دانلود مقاله بررسی اتوماسیون صنعتی و نحوه¬ی اندازه گیری وارتقاء آن

اختصاصی از فی موو دانلود مقاله بررسی اتوماسیون صنعتی و نحوه¬ی اندازه گیری وارتقاء آن دانلود با لینک مستقیم و پر سرعت .

چکیده

در این سمینار ابتدا مفهوم اتوماسیون و سایبرنتیک معرفی شده و سپس به معرفی انواع اتوماسیون (اداری و صنعتی) می-پردازیم. تمرکز این سمینار بر شناخت اتوماسیون صنعتی است. در این راستا ابتدا به بررسی ضرورت و مزایای اتوماسیون صنعتی و آنالیز سرمایه گذاری در تجهیزات اتوماتیک از نظر سودآوری می پردازیم، سپس اجزای سخت افزاری و نیازمندی های نرم افزاری اتوماسیون صنعتی معرفی شده و به بررسی نقش و جایگاه سیستم های کنترل و مانیتورینگ می¬پردازیم. پس از آن رویکرد طراحی ایمنی در سیستم های اتوماسیون را شرح می¬دهیم. سپس با معرفی رویکرد STS به ارائه روشی برای اندازه¬گیری اتوماسیون در شرکت ها می-پردازیم و نکاتی را که برای اجرای موفق یک پروژه اتوماسیون نیاز است ارائه می¬کنیم. در پایان به تشریح رویکردی به منظور ارتقاء اتوماسیون تحت عنوان چرخه¬ی ارتقاء اتوماسیون می-پردازیم.

1- بررسی مفهوم اتوماسیون

1-1 تعریف اتوماسیون
کلمه اتوماسیون از ترکیب دو کلمه اتوماتیک (Automatic) و Operation بدست آمده است.
مکانیزاسیون : استفاده از ابزارها و ماشین آلات به جای اجرای دستی عملیات ها.
اتوماسیون : یک سطح بالاتر از مکانیزاسیون قرار دارد و در واقع در اتوماسیون یرای بکار انداختن و استفاده از ماشین¬ها و دستگاه¬های مختلف از ماشین¬ها و دستگاه¬های دیگری استفاده می¬شود. در اتوماسیون وسایل مکانیکی، هیدرولیکی و الکترونیکی جای نیروی انسانی را می گیرند و سیستم های کنترل به عملیات مربوط به کنترل، محاسبه و مقایسه می پردازند.

1-2 علم سایبرنتیک (Cybernetics)
Cybernetics در لغت به معنای مطالعه و مقایسه بین دستگاه عصبی که مرکب از مغز و اعصاب می باشد با دستگاههای الکترومکانیکی است و واژه معادل آن در فارسی (( فرمان شناسی )) است.
سایبرنتیک یک علم میان رشته ای است که با ارتباطات، کنترل ارگانیسم های زنده، ماشینها و سازمانها سر و کار دارد. این واژه از یک کلمه یونانی به معنای راننده یا فرمانده گرفته شده است و اولین بار در سال 1948 توسط یک ریاضیدان آمریکایی در نظریه مکانیسم های کنترلی وارد شد. سایبرنتیک برای بررسی در مورد اینکه چگونه می توان اطلاعات را به عملکرد مورد نظر تبدیل نمود، توسعه یافت. این علم در جنگ جهانی دوم برای ساخت (( مغزهای الکترونیکی )) و مکانیسمهای کنترل اتوماتیک برای ادوات نظامی نظیر بمب افکنها مورد استفاده قرار گرفت.
در علم سایبرنتیک سیستم های ارتباطی و کنترلی ارگانیسمهای زنده و ماشین ها مشابه در نطر گرفته می شوند. برای دستیابی به عملکرد مورد نظر توسط انسان یا وسایل مکانیکی ، اطلاعات مربوط به وضعیت فعلی توسط اعضای حسی ( مثلا چشم یا یک سنسور ) دریافت شده و به پردازشگر مرکزی (مغز یا یک پروسسور مثل PLC) انتقال می دهند و پردازشگر مرکزی دستور مناسب را صادر می کند. این پروسه اساس کار اتوماسیون است.

1-3 انواع اتوماسیون
اتوماسیون از نظر محل کاربرد بر دو نوع است:
1- اتوماسیون صنعتی:
اتوماسیون صنعتی به بهره گیری از رایانه ها به جای متصدیان انسانی برای کنترل دستگاهها و فرآیندهای صنعتی گفته می¬شود. اتوماسیون یک گام فراتر از مکانیزه کردن است. مکانیزه کردن به معنی فراهم کردن ابزار و دستگاه هایی برای متصدیان انسانی است به گونه ای که این ابزارها و دستگاهها به متصدیان انسانی در انجام بهتر کارهایشان کمک می کند.
نمایانترین و شناخته شده ترین بخش اتوماسیون صنعتی رباتهای صنعتی هستند.
امروزه کاربرد اتوماسیون صنعتی در صنایع و پروسه های مختلف به وفور به چشم می خورد. کنترل پروسه و سیستم¬های اندازه گیری پیچیده ای که در صنایعی همچون نفت، گاز، پتروشیمی، صنایع شیمیایی، صنایع غذایی، صنایع خودروسازی و غیره بکار می آیند نیازمند ابزارآلات و روش کنترل بسیار دقیق و حساس می باشند.
از آنجا که موضوع این تحقیق اساسا در مورد اتوماسیون صنعتی است از توضیح بیشتر در اینجا خودداری کرده و سایر نکات در مورد اتوماسیون صنعتی را در ادامه در بخش های جداگانه شرح می دهیم.

