandamiseks, hoolduseks ja programmeerimiseks.
Turvalisuse ja küberturvalisuse riskid — võrgustunud seadmed võivad olla haavatavad.
Sotsiaalsed mõjud — osa töökohti võib automatiseerimise tõttu kaduda, kuigi tekivad ka uued tehnilised ametikohad.

Kokkuvõte

Automatiseerimine teeb tehnilised protsessid tõhusamaks, turvalisemaks ja täpsemaks, vähendades inimsekkumist igapäevastes ja korduvates ülesannetes. Õigesti kavandatuna toob see kaasa kvaliteedi paranemise, kulude kokkuhoiu ja töötingimuste parandamise; samas tuleb arvestada alginvesteeringute, hoolduse, turvalisuse ja sotsiaalsete mõjudega. Tänapäeval laieneb automatiseerimine kiiresti tänu digitaalsetele tehnoloogiatele ja tehisintellektile, mis võimaldavad järjest keerukamaid ning adaptatiivsemaid lahendusi.

Paljude suurte rajatiste, näiteks selle elektrijaama, juhtimiseks on vaja minimaalset inimsekkumist.

Karikatuur 1936. aasta suveolümpiamängudelt vaatab edasi aastasse 2000. Televisioonitehnoloogia võimaldab pealtvaatajatel jälgida võistlusi kodus, samal ajal kui raadio edastab nende üleskutseid ja aplausi staadionil asuvatesse valjuhäälditesse. See ilmus Berliner Illustrierte Zeitungi Olympia-Sonderheftis.

Pildid

Tavaline tuuleveski, ratta asend on fikseeritud.

Tuuleveski, kus ratas saab end ise reguleerida, et püüda tuult. Ratta pööramiseks on vaja täiendavat käiku (mida saab automatiseerida).

Küsimused ja vastused

K: Mis on automatiseerimine inseneriteaduse kontekstis?

V: Automatiseerimine tähendab inseneriteaduses masina või seadme muutmist nii, et see suudab täita talle määratud ülesannet ilma inimese sekkumiseta.

K: Millised masinad on varustatud lisasüsteemidega, mis võtavad nende funktsioone kontrolli alla?

V: Masinad ja seadmed, mis peavad töötama ühtlaselt ja korduvalt, varustatakse lisasüsteemidega, mis võtavad nende funktsioonide üle kontrolli.

K: Millised on automatiseerimise eelised masinaehituses?

V: Automatiseerimine masinaehituses toob kaasa masinate ühtlasema toodangu ja parandab toodete kvaliteeti.

K: Miks on inimtegevust vaja süsteemides, mis ei ole täielikult automatiseeritud?

V: Täielikult automatiseerimata süsteemidega seotud ülesanded on sageli korduvad ja tüütud, mistõttu on nende ülesannete täitmiseks vaja inimese sekkumist.

K: Kuidas projekteeritakse masinaid automatiseerimist silmas pidades?

V: Masinad projekteeritakse nii, et inimesed ei pea enam raskusi tõstma või ohtlikke ülesandeid täitma ning inimese sekkumine on piiratud või puudub.

K: Mis on näide seadmest, mis juhib aurumasinat?

V: Tsentrifugaalregulaator on näide seadmest, mis juhib aurumasinat.

K: Mis on automatiseerimise eesmärk inseneriteaduses?

V: Automatiseerimise eesmärk tehnikas on vähendada vajadust inimese sekkumise järele, parandada masinate toodangut ja parandada toodete kvaliteeti.