01 AVP uvod
Transkript
01 AVP uvod
16.2.2015 Ing. Aleš HERMAN, Ph.D. Osnova přednášek Osnova cvičení Cíl předmětu ř d ě DENNÍ STUDIUM 16. 2. 2015 Úvod ‐ Automatizace výrobních procesů – očekávání, skutečnost, trendy 23. 2. 2015 Automatizace v procesech přesného lití na vytavitelný vosk a nízkotlakého lití, automatizace tavíren Automatizace na slévárnách s pískovým hospodářstvím Automatizace v provozech tlakového lití Automatizace procesu svařování Stupně automatizace a vhodné metody svařování Robotizace Procesu svařování Navrhování plně automatických svařovacích linek a pracovišť VELIKONOCE – SVÁTEK Automatizace v automobilové výrobě Základní prostředky automatizace: Základní prostředky informačního toku; Základní prostředky hmotného toku; Problematika automatizace výrobních procesů 2. 3. 2015 9. 3. 2015 16. 3. 2015 23. 3. 2015 30. 3. 2015 6. 4. 2015 13. 4. 2015 20. 4. 2015 27. 4. 2015 Mechanizace při skladování, zpracování a manipulaci s materiálem: Mechanizace při zpracování plechu v tabulích; Mechanizace při zpracování plechu ve svitcích nebo pruzích; Mechanizace při zpracování drátu a tyčí; Mechanizace při manipulaci s kusovými polotovary 4.5. 2015 Pomocná mechanizační zařízení; Průmyslové roboty, jejich pohony, pracovní a úchopné hlavice; praktické ukázky při automatizaci v lisovnách, kovárnách, při výrobě hutních polotovarů; Přibližný kapacitní propočet kovárny; Přibližný kapacitní propočet lisovny Písemný test na přednášce 11x5 bodů Pokud bude z testů celkem více jak 40 bodů – ke zkoušce se přidává 0,5 b. Pokud bude docházek na přednášky 8 a více – ke zkoušce se přidává 0,5b. Za miniprojekt může být až 1,5 b ◦ ◦ ◦ ◦ Hodnocení Hodnocení Hodnocení Hodnocení 1 5 b. b A – 1,5 B – 1,0 b C – 0,5 b D a E – nebodováno !!! Vypracování a obhajoba miniprojektu 20.3. a 27.3. – REISS ROBOTIC a Válcovny Chomutov 13.3. a 10.4. – Škoda Auto MB 6.3. a 3.4.– Kovofiniš, GALATEK Ledeč nad Sázavou Podmínky získání zápočtu ◦ povinná účast na exkurzích ◦ Obhajoba projektu Finanční spoluúčast studentů na všechny exkurze v AVP: záloha 500,-Kč/studenta (celkem náklady ca 40 – 42 tis.Kč na 62 studentů, sponzoři: ŠKODA Auto – 10 tis. Kč) Seznámení studentů s automatizací výrobních procesů, která vždy souvisí s výrobním tokem, logistikou, manipulací s výrobkem, kapacitními propočty a vhodnosti volby stupňů mechanizace a automatizace. Zkouška 5 bodů – A Zkouška 4,5 bodů - B Zkouška 4 body - C Zkouška 3,5 body – D Zkouška 3 body - E 1 16.2.2015 Výroba je proces – kdy jsou vytvářeny za spoluúčasti všech výrobních faktorů (práce, přírodní zdroje, kapitál) nové hodnoty, a to statky a služby, které mají uspokojit lidské potřeby. Výrobní činnost kusová výroba - jeden nebo několik málo kusů určitého druhu a velká rozmanitost vyráběných druhů, sériová výroba - větší množství výrobků jednoho druhu a menší množství vyráběných druhů, hromadná výroba - velké množství jednoho druhu výrobku (případně v několika typových obměnách). Typická pro spotřební průmysl. ruční výroba - práci vykonává člověk, mechanizovaná výroba - práci vykonává stroj, který řídí člověk, automatizovaná výroba - práci vykonává stroj bez zásahu lidské ruky; 1. 2. 3. 4. příprava výroby vlastní výroba kontrola skladování výrobků 2 16.2.2015 Zabýváme se 2 okruhy otázek: o jaký půjde výrobek - vlastnosti, vzhled, z čeho bude vyráběn; jak bude vyráběn - postup, kterými stroji a nástroji, j ké profese jaké f jsou j potřebné. tř b é mechanicky - opracováním materiálu (např. technologie výroby prken probíhá řezáním a hoblováním). pomocí chemických procesů (např. ( ř výroba ý b bbenzínu) í ) část technologického procesu může probíhat bez zásahu lidské ruky (svařování karosérie auta, odlití bloku motoru apod.). výrobní kapacita podniku je maximální množství výrobků, které podnik může vyrobit za optimálních podmínek na svém výrobním zařízení za jednotku času (zpravidla rok). optimální podmínky jsou podmínky nejpříznivější (dostatečný počet pracovníků, dostatek materiálu, stroje o běžné poruchovosti apod.). Výroba se řídí výrobním postupem, základem je technologie výroby, kterou rozumíme způsob přeměny materiálu ve výrobek. požadavky spotřebitelů je v zájmu podniku, aby spotřebitelé jeho výrobky považovali za kvalitní; požadavky státu na ochranu spotřebitele