2- اتوماسیون اداری:
سیستم های اتوماسیون اداری در واقع یکی از انواع سیستم های اطلاعاتی هستند. کاربران نظام اطلاعات، اطلاعات را به عنوان یک منبع ارزشمند همانند سرمایه و نیروی انسانی بکار می گیرند. از آنجا که اطلاعات مهم و ارزشمند هستند و اساسی برای تمام فعالیتهای سازمان محسوب می شوند، باید سیستم هایی را برپا کرد تا بتوانند اطلاعات را تولید و آنها را مدیریت کنند. هدف چنین سیستم هایی کسب اطمینان از صحت و اعتبار اطلاعات در دسترس در زمان نیاز و به شکل قابل استفاده است.
در اوائل دهه ی 1960 سیستم های مدیریت اطلاعات (MIS) به وجود آمدند. پس از گذشت یک دهه و به دلیل بروز نیازهای اطلاعاتی جدید، سیستم های اطلاعاتی جدید سیستم های پشتیبانی تصمیم گیری (DSS) به وجود آمدند. تفاوت DSS با MIS این است که MIS صرفا شامل پایگاه های داده برای ذخیره سازی اطلاعات است، در حالیکه DSS با پردازش اطلاعات موجود در تصمیم گیری به مدیران و کاربران کمک می کند.
در دهه 1970 در نتیجه پیشرفت های صنعتی و تکنولوژیکی کارایی کارخانه ها 80-90 درصد بالا رفت در حالی که کارایی اداری تنها 4 درصد افزایش داشت، پس باید سیستم هایی بوجود می آمدند که موجب افزایش بهره وری و کارایی دفاتر می شدند. از این رو پس از تکامل سیستم های پردازش داده (DPS) ، سیستم های اطلاعات مدیریت و سیستم های پشتیبانی تصمیم گیری و با توجه به پیشرفت های حاصله در تجهیزات الکترونیکی و امکان ایجاد شبکه های کامپیوتری، موضوع افزایش بهره وری و کارایی دفاتر مدیران و تسهیل ارتباطات بین مدیر و کارکنان از طریق تجهیزات رایانه ای و الکترونیکی مطرح گردید و در سال 1980 سیستم های اتوماسیون اداری طراحی گردیدند.
اتوماسیون اداری شامل تمام سیستم های الکترونیکی رسمی و غیر رسمی بوده که به برقراری ارتباط اطلاعات بین اشخاص در داخل مؤسسه و خارج مؤسسه مربوط می شوند. کلمه اصلی که اتوماسیون را از داده پردازی، سیستم اطلاعات مدیریت (MIS) و سیستم پشتیبانی اطلاعات(DSS) متمایز می کند (( ارتباطات)) است.

2- ضرورت و مزایای اتوماسیون صنعتی و آنالیز سرمایه گذاری

برخی از فعالیت های تولیدی یا مرتبط با تولید اصولا با روش ها و تکنولوژی های غیر خودکار قابل اجرا نیستند. در این گونه موارد استفاده از اتوماسیون یک ضرورت محسوب می شود. به عنوان مثال:
 برای یک تکنسین ممکن نیست که در هوای آلوده به مواد شیمیایی به کنترل تولید و یا انجام عملیات تولیدی بپردازد، در صورتی که یک ربات چنین امکانی را فراهم می سازد.
 از یک تکنسین نمی توان انتظار داشت که سه شیفت متوالی (24 ساعته ) به کار در خط تولید بپردازد در حالی که یک ربات قادر به چنین کاری است.
 یک کارگر فنی نمی تواند ظرف یک ثانیه دهها سوراخ روی یک صفحه ایجاد نماید ولی ماشین های کامپیوتریزه قادر به انجام چنین کاری هستند.
 ...
از طرف دیگر برخی از مزایای اتوماسیون صنعتی عبارتند از:
 تکرارپذیری فعالیت ها و فرآیندها
 افزایش کیفیت محصولات تولیدی
 افزایش سرعت تولید
 کنترل کیفیت دقیق تر و سریع تر
 کاهش پسماندهای تولیدی (ضایعات)
 برهمکنش بهتر با سیستم های بازرگانی
 افزایش بهره وری واحدهای صنعتی
 بالا بردن ایمنی برای نیروی انسانی و کاستن از فشارهای روحی و جسمی
 ...
بنابراین اتوماسیون می تواند از طریق تولید بیشتر، راندمان بالاتر، کیفیت تولیدی بیشتر و انعطاف پذیری بالاتر تولید به بهبود سودآوری مؤسسات تولیدی کمک کند. در نتیجه، در بازار شدید رقابتی یکی از راههای بقاء ارتقاء اتوماسیون است.
معیار سودآوری به صورت زیر تعریف می شود:

از آنجا که اتوماسیون خطوط تولید معمولا با سرمایه گذاری قابل توجه و پر حجم میسر است، طبیعی است که آنالیز این سرمایه گذاری در خصوص اینکه آیا این سرمایه گذاری سودآور است یا خیر باید انجام شود. صورت کسر رابطه سودآوری نیاز به توضیح جزئی تر دارد. اتوماسیون به طرق زیر ممکن است بر افزایش یا اساسا ایجاد سود مؤثر باشد:
1- سود واحد تولید شده
از یک طرف تولید اتوماتیک باعث افزایش راندمان تولیدی و کاهش هزینه ماشین آلات و نیروی انسانی مورد استقاده برای تولید واحد محصول شده و از طرف دیگر کیفیت محصولات تولیدی و در نتیجه ارزش آنها از دید مصرف کننده افزایش یافته و مصرف کننده حاضر است مبلغ بیشتری را برای این محصول بپردازد.
2- افزایش ظرفیت تولیدی
از جمله راههای افزایش سودآوری در خطوط تولیدی که به طور اتوماتیک کار می کنند افزایش ظرفیت تولیدی است. در صورت وجود بازار فروش ، با افزایش ظرفیت تولیدی در خطوط تولید اتوماتیک میزان سودآوری نیز افزایش می¬یابد.
در کنار افزایش ظرفیت تولید، واحد تولیدی اتوماتیک باید به صورت پیوسته تداوم تقاضا برای محصول تولیدی را نیز مد نظر داشته باشد. ظرفیت تولیدی باید همواره نسبت به تقاضا قابل تعدیل باشد. به علاوه، واحد تولیدی باید به عنوان شرایط و عوامل مربوط به خود به میزان استفاده از ظرفیت تولیدی، سطح محصول ذخیره شده و تغییرات مربوط به تقاضای بازار توجه نماید. در صورتی که در هر یک از عوامل نامبرده مشکلاتی بروز کند در پی آن هزینه تولید افزایش خواهد یافت.
3- انعطاف پذیری
عوامل زیر می توانند باعث شوند خط تولید به تغییر و تحولاتی نیاز پیدا کند:
1) دیدگاه و نیازهای مصرف کنندگان تغییر کند.
2) حجم اطلاعات و دانش تولید واحد توایدی تغییر کند.
3) عواملی که مشوق تغییر هستند نظیر : وجود رقابت فشرده بین صنایع و واحدهای تولیدی، بالا بودن قیمت پاره¬ای از فاکتورهای تولیدی و وجود برخی احکام و قوانین که در ارتباط با تولید و صنایع هستند.

