Báo cáo - Tìm hiểu về ngành tự động hoá PDF

Preview

Summary

MỤC LỤC CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀỀ NGÀNH ĐIỀỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA.................................... 1. GIỚI THIỆU CHUNG............................................................................................ 1. Tự động hóa là gì ?.......................................................................

Description

MỤC LỤC CH ƯƠ NG I: T NG Ổ QUAN VỀỀ NGÀNH ĐIỀỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA.....................................3 1. GIỚI THIỆU CHUNG.............................................................................................3 1.1.

Tự động hóa là gì ?............................................................................................3

1.2.

Vai trò của tự động hóa......................................................................................3

2. NGUỒN GỐC RA ĐỜI CỦA NHỮNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG THÔNG MINH. 4 2.1. Những năm đầu của hệ thống tự động hóa............................................................4 2.2. Sự tiến bộ của hệ thống tự động hóa trong thế kỷ 20............................................5 2.3. Hiện trạng của hệ thống tự động hóa công nghiệp trong ngành sản xuất..............6 3. ỨNG DỤNG CỦA TỰ ĐỘNG HÓA.....................................................................6 3.1.

Các ứng dụng quan trọng.................................................................................6

3.2.

Các ứ ng d ụ ng gầần đầy.......................................................................................9

4. KHÓ KHĂN, HẠN CHẾ CỦA TỰ ĐỘNG HÓA....................................................13 4.1. Khó khăn............................................................................................................13 4.2. Hạn chế để tự động hóa......................................................................................13 CHƯƠNG II: ỨNG D ỤNG C ỦA T Ự Đ ỘNG HÓA TRONG NÔNG NGHI ỆP - NÔNG NGHIỆP CÔNG NGHỆ CAO.............................................................................................................14 1. THÁCH THỨC CHO NGÀNH NÔNG NGHIỆP CÔNG NGHỆ CAO................14 2. NÔNG NGHIỆP CÔNG NGHỆ CAO LÀ GÌ ?.....................................................15 3.

Ứ NG D Ụ NG C ỦA ĐIỀỀU KHIỂN – TỰ ĐỘNG HÓA TRONG NÔNG NGHIỆP................16

Lao động tự động và Robot..........................................................................................16 Máy kéo không người lái..............................................................................................16 Gieo hạt và trồng trọt....................................................................................................17 Tưới tiêu tự động hóa...................................................................................................18 Làm cỏ và chăm sóc mùa màng....................................................................................19 Thu hoạch mùa màng, cây trồng...................................................................................20 Giảm lao động, tăng năng suất và hiệu quả công việc..................................................20

Máy bay không người lái để chụp ảnh và phân tích cây trồng......................................21 Trồng từ trên không......................................................................................................21 Máy bay phun thuốc bảo vệ thực vật............................................................................22 Giám sát và phân tích thời gian thực.............................................................................23 Trang trại được kết nối: Cảm biến và IoT.....................................................................24

2

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NGÀNH ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG HÓA 1. GIỚI THIỆU CHUNG 1.1.

Tự động hóa là gì ? Tự động hóa hoặc điều khiển tự động, là việc sử dụng nhiều hệ thống điều khiển cho các thiết bị hoạt động như máy móc, xử lý tại các nhà máy, nồi hơi, lò xử lý nhiệt, chuyển mạch trong mạng điện thoại, chỉ đạo và ổn định của tàu thủy, máy bay và các ứng dụng khác với con người can thiệp tối thiểu hoặc giảm. Một số quy trình đã được hoàn toàn tự động.

1.2.

