Na przestrzeni dziejów automatyzacji pojawianie się coraz nowszych technik, procesów i maszyn torowało drogę do tego, by odgrywała ona większą rolę w naszym społeczeństwie. Głównym celem ewolucji automatyzacji w życiu codziennym było zwiększanie efektywności, produktywności, bezpieczeństwa i wygody. W tym artykule omówimy historię automatyzacji przemysłowej, aby lepiej zrozumieć, jak kolejne etapy jej rozwoju doprowadziły do technologii, z których korzystamy dziś.
Historia automatyzacji w przemyśle
Od zawsze zwykli ludzie i właściciele firm poszukiwali sposobów na poprawę efektywności codziennych zadań. W starożytności nasi przodkowie większość prac wykonywali ręcznie, z pomocą prostych maszyn, bloczków, dźwigni, narzędzi ręcznych, a czasem zwierząt pociągowych. Z punktu widzenia produkcji procesy wytwórcze zazwyczaj klasyfikuje się jako:
- Całkowicie manualne
- Półautomatyczne
- W pełni zautomatyzowane
Ograniczając zakres interwencji człowieka wymaganej do wykonania zadania, procesy takie jak produkcja stają się dzięki automatyzacji znacznie bardziej efektywne. Oś czasu historii automatyzacji pokazuje, jak technologia posuwała się naprzód wraz z jej ewolucją.
1st wiek p.n.e.: Koła wodne
Dokładnej daty powstania kół wodnych trudno potwierdzić, jednak około 1st wieku p.n.e. Grecy i Rzymianie powszechnie wykorzystywali je do mielenia ziarna na mąkę. Inne, prostsze maszyny znane znacznie wcześniej wciąż wymagały sporej interwencji człowieka lub pracy zwierząt. Wykorzystanie spadającej wody z młynów wodnych do napędzania procesu mechanicznego można uznać za początek „półautomatyzacji” i wczesny etap ewolucji automatyzacji.
Wczesne koła wodne
9th wiek: Postępy w maszynach młynarskich
Młyny wodne i wiatrowe to rodzaje maszyn młynarskich wykorzystujących odnawialną energię do napędzania procesu mechanicznego. Najwcześniejszy znany projekt praktycznego młyna wiatrowego pochodzi z okolic 7-9th wieku i został opracowany przez Persów. Młyny te służyły do mielenia ziarna, a później rozwinięto je na potrzeby wielu innych procesów mechanicznych.
Choć młyny wodne mogły oferować większą moc w przeliczeniu na rozmiar, młyny wiatrowe były użyteczne w regionach, w których nie było dostępnej płynącej wody. Obie technologie stale się doskonaliły i były adaptowane na całym świecie, aby ograniczyć pracę ręczną w:
- Młynach młotkowych
- Tartakach
- Papierniach
- Młynach kruszących rudę
- Szlifierniach narzędzi
Wczesne młyny wiatrowe
17th do 18th wiek: Rewolucja przemysłowa
Wywodząca się z Europy Zachodniej rewolucja przemysłowa XVII wieku była ważnym punktem zwrotnym w ewolucji automatyzacji przemysłowej. W tej epoce wynalezienie silników parowych, młynów parowych oraz silników spalinowych w dużej mierze zastąpiło potrzebę stosowania młynów wodnych i wiatrowych. W 1785 r. Oliver Evans opracował także automatyczny młyn zbożowy, czyli pierwszy w historii całkowicie zautomatyzowany proces przemysłowy, zdolny do ciągłej produkcji bez udziału człowieka.
Wczesne fabryki produkcyjne
W 1867 r. James Clerk Maxwell opublikował pracę, która zapoczątkowała teoretyczne podstawy zrozumienia teorii sterowania. Zindustrializowane fabryki były coraz szerzej wdrażane do masowej produkcji materiałów, takich jak bawełna, papier, tworzywa sztuczne, szkło i metale, w znacznie większych ilościach i z wyższą efektywnością. W miarę jak technologie i procesy rewolucji przemysłowej rozprzestrzeniały się na całym świecie, gospodarka, transport, opieka zdrowotna i farmacja rozwijały się wykładniczo.
Silniki parowe dla lokomotyw
1900 do lat 50.: Elektryfikacja & sterowniki przemysłowe
Około lat 20. XX wieku ewolucja automatyzacji przemysłowej gwałtownie przyspieszyła, gdy fabryki zaczęły wykorzystywać logikę przekaźnikową i przechodzić elektryfikację – proces zasilania energią elektryczną. Rozwój scentralizowanych elektrowni wraz z uruchamianiem nowych kotłów wysokociśnieniowych, stacji elektroenergetycznych i turbin parowych spowodował rosnący popyt na aparaturę i układy sterowania.
Dystrybucja energii elektrycznej
Zakłady produkcyjne zaczęły przechodzić na silniki elektryczne, a coraz mniej obiektów pozostawało przy wałach transmisyjnych i napędach pasowych napędzanych silnikami parowymi. W trakcie tej transformacji zakłady odnotowały około 30% wzrostu wydajności. Wynikało to z faktu, że silniki elektryczne były znacznie bardziej sprawne od silników parowych, wymagały mniej konserwacji i nie powodowały dużych strat tarcia w wałach transmisyjnych i pasach.
