فایل ورد کامل مقاله بررسی اتوماسیون صنعتی و روش‌های اندازه‌گیری و ارتقاء آن؛ تحلیل علمی فناوری‌های نوین و مدیریت تولید

توجه : به همراه فایل word این محصول فایل پاورپوینت (PowerPoint) و اسلاید های آن به صورت هدیه ارائه خواهد شد

 فایل ورد کامل مقاله بررسی اتوماسیون صنعتی و روش‌های اندازه‌گیری و ارتقاء آن؛ تحلیل علمی فناوری‌های نوین و مدیریت تولید دارای ۴۹ صفحه می باشد و دارای تنظیمات در microsoft word می باشد و آماده پرینت یا چاپ است

فایل ورد فایل ورد کامل مقاله بررسی اتوماسیون صنعتی و روش‌های اندازه‌گیری و ارتقاء آن؛ تحلیل علمی فناوری‌های نوین و مدیریت تولید  کاملا فرمت بندی و تنظیم شده در استاندارد دانشگاه  و مراکز دولتی می باشد.

توجه : در صورت  مشاهده  بهم ریختگی احتمالی در متون زیر ،دلیل ان کپی کردن این مطالب از داخل فایل ورد می باشد و در فایل اصلی فایل ورد کامل مقاله بررسی اتوماسیون صنعتی و روش‌های اندازه‌گیری و ارتقاء آن؛ تحلیل علمی فناوری‌های نوین و مدیریت تولید،به هیچ وجه بهم ریختگی وجود ندارد

بخشی از متن فایل ورد کامل مقاله بررسی اتوماسیون صنعتی و روش‌های اندازه‌گیری و ارتقاء آن؛ تحلیل علمی فناوری‌های نوین و مدیریت تولید :

بررسی اتوماسیون صنعتی و نحوه¬ی اندازه گیری وارتقاء آن

چکیده

در این سمینار ابتدا مفهوم اتوماسیون و سایبرنتیک معرفی شده و سپس به معرفی انواع اتوماسیون (اداری و صنعتی) می-پردازیم. تمرکز این سمینار بر شناخت اتوماسیون صنعتی است. در این راستا ابتدا به بررسی ضرورت و مزایای اتوماسیون صنعتی و آنالیز سرمایه گذاری در تجهیزات اتوماتیک از نظر سودآوری می پردازیم، سپس اجزای سخت افزاری و نیازمندی های نرم افزاری اتوماسیون صنعتی معرفی شده و به بررسی نقش و جایگاه سیستم های کنترل و مانیتورینگ می¬پردازیم. پس از آن رویکرد طراحی ایمنی در سیستم های اتوماسیون را شرح می¬دهیم. سپس با معرفی رویکرد STS به ارائه روشی برای اندازه¬گیری اتوماسیون در شرکت ها می-پردازیم و نکاتی را که برای اجرای موفق یک پروژه اتوماسیون نیاز است ارائه می¬کنیم. در پایان به تشریح رویکردی به منظور ارتقاء اتوماسیون تحت عنوان چرخه¬ی ارتقاء اتوماسیون می-پردازیم.

۱- بررسی مفهوم اتوماسیون

۱-۱ تعریف اتوماسیون
کلمه اتوماسیون از ترکیب دو کلمه اتوماتیک (Automatic) و Operation بدست آمده است.
مکانیزاسیون : استفاده از ابزارها و ماشین آلات به جای اجرای دستی عملیات ها.
اتوماسیون : یک سطح بالاتر از مکانیزاسیون قرار دارد و در واقع در اتوماسیون یرای بکار انداختن و استفاده از ماشین¬ها و دستگاه¬های مختلف از ماشین¬ها و دستگاه¬های دیگری استفاده می¬شود. در اتوماسیون وسایل مکانیکی، هیدرولیکی و الکترونیکی جای نیروی انسانی را می گیرند و سیستم های کنترل به عملیات مربوط به کنترل، محاسبه و مقایسه می پردازند.