میزان انعطاف پذیری به دو عامل وابسته است:
1- فرصت مناسب: مشخص بودن برنامه و هدف های توسعه واحد تولیدی از قبل
2- امکاناتی که زمینه سازند: امکانات مالی گسترده، پرسنل با تجربه، ماشین آلات و تجهیزات و نوع سازماندهی
انعطاف پذیری بالای تجهیزات تولیدی اتوماتیک اگرچه هزینه های بالاتری را به همراه دارند اما از نیاز به سرمایه گذاری های جدید جلوگیری می نمایند. باید بین این انعطاف و هزینه بالای آن با در نظر داشتن نیازهای آینده تعادل برقرار کرد.
3- اجزای سخت افزاری و بخش های مختلف سیستم های تولید اتوماتیک

اتوماسیون نوعی تکنولوژی است و همانند سایر تکنولوژی ها دارای وجوه سخت افزاری و نرم افزاری است.وجه سخت افزاری تکنولوژی بیشتر با وجوه مادی آن مثل دستگاهها، تجهیزات، ابزار، مواد خام و غیره مربوط است و وجه نرم افزاری آن با جنبه های غیر مادی مانند سطح تجربه و معلومات، دانش طرز تولید، روش و نوع سازماندهی، توانایی¬های مدیریت، قدرت تخمین، برنامه¬ریزی، تاثیرگذاری تصمیمات و غیره در ارتباط است.
سیستم های اتوماسیون صنعتی کارخانه هایی هستند که در آنها فرآیندها (تامین انرژی، جابجایی مواد یا تولید محصولات) به صورت خودکار کنترل می شوند.
یک سیستم اتوماسیون صنعتی شامل سه جزء است:
• فرآیند صنعتی که توسط ماشین آلات انجام می شود.
• سیستم کنترل و ایجاد ارتباط که جریان اطلاعات را بین سخت افزار و نرم افزار برقرار می کند.
• کارکنان مرتبط با فرآیند که راه اندازی و مدیریت سیستم ها را بر عهده دارند.

اجزای جریان های اطلاعات در یک سیستم اتوماسیون

با ارتقاء سیستم های اتوماسیون نقش پرسنل به تدریج به نظارت بر سیستم های کنترلی و مداخله در شرایط خاص (بروز مشکل در سیستم) محدود می شود و وظایفی مانند کنترل فرآیندهای صنعتی، کنترل و پیاده سازی زمان بندی¬های تولید، مانیتورینگ، شناخت مشکلات بوجود آمده در فرآیندها و انجام عملیات تعمیرات و نگهداری به صورت خودکار توسط سیستم های کنترل هدایت می شوند.
همانطور که از مطالب فوق دریافت می شود سیستم های کنترل که وظیفه کنترل اجرای صحیح فرآیندها را بر عهده دارند و سیستم های مانیتورینگ که مقادیر کمّی خروجی فرآیند را نمایش می دهند دو جزء اساسی سیستم های اتوماسیون هستند. لذا قبل از ادامه بحث به طور مختصر به تعریف این دو سیستم اساسی می پردازیم:
الف) سیستم های کنترل:
سیستم کنترل سیستمی است که با اتصالات و ارتباطات خود، تنظیم و هدایت یک سیستم دیگر و خود این سیستم را فراهم می کند.

انواع سیستمهای کنترل عبارتند از:
سیستم های مدار باز: در این سیستم ها عامل کنترل مستقل از خروجی سیستم است. مثلا سیستم کنترل به یک ماشین فرز CNC فرمان می دهد که تیغه فرزکاری خود را 10 mm به جلو حرکت دهد. همانطور که ملاحظه می شود هیچ بازخور(Feedback) از طرف ماشین در زمان حرکت تیفه فرز به سیستم کنترل برگردانده نمی شود.
1- سیستم های مدار بسته: در این سیستم ها عمل کنترل با خروجی سیستم مرتبط است. این سیستم ها معمولا سیستم های کنترل پسخوراند (بازخور) (Feedback) نامیده می شوند. در مثال قبل فرض کنید سیستم کنترل به ماشین فرز CNC فرمان می دهد که تیغه فرز خود را به مکان صفر (مبدا مختصات ماشین) انتقال دهد. در این حالت ابتدا سنسورها فاصله مکان فعلی تیغه فرز را از این مکان تعیین کرده و سپس موتورهای الکتریکی ماشین فرز تیغه را به سمت این نقطه حرکت می دهند. در زمان حرکت تیغه فرز به سمت مبدأ سنسورها فاصله لحظه ای مکان تیغه فرز را از مبدأ به سیستم کنترل انتقال می دهند تا به محض اینکه این فاصله صفر شد سیستم کنترل فرمان توقف را صادر کند. در شکل زیر مثال دیگری از یک سیستم مدار بسته کنترل سطح آب یک مخزن نمایش داده شده است.