především aby d b výrobek b k byl b l bezpečný b ((např. u vařičů, i ů chemických čistidel), aby splňoval určité technické požadavky (např. výši spotřeby energie, obsah tuku) a byl správně označen (výrobní značkou, ochrannou známkou, názvem). zvažujeme, zda by se dalo zvýšit její využití např. zavedením více směn, zkrácením doby oprav, odstraněním prostojů...; není-li možno využití zvýšit, pak pořídíme další investiční majetek 3 16.2.2015 je-li stávající kapacita nedostatečná (i po případném zvýšení jejího využití), j jestliže začínáme s podnikáním p nebo rozšiřujeme j svou činnost, je-li stávající investiční majetek již opotřeben nebo zastaralý. Od pojmu výrobní kapacita musíme odlišovat pojem využití výrobní kapacity, v praxi využívat výrobní kapacitu na 100 % obvykle není možné, neboť blíží-li se využití výrobní kapacity stu t procent, t výrazně ý ě rostou t náklady ákl d na zmetky tk (vadné ( d é výrobky), v praxi se tedy plánuje určitý stupeň využití výrobní kapacity v procentech. Realizace výroby se uskutečňuje podnikovým výrobním systémem. Vliv na typologii prvků systému: ◦ ◦ ◦ ◦ ◦ Pohyb materiálových prvků je předepsán technologickým postupem a rozmístěním jednotek výrobního zařízení. ◦ směrem pohybu ◦ intenzitou toku ◦ frekvencí toku uspořádání prvků organizace jejich působení složitost postupů ů rozsah výroby stupeň mechanizace či automatizace Je tvořen ◦ pracovišti základní výrobní a organizační buňka výrobního procesu ◦ výrobním úsekem soustava p pracovišť tvořící výrobní ý a organizační g celek – vyrábí uzavřený soubor dílců ◦ výrobní jednotkou sdružení několika výrobních úseků – výrobní proces určitého montážního celku 4 16.2.2015 Technologické uspořádání (skupinové) základní stroje Předmětné uspořádání řadové stroje doplňkové stroje pomocné stroje Projektování výr. systému Provoz výrobního systému Výrobní spektrum pro výrobní jednotku Rozbor výrobního programu Počet pracovníků, počet strojů, plochy Dimenzování Kapacitní prověření výrobního úkolu Materiálový tok Výrobní dispozice Struktura výrobního systému Reorganizace výrobního toku Zařazení výrobního úkolu do výrobní jednotky jednicové stroje s optimálním vytížením během pracovní doby jednicové stroje ne plně vytížené, které musí být k dispozici ve výrobním procesu stroje v pomocném a obslužném výrobním procesu Výrobní program Rozbor výrobního programu Výrobní prostředky Propočty výrobních a dopravních dávek Kapacitní propočty a bilance Materiálové toky a výrobní dispozice Analytické modelování Systém řízení Systém řízení Systém řízení Propojení Propojení Simulace a animace Simulační model Výrobní systém Ekonomické vyhodnocení Řízení materiálového toku uvnitř podniku. Požadavky na materiálové toky: přímočaré přehledné bez b vraceníí bez problémového křížení co nejkratší …. všechny jednicové stroje v hlavním výrobním procesu Součet řadových a doplňkových strojů Vyjádření materiálových toků: směrem intenzitou frekvencí Sankeyův diagram průběh materiálového toku mezi objekty 5 16.2.2015 • • Vznik, vývoj, historie • • šachovnicová tabulka trojúhelníková metoda metoda souřadnic metoda CRAFT metody d síťové íť é analýzy lý metody z oblasti teorie následnosti Strojní inženýr: nový stupeň v rozvoji techniky Technolog: mění zastaralé výrobní metody v moderní technologii, umožňuje použít výrobních procesů, o nichž dříve nebylo možno ani hovořit Ekonom: ohromná úspora společensky nutné práce, nová etapa rozvoje výrobních sil společnosti Historik se sociologem: ulehčení a odstranění těžké a únavné monotónní práce člověka, nově se vytvářející vztahy mezi lidmi a výrobou Definice: Automatizace je proces vývoje techniky, kde se využívá automaticky pracujících zařízení k osvobození člověka jak od f fyzické, é ale zejména é od duševní š í ří řídící í í práce. 