Cikk megosztása:

Mechanikus alkatrészek automatizálási mérnökök számára

Az automatizálási mérnöki munka az alkatrészek és technológiák széles skáláját fedi le, amelyek együtt dolgoznak a folyamatok és a gépek automatizálásában és optimalizálásában. A mechanikus alkatrészek az automatizált rendszerek bevezetésének egyik alapvető építőkövei. Ezek az alkatrészek magukban foglalják a vezérlőegységeket, érzékelőket, mechanikus sebességváltó rendszereket és egyéb mechanikus elemeket, amelyek a rendszerek és gépek mozgatásához, vezérléséhez és felügyeletéhez szükségesek. Ez a cikk bemutatja az automatizálás és az automatizálási mérnöki munka alapjait, és elmagyarázza, hogy hol használják a mechanikus alkatrészeket.

Mi az automatizálás?

Az automatizálás vagy automatizáció a manuális vagy ismétlődő feladatok automatizált folyamatokká alakításának általános folyamatát jelenti, amely emberi beavatkozás nélkül is elvégezhető, azaz önkontrollált. Ez olyan technológiákkal érhető el, mint a gépek, számítógépes programok vagy robotok.

Az automatizálás céljai

A múltban az automatizálási erőfeszítések arra összpontosítottak, hogy a gép merev és ismétlődő gyártási folyamatokat végezzen. A fő cél a termelékenység növelése volt az emberi munkaerő gépekkel való helyettesítésével. Ezeket a merev automatizálási rendszereket úgy tervezték, hogy konkrét feladatokat kezeljenek, és kevés rugalmasságra és alkalmazkodóképességre van szükség. Manapság a gyártás folyamatoptimalizálására összpontosítottunk. Egyre nagyobb az érdeklődés a rugalmas gyártási rendszerek fejlesztése iránt, amelyek képesek a munkafolyamatok különböző feladatokból való elsajátítására. Ezek a rugalmas rendszerek nem csupán a termelékenység növelését szolgálják, hanem rugalmasságot és általános hatékonyságot is kínálnak. Ezt a fejlesztést többek között a következő szempontok vezérlik:

A termékek variabilitása: Az egyre inkább globalizált gazdaságban és a gyorsan változó ügyfélpreferenciákkal rendelkező piacokon fontos, hogy a gyártási rendszerek képesek legyenek a termékek széles skáláját előállítani drága átállítások vagy adaptációk nélkül.
Kis sorozatok gyártása: A testreszabott termékek és az egyedi megoldások iránti kereslet a kis sorozatok megnövekedett termeléséhez vezet. A rugalmas gyártási rendszerek lehetővé teszik a vállalatok számára, hogy hatékonyan és költséghatékonyan gyártsák a kisebb tételméreteket is.
Gyors piacra jutási idő: A vállalat sikere szempontjából kulcsfontosságú, hogy gyorsan reagáljon a piaci változásokra és új termékeket vezessen be. A rugalmas gyártási rendszerek lehetővé teszik az új termékek gyors fejlesztését és gyártásba helyezését.
Hatékonyság és költséghatékonyság: A termelés rugalmasságának növelésével a vállalatok hatékonyabban használhatják fel erőforrásaikat, és csökkenthetik a költségeket. A rendszerek adaptálhatósága lehetővé teszi a termelés optimális adaptálását a jelenlegi igényekhez, és a túltermelés elkerülését.

Mit jelent az automatizálási tervezés?

Az automatizálási mérnökség olyan mérnöki szakterület, amely az automatizálási rendszerek tervezését, fejlesztését, megvalósítását és üzemeltetését foglalja magában. Ezek a rendszerek az érzékelők, működtetők, vezérlők és szoftverek kombinálásával automatizálják a folyamatokat vagy a gépeket az automatikus vezérlés és felügyelet érdekében. Az üzemmérnökség terén az automatizálási mérnökség foglalkozik az automatizálási rendszerek integrálásával a nagy ipari üzemekben. Az üzemek gyártói az automatizálási mérnöki munka segítségével hatékonyabban és biztonságosabban működtetik az összetett gyártóüzemeket. A gépészetben az automatizálástechnika kulcsfontosságú az automatizált folyamatok fejlesztésében és az egyes gépekbe és gyártósorokba való integrálásában, hogy növelje a termelési kapacitást és javítsa a minőséget.