2- سیستم کنترل مدار باز : این سیستم¬ها فاقد بازخور هستند. به عنوان مثال برای حرکت تیغه¬ی فرز به اندازه¬ی 10 mm در یک مرحله سیستم کنترل به موتور محرک تیغه فرز فرمان حرکت به میزان مورد نیاز را صادر می¬کند.
ماشین آلات اتوماتیک بیشتر مراحل کاری را به طور خودکار انجام می دهند و اتکای آنها به عوامل انسانی کمتر است. چنین ماشین آلاتی برای کارکرد صحیح خود به یک بخش فرمان خودکار نیاز دارند که معمولا از یک سیستم کنترل قابل برنامه ریزی در این بخش استفاده می شود (به عنوان مثال PLC (کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی) (Programmable Logical Controller) یا رله ها که قطعات الکتریکی هستند که با عبور جریان از آنها می توانند جریان یک مدار دیگر را قطع یا وصل کنند الیته امروزه بیشتز به جای چندین رله از یک PLC استفاده می¬شود). بخش کنترل قابل برنامه ریزی مطابق با الگوریتم کاری ماشین، برنامه¬ریزی شده و می تواند متناسب با شرایط لحظه ای به عملگرهای دستگاه فرمان داده و در نهایت ماشین را کنترل کند. این شرایط لحظه¬ای توسط حسگرها(سنسورها) ثبت می¬شوند. وجود سنسورهای مختلف در فرآیند اتوماسیون به قدری مهم است که بدون سنسور هیچ فرآیند خودکاری شکل نمی¬گیرد، بنابراین سنسورها یکی از اجزای سیستم های اتوماسیون صنعتی می¬باشند.
در واقع در یک سیستم انوماسیون PLC به عنوان قلب سیستم کنترلی عمل می¬کند. هنگام اجرای یک برنامه کامپیوتری که در حافظه آن ذخیره شده است، PLC دائما با گرفتن feedback از قطعات ورودی و سنسورها وضعیت سیستم را بررسی می¬کند. سپس این اطلاعات را به برنامه کنترلی خود منتقل می¬کند و نسبت به آن در مورد نحوه¬ی عملکرد ماشین تصمیم¬گیری می¬کند و در نهایت فرمانهای لازم را به قطعات و دستگاههای مربوطه (از قبیل سیم-پیچ، موتور، اینورتور، شیربرقی، هیتر و ...) ارسال می¬کند.

ب) مانیتورینگ (Monitoring)
یکی دیگر از مباحث مهم و مرتبط با اتوماسیون صنعتی مانیتورینگ است. امروزه مانیتورینگ یکی از نیازهای اساسی بسیاری از صنایع به خصوص صنایع بزرگ می¬باشد. بسیاری از صنایع بزرگ مانند صنایع پتروشیمی، صنایع تولید انرژی، صنایع شیمیایی و ... بدون استفاده از سیستم مانیتورینگ مناسب قادر به ادامه کار خود نیستند.
مانیتورینگ عبارت است از جمع آوری اطلاعات مورد نظر از بخش های مختلف یک واحد صنعتی و نمایش آنها با فرمت مورد نظر برای رسیدن به اهداف ذیل:
- نمایش وضعیت لحظه¬ای هر یک از ماشین آلات و دستگاهها
- نمایش و ثبت پارامترهای مهم و حیاتی یک سیستم
- نمایش و ثبت آلارم های مختلف در زمانهای بروز خطا در سیستم
- نمایش محل خرابی و زمان وقوع ایراد در هر یک از اجزای سیستم
- نمایش پروسه های تولید با استفده از ابزارهای گرافیکی مناسب
- تغییر و اصلاح Set Point ها حین اجرای پروسه تولید
- امکان تغییر برخی از فرآیندهای کنترلی از طریق برنامه مانیتورینگ
- ثبت اطلاعات و پارامترهای مورد نیاز مدیران از قبیل زمان های کارکرد، میزان تولید، میزان مواد اولیه مصرفی، میزان انرژی مصرفی و ...

در شکل زیر هرم سیستم های اتوماسیون مدرن نشان داده شده است. در اینجا به ارائه توضیحی در مورد هر یک از سطوح نشان داده شده در این شکل می پردازیم:
• سطح سنسور-عملگر(Actuator-sensor level / Process level)
در این سطح مشخصه های کمی فرآیند نظیر دما، فشار، مسافت و ... از طریق سنسورها اندازه گیری می شوند و خروجی از طریق عملگرها مانند شیرها، پمپ ها، سرووموتورها(servomotor) اعمال می شود.

• سطح میدان (Field level)
در این قبل حلقه مفقوده سطح قبل یعنی پردازش اطلاعات توسط PLC و میکروکنترلرها انجام می شود. همچنین عملکرد فرآیند توسط سیستم های مانیتورینگ قابل مشاهده است.

• سطح کنترل فرآیند (Process control level)
در این سطح مانیتورینگ و کنترل کل فرآیند، کنترل تولید، راه اندازی و خاتمه دادن به فرآیند تولید، نظارت بر اصلاح خرابی ها، برنامه ریزی تعمیرات و مدیریت مهندسی کارخانه به صورت خودکار انجام می¬شود.

• سطح مدیریت (Management level)
در این سطح وظایفی نظیر برنامه¬ریزی تولید، ارزیابی و تجزیه و تحلیل نتایج فرآیندها و بهینه سازی توالی عملیات ها انجام می¬شود.

اجزای سخت افزاری اتوماسیون:
هر سیستم اتوماسیون ممکن است شامل برخی از اجزای زیر باشد:
• کامپیوترها؛ کامپیوتر با دو ویژگی سرعت فوق العاده زیاد در عملیات محاسباتی و انباشتن حجم زیادی از اطلاعات در حافظه تناسب زیادی با نیازمندی های خطوط تولید اتوماتیک دارد.
• ربات ها؛ کلمه ربات (Robot) بعد از به صحنه درآمدن یک نمایش در سال 1920 در فرانسه رایج شد. در این نمایش موجودات مصنوعی شبیه انسان که ربات نام داشتند به فرمان صاحبان خود رفتار می کردند.
ربات ها ماشینهای قابل هدایت و برنامه ریزی هستند که وظایف گوناگون تولیدی (یا مرتبط با تولید) را تحت تأثیر یک برنامه از پیش تعیین شده اجرا می¬کنند.