6 16.2.2015 první pracovní nástroj - hrubě opracovaný pazourek či křemen trvalo půl milionu let, než se objevily nástroje v podobě bodců a škrabek několik tisíc let před naším letopočtem dokonalejší a specializovanější nástroje (luky, šípy, dýky, sekery, kladiva, dláta a motyky) později místo kamene bronz a železo • • • • • • • • • díky nástrojům se zvýšila výkonnost člověka, ovšem síla lidských svalů je příliš malá (navíc musí člověk spát, odpočívat, jíst a pít) časem se lidé naučili spojovat několik nástrojů dohromady ve stroj - pomohl člověku překonat omezenou sílu svalů ů první stroje již ve starověkém Egyptu i v říši římské – např. vodní kolo 17. století - začaly se rozrůstat výrobní dílny, tzv. manufaktury - používaly dokonalejší nástroje a jednoduché ručně poháněné stroje 19. století - člověku se podařilo prakticky využít elektřinu - elektrický motor - vytlačil páru elektrická energie - „čistší“, dala se dobře ovládat, dělit, rozvádět i na větší vzdálenosti elektřina e e t a té též p pracovním aco nástrojem ást oje – e elektrická e t c á jiskra řeže, taví, vrtá nebo zpracovává materiály člověk stále musí stroje ovládat, zásobovat surovinou a odebírat hotové výrobky, provádět údržbu, seřizovat, opravovat nastala potřeba vytvořit zařízení, jež by dokázala řídit stroje místo člověka • • • • • • • • kolem roku 1800 - v dílnách a továrnách vznikajících z velkých manufaktur se objevily první soustruhy na obrábění kovů strojírenství získalo svůj základní stroj 18. století - první průmyslová revoluce odstranila řemeslný způsob práce, zvýšila produktivitu lidské svaly, zvířata či vodní kola nahrazeny parním strojem - začaly pohánět továrny, lokomotivy další zdokonalování strojů brzděno převody hledaly se stroje pracující bez nich slovo „automat“ známo dávno předtím, než do továren nastoupily pracovní stroje vzniklo ze starořeckého „automaton“ – označení pro vše, co se hýbe v tomto slova smyslu automatem každý stroj, kterýý se hýbe ý – např. p i hodiny, y moto či elektrickýý ventilátor á - dnes neplatí! í první automaty v počátcích našeho letopočtu – např. automaty samočinně zažehující obětní ohně, zpívající ptáci, hudební skříně, tančící figurky, samočinně se otevírající dveře a okna – vše uváděno v činnost ohřátým vzduchem nebo závažími 7 16.2.2015 • • • Leonardo da Vinci – k uvítání krále Ludvíka XII. sestrojil mechanického lva, jenž samočinně kráčel až k trůnu a tlapou pozdravil panovníka – našla se také zmínka o stroji na vysekávání pilníků 17. a 18. století – mechanické hodiny s regulátorem chodu (tzv. nepokojem - kyvadlo v podobě malého, kolem své osy se vratně otáčejícího kolečka) – zvonkohra – pohyblivé figurky u orlojů – bezpočet automatických hraček, postavených především pro potěchu tehdejší vládnoucí třídy první výrobní „automat“ - vibrační podavač obilí popisovaný italským technikem Ramellim roku 1588 • – tento způsob velmi připomíná princip činnosti vodních hodin –p problémem regulování g rychlosti y výtoku ý vodyy z otvoru se zabývali i Galileo Galilei a Isaac Newton – francouzská Akademie vypsala na vyřešení tohoto problému konkurs - vyhrál slavný Daniel Bernoulli • • • • • v dalších desetiletích se objevily: ◦ poloautomatické revolverové soustruhy ◦ papírenský stroj ◦ zemědělská mlátička místo rozptýlených manufaktur vznikaly továrny se stroji rozdělenými podle druhu práce – začala strojová velkovýroba postaveno i několik automatických hříček využívajících např. vytékání vody maličkým otvorem: tyto hříčky přinesly cenné zkušenosti s páčkami, kolíčky a kolečky, s vodní tryskou a plovákem později se uplatnily jako „stavební kostky“ výrobních automatů prvními automatickými stroji, jež do výroby nastoupily ve velkém počtu, byly dopřádací stroje sestrojené roku 1801 Francouzem Ch. Jacquardem umožňovaly tkát vzory podle programu předem ř d připraveného ři éh v podobě d bě dě děrných ý h papírových karet každá karta děrována v pořadí barevných nití, poté do těchto děr zapadaly jehly, které se podle toho buď zvedaly, nebo spouštěly nití osnovy zařízení po vynálezci pojmenováno „žakár“ moderní stroje a automaty nejdříve nastoupily do výroby zbraní, především pušek a revolverů hromadná výroba zbraní přenesena do Amerikyy zpočátku vyráběny ručně ve zvláštních přípravcích - zmizelo „pasování“ dílů do sebe kolem roku 1860 – spojily se přípravky s obráběcími stroji v obráběcí automaty principu se používá dodnes 8 16.2.2015 1855 - závod na výrobu mosazných hodin vyrábějící ročně přes půl milionu „budíčků“ - cena klesla na pakatel šedesátá léta 19. století - hromadná výroba šicích strojů a strojů pro zemědělství osmdesátá léta - zahájena hromadná výroba psacích strojů devadesátá léta - trh zásobován jízdními koly • • • • před r. 1914 – Ford ve snaze vydělat co