Automaation historian aikana uudemmat tekniikat, prosessit ja koneet ovat vähitellen raivanneet tietä sille, että automaatio voi ottaa suuremman roolin yhteiskunnassamme. Automaation kehityksen päätavoitteina arjessa on ollut parantaa tehokkuutta, tuottavuutta, turvallisuutta ja mukavuutta. Tässä artikkelissa käymme läpi teollisen automaation historian ymmärtääksemme paremmin, miten automaation eri kehitysvaiheet ovat edenneet ja kehittyneet tämän päivän teknologioiksi.
Automaation historia valmistuksessa
Alusta lähtien tavalliset ihmiset ja yritysten omistajat ovat etsineet keinoja parantaa päivittäisten tehtävien tehokkuutta. Muinaisina aikoina esi-isämme tekivät valtaosan töistään käsin yksinkertaisten koneiden, taljojen, vipujen, käsityökalujen ja joskus myös työeläinten avustuksella. Valmistuksen näkökulmasta tuotantoprosessit luokitellaan tyypillisesti seuraavasti:
- Täysin manuaalinen
- Osittain automatisoitu
- Täysin automatisoitu
Kun ihmisiltä vaadittavaa puuttumista tehtävän suorittamiseen vähennetään, esimerkiksi valmistusprosessit tehostuvat merkittävästi automaation avulla. Automaation historian aikajana kuvaa, miten teknologia on edennyt automaation kehityksen myötä.
1st vuosisata eaa.: vesirattaat
Vesirattaiden tarkkaa alkuperäisajankohtaa on vaikea varmistaa, mutta kreikkalaiset ja roomalaiset ottivat ne laajempaan käyttöön viljan jauhamiseen jauhoksi noin 1st vuosisadalla eaa. Muut, paljon varhaisemmat yksinkertaiset koneet vaativat edelleen runsaasti ihmisen puuttumista tai eläinten työpanosta toimiakseen. Vesimyllyjen putoavan veden hyödyntäminen mekaanisen prosessin pyörittämiseen voidaan nähdä ”puoliautomaation” alkuna ja automaation kehityksen varhaisina vaiheina.
Varhaiset vesirattaat
9th vuosisata: myllykoneistojen kehitys
Vesimyllyt ja tuulimyllyt ovat kumpikin myllykoneistoja, jotka hyödyntävät uusiutuvaa energiaa mekaanisen prosessin pyörittämiseen. Varhaisin käytännölliseen käyttöön suunniteltu tuulimyllymalli on peräisin noin 7.–9th vuosisadalta ja se on persialaista alkuperää. Näitä tuulimyllyjä käytettiin myös viljan jauhamiseen, ja myöhemmin ne kehittyivät moniin muihin mekaanisiin prosesseihin.
Vaikka vesimyllyt voivat kokoluokkaansa nähden tuottaa enemmän tehoa, tuulimyllyt sopivat alueille, joissa ei ollut virtaavaa vettä. Molemmat teknologiat kehittyivät jatkuvasti ja levisivät maailmanlaajuisesti vähentämään käsityön tarvetta esimerkiksi:
- Vasaramyllyissä
- Sahoissa
- Paperimyllyissä
- Malminmurskausmyllyissä
- Työkalujen teroitusmyllyissä
Varhaiset tuulimyllyt
17th–18th vuosisadat: teollinen vallankumous
Teollinen vallankumous sai alkunsa Länsi-Euroopassa 17th vuosisadalla ja oli merkittävä käännekohta teollisen automaation kehityksessä. Tänä aikakautena höyrykoneiden, höyrymyllyjen ja polttomoottorien keksiminen korvasi suurelta osin vesimyllyjen ja tuulimyllyjen tarpeen. Vuonna 1785 Oliver Evans kehitti myös automaattisen jauhomyllyn, joka mahdollisti historian ensimmäisen täysin automatisoidun teollisen prosessin tuottamalla jatkuvaa tuotantoa ilman ihmisen puuttumista.