۱-۲ علم سایبرنتیک (Cybernetics)
Cybernetics در لغت به معنای مطالعه و مقایسه بین دستگاه عصبی که مرکب از مغز و اعصاب می باشد با دستگاههای الکترومکانیکی است و واژه معادل آن در فارسی (( فرمان شناسی )) است.
سایبرنتیک یک علم میان رشته ای است که با ارتباطات، کنترل ارگانیسم های زنده، ماشینها و سازمانها سر و کار دارد. این واژه از یک کلمه یونانی به معنای راننده یا فرمانده گرفته شده است و اولین بار در سال ۱۹۴۸ توسط یک ریاضیدان آمریکایی در نظریه مکانیسم های کنترلی وارد شد. سایبرنتیک برای بررسی در مورد اینکه چگونه می توان اطلاعات را به عملکرد مورد نظر تبدیل نمود، توسعه یافت. این علم در جنگ جهانی دوم برای ساخت (( مغزهای الکترونیکی )) و مکانیسمهای کنترل اتوماتیک برای ادوات نظامی نظیر بمب افکنها مورد استفاده قرار گرفت.
در علم سایبرنتیک سیستم های ارتباطی و کنترلی ارگانیسمهای زنده و ماشین ها مشابه در نطر گرفته می شوند. برای دستیابی به عملکرد مورد نظر توسط انسان یا وسایل مکانیکی ، اطلاعات مربوط به وضعیت فعلی توسط اعضای حسی ( مثلا چشم یا یک سنسور ) دریافت شده و به پردازشگر مرکزی (مغز یا یک پروسسور مثل PLC) انتقال می دهند و پردازشگر مرکزی دستور مناسب را صادر می کند. این پروسه اساس کار اتوماسیون است.

۱-۳ انواع اتوماسیون
اتوماسیون از نظر محل کاربرد بر دو نوع است:
۱- اتوماسیون صنعتی:
اتوماسیون صنعتی به بهره گیری از رایانه ها به جای متصدیان انسانی برای کنترل دستگاهها و فرآیندهای صنعتی گفته می¬شود. اتوماسیون یک گام فراتر از مکانیزه کردن است. مکانیزه کردن به معنی فراهم کردن ابزار و دستگاه هایی برای متصدیان انسانی است به گونه ای که این ابزارها و دستگاهها به متصدیان انسانی در انجام بهتر کارهایشان کمک می کند.
نمایانترین و شناخته شده ترین بخش اتوماسیون صنعتی رباتهای صنعتی هستند.
امروزه کاربرد اتوماسیون صنعتی در صنایع و پروسه های مختلف به وفور به چشم می خورد. کنترل پروسه و سیستم¬های اندازه گیری پیچیده ای که در صنایعی همچون نفت، گاز، پتروشیمی، صنایع شیمیایی، صنایع غذایی، صنایع خودروسازی و غیره بکار می آیند نیازمند ابزارآلات و روش کنترل بسیار دقیق و حساس می باشند.
از آنجا که موضوع این تحقیق اساسا در مورد اتوماسیون صنعتی است از توضیح بیشتر در اینجا خودداری کرده و سایر نکات در مورد اتوماسیون صنعتی را در ادامه در بخش های جداگانه شرح می دهیم.

