Automatiseerimine

Allikas: Vikipeedia

Automatiseerimine on protsess, mille käigus luuakse ja rakendatakse tehnoloogiaid, mis võimaldavad tooteid ja teenuseid luua ning neid pakkuda vähese või olematu inimsekkumisega.[1]

Automatiseerimise ajalugu[muuda | muuda lähteteksti]

Teadaolevalt on varaseim kirjalikes allikates mainitud automatiseerimise näide 1620. aastal Hollandi leiutaja Cornelis Drebbeli leiutatud kanamunade inkubaator. Drebbel kasutas seal sobiva temperatuuri hoidmiseks enda leiutatud elavhõbeda-termoregulaatorit ehk termostaati.[2][3]

18. sajandil arenes tootmisautomaatika ja kontrollteooria jõudsalt edasi. 1745. aastal patenteeris Edmund Lee kontrollmehhanismi, mis võimaldas tuuleveskite põhilabasid automaatselt tuulde keerata.[4] Samal aastal leiutas prantslane Jacques de Vaucanson esimesed täielikult automaatsed kangasteljed. Vaucanson kasutas kangastelgede automatiseerimiseks perfokaarte.[5] 1771. aastal leiutas Richard Arkwright automaatse, vee jõul töötava, ketramismasina.[6]

Boultoni ja Watti tsentrifugaalregulaator

18. sajandi lõpus ja 19. sajandi jooksul toimusid olulised arengud rasketööstuse automatiseerimises. Paljud tööstusmasinad vajavad vigadeta töötamiseks ühtlast töökiirust, mida varased aurumootorid pakkuda ei suutnud. 1788. aastal võttis Šoti leiutaja James Watt aurumootorite töökiiruse reguleerimiseks kasutusele 17. sajandil leiutatud tsentrifugaalregulaatori. Varased kiirusreguleeritud aurumootorid ei suutnud töökindlalt ühtlast kiirust hoida ning neid sai kasutada vaid olukorras, kus ühtlane kiirus polnud eriti oluline. Edasiarendatud kiirusregulaator ning muud arengud muutsid aurumootori pea kõigis tööstusharudes kasutuskõlblikuks juba enne 19. sajandi lõppu.[7]

Esimene teadaolev teaduslik analüüs kontrollteooria ja automatiseerimise kohta pärineb James Clerk Maxwelli sulest. Maxwell analüüsis oma teadustöös kiirusregulaatorite matemaatilist alust ning kirjeldas, kuidas matemaatiliselt näidata erinevaid regulaatorite parameetreid.[3][8]

20. sajandi alguse tehastes hakati koos elektriseerimisega kasutama releeloogikat ning tehaseseadmete juhtimine kontsentreerus juhtimisruumidesse. Töö juhtimisruumides oli suuresti manuaalne, kuna madala tööpinge ja -vooluga mõõteseadmete abil on keeruline otse juhtida võimsamate tööstusseadmete tööd. Tolleaegsed juhtimissüsteemid olid enamasti mittelineaarse (kinni-lahti) tööpõhimõttega. [8]

Madala pinge ja voolu juures toimivate mõõteseadmete väljundit peab kõrgema pinge ja vooludega tööstusseadmete juhtimiseks võimendama. Varased võimendid ei olnud selleks sobivad, kuna nende väljund oli moonutatud ja mürane.[3]

1927. aastal leiutas Harold Stephen Black negatiivse tagasisidega elektroonilise võimendi. Selle võimendi kasutegur, võimendustegur ja signaali-müra suhe olid kõrgemad kui varasematel võimenditel. 1930. aastal leiutas Clesson E. Mason sarnasel põhimõttel toimiva lineaarse negatiivse tagasisidega pneumaatilise võimendi. Nende võimenditega tekkis võimalus võimsamaid seadmeid otse mõõteseadmete väljundiga juhtida, vähendades vajadust inimoperaatorite järele. Lineaarne tagasiside võimaldas seadmeid juhtida täpsemalt ja sujuvamalt kui varasemate mitte-lineaarsete kontrolleritega.[3][9]