nejvíce přišel s montážním pásem - vznikla montážní linka doba montáže na pásu se zkrátila ze 14 na 6 hodin nebyly to v dnešním slova smyslu automaty – pomocní dělníci upínali, vyjímali a přenášeli součásti ručně dělníci kvůli montážním pásům vysilováni prudkým tempem práce - zavádění úplně automatických strojů a zařízení • • • • • • • • • v tomto období měly továrny stroje seřazeny podle postupu výroby, spojení mezi stroji zajišťovaly vozíky nebo dopravní pásy takto pracovala jatka a mlýny, od devadesátých let i továrny na kočáry a na železniční vagony později p j p přichází automobil- p problém - mnohem složitější l ž ě ší než ž puška, šk b budíky dík nebo b velocipéd l éd 1910 - automobilka Ford vyrábí 10 tisíc automobilů ročně - po bok soustruhů a fréz nastoupily přesné vyvrtávací stroje a stroje na hoblování a frézování ozubených kol, drážkovačky na hřídele či brusky na přesně uložené části motoru a převodovky 1928 - automaty se poprvé uplatnily v automatické montáži - Smithova továrna v Milwauke výroba rámu automobilu - celkem jen 16 minut lidské práce - dělníci stroje pouze ošetřovali a kontrolovali začátek druhé světové války - v Sovětském svazu postavena automatická linka současnost - základem prudkého růstu společenské produktivity práce je automatizace spojená s novými vědecky podloženými technologickými způsoby výroby vpád nové techniky a automatizace do výroby ovlivňuje nejen samu výrobu, nýbrž i její organizaci a přináší s sebou nevyhnutelné změny stavějící člověka do nového vztahu jak k přírodě a k technice, tak i ke společnosti 8 stupňů Nultý: ◦ konvenční obráběcí stroje, pracovní prostředky a řízení vlastního výrobního procesu ◦ př. doprava obrobků jeřábem, upínání obrobků na obráběcím stroji, upínání nářadí ručně, řízení výrobního střediska mistrem a dispečery 9 16.2.2015 První: komplexní mechanizace technologického procesu konvenční obráběcí stroje mechanizovaná výměna nástrojů přímé řízení vlastního výrobního procesu provádí řídící technik ◦ vychystávání nástrojů, výrobních linek i obrobků pro vlastní obrábění se uskutečňuje na zvláštním pracovišti mimo stroj ◦ ◦ ◦ ◦ • Třetí: ◦ výrobní středisko složeno pouze z NC obráběcích strojů a NC obráběcích center ◦ technologický proces zcela automatizováno ◦ ostatní stejné jako u výrobního střediska druhého stupně Pátý: – skladba NC obráběcích strojů umožňuje aplikovat různé formy přímého řízení technologických procesů počítačem, což umožňuje vyloučit nezbytnost přítomnosti operátorů u obráběcích strojů – mezioperační p doprava p zajištěna j automatickým ý zařízením s číslicovým řízením podle lhůtového rozvrhu, který je uložen v paměti řídícího počítače výrobního procesu – výrobní soustavy s vysokým stupněm automatizace výrobního procesu – charakterizované rychlým přechodem od výroby jedné skupiny součástí ke druhé – náleží sem pružné výrobní systémy (PVS) • Druhý: ◦ vybavení i číslicově řízenými stroji ◦ dílčí automatizace se týká hlavně přípravy programů pro NC obráběcí stroje ◦ přímé řízení výrobního procesu řídící technik na základě informací výpočetní techniky ve výrobním procesu Čtvrtý: ◦ výrobní středisko s úplnou automatizací procesu obrábění, manipulace a skladování ◦ ostatní znaky shodné s 3. stupněm ◦ integrované výrobní úseky nižšího stupně Šestý – znaky v podstatě shodné s výrobním střediskem pátého stupně – navíc propojení řídícího počítače výrobního a technologického procesu do jednoho funkčního celku – vyšší výrobní soustavy – tvořené několika středisky 5. stupně – s určitým hierarchickým uspořádáním – liší se velikosti a složitosti vnitřní struktury (např. PVS TOS Olomouc, TOS Hostivař aj.) 10 16.2.2015 Sedmý: ◦ výrobní středisko 6. stupně s vyšším stupněm řízení výroby centrálními počítači přes hierarchii dílčích počítačů ( (CAM, CAD, CAPP)) ◦ automatizované výrobní závody, kde lidé vykonávají pouze dohlížecí funkci výroba je tak nezávislá na pracovním fondu společnosti, tj. na lidském činiteli Automatizační projekt Průmyslové poradenství Příprava projektu Problematiku realizace komplexních automatizačních projektů a spolu s ní i otázky očekávání, skutečnosti a trendů v oboru automatizace výrobních procesů a technologií je přitom nutné diskutovat ze dvou odlišných pozic, tj. z pohledu: Investorské a uživatelské