Varhaiset valmistustehtaat
Vuonna 1867 James Clerk Maxwell julkaisi artikkelin, joka loi teoreettista perustaa säätöteorian ymmärtämiselle. Teollistuneita tehtaita otettiin laajasti käyttöön tuottamaan puuvillaa, paperia, muoveja, lasia ja metalleja massoittain huomattavasti suuremmissa määrissä ja tehokkaammin. Kun teollisen vallankumouksen teknologia ja prosessit levisivät maailmanlaajuisesti, myös talous, liikenne, terveys ja lääketiede kasvoivat eksponentiaalisesti.
Höyrykoneet vetureissa
1900–1950-luku: sähköistys & teolliset ohjaimet
1920-luvulla teollisen automaation kehitys kiihtyi nopeasti, kun tehtaissa alettiin hyödyntää relelogiikkaa ja niitä sähköistettiin – eli otettiin käyttöön sähkökäyttö. Keskitettyjen sähkövoimaloiden yleistyminen yhdessä uusien korkeapainekattiloiden, sähköasemien ja höyryturbiinien käyttöönoton kanssa lisäsi mittareiden ja ohjausten kysyntää.
Sähköenergian jakelu
Valmistuslaitokset alkoivat siirtyä sähkömoottoreihin, ja harvemmat jatkoivat höyrykoneilla käytettyjä linja-akseleita ja hihnavetoja. Tämän siirtymän aikana tuotantomäärät kasvoivat tehtaissa noin 30 %. Syynä oli, että sähkömoottorit olivat paljon tehokkaampia kuin höyrykoneet, vaativat vähemmän huoltoa eivätkä kärsineet linja-akseleiden ja hihnojen suurista kitkahäviöistä.
Varhaiset sähkömoottorit
Valvomojen värikoodattuja merkkivaloja tarvittiin lähettämään viestejä tehdastyöntekijöille, jotta he tekisivät manuaalisia muutoksia, kuten venttiilien avaamisia tai sulkemisia sekä kytkimien päälle- tai poiskytkentöjä. Tätä prosessinohjausta kutsutaan ”päälle–pois”-ohjaukseksi. 1930-luvulla teollisuuteen tuotiin ohjaimia, jotka mahdollistivat laskennalliset muutokset häiriöihin reagoimiseksi asetusarvosta poiketessa. Kiinteän rakenteen digitaalilogikkamoduuleja kiinteästi johdotetuille ohjelmoiduille logiikkaohjaimille alettiin ottaa käyttöön vuonna 1958 prosessinohjauksen ja automaation teollisissa ohjausjärjestelmissä. Nykyisten ohjelmoitavien logiikkaohjainten (PLC) edeltäjinä ne korvasivat vähitellen tarpeen sähkömekaaniselle relelogiikalle.
Varhaiset ohjausasemat
20th–21st vuosisadat: tietokoneet & robotiikka
Vuonna 1971 mikroprosessoreiden keksiminen laski tietokoneiden laitteistokustannuksia merkittävästi ja mahdollisti digitaaliohjausten nopean kasvun valmistusteollisuudessa. Jatkuva kehitys tietotekniikassa tähän päivään asti on vienyt teollista automaatiota yhä pidemmälle. Digitaalisten tietokoneiden myötä tuotantolaitoksissa voitiin käyttää ohjaimia, jotka suorittavat monimutkaisempia tehtäviä nopeammin ja tehokkaammin.
Tietokoneiden käyttöönotto
Teknologian kehittyessä edelleen robottiprosessiautomaatio alkoi nousta yhä näkyvämmäksi tuotantolaitoksissa. Victor Scheinman, yhdysvaltalainen robotiikan pioneeri, kehitti vuonna 1969 ”Stanford-käsivarren”. Se suunniteltiin 6-akseliseksi, sähkötoimiseksi nivelvarreksi. Tämä loi polun, jossa robotit pystyivät suorittamaan entistä monimutkaisempia tehtäviä, kuten hitsausta ja kokoonpanoa. Vuonna 1973 Eurooppa teki suuria edistysaskeleita teollisuusrobotiikassa tuomalla robotteja markkinoille ABB Roboticsin ja KUKA Roboticsin kautta.