انواع رباتها:
1) ربات های ثابت ( از محلی به محل دیگر حرکت نمی کنند) و بدون سیستم بازخور(Feedback).
2) ربات های متحرک و دارای سیستم بازخور : از آنجا که این رباتها دارای سیستم بازخور هستند قادر به تصحیح خطاهای احتمالی روی خروجی بوده و می¬توانند در مقابل حوادث پیش بینی نشده محیط کار، برنامه جدید عملیاتی در قالب وظیفه خود تولید کنند.
3) ربات هایی که از راه دور قابل هدایت و برنامه¬ریزی هستند. مثلا یک اپراتور خط تولید می¬تواند این نوع ربات ها را از دور کنترل کند و بوسیله این رباتها عملیات مختلف تولیدی را انجام دهد.
از ربات ها در صنایع خودروسازی، فلزکاری، ماشین سازی، الکترونیک، پلاستیک،‌ سرامیک، ارتباطات و سازمانهای خدماتی نظیر بانک ها و ... استفاده می¬شود.
دو خصوصیت مهم ربات ها عبارتند از: انعطاف پذیری و قدرت انطباق با محیط . میزان انعطاف پذیری به شکل هندسی و وضعیت فیزیکی ربات وابسته است. برای انطباق با شرایط جدید ربات ها دارای حسگر( Sensor) بوده و قادرند برنامه های کاری جدیدی را تولید کنند.
اغلب، استفاده از رباتها در صنایع مختلف به صورت جداگانه است، اما ربات ها به صورت گروهی و تحت هدایت یک کامپیوتر نیز قابل بکارگیری هستند. این نوع از بکارگیری ربات ها معمولا در کارخانه هایی صورت می¬گیرد که دارای وضعیت پیشرفته تری از اتوماسیون خط تولید هستند.

• ماشین های CNC (Computer numerical computer)؛ ماشین های CNC یکی از اجزای مهم خطوط تولید اتوماتیک هستند که توسط یک کامپیوتر هدایت می شوند. دو ویژگی مهم این ماشین ها انعطاف¬پذیری زیاد و دقت بالا است.

• وسایل حمل خودکار(AGV) (Automated Guided Vehicle)؛ این وسایل شامل تمام وسایل حملی می¬شوند که بدون نیاز به اپراتور راننده کار حمل را انجام می¬دهند. از ظهور این وسایل در سال 1955 تاکنون کاربردهای بسیاری در صنعت برای آنها توسعه داده شده است. AGV ها امروزه در تمامی صنایع به چشم می¬خورند و تنها محدودیت استفاده از آنها شکل موادی که باید جابجا شوند و فواصل جابجایی است. بسیاری از کاربردهای AGV ها از نظر فنی امکان پذیر است، اما خرید و پیاده سازی چنین سیستم هایی به بررسی جوانب اقتصادی نیاز دارد. AGV ها در خطوط تولید و مونتاژ، تحویل مواد در نواحی دریافت و تأمین و جمع آوری مواد در مکان های خاص نظیر بیمارستانها و ادارات استفاده می¬شوند. استفاده از AGV ها باعث کاهش آسیب رسیدن به مواد، انعطاف پذیرتر کردن زمان بندی های تولید و کاهش تعداد پرسنل می¬شود. اما همانند هر تصمیم سرمایه¬گذاری پر هزینه دیگر در استفاده از این سیستم ها باید احتیاط کرد. در برنامه¬ریزی یک AGV باید به شکل مواد ( یا واحدهای بار) توجه داشت و ترتیب عملیات حمل و شکل شبکه حرکت(شامل طول و پهنای راهروها) باید بطور دقیق مشخص شود. برای برنامه¬ریزی این سیستم های حمل پیچیده معمولا از شبیه¬سازی کامپیوتری استفاده می¬شود.

• وسایل انبارش و برداشت خودکار (AS/RS) (Automated Storage and Retrieval Systems)؛ این وسایل سیستم های انبارش و برداشت موجودی هستند که بطور گسترده¬ای در مراکز توزیع و انبارها استفاده می¬شوند. این سیستم ها به منظور دسترسی به محل انبارش مواد به بالا یا پایین حرکت کرده، مواد را در محل های مشخص قرار داده یا آنها را برای ارسال به خارج انبار برداشت می¬کنند. این سیستمها دارای مزایای متعددی هستند از قبیل اینکه: کنترل بیشتری را روی موجودیها فراهم می¬کنند، دنبال کردن موجودیها (چه از نظر محل نگهداری و چه از نظر اطلاع از میزان موجودی) را تسهیل می¬کنند، هزینه¬های نیروی کار را کاهش می¬دهند، بر ایمنی نیروی کار می¬افزایند و از انجام کارهای مشکل توسط اپراتور جلوگیری می¬کنند (نظیر کار در محیط های انبارش سرد) ، با بهبود گسترده در میزان استفاده مفید از فضای انبار و افزایش عرض و ارتفاع قفسه ها کاهش قابل ملاحظه¬ای در هزینه¬های انبارداری ایجاد می¬کنند. البته در استفاده از این وسایل باید نیاز به هزینه¬ی بالای سرمایه¬گذاری و نیاز به متخصصین باتجربه آشنا با این سیستمها را در نظر داشت.

در خطوط تولید اتوماتیک معمولا چهار نوع بخش تولیدی متفاوت قابل تفکیک است:
1- بخش های تولید پایه¬ای:
این بخشها از ترکیب تجهیزات و مواد یا نیروی کار و مواد و یا تجهیزات، نیروی کار و مواد ایجاد می شوند. ویژگی مهم یک بخش تولید پایه¬ای این است که این بخش دیگر نمی¬تواند به بخشهای پایین تر و یا جزئی تر تقسیم شود زیرا در این صورت بخش تولید پایه¬ای قادر به تولید نخواهد بود.