sféry, která na základě svých technických, ekonomických a sociálních úvah rozhoduje o vlastnostech a realizaci automatizovaných systémů. Dodavatelské sféry, která svými hmotnými dodávkami a inženýrskými službami konkrétní automatizované systémy projektuje, vytváří a kompletuje a popř. i udržuje. Vedení realizace Dodávky automatizační techniky Inženýrské služby Projekční práce Elektrotechnické dodávky práce Montážní a instalační p y prvků p měření a regulace g Dodávky Vývoj aplikačního softwaru Dodávky periferií a počítačového Uvedení softwaru do provozu Školení Oba úhly pohledu přitom považujeme za rovnocenně důležité. Servis Zabezpečení provozuschopnosti Technologie U investorské a uživatelské sféry můžeme za nejvýznamnější považovat následujících sedm očekávání: • I bez alespoň základních znalostí o automatizaci a bez schopnosti formulovat požadavky na cílové technicko ekonomické parametry automatizované technologie na straně uživatele je možné si takovouto vágně specifikovanou dodávku objednat, zaručit její zprovoznění a docílit nějakých kvantifikovatelných efektů. • Realizaci dílčích dodávek pro automatizovanou technologii a jejich kompletaci lze ponechat zcela na subdodavatelích, a tudíž není nutné kvalifikované vedení realizace takovéto akce. • Všichni dodavatelé nabízejí totéž a v praxi tedy rozhoduje pouze cena jejich dodávek (představa navazující na představu ad 2). • Výkonný, komfortní a spolehlivý řídicí systém pro ovládání automatizované technologie lze dostat na trhu za málo peněz. • Spolehlivost a provozní parametry strojně a technologicky nedokonalé výrobní nebo manipulační technologie, navíc svým charakterem a vybaveností neodpovídající principům automatizovatelnosti, lze bez jakýchkoli zásahů „dohnat“ kvalitním a výkonným řídicím systémem (který „dokáže všechno“). • Novou, automatizovanou technologii lze efektivně provozovat bez kvalifikačně adekvátně připraveného pracovního týmu konečného uživatele. • K udržení nové, automatizované technologie v chodu postačí stávající servisní strategie. 11 16.2.2015 U dodavatelské sféry můžeme za nejvýznamnější považovat následujících pět očekávání: • Automatizace výroby bude mít spíše charakter rutinních operací slepého střeva než složitých neurochirurgických operací: tato představa, ve spojení s nepřiměřenou sebejistotou řady subjektů dodavatelské sféry, našla potom uplatnění v názorech, že lze snadno vyřešit jakoukoliv automatizační úlohu. • Automatizační know-how bude sestávat zejména z poznatků oboru informačních technologií a nebude zahrnovat širší technologicky orientované znalosti z příslušných průmyslových oborů. • Pro úspěšnou realizaci bude stačit kompetentní dodavatel (systémy „na klíč“) a že začleňovat uživatele (navíc ne zcela kompetentního) do procesu realizace automatizačního projektu není nutné. • V případě realizace automatizačních projektů na principu vyšších dodavatelských modelů bude role generálního (popř. vyššího) dodavatele svěřována výlučně dodavatelům stavební, popř. technologické části investice. • Realizace případných složitějších automatizačních projektů se bude řídit stejnými nebo podobnými zákonitostmi jako realizace projektů jednodušších. Rušivé vlivy na automatizační projekt mohou vzniknout v důsledku např.: • nedostatečné kompetence subjektu, který převzal úlohu generálního dodavatele automatizačního projektu; • nekvalifikovaného přiřazení úloh jednotlivým prvkům subdodavatelské struktury; • nesprávné specifikace požadavků na jednotlivé prvky subdodavatelské struktury; • výběru ý subdodavatelů,, kteří jjsou zdrojem j p potíží;; • velkým množstvím změn v průběhu realizace projektu; • tlakem na uvedení nedostatečně otestované automatizované technologie do provozu; • nízkou kvalitou koordinační a organizační práce na všech úrovních realizace automatizačního projektu. Automatizace se může vyplatit jen pro hromadnou výrobu a ne pro naši firmu, která vyrábí v malých sériích a některé výrobky dokonce jako kusovou výrobu na objednávku Automatizace je jen pro velké firmy firmy, které mají možnost vytvořit si velké finanční prostředky, a které si mohou dovolit zaměstnávat specialisty na zavádění automatizace Automatizace je tak drahá, že se nemůže vyplatit. Automatizace je nespolehlivá a přináší jen nejistotu a problémy Automatizace je zbytečná a lze se bez ní obejít. Automatizace je neužitečná a představuje jen hraní s technickými novinkami. Automatizace je složitá věc, a její zavedení je nad síly naší firmy. Automatizace je reklamní slogan firem, které vyrábějí automatizační techniku a potřebují ji prodávat, aby se uživily Na automatizaci nemáme finanční prostředky. Ty které máme musíme vynaložit na důležitější věci Na problémy s pojené s automatizací nemámečas. Musíme řešit otázky spojené s prosperitou firmy. 