TOOTMISE AUTOMATISEERIMINE

1
TOOTMISEAUTOMATISEERIMINE

• Elmo Pettai
• Elektriajamite ja jõuelektroonika instituut
• 1. veebruar 2010

2
Kursuse nimetus ja koht erialas

• Loengud ja praktikumid üliõpilastele aines
• Tootmise automatiseerimine AAR040 ja
• Tootmise automatiseerimise erikursus AAR070
• Olemas õpik Tootmise automatiseerimine
• Automatiseerimise metoodika selgitamine
• nüüdisaegsete seisukohtade esitamine
• varemtehtud inseneritöö korduvkasutus
• Eesti keelses on vähe automatiseerimise alast
  õppematerjali
• Abiks on internet Automaatikavahendite tootjate
  ja süsteemiintegraatorite kodulehed

3
Education in the scope of Industrial Automation
and Mechatronics
Factory Automation
Dig Factory
WEB
ERP / MES
Networking
Mechatronics
Controller
CIM / FMS
VR
CAD CAM CNC
Simulation
Safety
Quality
Microcontroller
C
Basics
Sensorics
Software
Robotics
PLC
El Drives
Electronic
Electric
Pneumatics
CNC
Mechanics
4
Toode

• Toode luuakse, koostatakse, pakendatakse ja
  siis müüakse turul
• Toode pannakse kokku ühest või mitmest moodulist,
  komponendist ja elemendist
• Toode aineliste või mitteaineliste protsesside
  teostamise tulemus
• töödeldud materjal, seadmed, arvutiprogrammid,
  kasutusjuhised) või toimingud ja protsessid ise
  (teenused).
• Toode on suunatud kliendile

5
Kvaliteet

• Kvaliteet toote või teenuse iseloomulike
  omaduste (parameetrite) kogum, mille struktuur ja
  väärtused rahuldavad kliendi püstitatud või
  oletatavaid vajadusi

6
Tootmise automatiseerimine. Uute tööstusrobotite
rakendamine tootmisel
7
Uute tootmistehnoloogiate esitatud väljakutsete
lahtimõtestamine Eesti ettevõtetes

• Teadmistepõhise tootmise arendamine Eestis
• Teadus ja tehnika astus aastatuhande vahetusel
  järgmisse, uude (revolutsioonilisse?)
  arenguetappi.
• Päevakorral on toote koostamine suurtest
  moodulitest.
• Eesti keele kasutamine majanduse ühe olulise
  arengumootorina. (Keel modelleerib mõistete
  tähendust)
• Keele edasine areng. Terminite ja sümbolite
  nüüdistähenduse selgitamine

8
Õppimise vormid
1. Automatiseerimise aluste omandamine
iseseisvalt. õpiku ja e-õppematerjalide abil
3. Praktiline laboritöö tegelike seadmetega
9
(No Transcript)
10
Automatiseeritud valmistamissüsteemi pealtvaade
1. Konveieri 3,0x0,50m tootepalettidega 2.
Toodete jaotusseade 3. Testimisseade 4. Robot (6
vabadusastmega), liigub CNC tööpinkide, puhver
konveieri ja toodete jaotusseadme vahel ning
teenindab neid 5. CNC freespink Mill 105 6. CNC
treipink Turn 105 7. Koostemasin (station), mis
on varustatud viie vabadusastmelise
tööstusrobotiga 8. Automaatladu AS/RS20 9.
Sorteerimismasina ja konveieri vaheline
eraldusseade 10. Toodete sorteerimismasin 11.
Kvaliteedi visuaalse kontrolli süsteem 12.
Puhverkonveier (CNC pinkide toorikud) 13.
Eraldusseade II konveieri ja puurimisseadme
(pingi) vahel 14. Puurimisseade
(puurimistööjaam) 15. SCADA tööjaam operaatorile
11
Tootmise automatiseerimise labori sisseaseade
paigutus
Elektriajamite ja jõuelektroonika instituut, ruum
423
12
Automatiseeritud seadmete kirjeldamiseks ja
juhtimiseks tuleb luua, salvestada ning kasutada
mõisteid
Tüüpmõistel on täpselt kirjeldatud tähistus ja
tähendus Mõisteeksemplaril on sisulise
väärtusega tähendus
13
Mõiste on sageli struktureeritud. Mõiste
komponendid on leitavad ka rakendusprogrammide
akendes
14
Inseneride vaheline mõtete vahetus ja tähenduse
kooskõlastamine toimub mudeli abil (mõisteid
kasutatakse tehniliste rakenduste kirjeldamisel)
15
Automatiseeritud süsteemi põhiosad ja
automatiseerimise astmed
Automatiseerimise astmel (A0) pole automaatseid
ülesandeid. Automaatika puudub. Kõike teeb
inimene
16
Automatiseerimise astmel A(1) vabastatakse
inimene raske füüsilise töö tegemisest. Masinale
antakse energeetiline funktsioon (Energy)
.Inimese musklid asendatakse menhhaanilise
ülekandega.
17
Automatiseerimistasemel A(2) vabastatakse inimene
protsessi ülesannete otsesest juhtimisest.Inimese
lt antakse masinale üle funktsioon, mida
nimetatakse osavuseks, väleduseks (Dexterity).
18
Automatiseerimistasemel (A3) toimub ühe
tehnoloogilise protsessi juhtimine automaatselt.
Masinale antakse üle usinus, hoolsus (Diligence).
19
Tehnoloogilise protsessi juhtimise kõrge
kvaliteedi tagamiseks antakse masinale üle
hindamine ja iseseisva otsustamise võime
(Judgement)
Automatiseerimistasemel A(4) antakse inimeselt
masinale ülea)  protsessi tegeliku seisundi
(oleku) pidev mõõtmine jab)  selle oleku
võrdlemine teostushetkel püstitatud eesmärgiga
ningc) protsessi sihile jõudmiseks vajalike
juhtimisotsuste teostamine
20
Automatiseerimistasemel A(5) antakse inimeselt
masinale üle valmistamise juhtimise optimeerimise
funktsioon, ehk mõõteväärtuste eesmärgipärane
hindamine (Evaluation).
21
Automatiseerimise kõrgeimad astmed