1930. ja 1940. aastatel arenes automaatika jõudsalt tänu sõjatööstusele. Eriti suurt rõhku pandi sel ajal lennukite ja laevade autopilootide ning tulejuhtimissüsteemide arendusse. Sõjaliste tellimuste täitmiseks uuendati ka tehaste sisseseadeid.[8][9]

1950. aastatel hakati varasemat releeloogikal põhinevat automaatikat asendama digitaalsete lahendustega. Digitaalse automaatika areng hoogustus 1970. aastatel integraallülituste odavnemisega. Samal ajal hakkas levima tööstusrobotite kasutamine.[10]

21. sajandil on automatiseerimise arengule kaasa aidanud masinõppimine ja tehisintellekt. Need aitavad toota autonoomsemaid automatiseerimislahendusi, mis on võimelised ka oma vigu parandama ja oma tööd optimeerima.

Automatiseerimise tasandid[muuda | muuda lähteteksti]

T.B. Sheridan ja W. Verplanck jagavad üldotstarbelise automatiseerimise kümnesse erinevasse tasandisse, mis kajastavad arvuti ja inimoperaatori rolli otsustamisprotsessis. Erinevates automatiseerimise rakendustes kategoriseeritakse automatiseerimise ulatust siiski ka teisiti.

Automatiseerimise tasandid[11]
Automatiseerimise

tasand

Kirjeldus
1 Arvuti ei paku abi, kõik otsused võtab vastu inimoperaator.
2 Arvuti pakub välja täieliku nimekirja võimalikest otsustest või tegevustest.
3 Arvuti pakub välja kitsendatud nimekirja võimalikest otsustest või tegevustest.
4 Arvuti pakub välja ühe soovitusliku otsuse või tegevuse.
5 Arvuti teeb soovitatud otsuse või tegevuse, kui inimoperaator nõustub.
6 Arvuti annab inimoperaatorile piiratud aja soovitatud otsuse või tegevuse automaatsest tegemisest keeldumiseks.
7 Arvuti teeb soovitatud otsuse või tegevuse automaatselt, teavitades sellest inimoperaatorit.
8 Arvuti teeb soovitatud otsuse või tegevuse automaatselt ning teavitab inimoperaatorit ainult siis, kui inimoperaator arvutilt seda palub.
9 Arvuti teeb soovitatud otsuse või tegevuse automaatselt ning otsustab ise, kas inimoperaatori teavitamine on vajalik.
10 Arvuti tegutseb inimoperaatorist sõltumatult, tehes kõik otsused ise. Arvuti ei teavita inimoperaatorit oma otsusest ja tegevustest.

Automatiseerimise näited[muuda | muuda lähteteksti]

Tööstusautomaatika[muuda | muuda lähteteksti]

KUKA tööstusrobot käitleb klaaspaneeli

Tööstuses automatiseeritakse enamasti ülesanded, mis vajavad suurt täpsust, korduvaid ühesuguseid liigutusi või on inimoperaatorile ohtlikud. Automatiseerimise eesmärk on tagada kõrgem kvaliteet, suurem tootlikkus ning väiksemad tööjõukulud.[12] Enne 20. sajandit toimusid suuremad automatiseerimisalased arengud kergetööstuses. 20. sajandil keskendus tööstuse automatiseerimine pigem rasketööstusele. Teise maailmasõja ajal automatiseeriti sõdivates riikides tankide, lennukite, kaubalaevade ja käsirelvastuse tootmist. Esimesed tööstusrobotid võeti kasutusele autotööstuses.[13]

Põllumajandusautomaatika[muuda | muuda lähteteksti]

Põllumajanduses kasutatakse automaatikat nii looma- kui taimekasvatuses.