12 16.2.2015 Současné trendy v automatizaci Zkrácení průběžné doby výroby Možnost rychle reagovat na požadavky zákazníka Podstatné zvýšení kvality Udržení vysoké U y p produkce Snížení výrobních nákladů Zvýšení stability výrobního procesu Optimalizace výrobního procesu Zajištění rychlých a přesných informací o stavu a průběhu celého výrobním procesu. Traditional Automation View Information Technology (IT) T Customer View Business Planning / ERP Corporate Business Planning / ERP Other Plant(s) Manufacturing g Execution Systems y GAP Industrial Automation Totally Integrated Automation Supplier Process Optimization Process Automation e-Business Integration Corporate Corporate 5 Plant Area 4 M Manufacturing f i E Execution i S Systems 3 Process Optimization Unit Instrumentatio n Other Plant(s) Loop Field Plant Area Unit Process Automation 2 Loop 1 Instrumentation Industrial Infformation Automation Tech hnology (IT) Field 1. Úplně integrovaná automatizace Automation Industry Trends Základní pojmy ERP MES strategické řízení a plánování Informační a řídicí systém výroby SCADA dohlížecí řízení a sběr dat HMI komunikace s operátorem řídicí smyčky Relationship Management Level ekonomické řízení 1995 E-Commerce Solutions Customer Relationship Mgment Supply Chain Management E-Procurement Solutions 2000 Integrated E-Business Solutions sběr dat, optimalizace, i t li inteligentní t í ří řízeníí ... Enterprise Management Level Enterprise Resource Planning Corporate / Factory Finances Human Resource Management g Database Management Enterprise Asset Management DCS Factory Mgmt Level Manufacturing Execution Systems Gateways of distribuované řízení technologie Automation and Control Level polní instrumentace TECHNOLOGICKÉ ZAŘÍZENÍ Business Process Integration Completely integrated Solutions for the Automation of Business and Manufacturing Processes Advanced Control / OptimizationIntegration Open Control Systems Process Control Applications Human Machine Interface Software TrendsIslands of Software > Gateways of Integration IndustrialIT Integrated Automation Solutions Loose Integration Full Integration 1. Vertikální integrace řídicích a informačních systémů 13 16.2.2015 Relationship Management Level Enterprise Management Level Factory Mgmt Level Automation and Control Level Manufacturing Execution Systems Informační a řídicí systémy výroby Funkce: E-Commerce Solutions Customer Relationship Mgment Supply Chain Management E-Procurement Solutions Enterprise Resource Planning Corporate / Factory Finances Human Resource Management Database Management Enterprise Asset Management Integrated E-Business Solutions Advanced Control / Optimization Open Control Systems Process Control Applications Human Machine Interface 2. Přidělování zdrojů Business Process Integration 5. Sledování pracovníků 6. Řízení údržby 7. Ovládání procesu 8. Sběr dat ANSI/ISA S95 Integrated Automation Solutions Relationship Management Level 3. Dispečerské řízení 4. Sledování toku materiálu Gateways of Integration Manufacturing Execution Systems 1. Krátkodobé rozvrhování Posun významu pojmu automatizace 9. Analýza výkonnosti 10. Řízení jakosti 11. Správa dokumentace http://www.mesa.org Enterprise Management Level Factory Mgmt Level Automation and Control Level Zvyšování tržní hodnoty celého podniku Integrated Optimální využití všech aktiv E-Business podniku v měnícím se prostředí Solutions Řízení celého výrobního řetězce v podniku: Gateways of operace výrobní, předcházející, Integration následující i souběžné CIM MES model PERA (http://www.mesa.org) S88 Dříve: výroby Řízení činnosti výrobních zařízení Jedna část výrobního řetězce Completely integrated Solutions for the Automation i off B Business and Manufacturing Processes B Business