Vai trò của tự động hóa

 Một số quá trình lớn bao gồm hệ điện, lọc dầu, hóa chất, nhà máy thép, nhựa, nhà máy xi măng, nhà máy phân bón, giấy và bột giấy nhà máy, ô tô và lắp ráp xe tải, sản xuất máy bay, sản xuất thủy tinh, nhà máy tách khí tự nhiên, thực phẩm và đồ uống chế biến, đóng hộp và đóng chai và sản xuất các loại khác nhau của các bộ phận.  Tự động hóa các quá trình sản xuất cho phép đáp ứng cường độ lao động sản xuất hiện đại . Với các loại sản phẩm có số lượng lớn (hàng tỉ cái trong một năm) như đinh, bóng đèn điện, khóa kéo, phụ kiện cửa tự động, v..v.thì không thể sử dụng các quá trình sản xuất thủ công để đáp ứng sản lượng yêu cầu với giá thành nhỏ nhất.  Trong nhiều trường hợp, lợi nhuận riêng của một đơn vị sản phẩm là rất bé. Chỉ có sản xuất tập trung với số lượng lớn trên các dây chuyền tự động, năng suất cao mới có thể làm cho giá thành sản phẩm thấp, hiệu quả kinh tế cao. Sử dụng các quá trình sản xuất tự động hóa trình độ cao trong những trường hợp này là rất cần thiết.  Tự động hóa thay đổi tính chất lao động, cải thiện điều kiện làm việc của công nhân, nhất là trong các khâu độc hại, nặng nhọc, có tính lặp đi lặp lại nhàm chán, khắc phục dần sự khác nhau giữa lao động trí óc và lao động chân tay. Lợi ích lớn nhất của tự động hóa là nó tiết kiệm lao động, tuy nhiên, nó cũng được sử dụng để tiết kiệm năng lượng và nguyên vật liệu và nâng cao chất lượng với độ chính xác cao. Thuật ngữ "tự động hóa", lấy cảm hứng từ các máy tự động, chưa được sử dụng rộng rãi trước năm 1947, khi Ford thành lập một bộ phận tự động hóa. Trong thời gian này ngành công nghiệp đã được áp dụng nhanh chóng điều khiển phản hồi, mà đã được giới thiệu trong những năm 1930. Tự động hóa đã được thực hiện bằng phương tiện khác nhau bao gồm cơ khí, thủy lực, khí nén, điện, điện tử và máy tính, thường kết hợp. Các hệ thống phức tạp, 3

chẳng hạn như các nhà máy hiện đại, máy bay và tàu thủy thường sử dụng tất cả những kỹ thuật kết hợp.

2. NGUỒN GỐC RA ĐỜI CỦA NHỮNG HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG THÔNG MINH Công nghệ tự động đang phát triển rất nhanh và song song với thế giới hiện đại. Đặc biệt các máy móc, hệ thống tự động được áp dụng trong mọi nhà máy, khu sản xuất. Hầu hết các hoạt động công nghiệp đều đang được tự động hóa cùng với các mục tiêu khác nhau. Các hệ thống tự động thông minh giúp thúc đẩy sản xuất và giảm chi phí lao động. Vậy thì, nguồn gốc từ đâu mà tự động hóa lại ngày càng phát triển mạnh mẽ như vậy. 2.1.

Những năm đầu của hệ thống tự động hóa

Ban đầu, khái niệm sự phát triển của robot và tự động hóa chưa được công nhận trên thế giới. Bởi lúc đó hầu hết nhiều người vẫn còn rất mơ hồ về robot tự động. Vào năm 1913, Công ty Ford Motor đã giới thiệu một dây chuyền lắp ráp và sản xuất xe hơi. Những hệ thống tự động này được coi là sự tiên phong trong ngành tự động hóa sản xuất. Trước đó, một chiếc xe đã được chế tạo bởi đội ngũ công nhân lành nghề không có kỹ năng. Sau đó tự động hóa sản xuất đã cải thiện sản xuất và tăng doanh thu cho công ty. Hơn nữa, hệ thống tự động thông minh này còn giảm thời gian lắp ráp xe từ 12 giờ một xe xuống còn hơn một tiếng rưỡi một xe

4

Dây chuyền lắp ráp và sản xuất của công ty Ford 2.2. Sự tiến bộ của hệ thống tự động hóa trong thế kỷ 20 Trong những năm đầu 1930, Nhật Bản là nước đi đầu trong việc phát triển tự động hóa. Nó là tiền đề cho tự động hóa được áp dụng vào sản xuất trong công nghiệp hiện nay. Đến thời điểm này, phần còn lại của thế giới đã bắt đầu đánh giá cáo tự động hóa. Đồng thời họ nghiên cứu và phát triển các hệ thống tự động nhiều hơn. Từ năm 1939 đến năm 1945 khi chiến tranh thế giới diễn ra, tự động hóa đã được sử dụng. Nó được áp dụng trong máy bay chiến đấu, máy bay hạ cánh, tàu chiến và xe tăng.