Loomakasvatuses kasutatakse näiteks automaatseid söödasüsteeme ja lüpsiroboteid. Nende kasutamise põhieesmärk on tööjõukulude vähendamine ning tootlikkuse suurendamine. Lüpsirobotid suudavad hinnata ka lüpstud piima kvaliteeti, teavitades operaatorit võimalikest haigustest. Standarditele mittevastava piima eraldamine võimaldab kvaliteetsemat piima müüa kõrgema turuhinnaga.[14][15]

Taimekasvatuses kasutatakse näiteks automatiseeritud kastmissüsteeme ja autonoomseid põllundusmasinaid. Automatiseeritud traktorite kasutuselevõtul esinevad sarnased ohutusküsimused nagu isesõitvate autode puhul, kuid piiratud ligipääsuga põllumaadel ei pea ohutust tagavad süsteemid olema sama töökindlad ja detailsed nagu liikluses, kus ootamatute olukordade teke on tõenäolisem.[16][17]

Automatiseeritud kastmine, väetamine ning kasvuhoonete automaatne juhtimine vähendavad üle- ja alakastmisega seotud probleeme ning suurendavad tootlikkust. Automaatsed kastmis- ja väetamissüsteemid võtavad arvesse mulla niiskust ja keemilist koostist, vähendades ka veekulu ning kulutusi väetistele. Kasvuhoonete juhtimissüsteemid hindavad kasvuhoonete temperatuuri, valgushulka, hapniku ja süsihappegaasi sisaldust ja muid olulisi tegureid, et tagada kasvatatavatele taimedele parim võimalik kasvukeskkond.[17]

Koduautomaatika[muuda | muuda lähteteksti]

Nesti iseõppiv termostaat "targa kodu" lahendustele

Koduautomaatika on üldnimetus kodus kasutatavate automaatkontrolliga seadmete kohta. Koduautomaatika eesmärk on tagada koduomanikule suurem mugavus, väiksem ajakulu ning kokkuhoid kommunaalkuludelt.[18] "Targa kodu" lahendused võimaldavad muuhulgas kontrollida kütte- ja ventilatsioonisüsteeme, valgustust, turvasüsteeme, multimeediaseadmeid ning vanurite ja puudega inimeste abistamiseks mõeldud seadmeid.[19]

Liiklusautomaatika[muuda | muuda lähteteksti]

Isesõitvad autod[muuda | muuda lähteteksti]

Autonoomsete ehk isesõitvate autode eesmärk on muuta liiklust mugavamaks ja ohutumaks. Autojuhtide tähelepanu hajumine ja valed otsused on üle 90% liiklusavariide põhjuseks. Täisautonoomsete sõidukite tähelepanu ei haju ning need suudavad olukordadele kiiremini reageerida ja kriitilises olukorras läbi analüüsida suurema hulga võimalikke tegevusi.[20][21]

Täisautonoomsete autode kasutamine vähendab liiklusavariide hulka, liiklusummikute teket ning kasvuhoonegaaside hulka.[20][21]

Google'i isesõitev auto

Kuigi autonoomsed sõidukid vähendavad liiklusriske, toimus 2016. aasta juunis esimene hukkunuga avarii, milles osales autonoomses režiimis sõitev Tesla Model S.[22]

Lennundusautomaatika[muuda | muuda lähteteksti]

Lennunduses kasutatakse mitmeid automatiseeritud abivahendeid. 1912. aastal leiutatud autopiloot aitab lennumasina trajektoori automaatselt korrigeerides vähendada pilootide töökoormust. Mõned tänapäevased autopiloodid suudavad automatiseerida pea kõik lennuetapid, välja arvatud lennujaamas manööverdamise.

Lisaks autopiloodile kasutatakse automaatikat ka tsiviillennukite ohutussüsteemides. Laialdane automatiseerimine on oluliselt vähendanud lennuõnnetuste hulka miljoni õhkutõusu kohta.[23]

Vaata ka[muuda | muuda lähteteksti]

Viited[muuda | muuda lähteteksti]

