Automatiseerimine

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

Automatiseerimise ajalugu

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.
18. sajandil arenes tootmisautomaatika ja kontrollteooria jõudsalt edasi. 1745. aastal patenteeris Edmund Lee kontrollmehhanismi, mis võimaldas tuuleveskite põhilabasid automaatselt tuulde keerata. Samal aastal leiutas prantslane Jacques de Vaucanson esimesed täielikult automaatsed kangasteljed. Vaucanson kasutas kangastelgede automatiseerimiseks perfokaarte. 1771. aastal leiutas Richard Arkwright automaatse, vee jõul töötava, ketramismasina.
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. Täiustatud kiirusregulaator ning muud arengud muutsid aurumootori pea kõigis tööstusharudes kasutuskõlblikuks juba enne 19. sajandi lõppu.
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.
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.
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.
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 mittelineaarsete kontrolleritega.
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.
1950. aastatel hakati varasemat releeloogikal põhinevat automaatikat asendama digitaalsete lahendustega. Digitaalse automaatika areng hoogustus 1970. aastatel integraallülituste odavnemisega. Samal ajal hakkas levima tööstusrobotite kasutamine.
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.

Tööstusautomaatika

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. 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.

Põllumajandusautomaatika

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.
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.
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.

Koduautomaatika

Koduautomaatika on üldnimetus kodus kasutatavate automaatkontrolliga seadmete kohta. Koduautomaatika eesmärk on tagada koduomanikule suurem mugavus, väiksem ajakulu ning kokkuhoid kommunaalkuludelt. Nutikodu lahendused võimaldavad muuhulgas juhtida kütte- ja ventilatsioonisüsteeme, valgustust, turvasüsteeme, multimeediaseadmeid ning vanurite ja puudega inimeste abistamiseks mõeldud seadmeid.

Liikluse korralduse automatiseerimine

See liiklusautomaatika varasem haru on olnud seotud liikluse korraldamise automatiseerimisega. Peamiselt seisneb see valgusfooride automaatses juhtimises sõltuvalt reaalsetest liiklusvoogudest ja/või teadaolevatest andmetest liikluse intensiivsuse jm. parameetrite kohta (statistilistest andmetest liikluse kohta). Selle liikluse automatiseerimise suuna edasiseks arenduseks võiks olla süsteemis oleva informatsiooni edastamine liiklusvahenditele ja vastupidi. Seda saaks kasutada, näiteks, ühistranspordi jaoks eeliste loomisel, aga ka liiklusummikute ärahoidmiseks..

Isesõitvad autod

Isesõitva auto praktiliseks kasutamiseks sobiva lahenduse idee pärineb arvatavasti 1950ndatest aastatest ja USAst. Seal mõeldi pikkade distantside läbimisel kiirteedel autod teepinnasse paigaldatud juhtlati abil isesõitvateks teha. Eeskujuks oli selle juures lennukite juures juba laialdaselt kasutusel olnud autopiloot. Pikka aega katsetustest kaugemale ei jõutud. Põhjuseks oli sobivate tehniliste vahendite puudumine (näiteks kaugusemõõtja) ja loogilise juhtimisautomaadi keerukus.
Autonoomsete ehk isesõitvate autode eesmärk on muuta auto kasutamist mugavamaks ja liiklust 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.
Täisautonoomsete autode kasutamine vähendab liiklusavariide hulka, liiklusummikute teket ning kasvuhoonegaaside hulka.
Kuigi autonoomsed sõidukid vähendavad liiklusriske, toimus 2016. aasta juunis esimene hukkunuga avarii, milles osales autonoomses režiimis sõitev Tesla Model S.

Lennundusautomaatika

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.