Dây chuyền lắp ráp máy bay chiến đấu Messerschmitt Bf 109G-6s trong một nhà máy sản xuất máy bay Đức Nhật Bản đã đầu hàng Mỹ và các lực lượng đồng minh vào năm 1945. Sau đó một chương trình tái thiết công nghiệp được bắt đầu. Dựa trên những chương trình 5

công nghệ và ưu việt thay thế những phương thức lỗi thời. Những điều đó giúp Nhật Bản trở thành công ty hàng đầu thế giới về tự động hóa công nghiệp. Hàng loạt hãng xe ô tô như Honda, Toyota, Nissan có thể sản xuất các loại xe chất lượng cao.

Vào tháng 11 năm 1966, Toyota đã mở một nhà máy mới tại Takaoka, tỉnh Aichi 2.3. Hiện trạng của hệ thống tự động hóa công nghiệp trong ngành sản xuất Các robot công nghiệp hiện tại thậm chí còn có những khả năng tính toán chất lượng cao. Các yếu tố về mức độ hoạt động và hệ thống tầm nhìn đều được cải thiện. Tuy nhiên, những hệ thống tự động thông minh này vẫn cần hoạt động dưới giám sát của con người. Ngoài ra, chúng rất linh hoạt và phù hợp để sử dụng trong các ngành công nghiệp vừa và nhỏ. Hầu hết hệ thống tự động sẽ phụ thuộc vào khả năng của máy tính, phần mềm. Sự tích hợp và tối ưu hóa các thành phần khác nhau sẽ tạo nên những hệ thống sản xuất tối ưu nhất. 3. ỨNG DỤNG CỦA TỰ ĐỘNG HÓA 3.1. Các ứng dụng quan trọng Tổng đài điện thoại tự động đã được giới thiệu vào năm 1892 cùng với điện thoại quay số. Đến năm 1929, 31,9% của hệ thống Bell là tự động. Chuyển mạch điện thoại tự động ban đầu sử dụng chân không khuếch đại ống và chuyển mạch điện cơ, mà tiêu thụ một lượng điện lớn. Khối lượng cuộc gọi cuối cùng phát triển quá nhanh mà nó đã lo sợ hệ thống điện thoại sẽ tiêu thụ hết sản lượng điện, khiến Bell Labs để bắt đầu nghiên cứu về các bóng bán dẫn. Logic thực hiện qua điện thoại chuyển mạch rơ le là nguồn cảm hứng cho các máy tính kỹ thuật số. Máy thổi chai thủy tinh thương mại thành công đầu tiên là một mô hình tự động được giới thiệu vào năm 1905. Máy công trình, điều hành bởi một phi hành đoàn hai người đàn ông làm việc ca 12 giờ, có thể sản xuất 17.280 chai trong 24 giờ, so 6

với 2.880 chai được thực hiện bởi một phi hành đoàn sáu người đàn ông và trẻ em trai làm việc trong một cửa hàng trong một ngày. Chi phí thực hiện các chai bằng máy là 10-12 cent mỗi tổng so với $ 1,80 cho mỗi gộp theo các thợ thủy tinh xứ dẫn sử dụng và những người giúp đỡ.

Máy thổi chai thủy tinh năm 1905 Ổ điện cắt được phát triển bằng cách sử dụng lý thuyết điều khiển. Ổ điện cắt được sử dụng trên các phần khác nhau của một máy mà một khác biệt chính xác phải được duy trì giữa các phần. Trong cán thép, kim loại để kéo dài khi nó đi qua các cặp con lăn, mà phải chạy ở tốc độ liên tục nhanh hơn. Trong bài báo làm cho tờ giấy co lại khi nó đi xung quanh sấy nóng bằng hơi sắp xếp theo nhóm, mà phải chạy với tốc độ chậm hơn ở liền. Ứng dụng đầu tiên của một ổ điện cắt là trên một máy giấy trong năm 1919. Một trong những phát triển quan trọng nhất trong ngành công nghiệp thép trong thế kỷ 20 đã liên tục lăn rộng dải, được phát triển bởi Armco vào năm 1928.