  1. "What is Automation?- ISA", Isa.org, 2016. [Veebileht]. Saadaval: https://www.isa.org/about-isa/what-is-automation/. [Kasutatud: 25- okt- 2016].
  2. G. Tierie, Cornelis Drebbel (1572–1633). Amsterdam: Paris, 1932.
  3. 3,0 3,1 3,2 3,3 S. Bennett, "A brief history of automatic control", IEEE Control Systems Magazine, vol. 16, no. 3, pp. 17–25, 1996.
  4. "Energy conversion | technology", Encyclopedia Britannica, 2016. [Veebileht]. Loetav: https://www.britannica.com/technology/energy-conversion#ref24542. [Kasutatud: 28- okt- 2016].
  5. "Jacques de Vaucanson | French inventor", Encyclopedia Britannica, 2016. [Veebileht]. Loetav: https://www.britannica.com/biography/Jacques-de-Vaucanson. [Kasutatud: 28- okt- 2016].
  6. T. Liu, The weaver's knot. Ithaca, N.Y.: Cornell University Press, 1994, pp. 89–92.
  7. S. Bennett, A history of control engineering, 1800–1930, 2. väljalase London: Peregrinus on behalf of the Institution of Electrical Engineers, 1979.
  8. 8,0 8,1 8,2 S. Bennett, A history of control engineering, 1930–1955. Stevenage, Herts., U.K.: P. Peregrinus on behalf of the Institution of Electrical Engineers, London, 1993.
  9. 9,0 9,1 A. Field, A great leap forward. New Haven: Yale University Press, 2011. ISBN 978-0-300-15109-1.
  10. History of Industrial Robots, 1st ed. International Federation of Robotics, 2012. [Kasutatud: 25-okt-2016]
  11. T. Sheridan and W. Verplank, Human and computer control of undersea teleoperators. Cambridge, Mass.: Massachusetts Institute of Technology, Man-Machine Systems Laboratory, 1978.
  12. "What is Industrial Automation | Types of Industrial Automation – Electrical Technology", Electrical Technology, 2016. [Veebileht]. Loetav: http://www.electricaltechnology.org/2015/09/what-is-industrial-automation.html. [Kasutatud: 28- okt- 2016].
  13. "History of Automated Assembly", Brighthub Engineering. [Veebileht]. Loetav: http://www.brighthubengineering.com/manufacturing-technology/126293-history-of-automation-in-manufacturing/. [Kasutatud: 31- okt- 2016].
  14. Lely Vector automaatne söödasüsteem. Lely Group.
  15. AMS Guidelines 2010. DeLaval, 2010.
  16. B. Blackmore, H. Griepentrog, H. Nielsen, M. Nørremark ja J. Resting-Jeppesen, "Development of a deterministic autonomous tractor", Proceedings CIGR, vol. 11, 2004.
  17. 17,0 17,1 Y. Edan, S. Han and N. Kondo, "Automation in agriculture", in Springer handbook of automation, Berliin: Springer, 2016, pp. 1095–1128.
  18. "What is home automation and how does it work? | SafeWise", Safewise.com [Veebileht]. Loetav: http://www.safewise.com/home-security-faq/how-does-home-automation-work. [Kasutatud: 30- okt- 2016].
  19. "Smart Homes or Smart Home or Home Automation CCTV Institute", CCTV & Surveillance Systems. [Veebileht]. Loetav: http://cctvinstitute.co.uk/smart-home/. [Kasutatud: 30- okt- 2016].
  20. 20,0 20,1 M. Azmat and C. Schuhmayer, "Self Driving Cars", in Innovation Platform – e-Mobility, Wien, 2015. Loetav: https://www.academia.edu/14750561/Self_Driving_Cars_Future_has_already_begun [Kasutatud: 30-okt-2016]
  21. 21,0 21,1 R. Hudda, C. Kelly, G. Long, J. Luo, A. Pandit, D. Phillips, L. Sheet and I. Sidhu, "Self Driving Cars", Fung Technical Report, 2013.
  22. "A Tragic Loss", Tesla.com, 2016. [Veebileht]. Loetav: https://www.tesla.com/blog/tragic-loss. [Kasutatud: 30- okt- 2016].
  23. I. Moir, A. Seabridge and M. Jukes, Civil avionic systems. Chichester, West Sussex: Wiley, 2013.