Wczesne silniki elektryczne
Ze sterowni wysyłano sygnały w postaci kolorowych świateł, aby pracownicy fabryki wprowadzali ręczne zmiany, takie jak otwieranie lub zamykanie zaworów oraz włączanie lub wyłączanie przełączników. Jest to rodzaj sterowania procesem znany jako „załącz/wyłącz”. W latach 30. wprowadzono do przemysłu sterowniki umożliwiające obliczone zmiany w odpowiedzi na zakłócenia względem wartości zadanej. W 1958 r. przemysłowe systemy sterowania zaczęły przyjmować półprzewodnikowe moduły logiki cyfrowej dla stałokablowanych programowanych sterowników logicznych do sterowania procesami i automatyzacji. Jako poprzednicy programowalnych sterowników logicznych (PLC) używanych dziś, stopniowo zastąpiły w dużej mierze naszą potrzebę elektromechanicznej logiki przekaźnikowej.
Wczesne stanowiska sterownicze
20th do 21st wiek: Komputery & robotyka
W 1971 r. wynalezienie mikroprocesorów spowodowało duże spadki cen sprzętu komputerowego i umożliwiło szybki rozwój sterowania cyfrowego w przemyśle wytwórczym. Nieustanny postęp w technologiach komputerowych aż do dziś napędza ewolucję automatyzacji przemysłowej. Dzięki komputerom cyfrowym zakłady mogły stosować sterowniki zdolne wykonywać bardziej złożone zadania z większą prędkością i wyższą efektywnością.
Wprowadzenie komputerów
Wraz z postępem technologicznym coraz bardziej widoczna stawała się ewolucja robotyzacji procesów w zakładach produkcyjnych. Victor Scheinman, amerykański pionier robotyki, w 1969 r. wynalazł „ramię Stanforda”. Zaprojektowano je jako sześciosiowego, przegubowego, w pełni elektrycznego robota. To utorowało drogę do wykonywania przez roboty bardziej złożonych zadań, takich jak spawanie i montaż. W 1973 r. Europa poczyniła ogromne postępy w robotyce przemysłowej, wprowadzając roboty na rynek poprzez ABB Robotics i KUKA Robotics.
Roboty w dzisiejszych fabrykach są wykorzystywane niemal w każdym procesie montażu i produkcji. Nie tylko eliminują obecność ludzi w niebezpiecznych środowiskach, ale także pomagają obniżać koszty działania firm, zwiększając efektywność energetyczną, produktywność, dokładność i precyzję, co przekłada się na wyższą jakość produkcji. Obecnie ewolucję robotyzacji procesów widać m.in. w:
- Produkcji szkła
- Zakładach celulozowo-papierniczych
- Przetwórstwie żywności i napojów
- Montażu samochodów
- Separacji gazu ziemnego
- Wytwarzaniu energii elektrycznej
- Produkcji elektroniki
- Puszkowaniu i rozlewaniu do butelek
Robotyka w zakładach produkcyjnych
Ewolucja automatyki domowej
Ewolucja automatyzacji w codziennym życiu najłatwiej zauważyć, gdy doświadczamy jej na co dzień w naszych domach. Gdy elektryfikacja zaczęła się rozwijać w XIX wieku, szacuje się, że około 1930 r. 70% gospodarstw domowych w USA miało dostęp do prądu. Dystrybucja energii elektrycznej stworzyła możliwość zasilania w domach wczesnych urządzeń, takich jak:
- Podgrzewacze wody
- Suszarki do ubrań
- Zmywarki
- Lodówki
- Odkurzacze
- Pralki
- Maszyny do szycia
Domowe podgrzewanie wody
Choć wiele z tych urządzeń domowych początkowo było zbyt drogich dla większości gospodarstw, ich stopniowe wprowadzanie na rynek w połączeniu z rozwojem technologii z czasem uczyniło je bardziej przystępnymi.
W latach 70. duży spadek cen sprzętu komputerowego znacząco obniżył ceny elektroniki, co ułatwiło domowy dostęp do urządzeń. W latach 90. i 2000. intensywnie rozwijał się internet, dzięki czemu inteligentne domy stawały się coraz bardziej przystępne cenowo, a automatyka domowa zyskiwała na popularności. W nowoczesnych domach łatwo dziś znaleźć rozwiązania smart, takie jak automatyczne oświetlenie, sterowanie HVAC, systemy bezpieczeństwa i ochrony, podnośniki TV oraz sterowanie multimediami. Wszystkimi tymi inteligentnymi technologiami możemy wygodnie zarządzać ze smartfona dzięki kompatybilnym aplikacjom smart home. Wraz z upowszechnieniem pracy zdalnej rośnie też popyt na elektryczne biurka z regulacją wysokości.
Inteligentny dom - oświetlenie i sterowanie multimediami
Podsumowanie
Ewolucja automatyzacji w codziennym życiu trwa przez całą historię i będzie postępować również w kolejnych pokoleniach. Wraz z dalszym rozwojem technologii możemy spodziewać się, że robotyzacja procesów będzie wywierać jeszcze większy wpływ na naszą branżę.
Mamy nadzieję, że uznałeś to za równie pouczające i interesujące jak my, zwłaszcza jeśli interesowała Cię historia automatyzacji przemysłowej. Jeśli masz pytania lub chcesz porozmawiać o naszych produktach, skontaktuj się z nami! Jesteśmy ekspertami w swojej dziedzinie i chętnie pomożemy w każdy możliwy sposób.
sales@progressiveautomations.com | 1-800-676-6123