2- بخش های تولید انعطاف پذیر:
این بخشها قادرند با استفاده از تکنولوژی که از آن بهره مند هستند انواع مختلفی از قطعات و یا محصولات را تولید کنند. برای تأمین انعطاف پذیری در این بخش از ماشینهای تولید اتوماتیک (CNC ها) ، رباتها و ... استفاده می¬شود. تأمین انعطاف پذیری بخشهای تولید انعطاف پذیر به سرمایه¬گذاری و تحمل هزینه های زیاد نیاز دارد اما به دلیل اینکه بخشهای تولید انعطاف پذیر جهت تولید تعداد زیادی قطعات یا محصولات متنوع قابل استفاده¬اند در صورتی که میزان تولید در سطح بالایی باشد هزینه این بخش بر تعداد زیاد محصول سرشکن شده و مشکل هزینه زیاد برطرف می¬شود.
3- بخش های تولید برنامه ریزی شونده:
خصوصیت برنامه¬ریزی و هدایت توسط برنامه¬های کامپیوتری به صورت بارز در این بخشها وجود دارد. امکان برنامه¬ریزی در بخشهای تولیدی برنامه¬ریزی شونده سبب تغییر برنامه تولید و امکان تولید محصولات متعدد می¬گردد و این پویایی خط تولید ارتباط مستقیم با سودآوری دارد.
4- بخش های تولیدی مستقل
نوع ماشین آلات و دستگاههایی که در بخشهای تولیدی مستقل بکار می¬روند عموما به گونه¬ای است که تغییر احتمالی در طراحی محصول تولید شده تقریبا تغییری در کار آنها بوجود نمی آورد.

4- انواع سیستم های تولید اتوماتیک

I. CAD (Computer Aided Design) (طراحی به کمک کامپیوتر)
CAD به استفاده از کامپیوتر در تبدیل ایده های اولیه برای یک محصول به یک طرح مهندسی حاوی جرئیات لازم اشاره دارد. تکامل یک طرح نوعا شامل ایجاد مدل های هندسی محصول است به طوری که در این حین ممکن است مورد تجزیه و تحلیل، تغییر و اصلاح قرار گیرد. در CAD نرم افزارهای گرافیکی کامپیوتر جای استفاده از طرح های اولیه¬ی مهندسی را می¬گیرد.

II. CAE (Computer Aided Engineering) (مهندسی به کمک کامپیوتر)
مهندسین همچنین از برنامه های کامپیوتری برای برآورد عملکرد و هزینه طرح های اولیه و محاسبه مقادیر بهینه پارامترها استفاده می کنند. این برنامه ها مکمل محاسبات دستی و آزمایش های فیزیکی هستند. این تجزیه و تحلیل های اتوماتیک و توانایی های بهینه سازی هنگامی که با CAD ترکیب شوند CAE (مهندسی به کمک کامپیوتر) نامیده می¬شوند.

III. CAM (‍Computer Aided Manufacturing) (ساخت به کمک کامپیوتر)
CAM به استفاده از کامپیوتر در تبدیل طرح های مهندسی به محصولات تکمیل شده اشاره دارد. برای تولید به برنامه¬ریزی و زمان¬بندی فرآیندها نیاز است. این برنامه ها مشخص می¬کنند که محصول چگونه ساخته خواهد شد، چه منابعی مورد نیاز خواهد بود و چه موقع و کجا از این منابع استفاده خواهد شد. به علاوه برای انجام تولید به کنترل و هماهنگ¬سازی فرآیندها، تجهیزات، مواد و نیروی کار نیاز است. در CAM کامپیوترها با خودکارسازی بسیاری از وظایف تولیدی به مدیران، مهندسین ساخت و کارگران تولیدی کمک می کنند. کامپیوترها در برنامه-ریزی فرآیندها، سفارش¬دهی و پیگیری مواد و مانیتورینگ برنامه¬های زمانی به شرکت کمک می¬کنند. آنها همچنین به کنترل ماشینها، رباتهای صنعتی، تجهیزات کنترل کیفی و سیستمهای انبارش و بازیافت مواد کمک می¬کنند.

IV. ‍CAD/CAM ( طراحی و تولید به کمک کامپیوتر)
همانطور که از نام این سیستم مشخص است کامپیوترها هم در تبدیل ایده های اولیه به طرح های مهندسی و هم در فرایند تولید به شرکت کمک می¬کنند. CAD/CAM‌ می¬تواند بهره¬-وری، کیفیت محصولات و سودآوری را بهبود دهد. کامپیوترها می-توانند وظایف تولیدی و طراحی اضافی را حذف کنند، کارایی کارگران را بهبود بخشند، نرخ استفاده از تجهیزات را افزایش دهند، موجودی ها، اتلاف ها و ضایعات را کاهش دهند، زمان لازم برای طراحی و ساخت محصولات را کاهش دهند و توانایی شرکت برای تولید محصولات مختلف را افزایش دهند. امروزه اکثر شرکت ها CAD/CAM را در سطوح مختلفی بکار می¬گیرند.

V. FMS (Flexible Manufacturing System) ( سیستم تولید انعطاف پذیر)
FMS ترکیبی ازایستگاههای تحت کنترل کامپیوتراست که مواد بین آنها به صورت خودکار جابجا شده و روی آنها Load می¬شوند. FMS اصولاً در تولیدهای با تنوع متوسط ( 5 تا 150 نوع قطعه) و حجم متوسط ( 200 تا 30.000 قطعه در سال) استفاده می¬شود.
در رویکرد تولید FMS این ایده حاکم است که (( سریعتر بهتر است)) (Faster is better) لذا از ماشینهای CNC برای تولید استفاده شود. در FMS به جای استفاده از افراد از ماشینهایی که 24 ساعته کار می¬کنند استفاده می¬شود. FMS از ماشین های تحت کنترل کامپیوتر(CNC) برای تشکیل ایستگاههای کاری استفاده می¬کند. هر ایستگاه یک وظیفه مشخصی را برای مشارکت در ساخت محصول انجام می¬دهد.
هر ماشین قابل برنامه¬ریزی (ماشینهای تولیدی، رباتها، AGV ها) دارای کنترل کننده خود است که این کنترل کننده ها به نوبه خود تحت کنترل یک کنترل کننده مرکزی قرار دارند. این ارتباط توسط یک شبکه کامپیوتر محلی (LAN) ایجاد می¬شود.
فرمانها و درخواستها به کامپیوتر کنترل کننده فرستاده می¬شود. مرکز کنترل کار ارسال فرمان حمل انواع مواد مختلف، برنامه¬های مورد نیاز، شروع و پایان برنامه¬ها، زمان¬بندی این عملیاتها و سایر فعالیتها را انجام می¬دهد.
برای سیستم حمل در FMS معمولاً از AGV (سیستم ها حمل تحت کنترل کامپیوتر) استفاده می¬شود. این وسایل در مسیرهای محدود و مشخص کار جابجایی مواد را انجام می¬دهند.