Xưởng làm giấy năm 1919

7

Trước khi tự động hóa nhiều chất hóa học đã được thực hiện theo lô. Năm 1930, với việc sử dụng rộng rãi các công cụ và sử dụng mới nổi của bộ điều khiển, người sáng lập của Công ty Dow Chemical đã ủng hộ sản xuất liên tục. Máy công cụ tự động mà di dời bàn tay khéo léo để họ có thể được vận hành bởi con trai và người lao động không có tay nghề được phát triển bởi James Nasmyth trong những năm 1840. Máy công cụ được tự động với điều khiển bằng số (NC) sử dụng băng giấy đục lỗ trong năm 1950. Điều này sớm phát triển thành điều khiển số bằng máy tính (CNC).

Máy công cụ tự động của James Nasmyth Ngày nay tự động hóa mở rộng được thực hiện trong tất cả các loại thực tế của sản xuất và lắp ráp quá trình. Một số quá trình lớn hơn bao gồm hệ điện, lọc dầu, hóa chất, nhà máy thép, nhựa, nhà máy xi măng, nhà máy phân bón, giấy và bột giấy nhà máy, ô tô và lắp ráp xe tải, sản xuất máy bay, sản xuất thủy tinh, nhà máy tách khí tự nhiên, thực phẩm và đồ uống chế biến, đóng hộp và đóng chai và sản xuất các loại khác nhau của các bộ phận. Robot này đặc biệt hữu ích trong các ứng dụng độc hại như phun sơn ô tô. Robot cũng được sử dụng để lắp ráp bản mạch điện tử. Hàn ô tô được thực hiện với robot hàn tự động và được sử dụng trong các ứng dụng như đường ống dẫn. 3.2.

Các ứng dụng gần đây

 Bán lẻ tự động Đồ ăn thức uống Các ngành công nghiệp bán lẻ thực phẩm đã bắt đầu áp dụng tự động hóa quá trình đặt hàng; McDonald. đã giới thiệu màn hình cảm ứng đặt hàng và hệ thống thanh toán trong nhiều nhà hàng của mình, giảm nhu cầu như nhiều nhân viên thu ngân Đại học Texas ở Austin đã giới thiệu đầy đủ quán cà phê tự động các địa điểm bán lẻ. Một số quán ăn và nhà hàng đã sử dụng điện thoại di động và máy tính bảng " ứng dụng "để làm cho quá trình đặt hàng hiệu quả hơn bởi khách hàng đặt hàng và thanh toán trên thiết bị của họ. Một số nhà hàng đã tự động phân phối thực phẩm cho khách hàng bảng sử dụng một hệ thống băng tải. Việc sử dụng robot đôi khi được sử dụng để thay thế các nhân viên chờ đợi 8

Ki ốt chọn món tự động ở McDonald

Quán cà phê tự động hoàn toàn ở Dubai

Cửa hàng Nhiều siêu thị và các cửa hàng thậm chí còn nhỏ hơn được nhanh chóng đưa checkout tự hệ thống giảm nhu cầu sử dụng lao động thanh toán. Mua sắm trực tuyến có thể được coi là một hình thức bán lẻ tự động như thanh toán và thanh toán được thông qua một tự động xử lý giao dịch trực tuyến của hệ thống. Các hình thức tự động hóa cũng có thể là một phần không thể thiếu của mua sắm trực tuyến, ví dụ như việc triển khai các robot kho tự động như được áp dụng bởi Amazon sử dụng Hệ thống Kiva.

Hệ thống Kiva của Amazon 9

 Khai thác tự động Liên quan đến việc loại bỏ các lao động của con người từ khai thác quá trình Các ngành công nghiệp khai thác mỏ hiện đang trong quá trình chuyển đổi theo hướng tự động hóa. Hiện nay nó vẫn còn có thể đòi hỏi một số lượng lớn các nguồn lực con người, đặc biệt là trong thế giới thứ ba, nơi chi phí lao động thấp nên có ít động lực để tăng hiệu quả thông qua tự động hóa.