۲- اتوماسیون اداری:
سیستم های اتوماسیون اداری در واقع یکی از انواع سیستم های اطلاعاتی هستند. کاربران نظام اطلاعات، اطلاعات را به عنوان یک منبع ارزشمند همانند سرمایه و نیروی انسانی بکار می گیرند. از آنجا که اطلاعات مهم و ارزشمند هستند و اساسی برای تمام فعالیتهای سازمان محسوب می شوند، باید سیستم هایی را برپا کرد تا بتوانند اطلاعات را تولید و آنها را مدیریت کنند. هدف چنین سیستم هایی کسب اطمینان از صحت و اعتبار اطلاعات در دسترس در زمان نیاز و به شکل قابل استفاده است.
در اوائل دهه ی ۱۹۶۰ سیستم های مدیریت اطلاعات (MIS) به وجود آمدند. پس از گذشت یک دهه و به دلیل بروز نیازهای اطلاعاتی جدید، سیستم های اطلاعاتی جدید سیستم های پشتیبانی تصمیم گیری (DSS) به وجود آمدند. تفاوت DSS با MIS این است که MIS صرفا شامل پایگاه های داده برای ذخیره سازی اطلاعات است، در حالیکه DSS با پردازش اطلاعات موجود در تصمیم گیری به مدیران و کاربران کمک می کند.
در دهه ۱۹۷۰ در نتیجه پیشرفت های صنعتی و تکنولوژیکی کارایی کارخانه ها ۸۰-۹۰ درصد بالا رفت در حالی که کارایی اداری تنها ۴ درصد افزایش داشت، پس باید سیستم هایی بوجود می آمدند که موجب افزایش بهره وری و کارایی دفاتر می شدند. از این رو پس از تکامل سیستم های پردازش داده (DPS) ، سیستم های اطلاعات مدیریت و سیستم های پشتیبانی تصمیم گیری و با توجه به پیشرفت های حاصله در تجهیزات الکترونیکی و امکان ایجاد شبکه های کامپیوتری، موضوع افزایش بهره وری و کارایی دفاتر مدیران و تسهیل ارتباطات بین مدیر و کارکنان از طریق تجهیزات رایانه ای و الکترونیکی مطرح گردید و در سال ۱۹۸۰ سیستم های اتوماسیون اداری طراحی گردیدند.
اتوماسیون اداری شامل تمام سیستم های الکترونیکی رسمی و غیر رسمی بوده که به برقراری ارتباط اطلاعات بین اشخاص در داخل مؤسسه و خارج مؤسسه مربوط می شوند. کلمه اصلی که اتوماسیون را از داده پردازی، سیستم اطلاعات مدیریت (MIS) و سیستم پشتیبانی اطلاعات(DSS) متمایز می کند (( ارتباطات)) است.

۲- ضرورت و مزایای اتوماسیون صنعتی و آنالیز سرمایه گذاری

برخی از فعالیت های تولیدی یا مرتبط با تولید اصولا با روش ها و تکنولوژی های غیر خودکار قابل اجرا نیستند. در این گونه موارد استفاده از اتوماسیون یک ضرورت محسوب می شود. به عنوان مثال:
برای یک تکنسین ممکن نیست که در هوای آلوده به مواد شیمیایی به کنترل تولید و یا انجام عملیات تولیدی بپردازد، در صورتی که یک ربات چنین امکانی را فراهم می سازد.
از یک تکنسین نمی توان انتظار داشت که سه شیفت متوالی (۲۴ ساعته ) به کار در خط تولید بپردازد در حالی که یک ربات قادر به چنین کاری است.
یک کارگر فنی نمی تواند ظرف یک ثانیه دهها سوراخ روی یک صفحه ایجاد نماید ولی ماشین های کامپیوتریزه قادر به انجام چنین کاری هستند.
;
از طرف دیگر برخی از مزایای اتوماسیون صنعتی عبارتند از:
تکرارپذیری فعالیت ها و فرآیندها
افزایش کیفیت محصولات تولیدی
افزایش سرعت تولید
کنترل کیفیت دقیق تر و سریع تر
کاهش پسماندهای تولیدی (ضایعات)
برهمکنش بهتر با سیستم های بازرگانی
افزایش بهره وری واحدهای صنعتی
بالا بردن ایمنی برای نیروی انسانی و کاستن از فشارهای روحی و جسمی
;
بنابراین اتوماسیون می تواند از طریق تولید بیشتر، راندمان بالاتر، کیفیت تولیدی بیشتر و انعطاف پذیری بالاتر تولید به بهبود سودآوری مؤسسات تولیدی کمک کند. در نتیجه، در بازار شدید رقابتی یکی از راههای بقاء ارتقاء اتوماسیون است.
معیار سودآوری به صورت زیر تعریف می شود:

از آنجا که اتوماسیون خطوط تولید معمولا با سرمایه گذاری قابل توجه و پر حجم میسر است، طبیعی است که آنالیز این سرمایه گذاری در خصوص اینکه آیا این سرمایه گذاری سودآور است یا خیر باید انجام شود. صورت کسر رابطه سودآوری نیاز به توضیح جزئی تر دارد. اتوماسیون به طرق زیر ممکن است بر افزایش یا اساسا ایجاد سود مؤثر باشد:
۱- سود واحد تولید شده
از یک طرف تولید اتوماتیک باعث افزایش راندمان تولیدی و کاهش هزینه ماشین آلات و نیروی انسانی مورد استقاده برای تولید واحد محصول شده و از طرف دیگر کیفیت محصولات تولیدی و در نتیجه ارزش آنها از دید مصرف کننده افزایش یافته و مصرف کننده حاضر است مبلغ بیشتری را برای این محصول بپردازد.
۲- افزایش ظرفیت تولیدی
از جمله راههای افزایش سودآوری در خطوط تولیدی که به طور اتوماتیک کار می کنند افزایش ظرفیت تولیدی است. در صورت وجود بازار فروش ، با افزایش ظرفیت تولیدی در خطوط تولید اتوماتیک میزان سودآوری نیز افزایش می¬یابد.
در کنار افزایش ظرفیت تولید، واحد تولیدی اتوماتیک باید به صورت پیوسته تداوم تقاضا برای محصول تولیدی را نیز مد نظر داشته باشد. ظرفیت تولیدی باید همواره نسبت به تقاضا قابل تعدیل باشد. به علاوه، واحد تولیدی باید به عنوان شرایط و عوامل مربوط به خود به میزان استفاده از ظرفیت تولیدی، سطح محصول ذخیره شده و تغییرات مربوط به تقاضای بازار توجه نماید. در صورتی که در هر یک از عوامل نامبرده مشکلاتی بروز کند در پی آن هزینه تولید افزایش خواهد یافت.
۳- انعطاف پذیری
عوامل زیر می توانند باعث شوند خط تولید به تغییر و تحولاتی نیاز پیدا کند:
۱) دیدگاه و نیازهای مصرف کنندگان تغییر کند.
۲) حجم اطلاعات و دانش تولید واحد توایدی تغییر کند.
۳) عواملی که مشوق تغییر هستند نظیر : وجود رقابت فشرده بین صنایع و واحدهای تولیدی، بالا بودن قیمت پاره¬ای از فاکتورهای تولیدی و وجود برخی احکام و قوانین که در ارتباط با تولید و صنایع هستند.

میزان انعطاف پذیری به دو عامل وابسته است:
۱- فرصت مناسب: مشخص بودن برنامه و هدف های توسعه واحد تولیدی از قبل
۲- امکاناتی که زمینه سازند: امکانات مالی گسترده، پرسنل با تجربه، ماشین آلات و تجهیزات و نوع سازماندهی
انعطاف پذیری بالای تجهیزات تولیدی اتوماتیک اگرچه هزینه های بالاتری را به همراه دارند اما از نیاز به سرمایه گذاری های جدید جلوگیری می نمایند. باید بین این انعطاف و هزینه بالای آن با در نظر داشتن نیازهای آینده تعادل برقرار کرد.
۳- اجزای سخت افزاری و بخش های مختلف سیستم های تولید اتوماتیک

اتوماسیون نوعی تکنولوژی است و همانند سایر تکنولوژی ها دارای وجوه سخت افزاری و نرم افزاری است.وجه سخت افزاری تکنولوژی بیشتر با وجوه مادی آن مثل دستگاهها، تجهیزات، ابزار، مواد خام و غیره مربوط است و وجه نرم افزاری آن با جنبه های غیر مادی مانند سطح تجربه و معلومات، دانش طرز تولید، روش و نوع سازماندهی، توانایی¬های مدیریت، قدرت تخمین، برنامه¬ریزی، تاثیرگذاری تصمیمات و غیره در ارتباط است.
سیستم های اتوماسیون صنعتی کارخانه هایی هستند که در آنها فرآیندها (تامین انرژی، جابجایی مواد یا تولید محصولات) به صورت خودکار کنترل می شوند.
یک سیستم اتوماسیون صنعتی شامل سه جزء است:
• فرآیند صنعتی که توسط ماشین آلات انجام می شود.
• سیستم کنترل و ایجاد ارتباط که جریان اطلاعات را بین سخت افزار و نرم افزار برقرار می کند.
• کارکنان مرتبط با فرآیند که راه اندازی و مدیریت سیستم ها را بر عهده دارند.