A termelés digitalizálása jelentős hatással van az iparág automatizálására. Az olyan digitális technológiák ipari folyamatokba történő integrálásával, mint az Ipar 4.0, az Ipari dolgok internete (IoT), a Mesterséges intelligencia (AI), a big data és a felhőalapú számítástechnika, az automatizálási rendszerek egyre erősebbek és intelligensebbek lesznek. Ez új lehetőségeket nyit meg az automatizálás számára, mivel az adatok valós időben gyűjthetők, elemezhetők és felhasználhatók a folyamatok optimalizálására és a döntések támogatására.

Automatizálási fokozatok

A DIN IEC 60050-351, a villamosmérnöki, elektronikai és kapcsolódó területeken használt kifejezések meghatározására vonatkozó nemzetközi szabvány szerint az automatizálás mértéke a rendszer vagy folyamat automatizálásának fokára vonatkozik. Azt méri, hogy az emberi munkát milyen mértékben helyettesítik vagy támogatják az automatikus ellenőrzés és felügyelet. A magasabb fokú automatizálás nagyobb függetlenséget jelent az emberi beavatkozástól, és a rendszer nagyobb képességét a feladatok önálló elvégzésére. Az automatizálás mértéke a kézi vezérléstől a teljes automatizálásig terjedő skálán mérhető:

Kézi vezérlés: Egy rendszert vagy folyamatot automatizálás nélkül, emberi interakcióval teljes mértékben szabályoznak és felügyelnek. Minden döntést és intézkedést az emberek hoznak meg és hajtanak végre.
Részleges automatizálás: A részleges automatizálásban egyes alfolyamatok vagy alfunkciók automatikusan, míg mások manuálisan vezérelhetők. Bizonyos feladatok elvégzéséhez vagy döntések meghozatalához továbbra is szükség van az emberi interakcióra.
Félautomatizálás: A félautomatizálás olyan rendszerekre vonatkozik, amelyekben a legtöbb feladat automatizált, de az emberi beavatkozásra még szükség van bizonyos összetett feladatok megoldásához vagy előre nem látható események kezeléséhez.
Teljes automatizálás: Ebben az esetben a rendszer vagy folyamat teljesen automatizált, és nem igényel emberi interakciót a normál működés során. A rendszer képes minden szükséges döntést meghozni és minden intézkedést megtenni a műveletek hatékony és biztonságos végrehajtásához.

Automatizálási piramis

Az automatizálási piramis az ipari automatizálásban használt koncepció az automatizálási rendszerek hierarchikus szerkezetének leírására. Ez a piramis modellként szolgál az automatizálás különböző szintjeit képviseli. Az automatizálási piramis általában a következő szintekből áll:

(1) Terepi szint: Azok a fizikai eszközök, amelyek közvetlenül lépnek kapcsolatba a folyamatváltozókkal a valós életben, a helyszínen vannak. Ez a szint képezi a termelési folyamat adatgyűjtésének és ellenőrzésének alapját. Az érzékelők felelősek az adatgyűjtésért, és a működtetők végzik el a műveleteket.
(2) Vezérlési szint: A vezérlési szint tartalmazza a helyszíni berendezések vezérlésére és felügyeletére használt hardvert és szoftvert. A tárolt programvezérlők (SPC) és a programozható logikai vezérlők (PLC) ennek a szintnek a tipikus képviselői. Ezek összegyűjtik az adatokat a helyszíni szintérzékelőktől, feldolgozzák azokat, és vezérlőjeleket küldenek a vezérlőegységeknek.
(3) Folyamatszabályozási szint: Ezen a szinten a teljes termelést ellenőrzik és ellenőrzik. A felügyeleti vezérlési és adatgyűjtési (SCADA) rendszerek jellemzőek erre a szintre. Ezek lehetővé teszik a folyamatadatok megjelenítését, a rendszer állapotának monitorozását és a folyamat kézi beavatkozásának lehetőségét. A SCADA rendszerek gyakran kínálnak adatgyűjtési és jelentéskészítési képességeket.
(4) Működési menedzsment szint: Ezen a szinten különböző folyamatterületeket koordinálnak, és információkat cserélnek az osztályok között. A gyártásvégrehajtási rendszerek (MES) támogatják az operatív döntéseket és a termelési teljesítmény ellenőrzését.
(5) Vállalatirányítási szint: A vállalat vezetőségi szintje magában foglalja a vállalat magasabb szintű vezetését és adminisztrációját. A vállalati erőforrás-tervezési rendszerek (ERP rendszerek) jellemzőek erre a szintre. Támogatják a vállalat összes erőforrásának tervezését és ellenőrzését, beleértve a gyártást, a beszerzést, az értékesítést, a pénzügyet és az emberi erőforrást.