اگرچه FMS سریع و کارا است اما از آنجایی که به تعداد زیادی از ماشین¬های گران قیمت برای انجام عملیات ها نیاز دارد به سرمایه¬گذاری زیاد (پرهزینه¬ای) نیاز دارد. نوعاً پیاده¬سازی FMS در یک شرکت میلیون ها دلار هزینه دربردارد. به جای استفاده از یک سیستم FMS کامل، اکثر شرکت ها بخشی از FMS را با نام FMC (سلول تولید انعطاف¬پذیر) بکار می-گیرند. در این صورت بخشی از تولید محصولات توسط ماشین¬های خودکار و بخش دیگر توسط سایر روش¬ها انجام می¬شود.

سلول انعطاف¬پذیر (FMC)
یک FMC شامل دو یا تعداد بیشتری ماشین CNC، یک کامپیوتر سلول و یک ربات است. کامپیوتر سلول (نوعاً یک PLC) در رابطه متعامل با میکروپروسسورهای ربات و ‍CNC ها است. وظایف کامپیوتر سلول که کنترل کننده سلول نیز نامیده می¬شود شامل متعادل¬سازی بار کاری، زمان¬بندی تولید قطعات و کنترل جریان مواد است. به علاوه، نظارت و هماهنگ¬سازی عملیاتهای مختلف در یک سلول تولیدی توسط کامپیوتر سلول انجام می¬شود. در نرم¬افزارهای مورد استفاده کامپیوتر سلول باید وقوع شرایط خاص نظیر خرابی دستگاه، شکستن ابزار و ... در نظر گرفته شود.
در بسیاری از موارد ربات سلول علاوه بر وظایف اصلی خود، کارهایی نظیر تعویض ابزار، قرار دادن ابزار جدید در ابزارگیر، تست ابزارها از لحاظ شکستگی یا فرسایش شدید و ... را انجام می¬دهد. در مواقع لزوم ربات همچنین می¬تواند اعمال اضطراری نظیر خاموش کردن سیستم را انجام دهد.
مثال) در شکل زیر مثالی از یک FMC نشان داده شده است.

همانطور که در این شکل مشاهده می¬شود سیستم کنترل نظارتی شامل یک رابط اپراتور است که برای اپراتور امکان مشاهده پیشرفت ساخت و ورود فرمان را فراهم می¬کند.
یک سیکل کاری در این سلول شامل مراحل زیر است:
اپراتور یک توالی کاری و زمان شروع سیکل کاری را در سیستم کنترل نظارتی وارد می¬کند. ربات اول قطعه را از انباشته مواد اولیه برداشته و روی نقاله قرار می¬دهد. ربات دیگر قطعه را از روی نقاله برداشته و برای پردازش روی ماشین CNC بارگذاری می¬کند. بعد از پردازش قطعه، همین ربات قطعه را از ماشین به نقاله محصولات خروجی سلول منتقل می¬کند. هنگامی که ذخیره مواد اولیه به پایان رسید، کنترل کننده ناظر سیستم به AGV فرمان می¬دهد تا مواد اولیه را به داخل سلول حمل کند. اپراتور در هر زمان برای اصلاح خطا یا انجام عملیات اضطراری می¬تواند سیکل کاری را متوقف کند.
از این جهت به این سیستم، سیستم تولید انعطاف پذیر (FMS) گفته می¬شود که در مقابل تغییرات پیش¬بینی شده یا پیش-بینی نشده تا حدودی قادر به انعطاف است. انعطاف¬پذیری شامل دو جنبه است:
1- انعطاف¬پذیری ماشین: توانایی سیستم برای تغییر به منظور تولید انواع جدید محصولات و تغییر ترتیب اجرای عملیات روی یک قطعه.
2- انعطاف¬پذیری در مسیر حرکت: توانایی استفاده از ماشینهای متعدد برای انجام عملیات یکسان روی یک قطعه.
مزایای FMS:
1) مزایای ناشی از سطح اتوماسیون بالا و استفاده از سیستم های کنترلی
- دقت
- حجم تولید بالا
2) مزایای ناشی از استفاده از سیستم های چابک (Agile)
- انعطاف¬پذیری:
انعطاف پذیری FMS از این جا ناشی می¬شود که کنترل کننده های تجهیزات (ماشینها، رباتها، AGVها) می-توانند برای تولید قطعات جدید یا تولید قطعات قبلی به روشهای جدید مجدداً برنامه¬ریزی شوند. به علاوه آنها می¬توانند در یک زمان چند نوع قطعه مختلف را تولید کنند ( البته این انعطاف محدود به یک خانواده مشخص از قطعات نظیر محورها می¬شود).