اجزای جریان های اطلاعات در یک سیستم اتوماسیون

با ارتقاء سیستم های اتوماسیون نقش پرسنل به تدریج به نظارت بر سیستم های کنترلی و مداخله در شرایط خاص (بروز مشکل در سیستم) محدود می شود و وظایفی مانند کنترل فرآیندهای صنعتی، کنترل و پیاده سازی زمان بندی¬های تولید، مانیتورینگ، شناخت مشکلات بوجود آمده در فرآیندها و انجام عملیات تعمیرات و نگهداری به صورت خودکار توسط سیستم های کنترل هدایت می شوند.
همانطور که از مطالب فوق دریافت می شود سیستم های کنترل که وظیفه کنترل اجرای صحیح فرآیندها را بر عهده دارند و سیستم های مانیتورینگ که مقادیر کمّی خروجی فرآیند را نمایش می دهند دو جزء اساسی سیستم های اتوماسیون هستند. لذا قبل از ادامه بحث به طور مختصر به تعریف این دو سیستم اساسی می پردازیم:
الف) سیستم های کنترل:
سیستم کنترل سیستمی است که با اتصالات و ارتباطات خود، تنظیم و هدایت یک سیستم دیگر و خود این سیستم را فراهم می کند.

انواع سیستمهای کنترل عبارتند از:
سیستم های مدار باز: در این سیستم ها عامل کنترل مستقل از خروجی سیستم است. مثلا سیستم کنترل به یک ماشین فرز CNC فرمان می دهد که تیغه فرزکاری خود را ۱۰ mm به جلو حرکت دهد. همانطور که ملاحظه می شود هیچ بازخور(Feedback) از طرف ماشین در زمان حرکت تیفه فرز به سیستم کنترل برگردانده نمی شود.
۱- سیستم های مدار بسته: در این سیستم ها عمل کنترل با خروجی سیستم مرتبط است. این سیستم ها معمولا سیستم های کنترل پسخوراند (بازخور) (Feedback) نامیده می شوند. در مثال قبل فرض کنید سیستم کنترل به ماشین فرز CNC فرمان می دهد که تیغه فرز خود را به مکان صفر (مبدا مختصات ماشین) انتقال دهد. در این حالت ابتدا سنسورها فاصله مکان فعلی تیغه فرز را از این مکان تعیین کرده و سپس موتورهای الکتریکی ماشین فرز تیغه را به سمت این نقطه حرکت می دهند. در زمان حرکت تیغه فرز به سمت مبدأ سنسورها فاصله لحظه ای مکان تیغه فرز را از مبدأ به سیستم کنترل انتقال می دهند تا به محض اینکه این فاصله صفر شد سیستم کنترل فرمان توقف را صادر کند. در شکل زیر مثال دیگری از یک سیستم مدار بسته کنترل سطح آب یک مخزن نمایش داده شده است.