i P Process Integration (http://www.pera.net) Zlepšování kvality a efektivity Nyní: S95 Integrated Automation Solutions S95 - http://www.wbf.org 6. Od řízení procesů k optimalizaci využití hmotných prostředků Common Platform Architecture Web Browsers General Purpose PC Workstations • Windows XP, .Net Architecture • XML Standard Software Products World Wide Web Connection Enterprise Management Software for: •Human System Interface •Engineering Tools •Historical Data Collection •Asset Optimization •Batch Control Ethernet Communication Ethernet Communication Industrial Controllers •Purpose Built or PC Based •Windows CE 3.0, Web servers •OPC Communication Control Software for: •Process Control •SCADA •Discreet Robotics •Transmission Network Protection •Safety Industry Standard Fieldbus Industry Standard Fieldbus Intelligent Field Devices 2. Maximální využití HW a SW standardů Úplná integrace umožňuje: • 0perators always had real time access to updated, accurate and current documentation... • Engineers could configure the whole plant from pre-defined objects containing all information ... Sensors, Actuators, RTUs, Robotics, ... COM/DCOM, IExplorer, ActiveX, OPC, XML komunikace Ease of Use in all Contexts Immediate access to all relevant information about plant entities, from all contexts, with a mouse click Objects Alarm Aspects • Maintenance personnel always and everywhere had real time access to all alarm information, equipment data, drawings etc ... Mech Drawing • Salesmen always had real time access to production rates, plans, order situation, free resources, raw materials, ... Eng Spec Live Video 14 16.2.2015 A Powerful ABB Integration Framework 2 A Powerful ABB Integration Framework Aspects Control Builder Control Real Object Model Object Stock report Real Object Faceplate Model Object Product specification Active Graphics System B System C System D User interface User interface User interface Application Application Application Application Database Database Database Export / Import Generation 1: Interfaced Systems Production schedule IFS Trend Trends Mechanical drawing AutoCAD System A System B System C System D User interface Application Application Application Application Generation 3: Cooperative S Systems 3095 Hmotnostní průtokoměr Beta Ratio Pressure Isentropic Exp. DP Units Conversion Factor System A System B System C User interface User interface User interface Application Application Application Database Database Database DP( DP( ) Qmass = N Cd E Y1 d2 Discharge Coefficient Pomě Pom ěr Beta Database Aspect Directory Jazyk XML Multiagentní systémy Inteligentní polní přístroje Expanzní koeficient Export / Import Export / Import Reports Generation 2: Totally Integrated Systems Database Microsoft Word Report Evolution of Integrated Systems User interface Microsoft Excel Operating procedures Graphics System A Aspect Systems Aspects Aspect Applications Systems Pipe I.D. Orifice Bore Temp Velocity of Approach Factor Reynoldsovo č. Bore of Differential prod. Temp. Hustota Beta Ratio Temp. Compress. Factor Gas Constant Molecular Weight Fluid Constants Zadané hodnoty Pressure Temp. Pipe I.D. DP Velocity Viscosity Temp Density Měř ěřené ené Pressure Temp Compress. Factor Gas Constant Vypoč Vypo čtené 3. „Inteligentní“ polní přístroje 8700 Indukční průtokoměr : Analogový vstup (AI) PID Funkční blok (PID) Řídicí strategie realizované ve sběrnicích a polních přístrojích Signálový selektor Signálová charakteristika Foundation Fieldbus Analogový výstup (AO) Diskrétní vstup (DI) Diskrétní výstup (DO) 15 16.2.2015 Foundation Fieldbus Rozhraní H2 - H1 H1 • • • • • • Datová sběrnice H1 H2 Fieldbus vst./výst. Vysokorychlostní Ethernet - H2 H1 Sdružovací krabice H1 H1- Segment H1 Jazyky IEC 1131-3 Adaptivní řízení Fuzzy logika Modelování procesu Diagnostika procesu, zařízení i regulátoru Možnosti komunikace až 16 přístrojůaž 1900 m Přichází: Vícerozměrové řízení celých provozních jednotek Model predictive control Samostatná připojení Připojení s odbočkami Připojení za sebou Pozn. Zakončovací členy a napájecí zdroj nejsou znázorněny 4. Stírání rozdílů mezi regulátory, programovatelnými automaty a osobními počítači Digitální komunikace a napájení přístrojů je realizováno prostřednictvím jednoho páru