• Iseõppimine eelnevast kogemusest.
• Automatiseerimisaste A(6) masinad on võimelised
  lahutama püstitatud (tekkinud) probleeme osadeks
  ja nendele vastuseid leidma kasutades
  tehisintellekti elemente ning ekspertsüsteeme
  (varasemat kogemust)
• Arukas, mõistlik.
• Automatiseerimisaste A(7) esindab järgmist
  tehisintellekti taset, kus analüüsi tulemuste
  põhjal pannakse kokku ja tehakse uusi veelgi
  suuremaid otsuseid (induktiivseid otsuseid).
  Nende (vastavate) otsuste alusel tehakse
  muudatusi valmistusseadmete ehituses (koostises)
  ja juhtimises (juhtimisprogrammides)

22
Automatiseerimise kõrgeimad astmed

• A(8) Loomisvõimeline masin.
• Selle automatiseerimisetaseme seadmed suudavad
  iseseisvalt hakkama saada ja on võimelised
  iseseisvalt välja mõtlema ja projekteerima uusi
  tehnilisi lahendusi. Inimese osalus on väike ja
  seisneb pigem strateegilise ülesande püstituses.
• A(9) Üleolek (Dominance).
• Supermasin, mis valitseb ja käsutab teisi
  (masinaid ja ka inimesi). Masin on peremees.
  Selliste tehniliste lahendustega tegelevad praegu
  ulmekirjanikud

23
Kas seoses tootmise automatiseerimisega võib
nüüdisenergeetikas miski muutuda?

• Elektrijaamades toodetavast (kaubanduslikus
  mõttes) elektrienergiast kasutatakse 60 - 80
  elektriajamites
• Elektrienergiat toodetakse praegu konkreetse
  sihtaadressita ja selle edastus (ülekanne) võrgus
  tarbijateni toimub elektriliinide kaudu
  konstantse (standardse) pingega
• Elektrienergia suunatakse tehases toote
  valmistusseadmetesse jõumuundurite kaudu
• Jõumuundureid (energiavooge) juhitakse
  automatiseeritud juhtimissüsteemi abil vastavalt
  toote valmistamise programmile

24
Concept

• A concept is a declared elemental operating thing
  of the mental system. It is real (material) and
  its form can be used as basis for modelling a
  behaviour of a real-operating control or
  represent a phenomenon of an energetic/physical
  entity.

25
Concept

• Concepts are internally complex and have a
  structure.
• General parts of the operating concept are
  subject and object (or in other words source and
  resource) which are glued together.
• Suppose that a motion between these operating
  parts is described with three major identifiers
  (logistic) content, (logic) name, (temporal) time
  which values are represented with symbols

26
Concept, ehk mõiste

• According to Ludwig Wittgenstein so-called
  picture theory a picture as the model is
  recognizable by human if it has identical logic
  form with real objects
• This means that subject part of a concept, for
  example, that is created in our mind has spatial
  bindings or spatial membrane to the object
  part, for example, our memory.

27
Mõiste. Subjekti või objekti koostis ja teostus
ning nende ülesehitus
28
Mateeria geometriseerimine
29
Me vajame oma mõtlemise ja mõistete tähenduse
selgemaks kirjeldamiseks täiuslikumat raamsüsteemi

• Viiemõõtmelise mõiste deklareerimine
• Piiritleme mõistes kolmemõõtmeline koostise ja ka
• kolmemõõtmelise teostuse ning seome need omavahel
  lahutamatuks tervikuks

30
Teostuse ülesehitus
31
Merit telg ja teostuse mõiste (funktsiooniploki)
näitlik ülesehitus
32
Liikumise (dünaamika) teostamiseks peavad mõiste
subjekt ja objekt olema omavahel seotud
33
Source and Recource that form a dynamic concept
are connected using a deep matter
5-D area
4-D area
Deep matter
34
Tootmisprotsesside kirjeldamisel kasutatav
terminite hierarhia, vajalik arendajatevaheline
lepe

• Mäng
• Rakendus (sisaldab inimese eesmärki)
• Protsess
• Ülesanne
• Töö
• Tegevus
• Toiming (teostakse seadmes)