Mechanikus alkatrészek az automatizálási mérnökségben

Automatizálási tervezés esetén a mechanikus alkatrészeket különböző célokra használják. Automatizált rendszerek megvalósítására használják különböző alkalmazási területeken, például a gyártóiparban, a logisztikában, a szállításban és a robotikában. Ezek lehetővé teszik a mozgásvezérlést, az erőfejlesztést, az anyagmozgatást, és biztosítják az emberek és a berendezések biztonságát.

Az érzékelők olyan eszközök, amelyek érzékelik a fizikai mért értékeket, például a hőmérsékletet, a nyomást, a töltési szintet, a pozíciót vagy a sebességet, és elektromos jelekké alakítják azokat. Ezeket a gépek vagy folyamatok állapotának figyelemmel kísérésére és a vezérlő visszajelzésére használják. Példák az automatizálási mérnöki érzékelőkre: közelségérzékelők, nyomásérzékelők, hőmérsékletérzékelők, pozícionáló érzékelők és mozgásérzékelők.

A működtetők olyan eszközök, amelyek vezérlőjel alapján mechanikus mozgást végeznek. Ezek erők létrehozására és mozgások végrehajtására szolgálnak, például szelepek nyitására és zárására, robotmegfogók mozgatására vagy munkadarabok pozicionálására. Jellemzően pneumatikus és hidraulikus hengerek, lineáris modulok, villanymotorok, jelzőlámpák vagy jelzőfények.

A mechanikus sebességváltó (erőátviteli) rendszerek a mozgások vagy erők egyik pontról a másikra történő átvitelére vagy módosítására szolgálnak. Segítenek a mozgás sebességének változtatásában, a nyomaték növelésében vagy csökkentésében, és összetett mozgási mintákat hoznak létre. A mechanikus erőátviteli rendszerekre példa a sebességváltók, szíjhajtások, szíjszállítók és görgők, tengelykapcsolók és tengelyek.

A programozható logikai vezérlők (PLC-k) valós idejű számítógépes vezérlőrendszerek, amelyeket az automatizálási tervezésben használnak a gépek, rendszerek és folyamatok vezérlésére. Ezek egy PLC nevű speciális hardvereszközön, valamint speciális programozási és konfigurációs szoftvereken alapulnak. A PLC alapelve az, hogy különböző bemeneti jeleket kap az érzékelőktől vagy más forrásokból, feldolgozza azokat, és kimeneti jeleket küld az aktuátoroknak vagy más eszközöknek azok alapján. Ezt a folyamatot a PLC-ben tárolt memóriába programozott program vezérli.

Példák automatizálásra

Az automatizálási mérnökség optimalizálja a folyamatokat, növeli a hatékonyságot, és mentesíti az emberi munkaerőt az ismétlődő feladatoktól. Az alábbiakban bemutatunk néhány konkrét példát az automatizálásra:

Automatizálási példa – Az automatikus ajtó hengermechanizmust használ az ajtó automatikus nyitásához. Ezt a mechanizmust egy távoli vezérlésű vezérlőközpont vezérelheti, amely lehetővé teszi a felhasználók számára az ajtó távoli kinyitását vagy bezárását. Az ajtó fölé egy megerősítő érzékelő van felszerelve a nyitási és zárási folyamat felügyeletére.

Automatizálási példa - Ez a forgó- és átviteli mechanizmus lehetővé teszi, hogy a munkadarabot az egyik szállítószalagról a másikra helyezze át a munkadarab 180°-kal történő elforgatásával. Egy kar először 90°-kal elforgatja a munkadarabot, míg egy rúd a megfogót a fennmaradó 90°-kal mozgatja. Ezt egy olyan motor és fogaskerékrendszer végzi, amely szinkronban forgatja a kart és a megfogót.