۲- سیستم کنترل مدار باز : این سیستم¬ها فاقد بازخور هستند. به عنوان مثال برای حرکت تیغه¬ی فرز به اندازه¬ی ۱۰ mm در یک مرحله سیستم کنترل به موتور محرک تیغه فرز فرمان حرکت به میزان مورد نیاز را صادر می¬کند.
ماشین آلات اتوماتیک بیشتر مراحل کاری را به طور خودکار انجام می دهند و اتکای آنها به عوامل انسانی کمتر است. چنین ماشین آلاتی برای کارکرد صحیح خود به یک بخش فرمان خودکار نیاز دارند که معمولا از یک سیستم کنترل قابل برنامه ریزی در این بخش استفاده می شود (به عنوان مثال PLC (کنترل کننده منطقی قابل برنامه ریزی) (Programmable Logical Controller) یا رله ها که قطعات الکتریکی هستند که با عبور جریان از آنها می توانند جریان یک مدار دیگر را قطع یا وصل کنند الیته امروزه بیشتز به جای چندین رله از یک PLC استفاده می¬شود). بخش کنترل قابل برنامه ریزی مطابق با الگوریتم کاری ماشین، برنامه¬ریزی شده و می تواند متناسب با شرایط لحظه ای به عملگرهای دستگاه فرمان داده و در نهایت ماشین را کنترل کند. این شرایط لحظه¬ای توسط حسگرها(سنسورها) ثبت می¬شوند. وجود سنسورهای مختلف در فرآیند اتوماسیون به قدری مهم است که بدون سنسور هیچ فرآیند خودکاری شکل نمی¬گیرد، بنابراین سنسورها یکی از اجزای سیستم های اتوماسیون صنعتی می¬باشند.
در واقع در یک سیستم انوماسیون PLC به عنوان قلب سیستم کنترلی عمل می¬کند. هنگام اجرای یک برنامه کامپیوتری که در حافظه آن ذخیره شده است، PLC دائما با گرفتن feedback از قطعات ورودی و سنسورها وضعیت سیستم را بررسی می¬کند. سپس این اطلاعات را به برنامه کنترلی خود منتقل می¬کند و نسبت به آن در مورد نحوه¬ی عملکرد ماشین تصمیم¬گیری می¬کند و در نهایت فرمانهای لازم را به قطعات و دستگاههای مربوطه (از قبیل سیم-پیچ، موتور، اینورتور، شیربرقی، هیتر و 😉 ارسال می¬کند.

ب) مانیتورینگ (Monitoring)
یکی دیگر از مباحث مهم و مرتبط با اتوماسیون صنعتی مانیتورینگ است. امروزه مانیتورینگ یکی از نیازهای اساسی بسیاری از صنایع به خصوص صنایع بزرگ می¬باشد. بسیاری از صنایع بزرگ مانند صنایع پتروشیمی، صنایع تولید انرژی، صنایع شیمیایی و ; بدون استفاده از سیستم مانیتورینگ مناسب قادر به ادامه کار خود نیستند.
مانیتورینگ عبارت است از جمع آوری اطلاعات مورد نظر از بخش های مختلف یک واحد صنعتی و نمایش آنها با فرمت مورد نظر برای رسیدن به اهداف ذیل:
– نمایش وضعیت لحظه¬ای هر یک از ماشین آلات و دستگاهها
– نمایش و ثبت پارامترهای مهم و حیاتی یک سیستم
– نمایش و ثبت آلارم های مختلف در زمانهای بروز خطا در سیستم
– نمایش محل خرابی و زمان وقوع ایراد در هر یک از اجزای سیستم
– نمایش پروسه های تولید با استفده از ابزارهای گرافیکی مناسب
– تغییر و اصلاح Set Point ها حین اجرای پروسه تولید
– امکان تغییر برخی از فرآیندهای کنترلی از طریق برنامه مانیتورینگ
– ثبت اطلاعات و پارامترهای مورد نیاز مدیران از قبیل زمان های کارکرد، میزان تولید، میزان مواد اولیه مصرفی، میزان انرژی مصرفی و ;

در شکل زیر هرم سیستم های اتوماسیون مدرن نشان داده شده است. در اینجا به ارائه توضیحی در مورد هر یک از سطوح نشان داده شده در این شکل می پردازیم:
• سطح سنسور-عملگر(Actuator-sensor level / Process level)
در این سطح مشخصه های کمی فرآیند نظیر دما، فشار، مسافت و ; از طریق سنسورها اندازه گیری می شوند و خروجی از طریق عملگرها مانند شیرها، پمپ ها، سرووموتورها(servomotor) اعمال می شود.

• سطح میدان (Field level)
در این قبل حلقه مفقوده سطح قبل یعنی پردازش اطلاعات توسط PLC و میکروکنترلرها انجام می شود. همچنین عملکرد فرآیند توسط سیستم های مانیتورینگ قابل مشاهده است.