Tự động hóa trong khai thác hầm lò  Camera giám sát tự động The Defense Advanced Research Cơ quan Dự án (DARPA) bắt đầu nghiên cứu và phát triển các chương trình giám sát tự động (VSAM) giám sát trực tiếp và, giữa năm 1997 và 1999, và giám sát video trong không khí (AVS) chương trình, từ năm 1998 đến năm 2002. Hiện nay, có một lớn nỗ lực đang diễn ra trong cộng đồng phát triển một tầm nhìn đến hoàn toàn tự động theo dõi giám sát hệ thống. Video giám sát tự động giám sát người và phương tiện trong thời gian thực trong một môi trường bận rộn. Hiện có hệ thống giám sát tự động dựa trên các môi trường mà họ được thiết kế chủ yếu để quan sát, ví dụ, trong nhà, ngoài trời hoặc trong không khí, lượng cảm biến mà các hệ thống tự động có thể xử lý và tính di động của cảm biến, ví dụ, máy ảnh đứng yên so với máy ảnh điện thoại di động. Mục đích của một hệ thống giám sát là để ghi lại tài sản và quỹ đạo của các đối tượng trong một khu vực nhất định, tạo ra cảnh báo hoặc thông báo cho cơ quan được chỉ định trong trường hợp xảy ra các sự kiện cụ thể

10

Camera giám sát tự động giao thông có thể nhìn thấy biển số xe  Hệ thống đường cao tốc tự động Khi nhu cầu về sự an toàn và tính di động đã phát triển và khả năng công nghệ càng nhiều hơn, quan tâm đến tự động hóa đã phát triển. Tìm kiếm để thúc đẩy sự phát triển và giới thiệu các loại xe hoàn toàn tự động và đường cao tốc, các Quốc hội Hoa Kỳ ủy quyền nhiều hơn $ 650,000,000 hơn sáu năm cho hệ thống giao thông thông minh (ITS) và các dự án trình diễn trong năm 1991 Surface Intermodal Luật Giao thông hiệu quả (ISTEA). Quốc hội luật hóa trong ISTEA rằng " Bộ trưởng Giao thông Vận tải có trách nhiệm xây dựng một đường cao tốc tự động và chiếc xe nguyên mẫu mà từ đó hệ thống xe đường cao tốc thông minh hoàn toàn tự động trong tương lai có thể được phát triển. Phát triển đó phải bao gồm nghiên cứu về các yếu tố con người để đảm bảo sự thành công của mối quan hệ người-máy. Mục tiêu của chương trình này là phải có người đầu tiên đường cao tốc hoàn toàn tự động hoặc theo dõi kiểm tra tự động trong hoạt động vào năm 1997. Hệ thống này sẽ chứa lắp đặt thiết bị trong xe có động cơ mới và hiện có. "[ISTEA 1991, phần B, mục 6054 (b)]. Full tự động hóa thường được định nghĩa là không cần kiểm soát hoặc kiểm soát rất hạn chế bởi trình điều khiển; tự động hóa như vậy sẽ được thực hiện thông qua một sự kết hợp của các cảm biến, máy tính, và các hệ thống thông tin liên lạc trên xe và dọc theo đường. Hoàn toàn tự động lái xe sẽ, trong lý thuyết, cho phép khoảng cách xe gần hơn và tốc độ cao hơn, có thể nâng cao năng lực giao thông ở những nơi xây dựng đường bộ bổ sung là chất không thể, không thể chấp nhận về mặt chính trị, hay tốn kém. Điều khiển tự động cũng có thể tăng cường an toàn giao thông bằng cách giảm các cơ hội cho các lỗi lái xe, mà nguyên nhân một phần lớn các vụ tai nạn xe cơ giới. Lợi ích tiềm năng khác bao gồm cải thiện chất lượng không khí (như là kết quả của giao thông hiệu quả hơn chảy), tăng tiết kiệm nhiên liệu, và spin-off công nghệ được tạo ra trong quá trình nghiên cứu và phát triển liên quan đến hệ thống đường cao tốc tự động.  Quản lý chất thải tự động Tự động xe tải thu gom rác thải ngăn chặn sự cần thiết phải như nhiều người lao động cũng như giảm bớt mức độ lao động cần thiết để cung cấp các dịch vụ 11