vodičů Fáze implementace diagnostiky Řízení procesu Plus Asset Management Diagnostika provozu Spolupráce úroveň 4 Diagnostika funkčních celků + Měří, řídí a reguluje OBSAH procesu Měří, řídí a zabezpečuje ZAŘÍZENÍ ovládající proces Diagnostika přístrojů Proces a zařízení úroveň 3 Fisher Pohony, součástky ventily, propojení úroveň 2 Diagnostika komunikace úroveň 1 Elektronika Fisher komunikace 5. Integrace systémů řízení a systémů prediktivní údržby Základní diagnostika Analýza dat Rozlišitelnost vysílače umožňuje nejen měření procesu ALE i zařízení, která proces ovládají. “Blokované impulsní potrubí vyžadující opravu do 12 dní” Měřená veličina Úroveň šumu “Normální” “Porucha vysilače” “Ventil FCV321 kavitace” “Čerpadlo P123 má vadné ložisko-oprava ihned” čas čas 6. Od řízení procesů k optimalizaci využití hmotných prostředků 16 16.2.2015 Profit Design limit Plant Optimization Opportunity Maximize Plant Uptime Řízení procesů Throughput Řízení výroby Řízení údržby Lost opportunity Operating target Break Even DeltaV™ distribuovaný řídicí systém Plant upset Loss Partial shut-down Time Shut-down Preventing plant upsets and maintaining assets at or near design operating limits presents an opportunity to maximize profits 6. Správa podnikových hmotných prostředků DeltaV - moderní formy řízení – DeltaV Inspect – DeltaV Tune Metody UI v totální automatizaci Multiagentní systémy: Device / loop performance monitor plánování a rozhodování prediktivní diagnostika operativní řízení výroby softwarová integrace zděděných systémů Metody: metody rozpoznávání neuronové sítě fuzzy logika případové uvažování metody strojového učení expertní systémy Nastavení optimálních parametrů řízení – DeltaV Fuzzy Zlepšení regulace D lt V Simulate Si l t – DeltaV Simulace řízení pro á í a výcvik ý ik testování operátorů – DeltaV Predict Víceparametrové prediktivní řízení – DeltaV Neural Virtuální (softwarová) čidla – Plant-Wide Optimization Integrované aplikace 8. Aplikace metod umělé inteligence 7. Aplikace pokročilých metod řízení Internet „bere všechno“ Business Planning / ERP Other Plant(s) Služby v totální automatizaci e-Business Integration Corporate 2. 3. 4. Enterprise Automation Plant Transparent Factory 1. 5. Area Unit IndustrialIT 9. Integrace obchodních řetězců, průhledná továrna 6. 7. Systémový přístup k návrhu, realizaci a údržbě integrovaných řídicích systémů Jeden dodavatel partnerem zákazníka během celého životního cyklu zařízení – sdílení rizika Vyčleňování (outsourcing) servisu i práce řídicích inženýrů Řízení projektů on-line – virtuální automatizační projekt: http://plantweb.emersonprocess.com/home/index.asp Siemens: nyní 60% dodávky a 40% služby za 10 let 30% dodávky a 70% služby Hostování řídicích systémů v serverových farmách Pronajímání řídicího software (ASP) Loop Field 10. Rozvoj služeb 17 16.2.2015 ředitelé koncových uživatelů vyžadují řešení: •Účast na integraci provozních a podnikových řídicích systémů •Působení v prostředí e-podniku •Působení jako projektový manažer Schopnost ústní a písemné komunikace Schopnost naslouchat a chápat Systémový přístup k projektům Schopnost týmové práce Specifické technické znalosti: OPC, IEC 1131, XML, S88, S95, … ředitelé v průmyslu řídicích systémů: Dobré komunikační schopnosti absolutně nezbytné Schopnost týmové práce Schopnost myslet a pracovat samostatně, motivace a nápady Schopnost rychle se učit nové věci Pozornost k detailu (dokumentace, programování) Současné trendy v automatizaci: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9 9. 10. 11. Vertikální integrace řídicích a informačních systémů Maximální využití HW a SW standardů Aplikace inteligentních polních přístrojů Stírání rozdílů mezi PLC, regulátory a PC Integrace systémů řízení se systémy preventivní údržby Od řízení procesů k optimalizaci využití hmotných prostředků Aplikace pokročilých metod řízení Aplikace metod umělé inteligence I t Internet t „bere b vše“ š “ Rozvoj služeb v totální automatizaci Změny ve výuce oboru Ovlivňovány rozvojem informačních technologií a umělé inteligence a změnami vztahů mezi výrobcem a zákazníkem. Dnešní investice do automatizace českých podniků je investicí do jejich úspěchů v budoucnosti a tím i do příští prosperity naší republiky DĚKUJI ZA POZORNOST 18