Nykyajan tehtaissa robotteja käytetään lähes kaikissa kokoonpano- ja valmistusprosesseissa. Robotit eivät ainoastaan poista ihmisiä vaarallisista ympäristöistä, vaan auttavat myös yrityksiä pysymään kilpailukykyisinä alentamalla kustannuksia lisäämällä energiatehokkuutta, tuottavuutta, tarkkuutta ja täsmällisyyttä paremman tuotantolaadun saavuttamiseksi. Näemme nyt robottiprosessiautomaation kehitystä muun muassa seuraavissa prosesseissa:
- Lasinvalmistus
- Sellu- ja paperitehtaat
- Elintarvike- ja juomateollisuus
- Autoteollisuuden kokoonpano
- Maakaasun erotus
- Sähkön tuotanto
- Elektroniikan valmistus
- Tölkitys ja pullotus
Robotiikka valmistustehtaissa
Kotiautomaation kehitys
Automaation kehitys arjessa näkyy selvimmin, kun koemme sen päivittäin omissa kodeissamme. Kun sähköistyminen lähti kasvuun 19th vuosisadalla, on arvioitu, että noin 70 % Yhdysvaltain kotitalouksista oli sähköistetty vuoteen 1930 mennessä. Sähköverkon rakentuminen mahdollisti sen, että kotitaloudet pystyivät käyttämään varhaisia kodinkoneita, kuten:
- Vedenlämmittimet
- Kuivausrummut
- Astianpesukoneet
- Jääkaapit
- Pölynimurit
- Pyykinpesukoneet
- Ompelukoneet
Vedenlämmitys kotona
Vaikka monet näistä kodinkoneista olivat aluksi useimmille kotitalouksille liian kalliita, niiden asteittainen käyttöönotto ja teknologian kehittyminen tekivät niistä lopulta edullisempia.
1970-luvulla tietokoneiden laitteistojen hintojen jyrkkä lasku alensi elektroniikan hintoja merkittävästi. Tämä teki kodinkoneista helpommin saatavilla olevia. 1990–2000-luvuilla internet-teknologia kehittyi nopeasti, mikä mahdollisti älykotien edullistumisen ja kotiautomaation suosion kasvun. Nykyisissä moderneissa kodeissa kotiautomaatiota löytyy helposti älyteknologioiden, kuten automaattisten valojen, LVI-ohjausten, suoja- ja turvajärjestelmien, TV-nostimien ja viihdejärjestelmien ohjausten, muodossa. Kaikkia näitä älyteknologioita voi nyt kätevästi käyttää älypuhelimella yhteensopivien älykotisovellusten kautta. Etätyön yleistyessä olemme nähneet kasvavaa kysyntää myös sähköisille seisomapöydille.
Älykoti – valot ja viihteen ohjaus
Yhteenveto
Automaation kehitys arjessa on jatkunut läpi historian ja tulee jatkumaan myös tuleville sukupolville. Teknologian edistyessä voimme odottaa robottiprosessiautomaation kehityksen vaikuttavan alaan yhä enemmän.
Toivottavasti tämä oli mielestäsi yhtä informatiivinen ja mielenkiintoinen kuin meidänkin mielestämme, etenkin jos teollisen automaation historia kiinnostaa sinua. Jos sinulla on kysyttävää tai haluat keskustella tuotteistamme tarkemmin, otathan meihin rohkeasti yhteyttä! Olemme oman alamme asiantuntijoita ja autamme mielellämme kaikin tavoin.
sales@progressiveautomations.com | 1-800-676-6123