Xe gom rác tự động như Robot tại Mỹ  Tự động hóa công nghiệp Giao dịch tự động hóa công nghiệp chủ yếu là mình tự động hóa sản xuất, kiểm soát chất lượng và quy trình xử lý vật liệu. Bộ điều khiển dùng chung cho các quy trình công nghiệp bao gồm các bộ điều khiển logic lập trình và máy tính. Một xu hướng đang gia tăng sử dụng máy tầm nhìn để cung cấp các chức năng kiểm tra và hướng dẫn robot tự động, một là một tiếp tục gia tăng trong việc sử dụng robot. Hiệu quả năng lượng trong quá trình công nghiệp đã trở thành một ưu tiên cao hơn. Các công ty bán dẫn như Infineon Technologies đang cung cấp 8-bit ứng dụng vi điều khiển ví dụ được tìm thấy trong điều khiển động cơ, máy bơm mục đích chung, người hâm mộ, và ebikes để giảm tiêu thụ năng lượng và do đó tăng hiệu quả. 4. KHÓ KHĂN, HẠN CHẾ CỦA TỰ ĐỘNG HÓA 4.1. Khó khăn  Dễ bị hư hỏng: Một hệ thống tự động có thể có một mức giới hạn của trí thông minh, nó cũng có thể bị trục trặc gây ra những việc ngoài ý muốn. Do đó phải kiểm tra bảo trì định kỳ.  Không thể đoán trước / chi phí phát triển quá mức: Các nghiên cứu và phát triển chi phí của tự động hoá một quá trình có thể vượt quá chi phí tiết kiệm bằng cách tự động hóa bản thân.  Chi phí ban đầu cao: Việc tự động hóa của một mới sản phẩm hoặc thực vật thường đòi hỏi một sự đầu tư ban đầu rất lớn so với chi phí đơn vị sản phẩm, mặc dù chi phí tự động hóa có thể được lan truyền trong nhiều sản phẩm và thời gian.

12

 Đối mặt với tình trạng thất nghiệp: Khi các máy móc tự động hóa thay thế lao động tay chân sẽ dẫn đến giờ làm việc thấp hoặc yêu cầu người lao động phải có những kiến thức cao để có thể thay đổi công việc. 4.2. Hạn chế để tự động hóa  Công nghệ hiện nay là không thể để tự động hóa tất cả các nhiệm vụ mong muốn.  Nhiều hoạt động sử dụng tự động hóa có số lượng lớn vốn đầu tư và sản xuất với khối lượng lớn sản phẩm, làm cho trục trặc vô cùng tốn kém và nguy hiểm. Do đó, một số nhân viên là cần thiết để đảm bảo rằng toàn bộ các chức năng hệ thống đúng cách và an toàn và chất lượng sản phẩm được duy trì.  Là một quá trình trở nên ngày càng tự động, có ít hơn và ít lao động được lưu hoặc được cải tiến chất lượng để đạt được. Đây là một ví dụ của cả hai giảm dần trở về và các chức năng hậu cần.  Khi ngày càng nhiều các quá trình trở thành tự động, có rất ít các quá trình không tự động còn lại. Đây là một ví dụ của sự kiệt sức của cơ hội. Tuy nhiên mô hình công nghệ mới có thể thiết lập các giới hạn mới vượt qua những giới hạn trước đó. Những hạn chế hiện tại Nhiều vai trò đối với con người trong quá trình công nghiệp hiện nay nằm ngoài phạm vi của tự động hóa. Nhân lực trình độ nhận dạng mẫu, hiểu ngôn ngữ và khả năng sản xuất là ngôn ngữ tốt hơn khả năng của các hệ thống cơ khí và máy tính hiện đại. Nhiệm vụ yêu cầu đánh giá chủ quan hoặc tổng hợp các dữ liệu cảm giác phức tạp, chẳng hạn như mùi hương và âm thanh, cũng như nhiệm vụ cấp cao như lập kế hoạch chiến lược, hiện đang yêu cầu chuyên môn của con người. Trong nhiều trường hợp, việc sử dụng của con người là chi phí-hiệu quả hơn so với các phương pháp cơ học ngay cả khi tự động hóa các nh...