1. TOOTMISE AUTOMATISEERIMINE
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
ERP / MES
WEB
Mechatronics
Networking
Controller
CIM / FMS
Simulation
CAD CAM CNC VR
Safety
Quality
Microcontroller
C++
Basics
Robotics
Sensorics
Software
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
LAN
2. Tehnoloogia tundmaõppimine simulatsiooni abil
3. Praktiline laboritöö tegelike seadmetega 15 7 8 9 10 11 1 2 3 14 13 5 6 12

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 15 4 5 6 12 7 8 9 10 11 1 2 3 14 13

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 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. Inimeselt 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 üle a)  protsessi tegeliku seisundi (oleku) pidev mõõtmine ja b)  selle oleku võrdlemine teostushetkel püstitatud eesmärgiga ning c) 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 % 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. Rakendus (sisaldab inimese eesmärki) Protsess Ülesanne Töö Tegevus
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
Töö 1
Ülesanne 1
Töö 2
Töö 1
Ülesanne 2
Töö 2

36. Protsessiseade ehk energiatarbija
Võimsust pidevalt pakkuvad süsteemid (tarbija koosseisus on energiasalvesti)
Protsessiseade ehk energiatarbija
Töömasin
Energia-allikas SW SW
Võimsuse
edastuse siin
Energia-allikas SW SW
Energiasalvesti
Võimsuse
edastuse liin
Salvestusseade

37. Mõistes (subjektilt objektile) edastatava energia voogu juhib võimsus
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
Väljakutsed tootmise automatiseerijatele. Näiteks: Scalable multivendor distributed systems
How do I (as a subject) manage
objects on Ethernet?
Reason for Open Standard.
Standard IEC 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
It is re-configured on every envelope time
Seadme 1 ressurss
Port 2 IGBT transistorist
Port 2 IGBT transistorist
Salvesti 1 tarbib
3x3 maatriks
3x3 maatriks
Salvesti 2 saadab
3x3 maatriks
3x3 maatriks
4x4 maatriks
Toitevõrk saadab
3x3 maatriks
3x3 maatriks
3 faasil ajam gener.
3 faasil ajam tarbib
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