Kõrgem mõtteline tase
Madalam mõtteline tase
Loogilise süsteemi ressurss on füüsiline seade
Must kast
Füüsiline tase
35
Energia kulub tehnoloogilises protsessis töö
tegemiseks
Töötegijat (energiatarbijat) iseloomustab võime
tööd teha (energia väärtus, kuipalju ta suudab)
Tehnilise eesmärgi teostamiseks vajalik rakendus
Energia-allikas
Protsess 1
36
Võimsust pidevalt pakkuvad süsteemid (tarbija
koosseisus on energiasalvesti)
Protsessiseade ehk energiatarbija
Töömasin
Energia-allikas
SW
SW
Võimsuse edastuse siin
Energia-allikas
Energiasalvesti
SW
SW
Võimsuse edastuse liin
Salvestusseade
37
Mõistes (subjektilt objektile) edastatava energia
voogu juhib võimsus. Takistus on energiaedastust
iseloomustav suurus. Takistuse väärtus on
määratav pinge ja voolu kaudu

• Kui tehnoloogilise rakenduse üksikprotsesside
  teostumist ei saa tagada üheegselt
  (Energiaallikal pole piisavalt võimsust) siis
  võiks tehnoloogilisi protsesse teostada näiteks
  järjestikku
• Mõiste teostuse kirjeldamisel tuleb energeetilise
  protsessi juhtimiseks võtta kasutusele loogiline
  tase nimega ülesanne. Ülesanded järjestatakse
• Rakenduse protsessis vajaliku piisava võimsuse
  tagamiseks on vaja kohapealne energiasalvesti

38
Tänapäevase tehnoloogilise rakenduse
tehnoloogiliste protsesside kirjeldamisel
kasutatakse funktsiooniplokke

• Tootmiseks vajaliku rakenduse energeetilise
  protsessi ülesandeplokid tuleb kirjeldada nii, et
  energiasalvestuse ja -edastuse töid saaks
  kergesti juhtida
• Funktsiooniplokke saab modelleerida ja
  simuleerida
• näiteks Matlab Simulink keskkonnas,
• funktsiooniplokkidel võiks olla standardsed
  liidestega,
• Mõiste andmete struktuuri ja tähenduse
  kirjeldamiseks võib kasutada XML skeeme
• Hajutatud juhtimissüsteemide loomisel tuleks
  kasutada funktsiooniplokkide vahelises andmesides
  standardse struktuuriga andmesideplokk

39
Väljakutsed tootmise automatiseerijatele.
Näiteks Scalable multivendor distributed systems

• How do I (as a subject) manage
• 100 000 objects on Ethernet?
• Reason for Open Standard.
• Standard IEC 61499 Function Blocks
• Seadme kontrolleri programmi ühes ülesandeplokis
• Kirjeldatakse üks või enam teostatavat tööd
• Töös kirjeldatakse vajalikud tegevused
• Seadme energiat peab saama töö ajal edastada

IEC 61499
40
Standardi IEC61499 ala ja roll arendusel
41
Funktsiooniploki ülesehitus
42
Osa funktsiooniplokke on teostusest sõltumatud
ehk (mõttelised), osa plokke sõltuvad riistvarast
43
It is re-configured on every envelope time
Non-blocking network
Seadme 1 ressurss
Port 2 IGBT transistorist
Port 2 IGBT transistorist
3x3 maatriks
Salvesti 1 tarbib
3x3 maatriks
Salvesti 2 saadab
3x3 maatriks
3x3 maatriks
4x4 maatriks
Toitevõrk saadab
3x3 maatriks
3x3 maatriks
3 faasil ajam tarbib
3 faasil ajam gener.
3x3 maatriks
3x3 maatriks
44
Funktsiooniplokkide kogu, näited

• Energiatootmisseadmete funktsiooniplokid
  (katelde, generaatorite, kütuseelementide,
  päikesepatareide jne mudelid)
• Energiaülekandeseadmete funktsiooniplokid
  (mudelid)
• Energiakommutaatorite funktsiooniplokid (mudelid)
• Energiasalvestite (akud, ülikondensaatorid,
  vesinikuballoonid, orgaanilised kütused jne)
  mudelid
• Energiamuundurite (sagedusmuundurid,
  mehhaanilised ülekanded jne) mudelid
• Energiatarvitite (elektriajamid,
  elektrikütteseadmed, elektrivalgustid,
  mjapidamisseadmed jne) mudelid

45
Teised olulised vaated süsteemile (plokkidena)
46
Piki ajatelge vaadates näib, et areng toimub
tsükliliselt.
47
Süsteemi elutsükkel
48
Analüüsietapp
49
Projekteerimise etapp
50
Valmistamise juhtimine
51
Virtuaallahendus ja tegelik lahendus
integreeritakse andmebaaside kaudu
52
Virtuaallahendus ja tegelik lahendus
integreeritakse andmebaaside kaudu(jätk)
53
Automaatikahanke põhietapid
54
Väärtusliku toote edastus (1)
55
Väärtuse edastus (2)
56
Tänan