VI. CIM (‍Computer Integrated Manufacturing) ( تولید یکپارچه مبتنی بر کامپیوتر)
این حقیقت که CAD ، CAMو CAE در صورت یکپارچه شدن کارایی بهتری خواهند داشت منجر به حذف موانع بین بخش های عملیاتی و برنامه¬ریزی و ظهور CIM شد. CIM متشکل از یک پایگاه داده¬ای است که در یک شبکه کامپیوتری که در کل شرکت وجود دارد ایجاد شده است و برای طراحی، تجزیه و تحلیل، بهینه سازی، برنامه¬ریزی فرآیندها، زمان¬بندی تولید، برنامه¬ریزی رباتها، جابجایی مواد، کنترل موجودی، تعمیرات و نگهداری و بازاریابی استفاده می¬شود. در چنین سیستمی کارکردهای مهندسی، تولید، بازاریابی و پشتیبانی یک شرکت تولیدی به صورت یک سیستم یکپارچه کامپیوتری سازماندهی شده¬اند. حوزه-های کارکردی نظیر طراحی، تجزیه و تحلیل، یرنامه¬ریزی، خرید، حسابداری، کنترل موجودی و توزیع از طریق کامپیوتر با کارکردهای عملیاتی نظیر جابجایی و مدیریت مواد و عملیات¬های تولیدی مرتبط شده و بدین ترتیب کنترل و مانیتورینگ مستقیم تمام پروسه¬های عملیاتی میسر می¬شود. اگرچه برای دستیابی به CIM باید بر موانع زیادی فائق آمد اما به نظر می¬رسد، CAD/CAM در آینده به صورت CIM ظهور می¬کند. در واقع CIM می¬تواند به عنوان یک تکنولوژی آتی، سیستم های CAD، CAM، رباتها، CNC¬ ها، AS/RS (سیستم انبارش/برداشت خودکار)، FMS و سایر تکنولوژی های تولید مبتنی بر کامپیوتر را به هم مرتبط سازد. البته بسیاری از شرکت ها قادر به اجرای CIM به طور کامل نیستند و لذا آن را به صورت جزئی اجرا می¬کنند. Autofacturing به چنین سیستم هایی اطلاق می¬شود که علاوه بر CIM شامل ماشین¬آلات معمولی و اپراتورها و ارتباط آنها با سیستم جامع CIM می باشد.

5- آنالیز ایمنی سیستم های اتوماسیون

روز به روز بر الزامات ایمنی سیستم های تحت کنترل کامپیوترافزوده می¬شود، به ویژه هنگامی که سلامتی افراد در معرض خطر باشد. سیستم¬های اتوماسیون دارای سه جزءاند:
فرآیند صنعتی(که باید کنترل شود)، نرم¬افزار کنترل(که شامل امور مربوط به اتوماسیون و کارکردهایی برای جلوگیری از سوانح جدی است) و افرادی که در حالت معمولی کار نظارت برکل سیستم را بر عهده دارند.

همانطور که در شکل فوق نشان داده شده است بین هر جفت از این سه جزء اساسی سیستم اتوماسیون برهمکنش(ارتباط دوسویه) وجود دارد.
اشکال در نرم¬افزار کنترل می¬تواند موجب بروز نتایج غیرقابل پیش¬بینی شود. از طرف دیگر افزایش پیچیدگی سیستم¬های تحت کنترل کامپیوتر، نظارت بر کل اعمال و ارتباطات در سیستم را مشکل¬تر می¬کند. دلیل بسیاری از سوانح هوایی بروز اشکال در یک سنسور ارائه دهنده¬ی اطلاعات در مورد مسیر بهینه یا وضعیت هواپیما یا هشدار در مورد مسیرهای پرخطر بوده است، لذا نرم¬افزار سیستم اتوماسیون باید قادر باشد بروز اشکال در هر یک از اجزای اساسی فرآیند صنعتی را توسط سیستم¬های مانیتورینگ یا هشدار دهنده گزارش دهد و در حالت پیشرفته¬تر فرمان تعمیر اتوماتیک آن را به اجزای مربوطه ارسال کند.
استفاده از روش¬های آنالیز خطر کلاسیک مانند FMEA (Failure Mode Effect Analysis) در مورد سیستم¬های تحت کنترل کامپیوتر چندان مؤثر نیست، زیرا این روش بروز خطا در هر یک از اجزای سیستم را بطور جداگانه مورد تجزیه و تحلیل قرار می-دهند. به علاوه این روش¬ها بر احتمال بروز خطا تأکید می¬شود در حالی که در بخش¬های خودکار سیستم¬های اتوماسیون امکان بروز هیچ خطری نباید وجود داشته باشد. در واقع یا امکان بروز خطر در فرآیند سیستم وجود دارد یا خیر، که در صورت وجود باید نرم¬افزار کنترل سیستم از بروز چنین حالت¬هایی جلوگیری کند.
برای تشریح نحوه¬ی تجزیه و تحلیل ایمنی سیستم¬های اتوماسیون یک مثال ساده ارائه می¬کنیم:

مثال) سیستم اتوماسیون شکل زیر که شامل یک دستگاه یکنواخت¬کننده¬ی بزرگ، یک اپراتور و یک سیستم کنترل است را در نظر بگیرید.

در این سیستم، نرم¬افزار وظیفه باز و بسته کردن شیرهای ورود و خروج مایع درون محفظه یکنواخت کننده و روشن کردن و خاموش کردن همزن(mixer) را بر عهده دارد و همانطور که در شکل زیر نشان داده شده است توسط سنسورهایی اطلاعات مربوط به وضعیت شیرهای ورودی و خروجی، وضعیت همزن و وضعیت درب تانک( از نظر قفل بودن) به نرم¬افزار کنترل منتقل می¬شود. نرم¬افزار همچنین دارای این قابلیت است که در صورت بروز حالت غیرعادی یا فرمان اپراتور فرآیند را متوقف کند. توقف فرآیند شامل خاموش کردن موتور همزن و باز کردن شیر خروجی است. این حالت توقف(stopped) تا زمانی که مایع درون تانک(محفظه) کاملاً تخلیه شود ادامه دارد.

در این سیستم اپراتور وظیفه وارد نمودن فرمان قطع سیستم به نرم¬افزار در صورت مشاهده شرایط اضطراری، وارد نمودن مقادیر جدید برای تعیین سطح پر شدن محفظه، راه¬اندازی سیستم (پس از اتمام حالت توقف یا در ابتدای روز کاری) و باز کردن درب محفظه برای انجام کارهای خاص نظیر تعمیر یا تعویض اجزای همزن را بر عهده دارد.

فرمت این مقاله به صورت Word و با قابلیت ویرایش میباشد

تعداد صفحات این مقاله  45  صفحه

پس از پرداخت ، میتوانید مقاله را به صورت انلاین دانلود کنید